鋰渣混凝土的性能研究

摘要：鋰渣對提高混凝土的強度有明顯的作用，采用鋰渣或鋰渣和其它工業(yè)廢渣復合配制的混凝土流動性大，坍落度損失小。混凝土的抗凍性好，具有抵御300 次快速凍融循環(huán)的能力。

關鍵詞：鋰渣；混凝土；工作性；強度；抗凍性

　　碳酸鋰渣( 簡稱鋰渣) 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，對保護環(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)越的技術經(jīng)濟指標。為了更進一步認識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，相對密度2.41 ，為粉狀，經(jīng)烘干磨細后比表面積為1 080 m2Pkg; ③礦渣　比表面積為580 m2Pkg ; ④石粉　機制砂磨細而成，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 %，細度模數(shù)為218 ; ⑦石　粒徑5～20mm，含泥量1.32 %。原材料的化學成分如表1 所示。

1.2 　試驗方法

     試驗重點考察了鋰渣對混凝土流動性、坍落度損失及強度的影響，并對鋰渣混凝土的抗凍性進行研究，

      抗凍性試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法》GBJ82285 中抗凍性能試驗的快凍法進行。試件尺寸為100mm×100mm×400mm，成型24h 后脫模，試件經(jīng)24d 標準養(yǎng)護后，在15～20 ℃的水中浸泡4d 后進行抗凍性的測試。

2 　結果分析與討論

2.1 　試驗配合比及試驗結果

     試驗采用內摻法，即鋰渣等質量取代混凝土中的水泥，鋰渣和水泥共同構成膠凝材料(以下所進行的試驗相同) ，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，具體方案及試驗結果如表2 所示。

2.2 　鋰渣對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，當鋰渣取代量為20 % ，其坍落度基本相當，當鋰渣取代量為40 %時，其坍落度顯著降低，但從試驗結果分析，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，這對拌合工藝、澆筑施工影響均不大。

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

2.3 　鋰渣的增強作用

      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度，當摻量在15 %以內(包括15 %) 時，能提高混凝土的早期及后期強度，當摻量在15 %～25 %時，混凝土3d 強度有不同程度的降低，但從7d 開始，增強作用開始變得明顯，當摻量達40 %時， 3 、7d 強度都有所降低，但28d 的強度趕上并超過空白樣的強度，特別是在90d ，增強作用更明顯，當摻量為40 %時，90d 強度有顯著提高，可見，鋰渣對混凝土后期強度發(fā)展貢獻更大。這是因為鋰渣中含有較多無定形的SiO₂ ，能和水泥水化的Ca (OH) ₂ 發(fā)生二次反應生成硅酸鈣凝膠，而鋰渣中無定形的Al₂O₃ 和CaCO₃ 的含量相對較高，有利于混凝土的早期強度，當摻量較大時，早期產(chǎn)生的水化產(chǎn)物因為硅酸鈣凝膠的生成量不能彌補由于鋰渣等量取代水泥減少的硅酸鈣凝膠的量，從而引起早期強度的降低，但隨著齡期的延長，鋰渣與水泥水化產(chǎn)生的Ca (OH) ₂ 反應生成的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 結晶細化對界面粘結存在著有利的影響，因而，后期強度會趕上并超過空白試樣的強度。

2.4 　不同摻料配制高強泵送混凝土

試驗所用的摻合料為鋰渣和礦渣、石粉的復合，混凝土配合比及試驗結果如表3 、4 所示。

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

2.5 　抗凍性研究

     混凝土的抗凍融性能是其耐久性的一項重要指標，同時也是一項綜合性能指標，高抗凍融性能意味著混凝土的高耐久性。水工混凝土的設計指標中經(jīng)常用抗凍性指標代表其耐久性指標。試驗選取表3 中的LF2 和LF4 進行抗凍性試驗，結果如表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) ，這是因為試件在正負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，微裂縫進一步擴展，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，在達到一定次數(shù)后重量損失增加較快。

　　從表5 可知，當2 組混凝土循環(huán)300 次時，混凝土的相對凍彈模> 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合能配制出高抗凍性的混凝土。

3 　工程應用范圍

(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度，改善混凝土性能。鋰渣和礦渣或石粉可配制高強泵送混凝土，用于強度要求高，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，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性能的前提下， 節(jié)約水泥，降低工程造價，且對廢渣的有效利用及環(huán)境保護有重要的意義。

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