摻鋰渣再生粗骨料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

侯勇輝，秦?fù)碥?，李振興，陳麗萍

（新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047）

摻鋰渣再生粗骨料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

侯勇輝，秦?fù)碥?，李振興，陳麗萍

（新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047）

研究了再生粗骨料替代率和鋰渣摻量對(duì)再生粗骨料混凝土力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：未摻入鋰渣時(shí)，隨再生粗骨料替代率的增大，試件的強(qiáng)度均出現(xiàn)先提高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)再生粗骨料替代率為30%時(shí)強(qiáng)度最高；當(dāng)再生粗骨料替代率為0時(shí)，隨鋰渣摻量的增加，試件強(qiáng)度會(huì)不斷的提高，當(dāng)鋰渣摻量為20%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最高；二者同時(shí)作用，當(dāng)再生粗骨料替代率30%、鋰渣摻量20%時(shí)，試件的立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土分別提高39.90%、48.22%、38.21%、12.19%。

再生粗骨料；鋰渣；抗壓強(qiáng)度；劈裂抗拉強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度

0 引言

目前，許多科研工作人員已對(duì)再生混凝土的基本性能進(jìn)行了研究[1-4]。在制備過(guò)程中，骨料損傷且表面有包漿使得再生骨料殘存大量的微裂縫、表觀密度低、吸水率高[5]，導(dǎo)致混凝土早期抗壓強(qiáng)度降低[6]，還會(huì)造成延性與能量耗散的減小[7]，由于這些客觀原因的存在，阻礙了再生混凝土的使用與推廣。

在生產(chǎn)鋰鹽過(guò)程中，當(dāng)1150～1300℃煅燒時(shí)，會(huì)排出工業(yè)廢料鋰渣[8]，其水分含量高、酸度強(qiáng)、對(duì)周圍環(huán)境的影響較大[9]。但是鋰渣中的某些化學(xué)成分可以提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性及早期抗裂性[10-12]。將鋰渣摻入到再生混凝土中，可以提高其工作性能，解決建筑垃圾處理和鋰渣污染的問題，對(duì)“綠色建筑”概念的實(shí)施具有深遠(yuǎn)意義。

然而目前對(duì)鋰渣摻入再生混凝土中的研究較少，本文以再生粗骨料替代率、鋰渣摻量為變量，考察了二者對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，為完善再生混凝土的相關(guān)研究提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：烏魯木齊雁池牌P·O42.5水泥，比表面積378 m2/kg，化學(xué)成分見表1。

（2）鋰渣（LS）：產(chǎn)自烏魯木齊鋰鹽廠，80 μm方孔篩篩余為4%，比表面積417 m2/kg，密度2.48 g/cm3，化學(xué)成分見表1。

（3）粗骨料：天然粗骨料（NCA），選取新疆地區(qū)卵石，粒徑4.75～31.5 mm；再生粗骨料（RCA），將不同來(lái)源的廢混凝土經(jīng)過(guò)破碎制成，按GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》對(duì)其進(jìn)行類別劃分，屬Ⅱ類料。粗骨料的主要性能指標(biāo)見表2。

（4）細(xì)骨料：新疆中粗天然砂，細(xì)度模數(shù)2.9，表觀密度2640 kg/m3。

（5）水：自來(lái)水。

表1 水泥和鋰渣的主要化學(xué)成分 %

表2 粗骨料的主要性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以RCA替代天然粗骨料替代率0、30%、50%，LS替代水泥替代率0、10%、20%為變量，制成9組，每組3個(gè)，共108個(gè)試件。立方體抗壓、劈裂抗拉試件尺寸為150mm×150mm×150 mm，軸心抗壓試件尺寸為150 mm×150 mm×300 mm，抗折試件尺寸為150 mm×150 mm×550 mm?；炷僚浜媳纫姳?。

表3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.3 加載裝置及加載制度

使用TYE-3000B型壓力試驗(yàn)機(jī)，最大量程為3000 kN，根據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 50152—2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)混凝土試件28 d齡期的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。采取定向應(yīng)力控制加載制度，立方體抗壓與軸心抗壓試件加載速率為0.5 MPa/s，劈裂抗拉試件和抗折試件加載速率為0.05 MPa/s。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

