开题报告以及实验方案

本科毕业设计（论文）开题报告

题目：高钛重矿渣粗集料沥青混合料的制备及性能研究

学生姓名杨荣

教学院系土木工程与建筑学院

专业年级2007级土木六班

指导教师杨婷婷

单位西南石油大学

1.研究目的

高钛重矿渣粗集料沥青混合料是在以往单一的利用攀钢高钛重矿渣作粗骨料或磨细掺合料配制混

合料的基础上，将高钛重矿渣作粗、细骨料或磨细掺合料一并使用所配制的混合料。从2004年起，该种混合料已被应用于一些重要工程中，其现状是工程应用先于理论研究，尚缺乏对该种混凝

土力学性能等方面的深入研究，从而引起设计、施工单位使用上的顾虑，也限制了全高钛重矿

渣混合料的推广应用。对此，攀枝花市规划建设局联合攀枝花学院、攀枝花环业冶金渣有限公

司单位组成项目组，对全高钛重矿渣混凝土进行了基础研究。结合项目组的研究，本文从材料

和构件两个层次对该种混合料进行了探讨，以期对该种混合料的设计、旋工提供有益的参考，其

研究是安全、有效、广泛、大宗地利用攀钢高钛渣资源的一项具有重要意义的工作。

攀钢高钛重矿渣是冶炼钒钛磁铁矿时产生的高炉熔渣在空气中自然冷却或热泼形成的一种

致密矿渣。与普通高炉矿渣相比，其化学成分与矿物组成不同，尤其二氧钛(n02)含量高达20％～24％，氧化钙含量较高炉重矿渣低，目前在国内仅此一家。该材料提钛难度大，同时因为高钛('1502)的

特点，目前国内外均没有较好的利用方式。攀钢至今有5500多万吨的高钛渣未被利用，它占地数于亩，而且每年还以300万吨的排渣量增加。攀钢已面临着无处排渣的局面；另一方面，攀枝花市每年需消耗大量碎石、砂，过度的开发破坏了自然植被，造成水土流失。高钛渣能否被综利用，不仅影响到攀钢、攀枝花社会经济的可持续发展，而且对节约自然资源，降低工程成本，

保护长江上游生态环境等均具有重要的意义。对于高钛高炉渣的开发利用，有两种不同技术路线，既提

钛利用和不提钛利用。对于提钛利用，虽然是实现高炉渣价值的最理想目标，但由于目前技术制约，利用成本高昂，对高炉渣的消耗也极为有限，因此要解决目前攀钢矿渣大量堆积，占用土地、污染环境的现实问题，当务之急还必须走不提钛利用高钛渣作建筑材料的途径。

2.国内外的研究现状分析

国外高炉渣的利用是从二十世纪中期开始发展起来的。美国在1915年就颁布了ICC条例，禁止把高炉渣作为废料装运，鼓励钢铁企业把高炉渣运到渣处理公司进行加工。进入二十世纪二

十年代后，高炉渣在美国的各种建筑施工中得到了广泛使用，二十世纪四十年代以来，钢渣即

列为美国国家矿产资源，到二十世纪五十年代，美国高炉渣的利用就已达到了排用平衡，积存

的渣堆得到了逐步消除，钢渣的利用已实现资源化、专业化、企业化口】。日本和美国在二十

世纪八十年代以前，高炉渣主要用于路基材料，在趋于饱和之后，才逐渐把高炉渣作硅酸盐泥

的掺和料和混凝土骨料。到二十世纪末，美、日及欧洲等主要工业化国家都基本实现了高炉渣

的当年排渣，当年用完，全部实现了高炉渣资源化。

西欧早在1880年就开始采用矿渣硅酸盐水泥(比普通硅酸盐水泥还早)。德国关于矿渣硅酸盐

水泥混凝土的研究资料比普通硅酸盐水泥混凝土的还多。而在荷兰，矿渣掺量为65％～70％的矿渣

硅酸盐水泥占水泥销售总量的60％，几乎各种混凝土结构都采用这种水泥。这不单是从节约能源、增产水泥、降低成本、有利环保的角度来考虑，更重要的是这种水泥可以显著提高工程质量，特别

