锂云母渣掺合料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑材料类，尤其是一种锂云母渣掺合料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的飞速发展，环境污染日益加剧，现存的建筑结构都遭受着酸雨、二 氧化碳大气污染，海水氯离子侵蚀等危害，影响了结构的正常使用和服役寿命，因此寻找一 种高性能混凝土成为了亟需问题。高性能混凝土应具有高强度和高耐久性，不仅能满足混 凝土力学性能，也具有抵抗环境污染和侵蚀的耐久性。而水泥是形成混凝土的必备品，从而 寻找一种环保又高强的水泥基材料替代水泥成为了一种方向。锂云母渣是制备碳酸锂产生 的工业废渣，具有很好的火山灰活性、微集料效应和填充效应的特性。随着锂盐工业的发 展，锂云母渣(简称锂渣）的排放量与日倶增，目前我国锂渣综合利用率极低，造成了锂渣大 量堆存，浪费资源，污染环境。为了提高综合利用率和资源的二次利用，可以充分利用锂渣 的特性将其作为掺合料，同时为了保证混凝土有更好的性能，利用多掺法，可将锂云母渣和 硅藻土混合作为掺合料取代水泥，配制绿色高性能混凝土。这样可以更大程度的利用来源 广泛价格低廉的锂云母渣，解决工业废渣的处理利用问题，节约能源、减少环境污染，同时 能够配制高性能混凝土，提高混凝土抵抗环境侵害危害的耐久性，恢复建筑结构的正常使 用和服役寿命。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是以锂云母渣和硅藻土混合作为掺合料，提供一种锂云母渣掺合料 制备绿色高性能混凝土的方法及掺合料制备工艺，该方法制备的锂云母渣混凝土不仅能提 高混凝土的强度，还能显著提高混凝土在腐蚀环境下的耐久性(抗酸雨、碳化腐蚀和抗氯离 子渗透），增强混凝土的结构服役寿命，也能使锂云母渣变废为宝，降低水泥用量、减少碳排 放、保护环境，达到经济效益和环保效益。本发明的另外两目的是提供该锂云母渣掺合料的 制备方法和应用。
[0004]本发明的技术方案为：一种锂云母渣掺合料，该锂云母渣掺合料包括锂云母渣和 娃藻土，各原料所占重量比例为:锂云母渣95%~100%，娃藻土粉0~5% ;
[0005] 所述的锂云母渣是利用锂辉石高温煅烧生产碳酸锂而产生的工业废渣，经烘干磨 细，烘干后的含水率小于1%，其活性Si02含量大于70%，比表面积为400~1000m2/Kg。
[0006]所述的硅藻土是选用符合国家标准的市售的经处理且杂质含量小的硅藻土粉，将 其烘干磨细，烘干后的含水率小于1 %，比表面积为400~1000m2/Kg。
[0007]所述掺合料中锂云母渣原渣含水量大、结块严重、性能低，为了充分发挥其无定形 si〇2活性，需进行加工处理。
[0008] -种锂云母渣掺合料的制备方法，其步骤：（1)原料选取:a.选取锂云母渣，选用锂 辉石高温煅烧生产碳酸锂而产生的工业废渣，原渣含水量大、结块严重，其活性Si02含量大 于70% ;b.选取硅藻土粉，选用符合国家标准的市售的经处理且杂质含量小的硅藻土粉； (2)低温干燥工艺:将锂云母渣和硅藻土粉分别放置在105°C干燥箱中干燥24h，以去除锂云 母渣和硅藻土粉中的游离水分，使硅藻土粉烘干后的含水率小于1 %。所述的105°C干燥箱 是电热-鼓风恒温干燥箱，数字控温，可任意在0~299°C设定温度，温度精度为± 1°C;(3)高 温干燥工艺:将上述经低温干燥的锂云母渣从l〇5°C干燥箱中取出，并将干燥后的结块轻轻 敲碎成粉状，然后在300°C干燥箱中干燥2h，以去除锂云母渣中的结合水，使干燥后的锂云 母渣含水率小于1 %。所述的300°C干燥箱是马弗炉，指针表和数字控温，定额温度1800°C; (4)粉磨工艺：按各原料所占质量比例为:锂云母渣95%~100%，娃藻土粉0~5%，分别称 取预制的锂云母渣和硅藻土粉，置入水泥球磨机内粉磨2h，将磨细粉经45μπι方孔筛测定细 度，筛余〈12 % (范围分布为5.1%~11.68%)，比表面积测定为400~1000m2/Kg，将不同筛 余量细度的磨细粉混合均匀，得到本发明的掺合料，即锂云母渣掺合料。
[0009]一种锂云母渣掺合料的应用，锂云母渣掺合料制备绿色高性能混凝土，所述的绿 色高性能混凝土的各组分按质量百分比计，原料配比：水泥9.48%~18.99%，锂云母渣掺 合料1.40%~6.33%，砂子28·67%~36.12%，石子42.41 %~43.28%，高效减水剂0.71 % ~1.85%，水7.22%~7.37%。
