西昌高钛重矿渣混凝土骨料性能试验研究

西昌高钛重矿渣混凝土骨料性能试验研究
李鹏;钱波;娄元涛
【摘要】西昌钒钛资源综合利用项目生产形成的巨量高钛重矿渣,造成了严重的资源利用、环保污染和土地浪费的问题.结合相关规范,对高钛重矿渣加工形成的渣砂和渣石作为混凝土骨料的可行性进行试验研究.研究表明渣砂和渣石为组成成分稳定、无放射性、不具有碱硅酸活性的硅质骨料,骨料的级配、坚固性、堆积密度、压碎值、含泥量、针片状颗粒含量、有害物质含量等物理性能优良.加工形成的渣砂和渣石符合混凝土用骨料的成分组成、物理性能和结构耐久性能要求,可以作为混凝土骨料使用.%It caused serious problems of resource utilization, environmental pollution and land waste by the enormous amount of high titanium heavy slag,which came from Xichang Vanadium and Titanium Resources Comprehensive Utilization Project.In accordance with relevant standards, experimental study was carried out to verify the feasibility of manufactured slag sand and slag stone replacing of concrete aggregate.Research shows that slag sand and slag stone is siliceous aggregate of stable composition, non-radioactivity and non-alkali silicate reactivity,which has fine physical properties of gradation,soundness, bulk density, crushing value, content of dust & elonged flaky particle & harmful substances.The manufactured slag sand and slag stone can meet the compulsory rules chemical composition, physical property and structural durability performance of concrete aggregate,which can be used for concrete aggregate.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2017(017)006
【总页数】5页(P259-263)
【关键词】高钛重矿渣;混凝土骨料;成分组成;物理性能;碱活性;试验研究
【作者】李鹏;钱波;娄元涛
【作者单位】西昌学院,西昌 615013;西昌学院,西昌 615013;钢城集团凉山瑞海实业有限公司冶金渣综合利用分公司,西昌 615000
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.04
国家“十一五” 钒钛重要战略的西昌钒钛资源综合利用项目，自2011年12月投产以来，每年形成的275万吨高钛型巨量高钛重矿渣，长期作为废弃物堆放于征
用的9.94×105 m2的弃渣场内，给西昌市造成极大的资源利用、环保污染和土地浪费。

目前对高钛重矿渣的处理方式有回收提炼和非回收提炼两种[1]。

回收提炼
通过化工技术提取钒钛，但钛的利用落后于钒[2]。

限于技术与环保、效益与规模，故主要以非回收提炼为主[3]。

由于高钛重渣含TiO2高、结晶能力强使水化活性低，不能直接用于生产水泥[4]，非回收提炼方式主要是将高钛重矿渣加工成不同级配
的矿渣和矿渣砂，替代天然砂石骨料作为各种路基工程和混凝土的材料，容易实现产品化、资源化、专业化和企业化，以适应大量矿渣的处理。

虽然国内外高钛渣矿渣作为建筑材料，广泛应用于混凝土工程中具有较长的历史[1,3,5—7]，但由于不同地域的矿物化学组成成分、不同冶炼技术和不同矿渣加工工艺，形成的高钛重矿渣骨料性能能否满足混凝土建筑材料要求，尚需进行可行性
研究。

通过对西昌高钛重矿渣加工形成的渣砂和渣石，进行组成成分、物理性能、有害物质含量、碱活性和体积稳定性的试验研究，结合相关技术标准[8—11]，研
究西昌高钛重矿渣骨料应用于混凝土工程的可行性，为推广和合理利用高钛重矿渣骨料提供理论依据，从而实现资源再利用，促进传统建材行业的循环发展和转型。

1.1 化学组成
采用X射线荧光对高钛重矿渣的化学组成进行试验分析，各成分及其重量百分含
量平均值，见表1。

可以看出，高钛重矿渣主要含CaO、SiO2、TiO2、MgO和
A12O3，占总量93%以上，TiO2含量在13%～18%之间波动，属低钙富钛矿渣。

1.2 放射性
高钛重矿渣应符合放射性核素限量环境要求[11,12]，按照《建筑材料放射性核素
限量》[13]的规定，实测高钛重矿渣中天然放射性核素镭-226，钍-232，钾-40
的放射性比活度内照射指数IRa=0.19、外照射指数Ir=0.41，符合要求。

1.3 矿物组成
以5 °/min的Cu靶扫描速度，对加工成型的高钛重矿渣渣砂和渣石矿物进行X-
射线衍射试验分析[10]，获得其衍射图谱，见图1。

结果表明，高钛重矿渣渣砂和渣石主要由钙钛矿、钛辉石和镁黄长石组成。

可见，西昌高钛重矿渣加工形成的渣砂和渣石，不含β-C2S、f-CaO、FeS、Fe2S、MnS等有害水分解物质，基本化学成分和放射性符合混凝土用骨料的要求[8,9]。

