锂硅粉对新拌混凝土性能的影响研究.pdf

2 0 1 0 年 第 8期 (总 第 2 5 0 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 5 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 0 0 8 0 3 7 锂硅粉对新拌混凝土性能的影响研究 秦拥军。罗玲，徐虎。张德娟 ( 新疆大学 建筑工程学院，新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 4 7 ) 摘要： 利用锂硅粉等量取代水泥配制混凝土， 通过不同掺量、 细度、 外加剂对新拌混凝土的性能进行试验。结果表明： 掺加锂硅粉能有 效改善混凝土的黏聚性 、 保水性 ， 对 昆 凝土的坍落度及 其经 时损失也有着明显影 响。通过调整混凝土用水量 、 外加剂种类和掺量可以有效 改善新拌混凝土性能 ， 满足预拌混凝土性能的要求。 关键词 ： 锂硅粉 ；新拌混凝土 ；坍落度 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 8 0 1 0 8 0 2 St udy on pr ope r t i e s o f f r e s h c onc r e t e b y us i ng Li - Si a l l o y powde r Q Y o n g -j u n ， LU OL i n g， XUHu ， Z H ANGDe -j u a n ( De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， X i i a n g Un i v e r s i t y ， Ur u mq i 8 3 0 0 4 7 ， C h i n a ) Ab s t r ac t ： Us i n g e q uiva l e n t Li S i a l l o y p o wd e r t o r e p l a c e c e me n t ， t h e i n flu e n c e o n t h e p r o p e r t i e s o ffle s h c o n c r e t e wi t h d i ffe r e n t d o s a g e， fi n e n e s s a n d a d mi x tur e wa s i n v e s t i g a t e d Ex pe r i me nt a l r e s u l t s s h o w t h a t Ad d i n g Li - S i Al l o y P o wd e r i n Co n c r e c a n i mp r o v e c o h e s i v e n e s s ， wa t e r r e t e n t i o n ， a n d h a s a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n S l u mp a n d S l u mp T i me l o s i n g T h r o u g h a d j u s t i n g wa t e r c o n s u mp t i o n ， k i n d s o f a d d i t i v e s a n d mi x i n g a mo u n t ， t h ep r o p e i e s o ffle s h c o n c r e t e c a nb ei mp r o v e d， S O a st o s a r i s r ytheq u a l i t yo fCo mme r c i a l Co n c ret e Ke y wor d s： L i - S i a l l o yp o wd e r ； f r e s h c o n c r e t e； s l u mp 0 引 言 锂渣粉是锂盐 生产 过程 中产 生的种工业废渣 ， 是锂辉石 经 1 2 0 0左右的高温煅烧后， 磨成的细粉在用硫酸法提取出碳 酸锂熟料后， 再经渗滤浸出洗涤后排出的残渣。