鋰渣混凝土的性能研究

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摘要：鋰渣對(duì)提高混凝土的強(qiáng)度有明顯的作用，采用鋰渣或鋰渣和其它工業(yè)廢渣復(fù)合配制的混凝土流動(dòng)性大，坍落度損失小?；炷恋目箖鲂院?，具有抵御300 次快速凍融循環(huán)的能力。

關(guān)鍵詞：鋰渣；混凝土；工作性；強(qiáng)度；抗凍性

碳酸鋰渣( 簡(jiǎn)稱鋰渣) 是利用鋰輝石礦石經(jīng)過1200℃高溫煅燒后用硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰過程產(chǎn)生的副產(chǎn)品。隨著鋰鹽工業(yè)的發(fā)展，鋰渣的排放量也與日俱增，如何合理地利用鋰渣，對(duì)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、能源具有重要的意義。

由于鋰渣中含有較多的無定形SiO2 、Al2O3 等，具有較高的火山灰活性，且價(jià)格低廉，故可將鋰渣作為摻合料用于混凝土中，成為新型的鋰渣混凝土，它具有十分優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。為了更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和推廣這種新型鋰渣混凝土，有必要更深入地了解這種材料的各種性能。

1 　試驗(yàn)原材料及方法

1.1 　原材料

原材料如下： ①水泥　5215R 普通硅酸鹽水泥; ②鋰渣　四川射洪鋰業(yè)公司的副產(chǎn)品，相對(duì)密度2.41 ，為粉狀，經(jīng)烘干磨細(xì)后比表面積為1 080 m2Pkg; ③礦渣　比表面積為580 m2Pkg ; ④石粉　機(jī)制砂磨細(xì)而成，比表面積為1 356 m2Pkg ; ⑤外加劑　萘系高效減水劑; ⑥砂　中砂，含泥量1.45 %，細(xì)度模數(shù)為218 ; ⑦石　粒徑5～20mm，含泥量1.32 %。原材料的化學(xué)成分如表1 所示。

1.2 　試驗(yàn)方法

試驗(yàn)重點(diǎn)考察了鋰渣對(duì)混凝土流動(dòng)性、坍落度損失及強(qiáng)度的影響，并對(duì)鋰渣混凝土的抗凍性進(jìn)行研究，

抗凍性試驗(yàn)參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法》GBJ82285 中抗凍性能試驗(yàn)的快凍法進(jìn)行。試件尺寸為100mm×100mm×400mm，成型24h 后脫模，試件經(jīng)24d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，在15～20 ℃的水中浸泡4d 后進(jìn)行抗凍性的測(cè)試。

2 　結(jié)果分析與討論

2.1 　試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)采用內(nèi)摻法，即鋰渣等質(zhì)量取代混凝土中的水泥，鋰渣和水泥共同構(gòu)成膠凝材料(以下所進(jìn)行的試驗(yàn)相同) ，所用的膠凝材料用量為470 kgPm3 ，以0 、10 %、15 %、20 %、25 %、30 %、35 %、40 %的鋰渣取代水泥，具體方案及試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

2.2 　鋰渣對(duì)混凝土工作性的影響

(1) 坍落度　鋰鹽渣的容重小于水泥，因此，如果以鋰鹽渣取代部分水泥，在質(zhì)量不變的前提下，加入的鋰鹽渣的體積要比被代替的水泥的體積大一些，漿體的體積要增大，故一定量的水泥被相同質(zhì)量的鋰鹽渣取代后成為鋰鹽渣混凝土，其流變性要發(fā)生變化。從表2 可知，減水劑摻量相同的情況下，當(dāng)鋰渣取代量為20 % ，其坍落度基本相當(dāng)，當(dāng)鋰渣取代量為40 %時(shí)，其坍落度顯著降低，但從試驗(yàn)結(jié)果分析，摻入適量的減水劑，鋰渣取代水泥量為10 %～40 % ，都可滿足混凝土泵送的要求。

(2) 稠度　混凝土中加入鋰渣后，稠度顯得較粘稠，不易分離，混凝土的粘聚性更好，但也并不像硅粉混凝土那樣十分粘稠，這對(duì)拌合工藝、澆筑施工影響均不大。

(3) 泌水性　試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，鋰鹽渣與水有較強(qiáng)的親合力，拌合物中自由水存在較少，泌水性降低，且容易振搗密實(shí)。對(duì)新澆筑的鋰鹽渣混凝土要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面水分損失而產(chǎn)生微細(xì)裂紋。

