摘要：通过对包钢高炉重矿渣的物化性能、力学性能等的研究及试验，对高炉重矿渣代替天然砂石做筑路材料中的骨料进行可行性论述。 关键词：高炉重矿渣、性能、研究、应用、筑路材料
包钢重矿渣历年累计堆存量已达近5000万吨，且目前还在逐年递增，大量排放的重矿渣需占用大面积场地予以堆存，对包钢大厂土地资源造成严重浪费，故重矿渣的综合利用已是迫在眉睫。以下将通过对高炉重矿渣各项性能的研究及其在筑路材料中的应用试验，对高炉重矿渣的各种性能指标做出较全面、客观的评价，并为重矿渣替代筑路材料中的天然砂石骨料提供科学依据。
1、包钢高炉重矿渣的组成成分
1.1高炉重矿渣的主要化学成分
炼铁的主要原料为铁矿石、焦炭、石灰石及少量的白云石，因此，高炉渣的主要化学成分是，此外，还有少量的锰、磷、稀土氧化物、钍、氟。
1.2高炉重矿渣的矿物组成
高炉渣矿物组成与冶炼铁种和渣碱度有很大关系，包钢高炉渣属中性或弱碱性渣，碱度一般为0.9-1.2左右，其主要矿物是钙铝黄长石（2CaO2.Al2O3.SiO2）和钙镁黄长石（2CaO2.MgO.2SiO2）组成的共熔体。
2、包钢高炉重矿渣的物化性能
2.1比重及强度
高炉重矿渣的比重为2.9-3.0，块体容重1900kg/m3，抗压强度50-60MPa，压碎值24.7%，相当于中等强度的天然碎石压碎值。
2.2水硬性
高炉渣具有火山灰活性，这是岩石不能比拟的。粉状或粒状高炉渣经碱性激发剂激发，都可以产生一定的强度。试验用水泥做激发剂制成试件与水泥试件相比，其28天强度比为71.2%，用磨细矿渣粉做水硬性试验，28天强度为6.8MPa。
2.3腐蚀性
我国《有色工业固体废物污染控制标准》GB5085中规定，PH值小于等于2.0或PH值大于等于12.5，判定为有害废物。经测试，包钢高炉渣浸出液PH值为11.33，没有超出标准限值，不会对环境造成腐蚀性污染。
2.4浸出毒性
固体废物受到浸泡、冲淋，其中有害成分将会转移到水体、土壤，导致二次污染。包钢高炉重矿渣经浸出试验，GB5085标准规定中的十种有害物均未超出限值，因此高炉渣堆存、填埋或做成制品都不会污染周边水体和土壤。
2.5放射性
2005年以来，包钢冶金渣公司曾多次对高炉渣抽样送检，其放射性检测结果基本相近。新渣钍含量为0.013-0.014%，钍232的比活度为432.3-593.1Bq/kg，内照射指数0.42-0.53，外照射指数1.93-2.58。
根据建筑材料放射性核素限量（GB6566-2001）规定，全部用高炉渣做建筑主体材料，外照射指数超标，只能掺配使用。但用做建筑物的外饰面及室外其它用途，可满足国标中3.2.3C类装修材料的要求，比照装修材料，外照射指数小于2.8的高炉渣用于室外应不受限制。
3.包钢高炉重矿渣代替砂石的对比研究
为确保高炉重矿渣代替砂石的可靠性，本文按照国家标准GB/T14684《建筑用砂》和GB/T14685《建筑用卵石、碎石》对重矿渣与天然砂石给予对比试验。
3.1针状、片状颗粒含量
天然碎石做粗集料，要求针片状颗粒数量≯25%，而重矿渣本身没有纹理层次，破碎后几乎不存在针片状颗粒。
3.2硫化物、硫酸盐（SO3计）及氯化物
建筑用砂要求SO3≯0.5%，建筑碎石要求SO3≯1%。包钢重矿渣SO3含量为0.068%，满足标准要求。此外，建筑砂要求氯化物最高含量不大于0.06%，包钢重矿渣氯离子含量为0.043%，满足建筑砂对氯化物的要求。
3.3压碎值
标准规定建筑用砂单级最大压碎值：1类＜20%，2类＜25%，3类＜30%。包钢矿渣砂压碎值分别为1类＜10%，2类＜20%，3类＜30%，矿渣碎石压碎值＜24.7%，其压碎值均可满足建筑用砂石要求。
3.4表观密度、堆积密度、空隙率
标准规定建筑用砂石表观密度应大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。包钢重矿渣表观密度为2680kg/m3，松散堆积密度为1450kg/m3，空隙率为45.9%。由此可见，包钢重矿渣的表观密度、堆积密度、空隙率均符合建筑用砂石标准。
3.5碱集料反应
主要是检验硅质材料集料与砼中的碱发生潜在的碱—硅反应造成的危害性。
本次碱集料反应是采用高碱水泥对活性矿物的反应试验，包钢重矿渣岩相分析的矿物是以镁黄长石为主，活性较差，不会发生碱集料反应。
综上，对照GB/T14684《建筑用砂》和GB/T14685《建筑用卵石、碎石》标准，包钢重矿渣的各项指标（放射性除外）均能满足建筑用砂石的标准要求。
4、包钢高炉重矿渣在道路基层材料中的应用
道路的刚性基层混合料一般由稳定材料加骨料组成，稳定材料通常采用水泥、石灰、或水泥加粉煤灰、石灰加粉煤灰等，而骨料多为天然砂、碎石等。本试验将采用石灰加粉煤灰做稳定材料，以重矿渣代替天然砂石骨料，据此进行道路基层的压实度、7天无侧限抗压强度等评定道路基层施工质量重要标准的测定。
根据《公路水泥混凝土路面设计规范》要求，一级公路基层压实度应达到98%，7天无侧限抗压强度不小于0.8MPa。
4.1原料条件
◆粉煤灰： 要求总含量不小于70%，烧失量不大于10%，0.3mm筛孔通过率不小于90%，0.075mm筛孔通过率不小于70%。
◆消石灰：钙质消石灰的质量分数大于60%，镁质消石灰的质量分路大于50%。
◆混合料配比： 重矿渣75-80%，粉煤灰10-15%，消石灰8-12%。
4.2基层混合料试验数据
由下表可以看出虽然混合料配比接近，但7天无侧限抗压强度相差很多，其主要原因是矿渣集料级配差别。本试验中1-4#采用骨架密实型级配，即5-25mm集料83.26%，0-5mm细料16.73%；5-7#采用悬浮密实型级配，即5-25mm集料53.3%，0-5mm细料46.7%。
基层混合料试验数据
由此可见，1-4#只要改变一下集料级配，混合料7天无侧限抗压强度是能够达到标准要求的。
4.3推荐配合比
◆重矿渣75-80%，石灰8-10%，粉煤灰12-15%。其中，重矿渣集料级配为0-5mm矿渣25-40%，5-25mm矿渣60-75%.
◆消石灰CaO+MgO质量分数＞50%。
◆粉煤灰符合Ⅲ级灰要求。
5、结束语
包钢重矿渣替代天然砂石做为筑路材料的骨料，能够满足道路抗压、抗折强度要求；且重矿渣在室外应用其腐蚀性、浸出毒性均远低于国家标准，不会对周边环境造成二次污染。
参考文献：
[1] JTG D40-2002， 公路水泥混凝土路面设计规范[S] .
[2] GB18871-2002 ，电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S] .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。