按《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》[8]，对机制加工的高钛重矿渣渣
砂和渣石的级配、坚固性、堆积密度、压碎值、含泥量、针片状颗粒含量和有害物质含量等物理性能进行试验研究。

2.1 筛分级配
筛分试验结果，见图2和图3。

可以看出[8,10,11]，高钛重矿渣渣砂的细度模数为2.5～2.6，属于中砂，其级配
曲线在II区砂的级配范围内，级配良好；高钛重矿渣渣石的级配曲线，满足5～31.5 mm连续级配碎石的级配要求。

2.2 堆积密度和压碎值
高钛重矿渣骨料的强度等级规定用堆积密度或压碎值表示[8]，因此对高钛重矿渣
砂和碎石的堆积密度、压碎值进行试验，结果见表2。

试验结果表明，较天然砂和碎石，高钛重矿渣渣砂和渣石的表观密度、松散堆积密度均稍大，松散堆积孔隙率和压碎值较小，符合规范要求[9—11]，可以作为混凝
土骨料，用于抗冻等级F100及其以上、受弯构件、抗疲劳等要求的条件下。

2.3 坚固性
采用硫酸钠溶液法，对高钛重矿渣渣砂和渣石的坚固性进行试验研究，见表3。

可见，高钛重矿渣渣砂和渣石的坚固性完全满足规范要求[8—11]，可以作为混凝
土骨料，能适用于严寒及寒冷地区室外并经常处于潮湿或干湿交替、有腐蚀性介质作用或经常处于水位变化区的地下结构、有耐磨抗冲和抗疲劳等条件要求。

2.4 含泥量和针片状颗粒含量
表4为机制加工的高钛重矿渣骨料试样的含泥量、泥块含量和针片状颗粒含量的
试验结果。

由于采用机制加工方式，高钛重矿渣骨料含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量远低于规范标准[9—11]。

作为混凝土骨料，能满足抗冻、抗渗等特殊要求，提高混凝
土的和易性、强度和耐久性。

2.5 有害物质含量
对高钛重矿渣砂渣和渣石的有害物质含量，包括硫化物及硫酸盐含量、氯化物含量、轻物质含量、云母含量和有机物含量，进行试验研究结果见表5。

实验结果表明，高钛重矿渣砂渣和渣石的有害物质含量符合规定[9—11]。

由于高钛重矿渣骨料不含白云石等碳酸盐，不具有碱碳酸盐活性。

通过对高钛重矿
渣骨料进行碱硅酸活性试验研究，探讨高钛重矿渣砂渣和渣石作为混凝土骨料的结构耐久性。

3.1 岩相分析法
按岩相分析法[14,15] 试验，结果见图4和图5。

和X-射线衍射试验分析结果相同，高钛重矿渣渣砂和渣石主要由钙钛矿和钛辉石
镶嵌构造而成，含有少量镁黄长石，未见C2S、FeS、FeS2、MnS等碱活性组分，不具备产生硅酸盐分解的条件。

3.2 快速砂浆棒法
按快速砂浆棒法[14,15]进行高钛重矿渣骨料的碱硅酸反应膨胀性试验，结果见表6。

试验所用水泥为四川嘉华锦屏水泥有限公司生产的P.II 52.5级硅酸盐水泥，其等当量Na2O含量为0.56%，试验时用化学纯KOH将水泥的碱含量调整为0.90% (等当量Na2O含量)。

可见，高钛重矿渣渣砂和渣石骨料不具有碱硅酸反应活性。

3.3 压蒸快速法
按压蒸快速法[16]对高钛重矿渣骨料的碱硅酸反应膨胀性进行进一步验证试验研究，结果见表7。

试验水泥同上，试验时用化学纯KOH将水泥的碱含量调整为1.50% (等当量Na2O含量)，配制三种砂浆检测其膨胀率。

验证试验研究进一步表明，高钛重矿渣渣砂和渣石骨料不具有碱硅酸反应活性。

(1) 西昌高钛重矿渣属低钙富钛矿渣，加工形成的渣砂和渣石，不含有害水分解物质，基本化学成分和放射性符合混凝土用骨料组成的要求。

(2) 西昌高钛重矿渣渣砂和渣石的级配、坚固性、堆积密度、压碎值、含泥量、针
片状颗粒含量、有害物质含量，符合混凝土用骨料物理性能的要求。

(3) 西昌高钛重矿渣渣砂和渣石属硅质骨料，不具有碱硅酸反应活性，符合混凝土
用骨料结构耐久性的要求。

因此，西昌高钛重矿渣渣砂和渣石符合混凝土用骨料的要求，可以作为混凝土骨料使用。

Li Peng, Qian Bo, Lou Yuantao. Experimental research on concrete aggregate performance of high titanium heavy slag in Xichang[J]. Science Technology and Engineering, 2017, 17(6): 259—263
【相关文献】
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