宜春锂云母提锂渣对混凝土耐久性能的影响

宜春锂云母提锂渣对混凝土耐久性能的影响罗琦;伍根伙;张雄;毛意中;黄少文【摘要】Thisresearchmainlyshowstherelationshipbetweenthequantityoflithiumslagandpropertyofconcreteincludingdryshrinkage,anti-carbonation,wearresistanceandchlorideionresistance.ConcretemicrostructureshavebeenobservedwithSEM.Theresultsshowthataddinglithiumslagtoconcretecanimproveconcretepropertyincludingdryshrinkage,wearresistanceandchlorideionresistance.Whentheamountsoflithiumslagreach30%,dryshrinkageoftheconcretewilldecrease27%and6helectricfluxwilldecrease43%.Itisfoundthatlithiumslaghasnegativeinfluenceonanti-carbonationproperty.Withtheincreaseoflithiumslag,anti-carbonationpropertyofconcretedecreasesgradually.%研究锂云母提锂渣对混凝土的干燥收缩、抗碳化性能、耐磨性能、抗氯离子渗透性能的影响,并通过SEM观察了锂渣混凝土的微观结构.结果表明:锂渣可改善混凝土的干燥收缩、耐磨性能及抗氯离子渗透性能;当锂渣掺量为30%时，混凝土收缩率减小27%,6h电通量降低了43%;但锂渣对混凝土的抗碳化性能也有负面影响，随着锂渣掺量的增加，混凝土抗碳化性能逐渐降低.【期刊名称】《南昌大学学报(理科版)》【年(卷)，期】2017(041)002【总页数】4页(P122-124,130)【关键词】锂云母提锂渣;耐磨性;抗氯离子渗透性;抗碳化性能【作者】罗琦;伍根伙;张雄;毛意中;黄少文【作者单位】同济大学材料科学与工程学院，上海201804浦昌大学材料科学与工程学院，江西南昌330031洞济大学材料科学与工程学院，上海201804洞济大学材料科学与工程学院，上海201804浦昌大学材料科学与工程学院，江西南昌330031;南昌大学材料科学与工程学院，江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TU528将锂渣用作混凝土掺合料可解决工业生产过程中产生的大量锂渣带来的环境污染等问题。目前国内的专家学者对锂辉石提锂渣作为混凝土掺合料做了大量研究：张兰芳等［1-2］围绕单掺锂渣、锂渣与粉煤灰、锂渣与矿渣粉复掺高性能混凝土的工作性能、强度性能、抗碳化、抗冻性能等耐久性指标做了大量的试验研究工作；赵若鹏等［3］通过将锂渣和硅粉进行复掺配制出了强度高达100MPa的大流动性混凝土;温勇、刘国君等［4］研究不同比表面积的磨细锂渣粉对混凝土新拌性能的影响；王国强等［5］也对单掺锂渣混凝土的强度及收缩抗裂性能做了试验研究。而将江西宜春锂云母提锂渣（简称锂渣）应用于水泥混凝土的相关研究还较少，针对锂云母提锂渣混凝土的耐久性进行系统研究尚未见报道。通过系统研究锂云母提锂渣对混凝土的干燥收缩、抗碳化性能、耐磨性能、抗氯离子渗透性能以及微观结构等的影响，可为宜春锂云母提锂渣在混凝土中的实际应用提供理论参考。1.1原材料水泥：江西亚东水泥有限公司生产的洋房牌P-O42.5R级水泥，表观密度3.1g-cm-3。锂渣：取自江西赣锋锂业股份有限公司，其化学成分见表1,锂渣比表面积570m2・kg-1，中位径22.5pm,其粒度分布见表2。细集料：赣江中砂，细度模数为2.4，表观密度2.6g-cm-3。粗集料：石灰岩质人工碎石，连续级配，最大粒径20mm。减水剂：市售聚羧酸减水剂（粉剂），减水率25%。1.2试验方法混凝土的干燥收缩、抗碳化性能、抗氯离子渗透性能：参照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行；混凝土耐磨性能：参照JTGE30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行。微观分析：采用美国FEI公司QUANTA200FEG型场发射环境扫描电镜对混凝土的微观结构进行分析。具体混凝土配合比见表3，水胶比为0.48，减水剂掺量固定为0.5%。2.1锂渣对混凝土干燥收缩的影响混凝土的干燥收缩是指混凝土停止养护后，在不饱和的空气中失去毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩。混凝土固化后的干燥收缩容易引起混凝土材料在非荷载作用下产生裂纹。为研究锂渣对混凝土干燥收缩性能的影响，试验测定了不同锂渣掺量混凝土在不同龄期的干燥收缩，测试结果见图1。从图1可知，混凝土的干燥收缩率在60d后趋于稳定，增速放缓。随着锂渣掺量的增多，混凝土干缩率逐渐下降。当混凝土干燥养护至180d时，锂渣掺量30%混凝土L3的收缩率相较锂渣掺量为0%的基准混凝土L0的收缩率减小27%。这可能由于锂渣本身需水量较大，相比基准试样L0，掺加了锂渣的混凝土其毛细孔和凝胶孔的吸附水更少，从而使得混凝土干燥收缩率降低。2.2锂渣对混凝土抗碳化性的影响碳化与混凝土结构物的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构物使用寿命的重要指标之一[6]。为了考察锂渣对混凝土抗碳化性能的影响，试验测定了不同锂渣掺量混凝土在不同龄期的碳化深度。测试结果见图2。从图2中可以看出，随着锂渣掺量的增加以及养护龄期的增长，混凝土的碳化深度均随之不断增大。未掺锂渣的基准混凝土L0的28d平均碳化深度为3mm,而掺加了30%锂渣的混凝土L3其碳化深度则达到9mm。这可能是由于锂渣取代水泥以及并与水泥水化产物发生二次水化反应，降低了混凝土内部的碱度，CO2渗透过程中受中和阻力降低，从而导致锂渣混凝土抗碳化性能降低，锂渣掺量越大，混凝土抗碳化性能越差。2.3锂渣对混凝土抗氯离子渗透性的影响氯离子渗入混凝土，易破坏钢筋表面钝化膜，且在混凝土内部形成原电池，加速钢筋的锈蚀过程。氯离子侵蚀是造成钢筋锈蚀的主要原因，侵入钢筋混凝土内部会引起钢筋失效，从而严重影响钢筋混凝土结构耐久性和安全性［7］。图3为锂渣混凝土的抗氯离子渗透性能测试结果，从图中可以看出，随着锂渣掺量的增加，混凝土抗氯离子渗透能力越强，掺加30%锂渣混凝土L3的6h电通量较未掺锂渣的基准混凝土L0的降低了43%，其作用机理可能是锂渣能够与水泥水化产物较快地发生二次水化反应，使混凝土界面较疏松的定向生长的Ca(OH)2晶体转变为致密的水泥凝胶层，显著提高了离子渗透的阻力，从而使混凝土的抗氯离子渗透能力明显增强。2.4锂渣对混凝土耐磨性能的影响锂渣混凝土耐磨性能测试结果见图4,由图4可以看出，锂渣混凝土的磨损量随着锂渣掺量的增加呈现先减小后增大的趋势，但即使当锂渣掺量达30%时，锂渣混凝土L3的磨损量仍较未掺加锂渣的基准混凝土L0要小。这可能是因为：锂渣的掺加，一方面可以改善混凝土的黏聚性及保水性，增加锂渣混凝土的密实度；另一方面，锂渣可与水泥水化产物发生二次水化，同样地提高了混凝土的密实度，从而使锂渣混凝土的耐磨性能得到提高。而当锂渣掺量超过20%时，锂渣混凝土的耐磨性能有呈现下降的趋势。这是由于随着锂渣量的增加，相应的水泥水化产物量减少，由于锂渣自身不会发生水化，过量的锂渣仅提供填充效果，使得混凝土密实度呈现下降的趋势，从而降低了锂渣对混凝土耐磨性能的改善效果。2.5锂渣对混凝土微观结构的影响机理图5和图6分别为未掺锂渣和掺有10%锂渣混凝土的28d微观结构SEM图。从图5可以看出，在不掺锂渣的情况下，混凝土水化产物出现了许多絮状及针状的C-S-H凝胶，并伴随有少量细针状的钙矶石掺杂其中，两者彼此交叉生长，不易区分开来。由图6可知，掺加10%锂渣的混凝土微观结构更加致密，水化产物主要为扁平碟状的C-S-H凝胶，相比不掺加锂渣的混凝土，掺有锂渣的试样中基本未见针状钙矶石出现。说明掺加锂渣的混凝土因火山灰效应消耗了更多的Ca(OH)2，减少了钙矶石的生成［8］。同时，由于锂渣的加入增加了水泥凝胶C-S-H的数量，提高了混凝土的致密度，这也是使混凝土抗氯离子渗透性能增强的重要原因。掺加锂渣可以改善水泥混凝土的干燥收缩性能、耐磨性能；当锂渣掺量为30%时，混凝土收缩率减小27%；但当锂渣掺量超过20%时，其耐磨性能呈下降趋势;锂渣可改善水泥混凝土的抗氯离子渗透性能，但对其抗碳化性能有负面影响；锂渣掺量为30%时，混凝土6h电通量较基准混凝土降低了43%；在将锂渣应用于钢筋混凝土时，应严格控制锂渣的掺量，以确保混凝土抗氯离子渗透性能和抗碳化性能的均能满足设计要求。⑶锂渣的掺加可提高水泥混凝土的致密度，限制钙矶石的生成，同时还能提高离子渗透的阻力，从而使水泥混凝土的干缩性，耐磨性以及抗氯离子渗透能力明显增强。【相关文献】［1］张兰芳，陈剑雄,岳瑜等.锂渣高强混凝土的试验研究［J］.新型建筑材料,2005(3):29-31.［2］张兰芳，谢贵海，陈剑雄等.新型锂盐渣混凝土抗冻性试验研究［J］.低温建筑技术,2005(4):8-10.赵若鹏，郭自力涨晶等.内掺锂渣和硅粉的100MPa高强度大流动性混凝土研究[J].工业建筑,2004,34(12):61-63.温勇，宋亚峰,阿不拉•坎杰等.磨细锂渣粉对新拌混凝土性能的影响[J].混凝土,2011(10):58-60.王国强，努尔开力•依孜特罗甫，侍克斌等.锂渣细度对锂渣混凝土早期