锂硅粉以酸法 锂渣为原料， 经多道丁艺加工产出的粉状物。 其特点是： 锂硅粉 中的活性 S i O2 + A 1 O ， 6 5 ， 并含有稀有金属锂元素。锂硅粉作 为混凝土和水泥砂浆的掺合料时，其显著的特点是低水化热、 二次水化反应 ， 保水性好。国内许多学者研究发现 ： 锂渣粉混凝 土表现出较高的强度和较好的抗冲磨性 、 抗冻性。新疆锂盐厂 每年排放锂渣 l 0万 t ， 占用大量存放空间 ， 且严重地 污染环境 ， 浪费资源 。 预拌混凝土在建筑工程中的应用越来越广范， 和易性不好 是预拌混凝土的质量通病； 锂硅粉作为混凝土掺合料， 可以改 善混凝土的和易性 ， 又能为建筑工程节约大量水泥， 利于降低 成本 ， 保 护环境 ， 提高经济效益和社会效益 。 1 试验原材料 水泥： 采用新疆水泥厂西域牌 P 0 4 2 5级水泥 ， 其化学成 分和各项性能指标满足规范要求。 表 1 水 泥的性能指标( 新疆水泥厂西域牌 P 0 4 2 5级水 泥 ) 锂硅粉： 选择乌鲁木齐锂业有限责任公司生产的锂硅粉， 锂 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 4 1 6 基金项 目：国家 自然科学基金项 目( 5 0 6 6 8 0 0 3 ) 1 08 硅粉技术性能指标见表 2 。 表 2锂硅粉技术性能指标 0 8 0 L 筛 ) 烧失量 S i O ： + A1 2 0 量 Na 2 O I( 2 0 6 I 级 1 0 ； I I 级 1 5 1 0 2 7 6 5 1 O 3 4 0 2 2 砂： 细度模数 2 8 ， 中砂， 级配为 I I 区， 含水率小于 0 5 ， 含 泥量小于 3 0 。 石： 卵石， 粒径 5 - - 4 0 ml r l ， 含泥量小于 1 0 。 外加剂： 萘系高效减水剂、 聚羧酸高效减水剂。 水 ： 为一般饮用水。 2试 验 方 法 采用常用普通混凝土 C 3 0 、 C 4 0 、 C 5 0配合比( 配合比见表3 ) ， 分别加萘系和聚羧酸高效减水剂 ， 对每个配合比均以不掺锂硅 粉的普通混凝 土为基准混凝 土 ， 通过调整外加剂掺量使混凝土 坍落度及坍落度经时损失分别控制在 t 8 0 IT I I T I 以上、 3 0 m n -I 以 内， 锂硅粉掺量取 1 0 、 1 5 、 2 0 、 2 5 、 3 0 ， 等量取代水泥作 对比试验 ； 新拌混凝土的性能试验按 GB T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 ( 普通 混凝土拌合物性能试验方法标准 进行。 表 3混凝土配合比 k g m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 试验结果及分析 3 1 对新拌混凝土流动性的影响 流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下， 能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。泵送混凝土坍落度 通常为 8 0 1 8 0 r n r n 。 3 1 1 不同掺量锂硅粉对混凝土流动性的影响 在减水剂掺量相同的情况下， 以 1 0 3 0 I I 级锂硅粉等 量取代水泥 ， 分别测定新拌混凝土坍落度 ， 测试结果如图 1 所 示。由图可知， 随着锂硅粉掺量的增加混凝土坍落度有所下降， 但混凝土坍落度仍然能满足泵送混凝土的要求。这是由于锂硅 粉的密度小于水泥， 在质量不变的前提下， 加入锂硅粉的体积 要比被代替水泥的体积大一些 ， 浆体的体积要增大， 当浆体的 体积增大到一定程度后使混凝土稠度增加， 进而影响混凝土的 流动性； 当锂硅粉掺量达到 2 0 以上时混凝土坍落度会有较明 显变化。 2 1 1 g1 姜1 1 挺 密 O l O l 5 2 O 2 5 3 O 锂 硅粉掺量 ， 图 1 不 同掺量锂硅粉对混凝土流动性的影响 3 1 2 不同细度锂硅粉对混凝土流动性的影响 在减水剂掺量相同的情况下， 分别以 1 0 3 0 的I 、 I I 级锂 硅粉等量取代水泥， 测定新拌混凝土坍落度， 测试结果如图 2 所 示。