高钛重矿渣混凝土在工程中的应用综述

高钛重矿渣混凝土在工程中的应用综述

【摘要】高钛型高炉重矿渣混凝土是指攀钢用铁矿冶炼生铁时产生的熔融矿渣，经自然冷却或水淬而成的以南钛辉石、钙钛矿等矿物为主的无机固体材料。其浇筑的混凝土结构耐久性、经济性和社会效益显著，是处理高钛重矿渣生产和环境保护的主要途径。本文从攀西地区高钛重矿渣混凝土使用的实际情况出发，对目前高钛重矿渣混凝土在工程中具有一定代表性的应用实例做了简要介绍和分析，提出以后的研究方向，具有一定的现实意义。

【关键词】高钛重矿渣；建筑工程；工程应用；混凝土

1.引言

目前，攀钢高钛型高炉重矿渣（以下简称高炉重矿渣）的堆积量达数千万吨，每年新增300余万吨，大量的高炉重矿渣堆积不仅造成环境污染，也是对二次资源的极大浪费[1]。上世纪70年代，攀钢展开了以高钛重矿渣碎石、渣砂作为混凝土粗、细骨料的一系列试验研究，试验研究表明，攀钢高钛重矿渣作为混凝土粗细骨料是可行的，能满足一般工程的需要。上世纪70年代末开始广泛应用在攀枝花道路桥梁、攀钢工业厂房、攀枝花民用机场、教学楼等重大混凝土工程当中，至今已用了300×104 m3左右。其施工质量优良，工程使用数年后仍保持完好，经钻芯取样，未发现界面有碱骨料反应破坏产生。实践证明，高钛重矿渣碎石具有2～3级石料的力学强度，耐磨性不亚于石灰岩，各项指标均符合冶金部颁布的《高炉重矿渣应用暂行技术条件》的规定，可配置不同强度的混凝土[2.3]。用高钛重矿渣作建筑材料，其结构的耐久性、经济性和社会效益显著，是处理高钛重矿渣生产和环境保护的主要途径，对于解决攀钢矿渣过量堆积，节约自然资源，降低工程成本，保护长江上游生态环境等具有重要的意义。

2.高钛重矿渣混凝土在公路工程中的应用

大量的道路工程证实：混凝土道路路面在长时间且持续性的运行过程当中表现出了较好的刚性与抗疲劳性能，路面整体外观流畅舒适，在运行过程当中的结构稳定性性能发挥同样出色，与之相对应的是较为低廉的养护费用[4]。而将高钛重矿渣浇筑混凝土路面，已在攀枝花地区广泛使用。例如倮果公路、矿山机修二加工室外公路、物资处公路、倮果火车站装卸线公路、选矿公路、石华公路、大花地生活区公路、重院公路、提钒车间六号公路等[5]。孙金坤[6]等以清一乌复线道路为工程背景。采用高钛重矿渣作粗、细骨料，并掺加磨细高钛矿渣复合微粉部分取代水泥来配制复高钛重矿渣路面混凝土。通过对已建成清一乌复线工程路面的调查显示：从过车率，路面损坏情况统计分析，CHTHSPC质量优良，合格率100%，水泥用量与同等级、同工作性能的天然砂石配制的混凝土相等或略低，具有优良的抗弯拉性能，运行半年来未发现断板、翻砂现象。中国水利水电第五工程局[7]将高钛重矿渣混凝土应用于重载公路路面工程中，比如攀枝花境内观音岩水电站主体工程主要工程材料、金属结构和大型设备的进场公路（格观公路，全长6224.577m）。

3.高钛重矿渣混凝土在桥梁工程中的应用

攀枝花至丽江高速公路攀枝花段是四川省高速公路网宜宾至攀枝花高速公路的重要组成部分，也是国家高速公路网中大理到丽江和北京到昆明两条高速公路之间的一条重要连接线，对补充和完善国家西南部高速公路网具有重要作用。其中C4标段全线桥梁工程包括花山特大桥、三经堂大桥在内11座桥梁（共计4026.35m）的预制T梁均采用C50高钛重矿渣砂混凝土进行浇筑。用高钛重矿渣砂配制的C50混凝土7天强度达53.2MPa，完全满足7天预应力张拉的要求，不仅抗压强度能满足工程要求，且工作性能良好。此外用普通河砂制备的混凝土为402.34元/方，用高钛重矿渣砂制备的混凝土为336.34元/方，因此性价比非常好[2]。C12标段丽攀高速公路攀枝花段的倮果金沙江特大桥，其主梁连续钢结构采用的是C65高钛重矿渣泵送混凝土，共完成浇筑高钛重矿渣混凝土约5000m3。高钛重矿渣配制的C65混凝土5天强度达46.OMPa，7天强度达63.OMPa，满足7天预应力张拉的要求[2]。普通C65混凝土单价为479.4元/m3，高钛重矿渣混凝土单价为465.3元/ m3，减少原材料成本支出7万余元。既保证了施工的质量，又节约了施工成本，效益十分显著[8]。

