掺锂渣C50高性能混凝土的力学与徐变性能.pdf

2 0 1 2年第 1 期 1 月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 2 No 1 J a n u a r y 掺锂渣 C 5 0高性能混凝土的力学与徐变性能 刘来 宝 ( I l J l I 省非金属复合与功能材料重点实验室一 省部共建国家重点实验室培育基地 ， 西南科技大学 ， 绵阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘要 ： 以 1 2 的锂渣超量取代水 泥配制 C5 0高性能混凝土 ， 并测试 了混凝土的力学与徐 变性 能及其 随养护龄 期 的变化规律。 试验 结果表 明， 锂渣的掺入 ， 未对混凝土早期力学性能产生 负面影响 ， 而后期强度还较未掺试样有一 定程度 的提 高 ； 掺锂 渣混凝 土的徐 变变形在 加载 的初 始 7 d内变化较 快 ， 1 8 0 d以后基 本趋于稳定 ， 各龄期 皆小于未 掺 试样 。 关键词 ： 锂渣 ； 混凝土 ； 力 学性能 ； 徐 变性能 Ab s t r a c t ：C 5 0 h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e b y r e p l a c i n g c e me n t w i t h 1 2 l i t h i u m s l a g i s p r e p a r e d ， a n d t h e me c h a n i c a l a n d c r e e p i n g p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d t h e c h a n g e l a w o f t h e b e h a v i o r s w i t h t h e c u r i n g t i me a r e t e s t e d T h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w tha t t h e r e i s n o n e g a t i v e e f f e c t s o n the e a r l y a g e me c h a n i c al b e h a v i o r o f t h e c o n c r e t e b y a d d i n g i n t o l i t h i u m s l a g a n d the me c h a n i c al s t r e n g t h h a s b e e n i mp r o v e d a t t h e l a t e r a g e c o mp a r e d wi t h the o n e wi tho u t l i t h i u m s l a g T h e c r e e p i n g d e f o rm a t i o n o f l i t h i u m s l a g c o n c r e t e c h a n g e s a l o t i n 7 d a y s b u t mo s tl y l e v e l s o ff a f t e r 1 8 0 d a y s ， a n d t h e d a t a o f c r e e p i n g b e h a v i o r s of a l l c u r i n g a g e s a r e l e s s t h a n that o f t h e c o n c r e t e wi t h o u t l i t h i u m s l a g Ke y wo r d s ： L i t h i u m s l a g ； C o n c r e t e ； Me c h a n i c a l p r o p e rt y ； C r e e p i n g p r o p e rty 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7( 2 0 1 2 ) 0 1 - 6 7 - 0 3 0前言 普通混凝土粗骨料与水 泥石之间 的界面上积 滞着大量的 C a ( OH) ： ， 其在界面上 的结晶和定 向排 列是混凝土强度和耐久性低的主要原因之一。磨细 活性矿物掺合料的掺入可充分发挥其形态效应 、 填 充效应和火 山灰效应 ，改变混凝土 内部 的孔结构 ， 提高密实度， 从而使其耐久性提高 1 。随着锂盐工业 快速发展 ， 我 国锂渣 的排放量 与 日俱增 ， 由于锂渣 含有较高硅 、 铝等活性组分 和较佳 的易磨性 ， 作 为 掺合料在混凝土中应用 已有一些实例 ， 如 四川 I 明珠 电力公司的金华电航桥工程和德阳八 角水泥厂等。 