由图可知 ， I 级锂硅粉较 I I 级锂硅粉坍落度下降更为明显； 这是由于 I 级锂硅粉比表面积较大， 表面吸收量较 I I 级锂硅粉 多， 导致混凝土黏稠， 从而降低了混凝土的流动性。 2 1 1 瘩l 姜1 1 艇 密 0 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 锂硅粉掺 量 ， 图 2 不 同细度锂硅粉对混凝土流动性的影响 3 1 - 3 不同减水剂对掺锂硅粉混凝土流动性的影响 分别掺加相同掺量的萘系高效减水剂和聚羧酸高效减水 剂， 以 1 0 3 0 的 I I 级锂硅粉等量取代水泥， 测定新拌混凝土 坍落度， 测试结果如图 3 所示。 由图可见， 二者相差不大， 当锂硅 粉掺量超过 2 0 时聚羧酸高效减水剂优于萘系高效减水剂。 2 I 1 吕1 董1 1 撼 密 0 l 0 1 5 20 25 30 锂硅 粉掺量 ， 图 3 不同减水剂对掺锂硅粉混凝土流动性的影响 3 2 对新拌混凝土黏聚性、 保水性的影响 黏聚性是指混凝土拌合物内部组分间具有一定的黏聚力， 在运输和浇筑过程中不致发生分层离析现象 ， 使混凝土能保持 整体均匀的性能。保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内 部水分的能力， 在施工过程中不致产生严重的泌水现象。通过试 验观察到掺加锂硅粉后新拌混凝土稠度较大， 不易出现分离， 混 凝土的黏聚性较好 ； 锂硅粉有较强的亲水性 ， 拌合物中自由水 较少存在， 泌水性大幅度降低， 拌合料容易振捣密实。 3 3 对新拌混凝土坍落度经时损失的影响 3 3 1 不同掺量锂硅粉对新拌混凝土坍落度经时损失的影响 对不同掺量锂硅粉混凝土进行 3 0 、 6 0 rai n坍落度的测试， 试验结果见表 4 。由表可见， 随着锂硅粉掺量的增加， 混凝土坍 落度经时损失也随着增大。当锂硅粉掺量达到 2 0 以上时尤为 明显， 但仍能满足泵送混凝土流动性的要求。 表 4不同掺 量锂硅粉对新拌混凝土坍落度经时损失的影 响 3 3 2 不同细度锂硅粉对新拌混凝土坍落度经时损失的影响 对掺 I 、 I I 级锂硅粉混凝土进行 3 0 、 6 0 mi n坍落度的测试， 试验结果见表 5 。由表可见， I 级锂硅粉与 I I 级锂硅粉相比， 随着 掺量增加混凝土坍落度降低幅度较大， 经时损失也明显增大。 表 5不同细度锂硅粉对新拌混凝土坍落度经时损失的影 响 3 3 _ 3 不同减水剂对掺锂硅粉新拌混凝土坍落度经时损失的影响 分别掺加相同掺量萘系高效减水剂和聚羧酸高效减水剂， 对掺加不同掺量锂硅粉的混凝土进行 3 0 、 6 0 mi n坍落度的测 试， 试验结果见表 6 。 由表可见， 聚羧酸高效减水剂的保坍l生较萘 系高效减水剂好， 并随着掺量增加效果更加显著。 表 6 不同减水剂对掺锂硅粉新拌混凝土坍落度经时损失的影 响 锂硅粉 坍落度( 聚羧酸高效减水剂) m m 坍落度( 萘系高效减水剂) ra m 掺量 T o T 3 o T 回 T o T 3 0 T 6 0 O 1 8 3 1 7 9 l 8 0 1 8 2 l 7 8 1 6 0 1 O l 8 0 】 6 7 1 6 8 1 8 5 l 6 8 l 6l l 5 1 7 0 1 5 2 l 5 9 1 6 8 l 5 8 1 3 5 2 O l 6 5 1 5 9 l 2 8 l 7l l 5 8 1 2 8 2 5 l 5 8 1 3 5 8 O l 4 9 1 3 5 7 7 3 0 1 2 6 1 2 2 l l 5 l 1 5 1 0 7 6 5 4结 论 试验结果表 明掺加 锂硅粉后 混凝 土的黏聚性 、 保水性 有着 下转第 1 1 2页 1 0 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 日 皇 、 酸 辖 +添加激发剂砂浆7 d 抗折强度 0一 添加激发剂砂浆2 8 d 抗折强度 粉 煤灰 含量 图 4 激发剂对粉煤灰含量不 同的水泥砂浆抗 折强度 的影响 很少， 更加减少了水化产物数量。