4.高钛重矿渣混凝土在房屋建筑工程中的应用

高钛重矿渣混凝土在攀枝花房屋建筑中的应用十分广泛，各种建筑物的各个构件均有使用。十九冶建研所自上世纪七十年代开始把高钛重矿渣混凝土应用在房屋建筑工程中。比较具有代表性的工业建筑有：提钒车间主厂房基础、柱、大梁、预制屋面板；鼓风机站的柱基、预制柱、平台、预制吊车梁和屋面梁；轨梁厂柱、石灰石矿破碎车间梁柱；原攀矿机修二加工车间和矿山物资处一号库的地坪、基础、预制柱、10t吊车梁、跨屋架和设备基础等。民用建筑有：矿山公司招待所、六号楼，二公司姚家湾一号、二号楼，矿山机修厂浴室和十九冶当时各单位施工的住宅、办公楼、商店等工程的地梁、圈梁和屋面以及预应力空心板等[5]。

5.未来研究方向

高钛重矿渣混凝土虽然已经广泛应用在攀西地区的工业民用建筑工程中，但是在结构设计施工当中通常采用半经验半理论的方法，其理论方面的研究已经远远落后于工程实践。因而必须进一步通过理论分析、试验和现场量测对以下问题进行研究。

（1）2008年汶川5.12的8级强震波及2008年攀枝花8.30的6.1级地震对攀枝花的建筑物产生了较大影响，故应用高钛渣混凝土所浇筑建筑物的抗震性能及在抗震加固中的作用还应受到足够重视及深入研究。

（2）攀枝花属长江水系，河流多，境内有大小河流95条，是金沙江与雅砻江的汇合所在地。全市可开发水电装机容量700万千瓦，已开发装机347.4万千瓦，尚有350万千瓦水电装机容量可供开发。因此，若能展开对高钛重矿渣配置

水工混凝土的研究，尤其针对高钛重矿渣水工混凝土拌和性能及水胶比、试体的抗压强度和试体的抗渗性能等方面的研究是非常有现实意义的。

（3）随着攀西地区城镇化建设的深入等各方面原因，拆迁了某些上世纪应用高钛重矿渣混凝土修建的建筑物，与此同时产生大量含高钛重矿渣的工业固态废弃物。这些工业固态废弃物的堆积会占用大量的土地面积，并且会对环境造成污染。因此，进行利用这些废弃物制备成再生混凝土应用在建筑工程中的研究显得刻不容缓。

（4）加强对建成时间久远的高钛重矿渣混凝土建筑物碳化深度方面的研究。

（5）高钛重矿渣混凝土骨料在工程实践上施工运用目前尚无国家标准、行业标准和地方标准给予规范，为了保证高钛重矿渣混凝土的施工质量及结构安全，相关政府部门及企业等应尽快展开高钛重矿渣混凝土施工和质量控制地方规范的编制工作。

参考文献：

[1]焦涛，李小伟，陈伟，李学伟. 全高炉矿渣钢筋混凝土柱的延性试验[J]，2013，39（2）：60-63.

[2]孔德栋.高钛重矿渣砂配置高强混凝土的研究[D].武汉理工大学，2013.

[3]肖斐.钛渣混凝土性能的研究[D].重庆大学，2004.

[4]王云鹏.探讨市政混凝土道路的施工[J].四川建材，2012，37（5）：135+137.

[5]罗松林，杨秀云.攀钢高钛重矿渣碎石砼的试验及在工程中的应用[J].四川建筑，2005，24（S1）：177-180.

[6]孙金坤，黄双华，念红芬，程敏，李兵.复高钛重矿渣路面混凝土配合比优化设计试验研究[J].混凝土，2011，33（8）：135-137.

[7]张晓霞.高钛重矿渣代骨料在重载公路路面工程中的应用[J].吉林水利，2009，28（9）：34-36.

[8]李周，李青洋.高钛重矿渣高性能砼在倮果金沙江特大桥的应用[J].2004，32（5）：216-218+220.