锂渣混凝土的性能研究

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摘要：锂渣对提高混凝土的强度有明显的作用，采用锂渣或锂渣和其它工业废渣复合配制的混凝土流动性大，坍落度损失小。混凝土的抗冻性好，具有抵御300 次快速冻融循环的能力。

关键词：锂渣；混凝土；工作性；强度；抗冻性

碳酸锂渣( 简称锂渣) 是利用锂辉石矿石经过1200℃高温煅烧后用硫酸法生产碳酸锂过程产生的副产品。随着锂盐工业的发展，锂渣的排放量也与日俱增，如何合理地利用锂渣，对保护环境、节约资源、能源具有重要的意义。

由于锂渣中含有较多的无定形SiO2 、Al2O3 等，具有较高的火山灰活性，且价格低廉，故可将锂渣作为掺合料用于混凝土中，成为新型的锂渣混凝土，它具有十分优越的技术经济指标。为了更进一步认识和推广这种新型锂渣混凝土，有必要更深入地了解这种材料的各种性能。

1 　试验原材料及方法

1.1 　原材料

原材料如下： ①水泥　5215R 普通硅酸盐水泥; ②锂渣　四川射洪锂业公司的副产品，相对密度2.41 ，为粉状，经烘干磨细后比表面积为1 080 m2Pkg; ③矿渣　比表面积为580 m2Pkg ; ④石粉　机制砂磨细而成，比表面积为1 356 m2Pkg ; ⑤外加剂　萘系高效减水剂; ⑥砂　中砂，含泥量1.45 %，细度模数为218 ; ⑦石　粒径5～20mm，含泥量1.32 %。原材料的化学成分如表1 所示。

1.2 　试验方法

试验重点考察了锂渣对混凝土流动性、坍落度损失及强度的影响，并对锂渣混凝土的抗冻性进行研究，

抗冻性试验参照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》GBJ82285 中抗冻性能试验的快冻法进行。试件尺寸为100mm×100mm×400mm，成型24h 后脱模，试件经24d 标准养护后，在15～20 ℃的水中浸泡4d 后进行抗冻性的测试。

2 　结果分析与讨论

2.1 　试验配合比及试验结果

试验采用内掺法，即锂渣等质量取代混凝土中的水泥，锂渣和水泥共同构成胶凝材料(以下所进行的试验相同) ，所用的胶凝材料用量为470 kgPm3 ，以0 、10 %、15 %、20 %、25 %、30 %、35 %、40 %的锂渣取代水泥，具体方案及试验结果如表2 所示。

2.2 　锂渣对混凝土工作性的影响

(1) 坍落度　锂盐渣的容重小于水泥，因此，如果以锂盐渣取代部分水泥，在质量不变的前提下，加入的锂盐渣的体积要比被代替的水泥的体积大一些，浆体的体积要增大，故一定量的水泥被相同质量的锂盐渣取代后成为锂盐渣混凝土，其流变性要发生变化。从表2 可知，减水剂掺量相同的情况下，当锂渣取代量为20 % ，其坍落度基本相当，当锂渣取代量为40 %时，其坍落度显著降低，但从试验结果分析，掺入适量的减水剂，锂渣取代水泥量为10 %～40 % ，都可满足混凝土泵送的要求。

(2) 稠度　混凝土中加入锂渣后，稠度显得较粘稠，不易分离，混凝土的粘聚性更好，但也并不像硅粉混凝土那样十分粘稠，这对拌合工艺、浇筑施工影响均不大。

(3) 泌水性　试验中发现，锂盐渣与水有较强的亲合力，拌合物中自由水存在较少，泌水性降低，且容易振捣密实。对新浇筑的锂盐渣混凝土要加强养护，防止表面水分损失而产生微细裂纹。