用于金华发 电站大坝工程时， 锂渣是作为增强抗渗 混凝土添加剂应用 的， 在八角水 泥厂是作为生产高 标号水泥添加剂应用的2 - 5 。因此 ， 进一步研究锂渣 对混凝土力学和耐久性能的影响具现实意义。 1 试验 材料 与 方法 1 1 原 材料 采用 P O 4 2 5 R型硅酸盐水泥；某锂业公司排 放 的露天堆放废弃锂渣 ( L S ) ， 密度 2 4 1 ， 颗粒级配 见表 1 ； 玄武岩碎石 ， 粒径 4 7 5 9 5 mm和 4 7 5 3 1 5 mm， 含 泥量 1 1 ； 河砂 ， 细度模数 M x = 2 6 ， 含泥量 1 3 ； 福州某公司产 X D 一 2型高效缓凝减水剂。 胶凝 材料的化学组成见表 2 。 表 1 锂渣 的颗粒级配 表 2 胶凝 材料 的化 学组 成 基金项 目： 国家科技 支撑 计划资助项 目( 2 o r 1 B A A 0 4 B 0 4 ) ； 先 进建 筑材 料 四川 I 省重点 实验室 开放课题 基金 ( 0 9 Z X X K 0 9 ) ； 四川省非金属 复合与功能材料重点实验室一 省部共建 国家重 点 实 验 室 培 育 基 地 开 放 课 题 基 金 资 助 f 1 0 Z X F K1 2 ， 1 0 Z XF K 0 4) 。 1 2 混凝土配合 比与测试方法 试验设计混凝土配合 比如表 3所示。依据 G B T 5 0 0 8 1 - 2 0 0 2 普通混凝 土力学性能试验方法标 准 ，对 C 5 0锂渣混凝土的物理力学性能进行了测 一 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 1 期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 9期 试 ， 其 中包括抗压强度 、 抗折强度 、 劈裂抗拉强度 、 轴压强度 ， 以及弹性模量等。 徐变性能根据 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混凝土长 期性能和耐久性能试验方法标准 中的规定进行测 试 。将棱柱体混凝土试件根据配比成型 ， 标养 7 d后 开始进行徐变测试 。试验时取徐变应力为棱柱体抗 压强度的 4 0 ， 用千斤顶先加压至徐变应力的 2 0 进行对中， 此时试件两侧 的变形相差应小于其平均 值的 1 0 ， 如超 出此范围， 应重新调整。对 中后应立 即将荷载加到徐变应力 ， 读取两边的变形值 ， 然后 根据龄期连续进行观测。同时 ， 在相 同的试验条件 下制备不加载 的试件 ， 测量其收缩变形 。混凝土徐 变值按下式计算 ： =( 一 L 0 ) L 6 ( 1 ) 式中， s 一 加载 t 天后的混凝土徐变值 ； 厶一 加载 t 天 的混凝土总变形值 ； AL 。 一 加载时混凝土的初始变形值 ； 6 一 测量标距 ， m m； 一 同龄期混凝土的收缩值。 混凝土徐变度按下式计算 ： C =s ( 2 ) 式中， c f 一 加载 t 天混凝土的徐变度 ， 1 0 MP a ； 6一徐 变应力 ， MP a 。 混凝土的徐变系数按下式计算 ： = D ( 3 ) 式中， 一 加载 t 天后混凝土的徐变系数 ； 一 混凝土在加载测得的初始应变值 ， 即 0 = 6 。 2结 果与讨 论 2 1掺锂渣高性能混凝土的力学性能 表 4列 出了掺锂渣高性能混凝土 的 2 8 d力学 性能 ， 由表 4可见 ， 配制的两组混凝 土 2 8 d抗 压强 度均达到 C 5 0的强度等级要求 ， 且都有较大的富余 系数 。2 8 d测试的掺锂渣高性能混凝土 ( L 1 2试件 ) 的抗折强度 、 轴压强度和弹性模量均略低于未掺锂 渣的 L 0试件 ， 但两者非常接近 ， 说明用锂渣配制高 性能混凝土不会对混凝土 的力学性能产 生明显的 影响， 特别是掺与未掺锂渣混凝土试件的弹性模量 也非常接近， 为锂渣在预应力结构 中的应用提供了 有益 证据 。 表 4 C 5 0锂渣混凝土 2 8 d力学性 能 2 2 掺锂渣 C 5 0高性 能混凝土抗压强度 随时间的 变化 规律 表 5为掺锂 渣 C 5 0高性能混凝土抗压 强度随 时间的变化规律测试结果 。由表 5可见 ， 试验配制 的高性能锂渣混凝土强度发展均较快 ， 3 d抗压强度 都超过设计强度的 9 0 以上 ( 4 5 MP a以上) ， 7 d抗压 强度均大于 6 0 MP a ， 2 8 d抗压强度在 7 3 MP a左 右 ， 9 0 d时的抗压强度都大于 7 8 MP a 。 因此 ， 两组混凝土 的抗压强度均满足设计要求 ， 且强度富余系数均较 高，掺入 1 2 锂渣 的 L 1 2试件与未掺锂渣的 L 0试 表 5 锂渣混凝土抗压强度随时间的发 展规律 件相 比， 3 d和 7 d的抗 压强度仅 1 2 MP a和 2 2 MP a 之差 ， 当龄期达 2 8 d和 9 0 d时 ， 前者的抗压 强度 已 超过后者。 