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提钛尾渣掺合料对水泥胶砂性能影响研究

摘要：本文以提钛尾渣作为矿物掺合料，探究水洗对提钛尾渣中可溶性氯离子的影响，并将提钛尾渣的掺量和水洗后不同氯离子含量的提钛尾渣作为实验变量，系统研究了提钛尾渣的理化性能包括密度、比表面积、活性指数、玻璃体含量等，以及其作为矿物掺合料对于水泥凝结时间、流动度、水化过程、砂浆的力学性能和对钢筋锈蚀的影响。结果表明：掺入了提钛尾渣的抗压强度与对比矿渣相差不大，除了水洗掺量50%组其余各组的活性指数均达到了90以上。

关键词：提钛尾渣；矿物掺合料；矿渣；水泥水化

前言：

近年来，我国的基建快速的发展，水泥基材料的使用也极为稀缺，在大型工程中的矿物掺合料如粉煤灰等资源也不足以满足掺合料材料的需求，而矿渣微粉在混凝土复合强化效应的研究以及全矿渣新型混凝土的研究和应用，给提钛尾渣提供了一个广阔的应用平台。提钛尾渣可作为新型水泥混凝土掺合料，但是，由于高炉渣中有效TiO2含量在20%左右，在回收高炉

渣中钛资源的同时，同样产生了大量的提钛尾渣，由于经过低温氯化工序，提钛尾渣中含有氯离子盐，不能直接作为工程建筑材料的原料，因此探究提钛尾渣中的氯离子对于水泥水化的影响以及钢筋锈蚀的快慢是至关重要的。

1 实验原材料

1.1提钛尾渣

本文采用的提钛尾渣选自攀钢集团，采用高温碳化，低温氯化的工艺过程进行的提钛过程，并最终经过水淬处理后冷却。试验中所采用的提钛尾渣的密度为2.68g/cm3，采用勃氏法测得其比表面积是322m2/kg，并将使用的提钛尾渣分为水洗和非水洗两部分，其中水洗采用水渣比10：1的过程进行处理。

1.2 水泥

试验中所使用的水泥为P.O 42.5基准水泥，符合中华人民共和国国家标准《混凝土外加剂》GB 8076-2008的相关检测标准。水泥胶砂的3d、7d、28d强度分别为33.8MPa、52.2MPa、65.9MPa。流动度为164mm，凝结时间为初凝时间171min，终凝时间为368mi

n。

1.3 矿粉及砂

本试验中所使用的矿渣产自重钢自磨矿粉，该矿粉的密度和比表面积均符合国标相关要求。砂采用的是实验室标准砂。

1.4 水

本实验中所使用的拌合水为城市自来水，使用的超纯水采用的是盛普实验室超纯水机所产生的超纯水。

2 试验方法

2.1水灰比的设置及掺量

本次试验所使用的提钛尾渣作为矿物掺合料将其掺量设置为10%、30%以及50%。探究不同掺量情况下对水泥的工作性以及水化过程和硬化体的影响，水灰比是混凝土中的水的用量和水泥用量的比值与混凝土强度，和易性等重要性质息息相关，本实验中所采取的水灰

比为水泥胶砂0.5，水泥净浆0.3并经检测水灰比设置符合要求。

2.2原材料的处理

为了减少提钛尾渣的吸水过程，控制其性能，将提钛尾渣放置在110℃的鼓风烘箱中进行干燥处理，经24h后取出备用，以控制在使用过程中应提钛尾渣含水量的差异对水泥性能产生影响。将晒干后分析成分的提钛尾渣进行水洗处理，按4：1和10：1以及20：1的三种不同配比的水渣比进行水洗处理，并将水洗后的成分进行游离氯离子的检测后，选取10：1的组进行110℃鼓风烘进行干燥处理，24h后取出出去结块杂质后使用。

2.3水泥胶砂的制备

将按配合比称重的提钛尾渣和水洗提钛尾渣按不同掺量进行称量，加入净浆搅拌机内混合均匀后，倒入按0.5以及0.3水灰比称量的水均匀倒入搅拌锅内，自动搅拌240s后将混合浆体取出备用，测试不同掺量的工作性能以及水化进程。

2.4 工作性能检测

流动度检测：水泥胶砂流动度测试方法GB/T 17671进行试验，将搅拌好的水泥胶砂装入试模之中，第一次装入锥形模的三分之二处，并按国标进行抹平处理，再装入第二层，刮去试模表面的水泥胶砂后以每秒1次的频率在25s内完成25次跳动，并测试其直径。

2.5抗压强度测试

抗压强度测试参照规程ISO法GB/T17671-1999进行测试。按照国标将配合比设置为水胶比1：2胶砂比为1：3。采用胶砂搅拌机进行水泥浆体的成型，并使用振动台将水泥浆体振实防止内部出现气泡。将成型好的试模放入标准养护箱中进行24小时的养护后拆模处理。分别测试实验所要求的龄期的水泥试块的强度。

3 提钛尾渣的理化特性及水洗处理

3.1 提钛尾渣的理化性能

提钛尾渣的基本成分与普通矿渣类似，但其并没有得到很大范围的应用，其核心问题就是除氯工艺并没有达到一种很成熟的地步导致其作为矿物掺合料的氯离子含量过高，会对水泥性能以及钢筋锈蚀产生很大程度的影响，经过对于提钛尾渣进行初始的性能测试，测得

提钛尾渣粉磨烘干后的密度为2.68g/cm3。采用BET比表面积测试测得该矿渣的初始比表面积小于200m2/kg，无法通过BET测试仪进行测试。将该矿渣采用振动磨粉磨70min后测试比表面积的322m2/kg，其化学成分如表1所示。

表1 提钛尾渣成分分析

脱模剂原料

成分	CaO	SiO2	Al2O3	Cl-	TiO2	MgO	Fe图像型火焰探测器2O3	其他
	32.8%	27.6%	12.5%	9.6%	丙酮回收6.0%	4.5%	3.7%	3.3%

从表1中可以看出提钛尾渣中的矿物成分比较复杂，主要含有一定量的钙钛矿CaO·TiO2，钛铁矿FeTiO3以及石英成分，此外还有一些少量的托贝莫来石以及绿帘石。将提钛尾渣进行游离氯离子含量的检测，判断其中对于钢筋锈蚀影响的氯离子含量多少，选用浸出法对原料进行处理，将原材料在60℃的鼓风烘箱中进行干燥24h后采用磁力搅拌机对原料进行搅拌，使氯离子充分浸出后采用选择电极法对溶解氯离子含量进行检测得电位为-330.2mV经计算得初始氯离子含量为1.994％。

3.2 水洗对于提钛尾渣的可溶性氯离子含量的影响

由于在进行钛资源的回收过程中采用了选择性氯化工艺对于原料中的氯离子含量影响较大，因此可以通过简单水洗将提钛尾渣中的可溶性氯离子析出从而降低其对于钢筋锈蚀的影响。本实验采取不同质量比的水渣比进行水洗测试，测定提钛尾渣中的Cl-含量。如表2所示。

表2 提钛尾渣中游离氯离子含量

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