立方體抗壓試件破壞后呈2個(gè)“正”、“倒”對(duì)頂?shù)慕清F型破壞面，并且出現(xiàn)向外鼓出，剝離滑落的現(xiàn)象。當(dāng)摻入LS后，由于LS對(duì)混凝土的抗裂性能的作用，使得“套箍作用”更加明顯，中部混凝土的破碎較少。

軸心抗壓試件破壞是在表面形成了貫通整個(gè)試件表面的斜裂縫，其角度在60°～70°。觀察試件界面產(chǎn)生大量的微裂縫，當(dāng)施加荷載時(shí)，會(huì)導(dǎo)致微裂縫中有害裂縫的連接，特別是骨料與砂漿的界面處更容易發(fā)生破壞，最終使試件抗壓強(qiáng)度降低。

劈裂抗拉試件在初始加載時(shí)，表面沒有出現(xiàn)裂縫，隨著荷載的不斷增加，試件表面中部開始出現(xiàn)細(xì)小的裂縫，并向上下接觸的端部不斷延伸，破壞時(shí)形成1條貫通裂縫，試件被劈開，分成2塊。破壞主要是天然骨料與砂漿界面的粘結(jié)破壞，很少發(fā)生天然骨料自身的破壞。

抗折試件在初始加荷時(shí)，表面沒有出現(xiàn)裂紋，隨著荷載的增加，試件底面和頂面開始出現(xiàn)細(xì)小的裂縫，底部裂縫開始向上不斷延伸，頂部裂縫也逐漸向下伸展，之后上下裂縫連接，試件最終被裂開，分成2段。

2.2 RCA替代率和LS摻量對(duì)試件立方體抗壓、

軸心抗壓強(qiáng)度的影響（見圖1、圖2）

圖1、2為RCA替代率和LS摻量對(duì)立方體抗壓、軸心抗壓強(qiáng)度的影響。

圖1 RCA替代率和LS摻量對(duì)試件立方體抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 RCA替代率和LS摻量對(duì)試件軸心抗壓強(qiáng)度的影響

從圖1、圖2可以看出：

（1）當(dāng)LS摻量為0時(shí)，隨RCA替代率的增加，試件的立方體抗壓、軸心抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)RCA替代率為30%時(shí)，試件的立方體抗壓、軸心抗壓強(qiáng)度最高，較未摻RCA和LS的基準(zhǔn)混凝土分別提高18.84%和17.41%。這是由于在破碎中，RCA本身存在大量的空隙和微裂縫，水化時(shí)會(huì)吸收大量的水分，養(yǎng)護(hù)后期這些水分被滲透出來(lái)，使得混凝土內(nèi)部長(zhǎng)期處于高濕環(huán)境，相當(dāng)于進(jìn)行了二次養(yǎng)護(hù)，從而提高了其本身的強(qiáng)度。但是，過(guò)多的RCA使得混凝土本身微裂縫影響的程度會(huì)大于二次養(yǎng)護(hù)的效果，因而會(huì)使混凝土的強(qiáng)度下降。

（2）當(dāng)RCA替代率為0時(shí)，隨著LS摻量的增加，試件的立方體抗壓、軸心抗壓強(qiáng)度不斷提高。當(dāng)LS摻量為20%時(shí)，試件的立方體抗壓、軸心抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土分別提高17.66%和25.21%。這是由于鋰渣改變了混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，使得孔隙優(yōu)化，提高了其密實(shí)性。

（3）當(dāng)RCA替代率為30%、LS摻量為20%時(shí)，試件的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度最高，較基準(zhǔn)混凝土分別提高了39.90%和48.22%。說(shuō)明RCA與LS共同作用，可以使混凝土抗壓強(qiáng)度有更加明顯的提高。