所以， 无论添加激发剂与否， 强度均低于基准水泥， 并且粉煤灰含量越高， 粉煤灰活性效应 的滞后性越明显， 砂浆强度越低。 值得注意的是， 由于粉煤灰的 微集料效应和火山灰效应， 粉煤灰被激发后生成的水化产物可 以改善水泥水化产物与骨料之间界面结构， 从而提高砂浆强度， 并且这种作用对抗折强度的影响要比对抗压强度的影响大， 因 此抗折强度随粉煤灰含量的增加下降缓慢 ， 甚至还出现了好于 基准水泥的情况， 尤其是添加激发时。 当粉煤灰含量相同时， 复合激发剂对粉煤灰的激发作用使 得砂浆强度的发展较未添加时好， 所以砂浆强度较高。 3结 论 ( 1 ) 随复合激发添加量的增加， 大掺量粉煤灰水泥砂浆 7 d 和 2 8 d的抗压强度及抗折强度先增大后降低， 激发剂最佳添加 量为 3 。 ( 2 ) 随粉煤灰含量的增加 ， 粉煤灰水泥 7 d和 2 8 d的抗压 强度及抗折强度均降低 ， 并且抗折强度下降较抗压强度缓慢。 ( 3 ) 粉煤灰含量越大 ， 激发剂的对砂浆的强度提高作用越 显著 。 参考文献 ： f 1 吴传明 水介质长期作用下的粉煤灰性能研究 D J 重庆 ： 重庆大学 ， 2 0 0 9 2 】Y A Z I C I H T h e e f f e c t o f c u r i n g c o n d i t i o n s o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f u l t r a h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e w i t h h i g h v o l u me m i n e r a l a d mi x t u r e s 【 J J 上接第 1 0 9页 显著改善 ， 同时随着锂硅粉掺量增加混凝土坍落度减小， 混凝 土坍落度经时损失也明显增加， I 级锂硅粉较 级锂硅粉更为 明显； 在锂硅粉掺量达 2 0 以上时更为显著。 为满足预拌混凝 土的质量要求， 可通过调整混凝土用水量 、 增加外加剂掺量和 适当掺加缓凝剂来改善混凝土坍落度损失过多的现象。试验结 果表明， 聚羧酸高效减水剂保坍性能良好。同时， 利用锂硅粉作 为混凝土掺合料等量取代水泥， 在混凝土技术性能满足规范标 准的前提下， 掺加锂硅粉能大幅降低水泥用量和建筑成本； 并且 可以变废为宝， 减轻环境污染， 节约大量土地， 能较好的实现建 筑绿色化， 获取显著的技术经济效益。 参考文献 ： 1 杨春晖锂盐渣混凝土性能研究与应用珊 四川建材， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 1 9 2 1 1 1 2 B u i l d i n g a n d E n v i r o n me n t ， 2 0 0 7 ， 4 2 ( 5 ) ： 2 0 8 3 2 0 8 9 3 胡家国 电厂粉煤灰矿山充填胶凝机理研究及水化反应动力学特 性 D J 长沙： 中南大学， 2 0 0 4 【 4 田学春 大掺量非等级粉煤灰和煤研石千混砂浆的研制 D _j 重庆： 重 庆大学， 2 0 0 8 【 5 钱觉日 寸， 范英儒 ， 徐锋 粉煤灰活性激发试验研究【 J J 硅酸盐建筑制 品 ， 1 9 9 4 ( 6 ) ： 1 6 1 8 6 】P AY A J I MO N Z O J ， B O R R AC H E R O M V， e t a 1 Me c h a n i c a l t r e a t m e n t s o f fl y a s h P a r t I ： p h y s i c o - c h e mi c a l c h a r a c t e r i z a t i o n o f g r o u n d fl y a s h e s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 4 6 9 1 4 7 9 【 7 】余丽武， 吴志平 早期活化技术在大掺量粉煤灰混凝土中的匝用J 