高钛重矿渣再生混凝土轴心抗压强度试验研究

汪 杰 黄双华 汪军华 魏建贵

(1．西华大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610039;2．攀枝花学院，a．土木与建筑工程学院;b．工业固态废弃物土木工程综合开发利用实验室，四川攀枝花 617000;3．四川龙翔建筑工程有限公司，四川井研 613100)

0 引言

高钛重矿渣是攀枝花钢铁集团在冶炼钒钛磁铁矿的过程中产生的高炉熔渣，经在空气中自然冷却或者是热泼，而形成的一种致密矿渣［1］。攀枝花现累积堆积约6 000多万吨，且每年以近400万t的速度增加。从20世纪70年代开始，就被当地人民作为建筑材料使用;近十年来，随着对高钛重矿渣研究的深入，其开始在攀西地区工程建设领域中广泛应用［2］。随着城镇化建设的深入等各方面原因，含高钛重矿渣工业固态废弃物大量产生。这些工业固态废弃物不能或者很难自行分解，将占用大量的土地来堆积，对环境造成巨大的污染，浪费大量的运输处理成本。现在，对于这些建筑固态废弃物最大的处理方式是将其作为骨料再次利用在建、构筑物上。不论是从资源、环境还是经济的角度来讲，都是非常好的举措。虽然现今针对普通建筑固态废弃物作为再生骨料的研究已经非常成熟，但是针对富含高钛重矿渣固态废弃物应用的研究还无人涉及。

1 试验设计及实施

1．1 方案设计

混凝土设计强度为C20，再生粗、细骨料的取代率分别为0%，25%，50%，75%，100%。试件尺寸为直径150 mm，高度300 mm。试验方案设计见表1。

表1 试验方案设计

1．2 试验材料

原生粗、细骨料:攀钢集团生产的慢冷性钛矿渣(高钛重矿渣)。实验室筛分，细骨料细度模数2．71;粗骨料符合5 mm～31．5 mm级配要求。

再生粗、细骨料:取自攀枝花学院内某处道路破碎高钛重矿渣混凝土，回弹法测得其平均强度值为41．67 MPa。实验室破碎、冲洗过10 mm筛，得到再生高钛渣砂、石材料。筛分细骨料细度模数为2．71;粗骨料级配满足5 mm～31．5 mm要求。

水泥采用攀枝花某水泥厂生产的P．O32．5R;水为实验室自来水。

1．3 配合比设计

根据上海市工程建设规范DGT J08-2018-2007再生混凝土应用技术规程，并结合攀枝花学院工程结构实验室及攀枝花市环业冶金渣有限责任公司对高钛重矿渣混凝土配合比研究成果，对高钛重矿渣再生混凝土配合比设计见表2。

表2 再生混凝土配合比设计

1．4 试块制作、养护及试验

在攀枝花学院建材实验厂房内按配合比设计制作圆柱体再生混凝土轴心抗压试块，养护28 d(其中饱水状态养护14 d)。按GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准进行轴心抗压强度试验［3］。采用的压力试验机为无锡市建工试验仪器设备有限公司生产。

2 试验结果与分析

设计强度为C20，不同取代率高钛重矿渣再生混凝土轴心抗压强度，当取代率为0%(即原生高钛重矿渣混凝土)时，轴心抗压强度平均值为20．83 MPa;当取代率为25%时，轴心抗压强度平均值为24．72 MPa;当取代率为50%时，轴心抗压强度平均值为22．08 MPa;当取代率为75%时，轴心抗压强度平均值为20．07 MPa;当取代率为100%时，轴心抗压强度平均值为16．50 MPa。试验数据见表3。

按规范:

其中，αc1为棱柱体强度与立方体强度的比值，对于C50及以下取 αc1=0．76，对 C80 取 αc1=0．82，其间按线性插入;αc2为混凝土脆性折减系数，对C40及以下取αc2=1．0，对C80取αc2=0．87，其间按线性插入［4］。

反算取代率为0%，25%，50%，75%，100%，设计强度为C20的高钛重矿渣再生混凝土抗压强度值分别为 31．09 MPa，39．43 MPa，32．96 MPa，29．95 MPa，均大于设计值 20 MPa，满足强度要求;C20高钛重矿渣再生混凝土轴心抗压强度，总体上随着再生骨料取代率的提高而降低，但不成线性关系;由于第一组试件浇制时搅拌机未完全湿润，吸附部分水分，故造成再生骨料取代率为0%时，轴心抗压强度异常。C20不同再生骨料取代率高钛重矿渣再生混凝土强度标准值关系如图1所示。

表3 试验数据

图1 C20不同取代率再生混凝土轴心抗压强度标准值

3 结语

通过对设计强度等级为C20，粗细骨料取代率分别为0%，25%，50%，75%，100%的高钛重矿渣再生混凝土轴心抗压强度试验研究可得:

由于高钛重矿渣孔隙率大，且很多空隙贯穿骨料，浇筑混凝土后胶凝材料贯穿填充其中，形成插销效应，故高钛重矿渣混凝土强度远大于设计要求;高钛重矿渣再生混凝土同普通再生混凝土类似，随着取代率的提高强度逐渐下降，但是不成简单的线性关系;故从抗压强度的角度看，高钛重矿渣再生混凝土性能优异，可以再次应用在建筑行业。

［1］孙金坤．全高钛重矿渣混凝土应用基础研究［D］．重庆:重庆大学硕士学位论文，2006．

［2］黄双华，陈 伟，孙金坤，等．高钛高炉渣在混凝土材料中的应用［J］．新型建筑材料，2006(11):71-73．

［3］GB/T 50081-2002，普通混凝土力学性能试验方法标准［S］．

［4］蓝宗建．混凝土结构(上册)［M］．北京:中国电力出版社，2011:6-8．