碱渣是纯碱工业排放的废弃物,具有量大、化学组成复杂、回收利用难等特点,随意堆放会污染环境。水泥具有强度高,可塑性和耐久性优异等特点,广泛应用于建设工程中,使用量巨大,将碱渣应用到水泥基材料中,可有效解决碱渣量大的问题。目前关于碱渣在水泥基材中的研究和综合应用比较少。本文以广东南方碱业股份有限公司氨碱法生产纯碱所排出的废渣,作为研究对象,开展碱渣改性处理,及其在湿拌砂浆中的应用研究。主要的研究内容和成果如下:1.碱渣改性处理研究:研究表明:利用碳酸钠对碱渣改性可以有效的降低原渣中硫酸根离子的含量。在碳酸钠掺加量为理论量的60%～70%范围时,硫酸根离子的含量,下降幅度最大,减少幅度为86.8%。改性碱渣的最佳搅拌时间为60min,通过改性得到的碱渣硫酸根离子含量低于3.5%,可以满足建筑应用要求。2.改性碱渣对净浆抗折、抗压强度和水泥浆体流变性能的影响:(1)碱渣取代水泥时,水泥净浆试件的颜色由灰黑色转为灰白色,试件的截面存在白色颗粒,碱渣掺量越大白色颗粒分布越多,碱渣分散性不良。适量的改性碱渣掺入水泥净浆中可以小幅度的提高抗折、抗压强度,过量掺入会导致净浆的抗折、抗压强度降低。试验中得出,只有转化率为60%、70%的改性碱渣,在掺量为5%时,会提高水泥净浆的抗折、抗压强度,其余的改性碱渣组均会降低净浆的抗折、抗压强度。(2)适量改性碱渣掺入水泥净浆中可以改善水泥浆体流变性能,过量掺入则会导致水泥浆体流变性能下降。水泥浆体表现出Bingham流体的流变特性,碱渣的加入并未改变水泥浆体的流体模型,但会影响新拌浆体的流变性能。本研究中未改性碱渣对浆体屈服应力最佳掺量为5%,改性碱渣则为20%,两组的塑性黏度最佳掺量均在5%;随着剪切速率的增大,掺入碱渣的水泥浆体将呈现剪切稀化现象,随着剪切过程的进行,浆体的塑性黏度逐渐趋向平稳。3.改性碱渣对湿拌砂浆性能的影响:(1)改性碱渣对湿拌砂浆稠度、凝结时间、容重、含气量及保水性的影响。研究表明:改性碱渣作为掺合料能够提高湿拌砂浆的稠度,改性碱渣掺量越大稠度越高,稠度可提高28%。掺量低于10%时,湿拌砂浆的凝结时间会延长;但掺量大于10%时,则会大幅度缩短湿拌砂浆的凝结时间;100%掺量时,凝结时间可缩短396min。湿拌砂浆的容重随改性碱渣掺量增大而逐渐减小,最大降幅为8%。湿拌砂浆的含气量则随改性碱渣掺量增大而增大,增加幅度为55%。改性碱渣吸附自由水能力强,对提高湿拌砂浆保水率有利,并随掺量增加,湿拌砂浆保水率也同步增加,可提高到99%。(2)改性碱渣对湿拌砂浆单位体积失水量及干燥收缩的影响。结果表明:改性碱渣能减少湿拌砂浆的单位体积水损失量,在标准养护条件下,改性碱渣掺量在10%～20%范围内,可明显降低单位体积76.4%～85.2%的水损失量。改性碱渣能有效减少湿拌砂浆的干燥收缩现象,但不同工况条件下改性碱渣最佳掺入量也不尽相同,其中标养条件下,改性碱渣掺量为20%时,能最大降低干燥收缩,降低幅度可达84.8%;在相同掺量下,标养条件对改性碱渣减少湿拌砂浆干燥收缩的效果最好,其次高温高湿条件,再次室温条件。(3)改性碱渣对湿拌砂浆抗折、抗压强度的影响。研究表明:当改性碱渣掺量低于20%时,湿拌砂浆中掺入改性碱渣可提高抗折、抗压强度,而掺量大于20%后湿拌砂浆的抗折、抗压强度会下降。改性碱渣对湿拌砂浆的抗折、抗压强度增强效果要优于未改性碱渣;当改性碱渣掺入量相同时,湿拌砂浆的抗折、抗压强度在高温高湿条件下强度最好,其次为标养条件,再次为室温条件。(4)改性碱渣对湿拌砂浆的抗渗性能、拉伸粘结强度的影响。研究表明:改性碱渣掺量在10%～20%范围内能增加湿拌砂浆的抗渗性能,最大增幅为11.6%。而改性碱渣掺量大于20%时,抗渗性能会下降。掺入改性碱渣会导致湿拌砂浆拉伸粘结强度降低,拉伸粘结强度曲线会随着改性碱渣掺量的增加而表现为先急降后平缓趋势,湿拌砂浆拉伸粘结强度最大下降幅度为30%。(5)改性碱渣对湿拌砂浆亚微观状态下孔结构参数的影响。研究表明:改性碱渣能增大湿拌砂浆孔结构的平均弦长和孔隙间隔系数,且孔结构的平均弦长和孔隙间隔系数随着改性碱渣掺量的增大而增大。孔结构的平均弦长可增大71%,孔隙间隔系数可增大44%。孔隙比表面积则会随着改性碱渣掺量的增加而降低,最大降幅为48%。当改性碱渣掺入量低于10%时,湿拌砂浆的孔隙比和气泡密度会下降,最大降幅分别为52%和48%。当改性碱渣掺量大于10%,湿拌砂浆的孔隙比和气泡密度会上升。