施工技术 ， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 6 ) ： 7 0 7 2 8 8 黄可知 粉煤灰复合改性剂的研制【 J J 武汉理工大学学报， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 4 ) ： 4 5 4 7 9 】 孙振平， 舒翔， 马建新 大掺量粉煤灰混凝土早期性能的改善 J 粉煤 灰 ， 1 9 9 9 ( 1 ) ： 1 0 1 3 【 1 0 U 宝举粉煤灰作用效应及其在蒸养混凝土中的应用研究 D 】 长沙： 中南大学， 2 0 0 7 1 1 】 钱觉时 粉煤灰特性与粉煤灰混凝土【 M 北京： 科学出版社， 2 0 0 2 1 2 王智 ， 郑洪伟 ， 钱觉时， 等硫酸盐对粉煤灰活性激发的比较 J 1 粉煤 灰综合利用， 1 9 9 9 ( 3 ) ： 1 5 1 8 【 1 3 】 黄少文 ， 俞平胜 粉煤灰活化技术及其在水泥材料中的应用研究 J 南昌大学学报： 工科版， 2 0 0 1 ， 2 3 ( 2 ) ： 9 1 9 6 【 1 3 】 丁益 ， 任启芳 粉煤灰活化处理技术与应用进展【 J 】 _ 安徽建筑工业学 院学报： 自然科学版 ， 2 0 0 9 ， 1 7 ( 3 ) ： 7 2 7 4 1 5 邱树恒 ， 牛存涛， 何欠 ， 等 电石渣对大掺量粉煤灰水泥砂浆影响的 研究f J 1 广西大学学报： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 2 ) ： 1 5 1 1 5 5 1 6 J 何智海， 刘运华， 刘江红 激发剂对蒸养水泥一 胶凝材料性能的影响叨 粉煤灰综合利用， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 2 3 2 6 【 1 7 】 李江华， 邓朝飞 粉煤灰在实验室条件下的活性激发【 J J 四川建筑科 学研究， 2 0 0 7 ， 3 3 ( 3 ) ： 1 5 1 1 5 3 【 1 8 】 柯国军， 杨晓峰， 彭红 ， 等 化学激发粉煤灰活性机理研究进展 J 煤 炭学报， 2 0 0 5 ， 3 0 ( 3 ) ： 3 6 6 3 7 0 作者简介： 吴纯超( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 硕士研究生。 单位地址： 北京清华大学土木工程系( 1 0 0 0 8 4 ) 联 系电话 ： 1 3 5 2 2 6 5 7 8 3 5 【 2 陈应球 锂盐渣混凝土在水工建筑中的应用f J 贵州水力发电， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 3 7 4 1 【 3 】 胡平 高性能锂渣粉混凝土【 J 建筑科技， 1 9 9 9 ( 5 ) ： 1 2 1 3 4 4 张兰芳， 陈剑雄， 李世伟， 等锂渣粉混凝土的性能研究 施工技术 ， 2 0 0 5 ( 8 ) ： 5 9 6 8 5 】 张兰芳 锂渣混凝土的试验研究【 J 】 _ 混凝土， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 4 4 4 6 6 】 李纽英， 游锦新锂渣利用白 匀 i 拄 展册新疆有匡 毪-属 ， 2 0 0 3 ( 增刊) ： 6 5 - 6 9 7 】 符芳 土木工程材料【 M 】 第三版- 南京： 东南大学出版社， 2 0 0 6 作者简介 ： 单位地址 联 系电话 秦拥军( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 讲师， 硕士， 主要从事施工管理、 建筑 材料、 土力学地基基础等教学科研工作。 乌鲁木齐市延安路 1 2 3 0 号 新疆大学( 南区) 建筑工程学 院( 8 3 0 0 4 7 ) 0 9 91 - 4 5 5 8 3 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m