بهره برداری از اشکال گوناگون ضایعات خطرناک در مواد جدید یا بازیافت آنها در قطعات اصلی، یک عامل بحرانی در پایداری سیاره ی ما محسوب میگردد. صنعتی شدن رقابتی و مقررات قویتر، اکنون شرکتهای جای جای دنیا را مجاب به داشتن ضایعات صفر میسازد. ضایعات متالورژیکی، در بین ضایعاتی هستند که منفی ترین اثر را بر محیط زیست دارند، با انباشتن چندین تن ضایعات در سال، که حاوی فلزات و ترکیبات خطرناک است. در بین آنها، سرباره های فولاد به طور عمده ای این روزها به خاطر مقدار ایجاد شده در سرتاسر دنیا، نگران کننده است؛ مثلا بیش از پنجاه میلیون تن در سال سرباره ی فولاد به صورت ماده ی ضایعاتی در دنیا تولید میشود. سرباره ی فولاد یک محصول فرعی فرایند تبدیل آهن به فولاد است. به خاطر تغییرات در ترکیب شیمیایی، خواص آن میتواند بسته به مواد خام و فرآیند تولید، تغییر کند. سرباره معمولا از فرایند تبدیل آهن به فولاد در یک کوره ی اکسیژنی اصلی (BOF) یا ذوب آهن اسقاطی برای ساخت فولاد در یک کوره ی قوس الکتریکی (EAF) دسته بندی میشود.
ضایعات متالوژیکی همانند سرباره ی فولادی و ضایعات گردی، یک مساله ی بین المللی است زیرا مصرف فولاد، در جای جای دنیا در حال افزایش است. از آنجاییکه سیمان و بتن، وسیع ترین مواد مورد استفاده ی این سیاره هستند و کاملا شناخته شده است برای یک تن سیمان، حدود یک تن co2 به محیط منتشر میشود. لذا، استفاده از سرباره ی فولاد به عنوان هم آمیزه ی بتن، به صورت پر کننده یا به صورت مواد خام برای تولید بتن، فرایند تولید مفید مهمی را برای محیط زیست نشان میدهد. برای مد نظر قرار دادن این مساله، توجه کمی به استفاده از سرباره ی فولاد در تولید سیمان پرتلند و بتن شده است. لذا، تحقیقات بیشتری لازم است و پیشرفتهایی که از فرمولاسیونهای سرباره ی فولاد مختلف استفاده کنند.
سرباره ی فولاد در کاربردهایی هم چون فراوی سیمان پرتلند، بتن آسفالت و فاضلاب بکار رفته است. چند پژوهشها با استفاده از سرباره ی فولاد با محتویات ZnO گزارش شده اند. الشیاب و خدای وی از سرباره ی فولاد با محتوای wt% 29 از ZnO در ترکیب سیمان آسفالت استفاده کردند. به علاوه، الشیاب در تحقیق دیگری از سرباره ی فولاد با wt% 18.7 در ترکیبات آسفالت استفاده کرد. بیشتر محققان از سرباره ی فولاد با محتوای کمتر از 1% ZnO در بتن استفاده کرده اند. در مقابل، محتویات فولاد نوعی، wt%45 تا wt%80 در سیمانها و wt%50 در بتن بوده است.
از سوی دیگر، گرد فولاد یک ضایعات خطرناک سمی جامد ایجاد شده در جمع اوری مواد ذره ای در طول فرایند ساخت فولاد است که تقریبا به صورت گرد کوره ی قوس الکتریکی (EAFD) مورد اشاره قرار میگیرد و به صورت ضایعات خطرناک با آژانس حفاظت محیط زیست (EPA) دسته بندی میشود که به صورت K061 گمارده میشود، زیرا حاوی فلزات خطرناکی است، مثل سرب و کادمیوم. بیش از 3.7 میلیون تن در سال، تولید جهانی تخمین زده شده ی EAFD است. در یک EAF در حدود 25-15 کیلوگرم گرد در هر تن فولاد، تولید میشود. محتوای زینک بالا، در ضایعات ظاهر میشود زیرا زمانیکه فولاد گالوانیزه در کوره ی قوس الکتریکی بکار میرود (EAF)، بیشتر روی به صورت گرد و دود منتشر میشود. این بدین خاطر است که فشار بخار روی، از فشار بخار آهن بالاتر است. در اصل روی به صورت ترکیبات ZnO و ZnFe2O4 منتشر میگردد. در بین چند تحقیق در مورد EAFD به عنوان یک هم آمیزه، افزودنی یا ماده ی پر کننده برای مواد ساختمانی، آجرهای بوم شناختی به عنوان راه حل الزام آور برای بهره برداری از این ضایعات، نشان داده شده است.