[0010] 其中所述水泥为普通硅酸盐水泥，42 · 5级。
[0011]所述锂云母渣掺合料是按上述的锂云母渣掺合料制备工艺所得，等量取代水泥， 掺量为胶凝材料质量的10%~40%，最佳掺量为20%，比表面积为400~1000m2/Kg。
[0012]所述砂子为河砂，中砂，细度模数为2.8，含泥量0.5%。
[0013]所述石子为碎石，连续级配5~25mm，含泥量1 %、压碎值7.0 %、针片状颗粒12 %， 表观密度2670kg/m3。
[0014]所述高效减水剂为聚羧酸盐高效减水剂，固含量19.8%，减水率为20%~27%，建 议掺量范围为胶凝材料总质量的〇. 7%~1.85%。
[0015]一种锂云母渣掺合料的应用，其制备绿色高性能混凝土的方法步骤：
[0016] (1)原料选取:a.水泥，选取市售的符合国家标准的42.5级普通硅酸盐水泥，主要 成分为5丨02^1203{6203、0 &0和1%0;13.锂云母渣掺合料，选用按上述的锂云母渣掺合料制备 工艺所得掺合料，活性Si02含量大于70%，含水率小于1 %，等量取代水泥，取代率为胶凝材 料质量的1〇%~40%，其主要成分为：51〇2、厶12〇3、卩62〇3、5〇3、他2〇和1(2〇其中31〇2和厶12〇3占 83%以上。C.粗细骨料，选取市售的符合标准GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》和GB/T 14684-2011《建筑用砂》的河砂中砂，细度模数为2.8，含泥量0.5 %和连续级配5~25mm的碎 石，含泥量1%，清洗烘干后备用;d.高效减水剂，选用聚羧酸盐高效减水剂，经过试配调整， 得到减水剂的掺量范围为胶凝材料总质量的〇.7%~1.85%，减水率为20%~27%。
[0017](2)按各原料所占质量百分比：水泥9.48%~18.99%，锂云母渣掺合料1.40%~6.33%，砂子28.67%~36.12%，石子42.41%~43.28%，高效减水剂0.71%~1.85%，水 7.22%~7.37%;分别称取预制的锂云母渣掺合料、水泥、粗细骨料、高效减水剂和水，先将 称好的减水剂和水混合均匀，然后将称好的水泥、锂云母渣掺合料、细骨料和减水剂混合水 倒入搅拌机中，搅拌机转速为45r/min，搅拌60s后，将粗骨料碎石投入到搅拌机，搅拌60s; 将拌好的混凝土倒出，即得本发明的混凝土。
[0018]本发明的优点：（1)本发明采用工业废弃物锂云母渣为原材料，成本低廉、来源广 泛，掺合料的加工工艺简单，使用方便，有利于工业化生产和推广应用。不仅实现资源二次 利用，降低成本，而且在一定程度上推动现代混凝土行业实现绿色低碳、可持续发展，为社 会带来了明显的经济和环境效益。（2)本发明的锂云母渣掺合料在混凝土中的最适宜掺量 为胶凝材料总质量的0~40%，最优掺量为20%，不仅能取代水泥也能取代常用掺合料，提 高混凝土强度，解决目前粉煤灰、矿物掺合料的高价短缺现象。（3)利用锂云母渣掺合料制 备绿色高性能混凝土的配制方法，能制备出C30~C60不同强度的混凝土，后期抗压强远大 于普通混凝土，最大提升幅度高达46.64%。（4)锂云母渣掺合料制备的绿色高性能混凝土， 能充分利用锂云母渣和硅藻土的si〇2活性，显著提高混凝土的多项耐久性。在荷载和氯离 子渗透耦合作用下，锂云母渣混凝土的6h电通量降低，只占普通混凝土电通量的27%，抗氯 离子渗透性能非常明显。（5)锂云母渣掺合料制备的绿色高性能混凝土的抗酸雨腐蚀性能 显著，质量损失率只为普通混凝土的51.3%和34.3%，酸雨腐蚀下，混凝土抗压强度损失率 较低，平均抗压强度是普通混凝土的1.23倍。在腐蚀后期，锂云母渣混凝土的抗类碳化能力 比较明显，中性化深度为普通混凝土的57.5%，具有较强的抗酸雨腐蚀能力。（6)锂云母渣 掺合料制备的绿色高性能混凝土，在快速碳化腐蚀作用下，能显著提高混凝土的劈裂抗拉 强度，最大提高幅度是普通混凝土的1.2倍，一定程度上改善混凝土的脆性破坏。（7)锂云母 渣掺合料制备的绿色高性能混凝土，在快速碳化作用下，锂云母渣混凝土碳化速度由 0.33mm/d减小到0.002mm/d，而普通混凝土碳化速率由0.069mm/d增长到0.26mm/d，这种明 显的差异，说明锂云母渣混凝土的高抗碳化性能。
【附图说明】
[0019]图1为酸雨腐蚀时间与混凝土质量损失率的关系；
[0020] 图2为酸雨腐蚀时间与混凝土抗压强度的关系；
[0021 ]图3为酸雨腐蚀时间与混凝土中性化深度的关系；
[0022] 图4为碳化龄期与混凝土劈裂抗拉强度的关系