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锂渣复合渣高强高性能自密实混凝土研究

祝战奎  
【摘要】: 矿物掺合料是高性能混凝土中不可缺少的组分,粉煤灰、粒化高炉矿渣和硅灰是我国常用的矿物细掺料,其在混凝土中的研究应用已经很多。但我国尚有许多工业废渣、废料,如生产锂盐时的废弃渣体、石灰石破碎时产生的大量石屑粉等长期以来均未能得到充分利用,造成了环境污染和资源浪费。研究如何在自密实混凝土中充分利用这些废渣、废料以扩大矿物掺料的来源成为当前亟待解决的问题。 本课题以超磨细锂渣为主要矿物掺合料,采用“双掺”的技术,研究单掺锂渣的混凝土(LC)、复掺锂渣与石粉的混凝土(LLC)、复掺锂渣与硅灰的混凝土(LSC)、复掺锂渣与粉煤灰的混凝土(LFC)、复掺锂渣与矿渣的混凝土(LSC)的工作性能、力学性能及耐久性(抗Cl~-渗透性、抗碳化性、收缩性)。 通过上述工作得到如下结果: ①锂渣在自密实混凝土中的最佳单掺量为15%,此时混凝土塌落度为272mm,塌落扩展度为731mm,L形仪值为0.88。固定锂渣掺量15%后,石粉最佳复掺量为30%,混凝土塌落度为264mm,塌落扩展度为702mm,L形仪值为0.83;硅灰最佳复掺量为5%,混凝土塌落度为262mm,塌落扩展度为703mm,L形仪值为0.82;粉煤灰最佳复掺量为30%,混凝土塌落度为261mm,塌落扩展度为678mm,L形仪值为0.91;矿渣最佳复掺量为30%,混凝土塌落度为263mm,塌落扩展度为674mm,L形仪值为0.80。所配混凝土均达到了自密实混凝土工作性要求。 ②单掺锂渣组和锂渣与其它矿物复掺组混凝土7d强度均大于50MPa,达到了高强混凝土水平。固定锂渣掺量15%后,复掺10%石粉组90d抗压强度为102MPa;复掺5%硅灰组90d抗压强度为114MPa;复掺20%粉煤灰组90d抗压强度为106.5MPa;复掺15%矿渣组90d抗压强度为101MPa。均达到了超高强混凝土水平。 ③单掺入锂渣或锂渣与其它矿物掺合料复掺,均能改善混凝土抗氯离子渗透性能,以锂渣和硅灰复掺为最优。单掺入锂渣、锂渣和硅灰复掺、锂渣和矿渣复掺时,混凝土56d内基本无碳化;锂渣和石粉复掺时,56d最大碳化深度为9.5mm;锂渣和粉煤灰复掺时,56d最大碳化深度为10mm。但碳化深度均远小于混凝土保护层厚度,经耐久年限预测后,其仍能达到百年耐久性要求。单掺锂渣时,混凝土收缩小,复掺收缩有不同程度的增加,但在规范要求范围内。 ④通过对水泥净浆早期水化产物进行的微观分析发现,单掺锂渣组和复掺组混凝土结构较致密,在致密的凝胶表面均覆盖有团絮状物质,且与针状物质搭接形成了致密的网状结构。各扫描电镜途中未见六角片状的Ca(OH)_2。通过X射线衍射试验可知,水泥石早期水化程度不高,在其水化产物中有大量C-S-H凝胶,同时Ca(OH)_2晶粒细化,增强了水泥石的强度。 综上所述,锂渣复合渣掺合料自密实混凝土具有良好的工作性和力学性能,同时具有较优良的抗氯离子渗透性、抗碳化性能等耐久性能。在本试验中,复合矿物掺合料最高等量取代水泥45%,使单方混凝土水泥用量减至330Kg/m~3,极大减轻了环境负荷,并为废弃锂渣在自密实混凝土中的应用指明了道路。因此具有良好的实用意义,并可产生较好的经济效益。


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