碱激发锂渣砂浆的制备与性能研究

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环境保护已经成为全球共识,绿色概念深入人心,其在建材生产中的延伸便是绿色建材。绿色建材采用清洁生产技术,耗能少,不用或少用天然资源,大量使用工业或城市固态废弃物。而建材中产量及用量都十分巨大的胶凝材料水泥,生产耗能高,污染重,不符合绿色材料的要求。含氧化硅、氧化铝的工业废渣具有潜在的活性,用作胶凝材料生产Z的原材料不仅可以缓解大量工业废渣的排放对生态环境的压力,而且可以替代部分水泥,从而起到利废降耗的作用。 射洪县锂渣是硫酸法生产碳酸锂工艺中排出的废渣,通过显微分析,发现其氧化硅、氧化铝等活性成分含量高达84.2%,而且含有较多的玻璃体结构。但其碱度系数只有0.044,质量系数只有0.39,因而在自然条件下没有水化硬化能力,强度难以激发,在建材中的应用主要限于水泥的混合材或混凝土的掺合料,并未完全发挥其潜在活性。本文通过添加另一种工业废渣—矿渣,经过烘干、筛分等工艺处理,选用合适的碱激发剂,研制成能在自然条件下正常水化硬化、不含水泥熟料的碱胶凝材料。胶凝材料组成中,锂渣比例为20%~50%,制备的砂浆试样7d抗折强度达到6.72MPa~8.60MPa,抗压强度达到24.3MPa~35.4MPa,28d抗折强度达到7.89MPa~10.58MPa,抗压强度达到31.3MPa~57.4MPa,56d抗折强度达到10.45MPa~11.70MPa,抗压强度达到53.8MPa~68.8MPa。 试验研究了胶凝材组成比例、碱激发剂种类、碱激发剂掺量对碱激发锂渣砂浆的抗折强度、抗压强度以及凝结时间的影响,并对其耐硫酸盐侵蚀、耐酸腐蚀等耐久性能进行了研究。试验结果表明,选用合适的碱激发剂是其强度激发的关键,激发剂J1与J4复配,J2与J4复配都能达到较好的激发效果。碱掺量也有选择范围,对于J1与J4复配激发剂,由于配制工艺的特殊性,控制初凝时间不早于40min,碱掺量在5%左右;对于J2与J4 复配激发剂,碱掺量在6%左右达到最佳效果。锂渣比例在40%以内时,试样凝结时间主要受锂渣含量的影响,但与全矿渣砂浆试样相比,锂渣的掺量对试样后期强度基本无影响,56d抗折、抗压强度基本相当;耐硫酸盐侵蚀性能优异,腐蚀系数在0.95以上,耐酸腐蚀性试验强度损失率在2%以内,与全矿渣试样腐蚀系数0.96,强度损失率1.45%相比,耐硫酸盐侵蚀、耐酸腐蚀性能并未降低。 运用X射线衍射分析及扫描电镜试验,对该种胶凝材料的水化产物进行定性分析,其水化产物除了水化硅酸钙之外,还有难溶的沸石类矿物钠沸石生成。在此基础上对其水化机理进行了初步探讨,发现此类胶结材的水化过程明显分为两个阶段:第一阶段碱与矿渣作用,生成水化硅酸钙、氢氧化钙等水化产物;第二阶段为锂渣与氢氧化钙等水化产物作用,生成难溶的沸石类矿物,镶嵌在矿渣水化硬化体中起到微骨架的作用,因而其后期强度与纯矿渣试样相当。 该种碱激发胶凝材完全使用工业废渣,不含水泥熟料,锂渣比例在20%~40%之间,强度等级与32.5~52.5波特兰水泥相当,并具有优异的耐硫酸盐侵蚀、耐酸腐蚀性能,是一种十分适用于酸性介质环境下的绿色胶凝材料。
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