2.3 RCA替代率和LS摻量對(duì)試件劈裂抗拉、抗折

強(qiáng)度的影響（見圖3、圖4）

圖3 RCA替代率和LS摻量對(duì)試件劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

圖4 RCA替代率和LS摻量對(duì)試件抗折強(qiáng)度的影響

從圖3、圖4可以看出：

（1）當(dāng)LS摻量為0時(shí)，隨RCA替代率的增大，試件的劈裂抗拉和抗折強(qiáng)度先提高后降低，RCA替代率為30%時(shí)，試件的劈裂抗拉和抗折強(qiáng)度最高，較基準(zhǔn)混凝土分別提高了20.06%和4.65%，這是由于“二次養(yǎng)護(hù)”的原因所導(dǎo)致的。

（2）當(dāng)RCA替代率為0時(shí)，隨LS摻量的增加，試件的劈裂抗壓、抗折強(qiáng)度不斷提高，LS摻量為20%時(shí)，試件的劈裂抗壓和抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土分別提高了37.58%和10.39%。表明摻入一定量的LS能夠提高混凝土的劈裂抗拉和抗折強(qiáng)度，且隨LS摻量在0～20%增大，增強(qiáng)效果越明顯。

（3）當(dāng)RCA替代率為30%，LS摻量為20%時(shí)，試件的劈裂抗拉、抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土分別提高了38.21%，12.19%；當(dāng)RCA替代率為50%、LS摻量為20%時(shí)，試件的劈裂抗拉、抗折強(qiáng)度最高，較基準(zhǔn)混凝土分別提高48.41%和15.77%。表明二者共同作用，能夠使得混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度有大幅度的提高。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）當(dāng)鋰渣摻量為0時(shí)，隨RCA替代率的增大，試件的立方體抗壓、軸心抗壓、劈裂抗拉和抗折強(qiáng)度均出現(xiàn)先提高后降低的趨勢(shì)，RCA替代率為30%時(shí)達(dá)到最高，較基準(zhǔn)混凝土分別提高18.84%、17.41%、20.06%、4.65%。

（2）當(dāng)RCA替代率為0時(shí)，隨LS摻量的增大，試件的立方體抗壓、軸心抗壓、劈裂抗拉和抗折強(qiáng)度均不斷提高，LS摻量為20%時(shí)，試件的立方體抗壓、軸心抗壓、劈裂抗拉和抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土分別提高17.66%、25.21%、37.58%、10.39%。

（3）同時(shí)摻加RCA和LS后，試件的立方體抗壓、軸心抗壓強(qiáng)度在RCA替代率為30%、LS摻量為20%時(shí)達(dá)到最高，劈裂抗拉和抗折強(qiáng)度在RCA替代率為50%、LS摻量為20%時(shí)達(dá)到最高，最高值較基準(zhǔn)混凝土分別提高39.90%、48.22%、48.41%、15.77%。

（4）本試驗(yàn)只對(duì)Ⅱ類RCA與LS的再生混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，未對(duì)其它類RCA和摻合料進(jìn)行試驗(yàn)，因此還需要進(jìn)一步研究。

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Experimental research on the mechanical properties of lithium-doped slag recycled coarse aggregate concrete

HOU Yonghui，QIN Yongjun，LI Zhenxing，CHEN Liping
（Civil Construction College of Xinjiang University，Urumqi 830047，China）

Experimental study on the fundamental mechanical properties effect factors of lithium-doped slag recycled coarse aggregate concrete specimens is carried out with different ratios of recycled coarse aggregate and lithium slag.The result showed that when adding lithium slag only，with the increase of RCA replaces rate specimens of strength appeared to first increased and then decreased，peak appears in the RCA replacement rate is 30%.When the ratios of recycled coarse aggregate replacement is 0，with LS content increases，the strength of specimens show a rising trend，peak appears in the LS dosage is 20%.When both of recycled coarse aggregate and lithium slag effects，the proportion for RCA replacement rate is 30%，the LS dosage is 20%.Compared with ordinary concrete the compressive strength，the axial compressive strength，axial splitting tensile strength and folding strength respectively increase 39.90%，48.22%，38.21%，12.19%.

recycled coarse aggregate，lithium slag，compressive strength，splitting tensile strength，flexural strength

TU528.09

A

1001-702X（2016）11-0017-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51668061）；新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2012211A005）

2016-06-27；

2016-09-11

侯勇輝，男，1992年生，河南商丘人，碩士研究生。