2.3 　鋰渣的增強(qiáng)作用

由表2 分析可知，鋰渣具有很高的火山灰活性，能顯著提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)摻量在15 %以內(nèi)(包括15 %) 時(shí)，能提高混凝土的早期及后期強(qiáng)度，當(dāng)摻量在15 %～25 %時(shí)，混凝土3d 強(qiáng)度有不同程度的降低，但從7d 開始，增強(qiáng)作用開始變得明顯，當(dāng)摻量達(dá)40 %時(shí)， 3 、7d 強(qiáng)度都有所降低，但28d 的強(qiáng)度趕上并超過空白樣的強(qiáng)度，特別是在90d ，增強(qiáng)作用更明顯，當(dāng)摻量為40 %時(shí)，90d 強(qiáng)度有顯著提高，可見，鋰渣對(duì)混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展貢獻(xiàn)更大。這是因?yàn)殇囋泻休^多無定形的SiO2 ，能和水泥水化的Ca (OH) 2 發(fā)生二次反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，而鋰渣中無定形的Al2O3 和CaCO3 的含量相對(duì)較高，有利于混凝土的早期強(qiáng)度，當(dāng)摻量較大時(shí)，早期產(chǎn)生的水化產(chǎn)物因?yàn)楣杷徕}凝膠的生成量不能彌補(bǔ)由于鋰渣等量取代水泥減少的硅酸鈣凝膠的量，從而引起早期強(qiáng)度的降低，但隨著齡期的延長(zhǎng)，鋰渣與水泥水化產(chǎn)生的Ca (OH) 2 反應(yīng)生成的CSH 量增多，摻鋰渣混凝土中CSH 凝膠的總量與未摻鋰渣中的總量間差距縮小，加上摻鋰渣混凝土中Ca (OH) 2 結(jié)晶細(xì)化對(duì)界面粘結(jié)存在著有利的影響，因而，后期強(qiáng)度會(huì)趕上并超過空白試樣的強(qiáng)度。

2.4 　不同摻料配制高強(qiáng)泵送混凝土

試驗(yàn)所用的摻合料為鋰渣和礦渣、石粉的復(fù)合，混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果如表3 、4 所示。

從表4 可以看出：用鋰渣和礦渣或石粉復(fù)合取代水泥，可以配制出高強(qiáng)度的混凝土，鋰渣和石粉取代水泥35 %～50 %、鋰渣和礦渣復(fù)合取代40 %～60 %時(shí)， 混凝土28d 抗壓強(qiáng)度達(dá)86.5 ～ 100.2MPa。這是因?yàn)殇囋偷V渣或石粉的復(fù)合不僅是簡(jiǎn)單的疊加，而是在混凝土中充分發(fā)揮了各自的形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料填充效應(yīng)，形成了超疊加效應(yīng)，產(chǎn)生了“1 + 1 > 2”的效果，且所配制的高強(qiáng)混凝土凝結(jié)時(shí)間合理、工作性好，坍落度經(jīng)時(shí)損失少，能滿足泵送的施工要求，此外，這種對(duì)水泥的高取代率可以節(jié)約大量水泥，降低工程造價(jià)。

2.5 　抗凍性研究

混凝土的抗凍融性能是其耐久性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，同時(shí)也是一項(xiàng)綜合性能指標(biāo)，高抗凍融性能意味著混凝土的高耐久性。水工混凝土的設(shè)計(jì)指標(biāo)中經(jīng)常用抗凍性指標(biāo)代表其耐久性指標(biāo)。試驗(yàn)選取表3 中的LF2 和LF4 進(jìn)行抗凍性試驗(yàn)，結(jié)果如表5 所示。凍融循環(huán)早期，混凝土重量沒有損失，而是略有增加(見表5) ，這是因?yàn)樵嚰谡?fù)溫度交替變化中表面產(chǎn)生微裂縫，這些微裂縫的存在使得混凝土的吸水率增加，從而使混凝土重量略有增加。隨著凍融次數(shù)的增加，微裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，混凝土重量開始損失，重量損失率逐漸增加。在混凝土凍融初期，重量損失不太明顯，在達(dá)到一定次數(shù)后重量損失增加較快。

從表5 可知，當(dāng)2 組混凝土循環(huán)300 次時(shí)，混凝土的相對(duì)凍彈模> 60 % ，重量損失率< 5 % ，混凝土未被破壞，說明鋰渣和石粉或礦渣復(fù)合能配制出高抗凍性的混凝土。

3 　工程應(yīng)用范圍

(1) 在一般混凝土，特別是大體積混凝土中，摻用鋰鹽渣或鋰鹽渣和其它礦物摻合料復(fù)合，可降低水泥用量，降低水化熱，避免出現(xiàn)溫度裂縫。

(2) 鋰渣可以提高混凝土強(qiáng)度，改善混凝土性能。鋰渣和礦渣或石粉可配制高強(qiáng)泵送混凝土，用于強(qiáng)度要求高，且要求泵送的混凝土工程中。

(3) 利用鋰渣配制的混凝土高抗凍性的優(yōu)點(diǎn)，可以將此混凝土用在水工混凝土、要求高抗凍性的部位或寒冷地區(qū)的混凝土工程中。

4 　結(jié)論

以鋰渣或鋰渣和其它工業(yè)廢渣取代部分水泥配制鋰渣混凝土， 可以在保證混凝土各項(xiàng)性能的前提下， 節(jié)約水泥，降低工程造價(jià)，且對(duì)廢渣的有效利用及環(huán)境保護(hù)有重要的意義。

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[作者簡(jiǎn)介] 張?zhí)m芳(1976 —) ，女，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在讀博士研究生，重慶市大渡口區(qū)鋼花村特10 棟524 房間　400084 ，電話： (023) 68874142