是耐久性。因此，许多欧洲国家规定硅酸盐水泥用于海工钢筋混凝土结构时，一定要掺大量(占水泥用量

的70％)粒化高炉矿渣坤J。荷兰三角渊地区抵挡北海风暴潮的东谢尔德巨型海浪挡潮闸，为52孔、门跨近40m的三向预应力混凝土结构，设计使用寿命为250年，保证80年不必维修，工程中就采用了矿渣掺量

为65％的矿渣微粉高性能混凝土。现己使用十余年，依然完好无损。日本Muroran海港，一道混凝土

防波堤有60年的历史，其所用胶结材掺有大量矿渣和粉煤灰，熟料只占15％～30％，虽细集料是海砂，但

至今混凝土碳化深度和氯离子渗透深度均可忽略不计。

我国关于攀钢高钛重矿渣作为混合料应用于工程中始于上世纪70年代。1973年攀钢冶建总

院和十九冶建研所对攀钢高炉渣的性能及应用进行了研究，结果表明，高钛渣混凝土骨料的技

术性能与普通矿渣和天然碎石相近，其主要性能指标可以达到质量标准，粒径5～40mm的高钛渣粗骨料的基本力学性能满足要求。高钛重矿渣碎石的基本物理力学性能达到和近

JQJ53．79(普通混凝土用碎石或卵石质量标准，高炉重矿渣应用暂行规程)的技术标准。同对，攀钢钛矿渣经国家建材测试中心和中国科学院原子能所用Y谱仪进行测试，测定结果表明，攀钢钛

矿渣的放射性剂量远低于标准的要求，无放射性危害，可以在建材工业中安全使用。因此，高钛重矿渣可以代替天然石料作普通混凝土骨料、道渣、路渣、及厂房垫层。矿渣碎石于1976年开始

在十九冶、攀钢及市政建设中大量使用，其施工质量优良，工程使用数年后仍保持完好，高钛

重矿渣混凝土施工检验试块强度统计的优良率为96％，合格率为99％。

2001年，周旭等就高钛重矿渣碎石混合料粗骨料进行试验研究，证明虽然攀钢高钛渣Ti02含量高达20％以上，与普通高炉渣的组成结构有较大差异，但其结构稳定，用其作混凝土粗骨料与普通碎石配制的

混凝土相比，抗压强度及劈拉强度稍高。同年，周旭等又对高钛重矿渣碎石及其混凝土进行了必要的化学、物理力学性能及放射性指标的实验分析，并对历史上该材料的工程应用项目进行调查回访，

得出高钛重矿渣作混凝土可在工程中广泛应用的重要结论。

2004年，王怀斌等采用XRD、DTA、SEM和测定水化结合水量等方法研究了高钛高炉渣在混凝土中

的作用机理f131。结果表明，高钛高炉渣掺入混凝土中，有利于混凝土形成细观自紧密堆积体系，加速水

泥水化速率，发生“二次反应”，促进混凝土强度的发展。

3.主要性能研究以及实验方案设计

攀钢高钛型重矿渣与其他重矿渣相比，其化学成分与矿物组成不同，尤其二氧化钛(Ti02)含

量高达20％～24％，氧化钙含量较高炉重矿渣低。其化学成分和矿物组成经攀钢钢铁研究院等单位测定。

（1）级配：粗集料级配的优劣首先影响新拌混凝土的工作性、粘聚性、均质性和可振动密实度。良好的级配所提供的较大嵌锁力直接关系到弯拉强度的大小和单位水泥的用量多寡。此外，粗

集料的级配对于路面的干缩、接缝开口的位移相当敏感，逐级填充的良好级配有利于减小干缩

及接缝开口位移量。在实际使用中，高钛重矿渣碎石的级配应尽量用4．75～9．5mm，9．5～