2.3 　锂渣的增强作用

由表2 分析可知，锂渣具有很高的火山灰活性，能显著提高混凝土的抗压强度，当掺量在15 %以内(包括15 %) 时，能提高混凝土的早期及后期强度，当掺量在15 %～25 %时，混凝土3d 强度有不同程度的降低，但从7d 开始，增强作用开始变得明显，当掺量达40 %时， 3 、7d 强度都有所降低，但28d 的强度赶上并超过空白样的强度，特别是在90d ，增强作用更明显，当掺量为40 %时，90d 强度有显著提高，可见，锂渣对混凝土后期强度发展贡献更大。这是因为锂渣中含有较多无定形的SiO2 ，能和水泥水化的Ca (OH) 2 发生二次反应生成硅酸钙凝胶，而锂渣中无定形的Al2O3 和CaCO3 的含量相对较高，有利于混凝土的早期强度，当掺量较大时，早期产生的水化产物因为硅酸钙凝胶的生成量不能弥补由于锂渣等量取代水泥减少的硅酸钙凝胶的量，从而引起早期强度的降低，但随着龄期的延长，锂渣与水泥水化产生的Ca (OH) 2 反应生成的CSH 量增多，掺锂渣混凝土中CSH 凝胶的总量与未掺锂渣中的总量间差距缩小，加上掺锂渣混凝土中Ca (OH) 2 结晶细化对界面粘结存在着有利的影响，因而，后期强度会赶上并超过空白试样的强度。

2.4 　不同掺料配制高强泵送混凝土

试验所用的掺合料为锂渣和矿渣、石粉的复合，混凝土配合比及试验结果如表3 、4 所示。

从表4 可以看出：用锂渣和矿渣或石粉复合取代水泥，可以配制出高强度的混凝土，锂渣和石粉取代水泥35 %～50 %、锂渣和矿渣复合取代40 %～60 %时， 混凝土28d 抗压强度达86.5 ～ 100.2MPa。这是因为锂渣和矿渣或石粉的复合不仅是简单的叠加，而是在混凝土中充分发挥了各自的形态效应、活性效应和微集料填充效应，形成了超叠加效应，产生了“1 + 1 > 2”的效果，且所配制的高强混凝土凝结时间合理、工作性好，坍落度经时损失少，能满足泵送的施工要求，此外，这种对水泥的高取代率可以节约大量水泥，降低工程造价。

2.5 　抗冻性研究

混凝土的抗冻融性能是其耐久性的一项重要指标，同时也是一项综合性能指标，高抗冻融性能意味着混凝土的高耐久性。水工混凝土的设计指标中经常用抗冻性指标代表其耐久性指标。试验选取表3 中的LF2 和LF4 进行抗冻性试验，结果如表5 所示。冻融循环早期，混凝土重量没有损失，而是略有增加(见表5) ，这是因为试件在正负温度交替变化中表面产生微裂缝，这些微裂缝的存在使得混凝土的吸水率增加，从而使混凝土重量略有增加。随着冻融次数的增加，微裂缝进一步扩展，混凝土重量开始损失，重量损失率逐渐增加。在混凝土冻融初期，重量损失不太明显，在达到一定次数后重量损失增加较快。

从表5 可知，当2 组混凝土循环300 次时，混凝土的相对冻弹模> 60 % ，重量损失率< 5 % ，混凝土未被破坏，说明锂渣和石粉或矿渣复合能配制出高抗冻性的混凝土。

3 　工程应用范围

(1) 在一般混凝土，特别是大体积混凝土中，掺用锂盐渣或锂盐渣和其它矿物掺合料复合，可降低水泥用量，降低水化热，避免出现温度裂缝。

(2) 锂渣可以提高混凝土强度，改善混凝土性能。锂渣和矿渣或石粉可配制高强泵送混凝土，用于强度要求高，且要求泵送的混凝土工程中。

(3) 利用锂渣配制的混凝土高抗冻性的优点，可以将此混凝土用在水工混凝土、要求高抗冻性的部位或寒冷地区的混凝土工程中。

4 　结论

以锂渣或锂渣和其它工业废渣取代部分水泥配制锂渣混凝土， 可以在保证混凝土各项性能的前提下， 节约水泥，降低工程造价，且对废渣的有效利用及环境保护有重要的意义。

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[作者简介] 张兰芳(1976 —) ，女，内蒙古丰镇人，重庆大学材料科学与工程学院在读博士研究生，重庆市大渡口区钢花村特10 栋524 房间　400084 ，电话： (023) 68874142