高鈦重礦渣再生混凝土軸心抗壓強度試驗研究

汪 杰 黃雙華 汪軍華 魏建貴

(1．西華大學建筑與土木工程學院，四川 成都 610039;2．攀枝花學院，a．土木與建筑工程學院;b．工業固態廢棄物土木工程綜合開發利用實驗室，四川攀枝花 617000;3．四川龍翔建筑工程有限公司，四川井研 613100)

0 引言

高鈦重礦渣是攀枝花鋼鐵集團在冶煉釩鈦磁鐵礦的過程中產生的高爐熔渣，經在空氣中自然冷卻或者是熱潑，而形成的一種致密礦渣［1］。攀枝花現累積堆積約6 000多萬噸，且每年以近400萬t的速度增加。從20世紀70年代開始，就被當地人民作為建筑材料使用;近十年來，隨著對高鈦重礦渣研究的深入，其開始在攀西地區工程建設領域中廣泛應用［2］。隨著城鎮化建設的深入等各方面原因，含高鈦重礦渣工業固態廢棄物大量產生。這些工業固態廢棄物不能或者很難自行分解，將占用大量的土地來堆積，對環境造成巨大的污染，浪費大量的運輸處理成本。現在，對于這些建筑固態廢棄物最大的處理方式是將其作為骨料再次利用在建、構筑物上。不論是從資源、環境還是經濟的角度來講，都是非常好的舉措。雖然現今針對普通建筑固態廢棄物作為再生骨料的研究已經非常成熟，但是針對富含高鈦重礦渣固態廢棄物應用的研究還無人涉及。

1 試驗設計及實施

1．1 方案設計

混凝土設計強度為C20，再生粗、細骨料的取代率分別為0%，25%，50%，75%，100%。試件尺寸為直徑150 mm，高度300 mm。試驗方案設計見表1。

表1 試驗方案設計

1．2 試驗材料

原生粗、細骨料:攀鋼集團生產的慢冷性鈦礦渣(高鈦重礦渣)。實驗室篩分，細骨料細度模數2．71;粗骨料符合5 mm～31．5 mm級配要求。

再生粗、細骨料:取自攀枝花學院內某處道路破碎高鈦重礦渣混凝土，回彈法測得其平均強度值為41．67 MPa。實驗室破碎、沖洗過10 mm篩，得到再生高鈦渣砂、石材料。篩分細骨料細度模數為2．71;粗骨料級配滿足5 mm～31．5 mm要求。

水泥采用攀枝花某水泥廠生產的P．O32．5R;水為實驗室自來水。

1．3 配合比設計

根據上海市工程建設規范DGT J08-2018-2007再生混凝土應用技術規程，并結合攀枝花學院工程結構實驗室及攀枝花市環業冶金渣有限責任公司對高鈦重礦渣混凝土配合比研究成果，對高鈦重礦渣再生混凝土配合比設計見表2。

表2 再生混凝土配合比設計

1．4 試塊制作、養護及試驗

在攀枝花學院建材實驗廠房內按配合比設計制作圓柱體再生混凝土軸心抗壓試塊，養護28 d(其中飽水狀態養護14 d)。按GB/T 50081-2002普通混凝土力學性能試驗方法標準進行軸心抗壓強度試驗［3］。采用的壓力試驗機為無錫市建工試驗儀器設備有限公司生產。

2 試驗結果與分析

設計強度為C20，不同取代率高鈦重礦渣再生混凝土軸心抗壓強度，當取代率為0%(即原生高鈦重礦渣混凝土)時，軸心抗壓強度平均值為20．83 MPa;當取代率為25%時，軸心抗壓強度平均值為24．72 MPa;當取代率為50%時，軸心抗壓強度平均值為22．08 MPa;當取代率為75%時，軸心抗壓強度平均值為20．07 MPa;當取代率為100%時，軸心抗壓強度平均值為16．50 MPa。試驗數據見表3。

按規范:

其中，αc1為棱柱體強度與立方體強度的比值，對于C50及以下取 αc1=0．76，對 C80 取 αc1=0．82，其間按線性插入;αc2為混凝土脆性折減系數，對C40及以下取αc2=1．0，對C80取αc2=0．87，其間按線性插入［4］。

反算取代率為0%，25%，50%，75%，100%，設計強度為C20的高鈦重礦渣再生混凝土抗壓強度值分別為 31．09 MPa，39．43 MPa，32．96 MPa，29．95 MPa，均大于設計值 20 MPa，滿足強度要求;C20高鈦重礦渣再生混凝土軸心抗壓強度，總體上隨著再生骨料取代率的提高而降低，但不成線性關系;由于第一組試件澆制時攪拌機未完全濕潤，吸附部分水分，故造成再生骨料取代率為0%時，軸心抗壓強度異常。C20不同再生骨料取代率高鈦重礦渣再生混凝土強度標準值關系如圖1所示。

表3 試驗數據

圖1 C20不同取代率再生混凝土軸心抗壓強度標準值

3 結語

通過對設計強度等級為C20，粗細骨料取代率分別為0%，25%，50%，75%，100%的高鈦重礦渣再生混凝土軸心抗壓強度試驗研究可得:

由于高鈦重礦渣孔隙率大，且很多空隙貫穿骨料，澆筑混凝土后膠凝材料貫穿填充其中，形成插銷效應，故高鈦重礦渣混凝土強度遠大于設計要求;高鈦重礦渣再生混凝土同普通再生混凝土類似，隨著取代率的提高強度逐漸下降，但是不成簡單的線性關系;故從抗壓強度的角度看，高鈦重礦渣再生混凝土性能優異，可以再次應用在建筑行業。

［1］孫金坤．全高鈦重礦渣混凝土應用基礎研究［D］．重慶:重慶大學碩士學位論文，2006．

［2］黃雙華，陳 偉，孫金坤，等．高鈦高爐渣在混凝土材料中的應用［J］．新型建筑材料，2006(11):71-73．

［3］GB/T 50081-2002，普通混凝土力學性能試驗方法標準［S］．

［4］藍宗建．混凝土結構(上冊)［M］．北京:中國電力出版社，2011:6-8．