به علاوه، مطالعات معدودی، شامل تستهای قابلیت شستشو بر روی فرآورده های فرعی فولاد با سیمان و بتن میباشد که اجرا شده اند زمانیکه ذرات گرد فولاد بسیار ریز، بکار می رفتند. بیشتر تحقیقات به ذرات سرباره ی ریز و درشت در سیمان و بتن میپردازند. برخی مطالعات در مورد سرباره ی فولاد، گزارش شده اند، اما این مطالعات بر فعالیت پوزولانی تمرکز یافته اند.
گرچه مقررات محیط زیست، در همه جای دنیا، محکم تر شده اند، اما کشورهای زیادی باز هم قوانین مدیریت ضایعات را روی ضایعات خشک خطرناک زیادی، اعمال نمیکنند. در واقع، مقررات محیط زیست زیادی، فقط در مراحل برنامه ریزی هستند و همانند کلمبیا، آمریکای جنوبی، مقرراتی وجود داشتند که نه تنها دامنه ی محدود، حمایت اجرایی ناکافی دارند بلکه عدم وجود مکانیسمهای کنترل موثر و مشارکت عمومی در آنها وجود دارد. در کلمیا، سرباره ها تقریبا بلا استفاده هستند و به طور خاص، سرباره های فولاد، فقط در تاسیسات دفع دولتی ریخته میشوند. در بدترین مورد از اینجا، این ضایعات خطرناک میتوانند وارد منابع آبی شوند.
هدف این تحقیق، قرار دادن گرد فولاد در سیمان پرتلند عادی سفید (WOPC) برای کاهش اثر منفی کنونی این ضایعات در محیط زیست است. WOPC برای دیدن از نظر کیفی، تغییر رنگ در نمونه ها استفاده شد همانطور که محتوای ضایعات زیاد میشود، میتواند منجر به مجموعه ی جدیدی از مواد رنگی غیر آلی برای سیمان شود. به طور کلی، این تحقیق، بر دو هدف اصلی تمرکز داشت. اولا، برای از حرکت باز داشتن سرباره ی فولاد در بتن؛ بنابراین خطر آلودگی آب را کاهش میدهد. ثانیا، کاهش مقدار سیمان در بتن، که میتواند با استفاده از مواد ضایعاتی به صورت هم آمیزش، انجام شود. این کار در کاهش CO2 منتشره در جو با استفاده از رنگ پایه ی سیمان کمتر در بتن و به طور خاص زمانیکه هم آمیزه دارای خواص پوزولانی است، منتشر میشود.
برای کاربردهای ساختمانی، تعیین برخی فرمولاسیونهای مطلوب، با تاب فشردگی به صورت معیار اصلی، ضروری است. از دیدگاه بهبود بخش محیط زیست، آمیختن ضایعات به هر مقدار ممکن در خمیر سیمان، بهتر است؛ در عین حال، میزان زیاد، ضرورتا بیشترین تاب فشردگی را ایجاد نمیکند. بنابراین، در این تحقیق، نمونه های زیادی با بارهای ضایعات مختلف و نسبتهای آب به سیمان (W/C) تهیه میشوند. این کار سبب یافتن فرمولاسیونهای خوبی برای کاربردهای ساختمانی میشود و اثر مثبت خود بر محیط زیست را بهینه سازی میکند. برای برنامه ریزی نمونه برداری و آزمایشات، برخی روشهای بکار رفته برای سیمانهای فسفات، بکار رفتند، زیرا در تحقیقات فسفات برای استفاده از بارهای تا چندین برابر بارهای بکار رفته با سیمانهای پرتلند قدیمی با ضایعات، بکار میرود.