2 3 掺锂渣 C 5 0高性能混凝土的徐变规律 一 6 8一 混凝土材料在所受持续荷载不变 的条件下 ， 随 时间增长的变形称为徐变。在加荷瞬间产生的变形 为弹性变形 ， 而从测得的收缩和徐变总变形 中扣除 收缩 ( 无载试件的) 值后即得基本徐变变形。徐变总 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘来宝 掺锂渣 C 5 0高性能混凝土的力学与徐变性能 变形包括基本徐变和干燥徐变。当与周 围介质没有 湿度 迁移时 ， 混凝土 的徐变 为基本徐变 ， 由于干燥 而引起或增大的徐变为干燥徐变 。混凝土的徐变性 能按规定试验方法测得 ，其大小可用徐变变形值 、 徐变度 G l ( 单位荷载应力下 的徐变变形值 ) 和徐变 系数 ( 徐变变形值 与瞬时弹性变形值之 比) 来表 示 。图 1 和图 2列出了所测混凝土试件 ( 每组两块 ) 的 c l 和 之平均值随养护龄期的变化规律。结果 表明 ，以 1 2 锂渣超量取代水泥配制的高性能 C 5 0 混凝 土( L 1 2试件 ) 的徐变明显低于未掺锂渣的 L 0 试样 。两者在加载的初始 7 d内变化较快 ， 9 0 d以后 的徐变变形趋于平稳 ； 1 8 0 d以后基本趋 于稳定 ， 到 3 6 0 d时 L 1 2试 件 的徐 变 系数 较 L O试 件 减 小 了 1 5 5 。受单位荷载条件下 ， 混凝土的徐变变形值大 大较小 。微观上( 图 3 ) ， 因为锂渣的掺入 ， 改善 了高 性能混凝土 的内部结构 ， 细化 了毛细孑 L ， 使密实性 得 以提高 ， 有助于提高混凝土的后期强度 ， 使混凝 土的徐变 明显减小 ， 从而有利于减少 混凝土结构的 应力损失。相关应用研究表明5 1 ， 在混凝土或水泥中 添加适量锂渣后 ，混凝土凝固后具有微膨胀性 ， 可 部分抵消 由于水泥水化或湿度变化等 因素引起 的 收缩 。 5 0 40 享 兰 3 0 2 0 1 0 1 6 1 4 1 2 1 0 0 s O 6 04 0 5 O 1 o o 1 5 0 2 O 0 25 0 3 0 0 3 5 0 4 O 0 龄期 d 图 1 掺与未掺锂渣混凝土的徐变度 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期 d 图 2 掺 与未掺锂渣 混凝 土的徐变 系数 ( a )未掺锂渣的 试件 ( b ) 掺 1 2 锂 渣 的 L 1 2试 件 图 3 掺与未掺锂渣混凝土的 S E M图 ( 龄期 1 8 0 d ) 3结论 以 1 2 的锂渣超量取代水 泥配制 C 5 0高性 能 混凝土 ， 可达到设计 强度等级要求 ， 抗压强度有较 大的富余 。锂渣 的掺人 ， 未对混凝土早期力学性 能 产生负面影响 ， 而后期强度还较未掺试样有一定程 度 的提高。掺锂渣混凝土的徐变变形随龄期的变化 规律与普通混凝土相似 ， 且各龄期徐变度和徐变 系 数皆较未掺锂渣的基准试件小 ， 3 6 0 d时掺 1 2 锂渣 的 L 1 2试件徐变系数较未掺锂渣的 L 0试件减小 了 1 5 5 。掺锂渣混凝土的上述优势 ， 主要是因为锂渣 发挥 了火 山灰效应 、 填充效应等性能 ， 改善 了混凝 土的内部结构， 细化了毛细孑 L ， 提高了密实性。 参考文献 ： 1 】 覃 维祖 ， 王栋 民， 丁建彤 混凝 土： 微观结构 、 性能和材料 M】 北京： 中国电力 出版社， 2 0 0 8 ： 2 6 2 8 2 】 张兰芳， 陈剑雄 ， 等 锂渣高强混凝土 的试验研究 J 1 新 型 建筑材料， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 2 5 3 1 【 3 曾祖亮 锂渣 的来源 和锂 渣混凝 土的增强抗 渗机理探讨 J 水 泥技术， 1 9 9 8 ( 6 ) ： 3 6 4 0 4 张兰芳 高性 能锂 渣混凝土的试验研究【 J J 辽 宁工程技术 大学学报， 2 0 0 7 ( 2 6 ) 6 - 8 7 7 8 8 0 5 】曾祖亮 锂渣 的来源和锂 渣混凝土 的增强抗 渗机理探讨 J 四川有色金属， 2 0 0 0 ( 4 ) ： 4 9 5 2 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 1 2 0 作者简介 ： 刘来宝 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 博士研究生 、 讲师 。 联系电话 ： 1 3 6 8 9 6 9 1 1 3 5 E ma i l ： l i u la i b a os wu s t e d uo n 一 6 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m