TEA 對(duì)鋰渣水泥漿體流變性及水化性能的影響

姚澤群，武 陽(yáng)，儲(chǔ)宇吉，白雪鵬，何 舜，何 燕*

1.蘇州科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215011；2.江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001

0 引言

鋰渣是以鋰輝石礦石作原料生產(chǎn)碳酸鋰過(guò)程中的廢渣，因其含有大量SiO2、Al2O3等無(wú)定形相，具有一定潛在水硬性，因而可作為混合材應(yīng)用于水泥混凝土中，既解決因鋰渣大量堆放造成的環(huán)境污染難題，又可節(jié)約自然資源。

盡管鋰渣具有一定的火山灰活性，但其活性遠(yuǎn)低于水泥導(dǎo)致水泥基材料早期力學(xué)性能顯著下降，在一定程度制約了其應(yīng)用。因此，如何提高鋰渣水化活性是推進(jìn)其在水泥基材料中應(yīng)用的熱點(diǎn)問(wèn)題。然而，化學(xué)激發(fā)鋰渣活性對(duì)激發(fā)劑種類(lèi)和摻量的依賴性較高。摻量過(guò)低時(shí)，激發(fā)效果較弱達(dá)不到預(yù)期效果；摻量過(guò)高時(shí)，則會(huì)影響膠凝材料工作性、耐久性等。因而探尋高效化學(xué)激發(fā)劑，達(dá)到使鋰渣活性充分激發(fā)，且不影響膠凝材料其他性能，可為鋰渣資源化綜合利用提供技術(shù)參考?；诖?，本文研究了摻加TEA 后鋰渣復(fù)合水泥流變性及水化性能，以期為鋰渣在建筑材料中的資源化利用奠定理論基礎(chǔ)。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥為南京小野田P Ⅱ52.5 水泥，鋰渣為江西某鋰業(yè)有限公司生產(chǎn)鋰鹽后的廢料，水泥和鋰渣化學(xué)組成見(jiàn)表1。

（2）三乙醇胺（TEA），由國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司提供。

表1 水泥及鋰渣的化學(xué)組成 %

1.2 試驗(yàn)方法

采用RVDV-2T 數(shù)字旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)檢測(cè)水泥漿體的黏度和剪切應(yīng)力。

采用D8 Focus X 射線衍射儀（XRD）對(duì)鋰渣水泥水化1d、3d、7d 及28d 齡期的水化樣進(jìn)行物相分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 TEA 對(duì)鋰渣水泥漿體流變性的影響

TEA 對(duì)鋰渣水泥復(fù)合膠凝體系黏度及剪切應(yīng)力的影響見(jiàn)圖1、圖2。鋰渣水泥漿體的黏度隨剪切速率的增加而減小，其剪切應(yīng)力隨剪切速率的增加而升高。在保持其剪切速率不變的情況下，其黏度隨著TEA 的摻量的增加而增加。在TEA 摻量為0.1%時(shí)，黏度較高。而在保持剪切速率不變的情況下，新拌漿體剪切應(yīng)力隨著TEA 摻量的增加而增加，也在摻量為0.1%時(shí)比其余的摻量普遍要高。水泥漿體剪切應(yīng)力和黏度隨剪切速率的變化反映了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化情況。在TEA 摻量較小時(shí)，相對(duì)于空白組而言新拌漿體黏度也較小，而在逐漸增加TEA 用量之后可以看出黏度逐漸增加，超過(guò)了0.1%摻量后黏度再次下降。漿體中的絮凝結(jié)構(gòu)的數(shù)量和強(qiáng)度隨著TEA 摻量的變化發(fā)生變化。在相同的剪切速率下，TEA 摻量對(duì)鋰渣水泥漿體的黏度和剪切應(yīng)力的影響呈現(xiàn)先增高再降低的趨勢(shì)，這也就導(dǎo)致了相同的剪切速率下剪切應(yīng)力和粘度呈現(xiàn)先增加再降低的趨勢(shì)。

圖1 鋰渣水泥漿體粘度隨剪切速率變化曲線

圖2 鋰渣水泥漿體剪切應(yīng)力隨剪切速率變化曲線

2.2 TEA 對(duì)鋰渣水泥水化性能影響

鋰渣水泥不同齡期XRD 圖譜見(jiàn)圖3、圖4。鋰渣復(fù)合水泥在3d 和28d 齡期時(shí)的水化產(chǎn)物主要包括Ca（OH）2、AFt、C-S-H等。水化3d 時(shí)，摻加了TEA 的復(fù)合水泥體系中Ca（OH）2偏低。TEA 與Ca2+離子形成了絡(luò)合沉淀物，此沉淀物易溶于水，使得液相中Ca（OH）2介穩(wěn)過(guò)飽和度提高，形成了少量的Ca（OH）2晶體，進(jìn)而衍射峰值較低。水化28d 時(shí)，摻加TEA 的鋰渣復(fù)合水泥中Ca（OH）2含量較純水泥降低，但AFt 有所升高。液相的Al3+、Fe3+部分與TEA 生成絡(luò)合物，從而使得C3A，C4AF表面水化物發(fā)生變化，促進(jìn)了C3A，C4AF 的溶解和水化，并激發(fā)了鋰渣與水化體系中Ca（OH）2的發(fā)生二次水化反應(yīng)，膠凝體系中Ca2+與Al3+等離子反應(yīng)生成AFt。隨著膠凝體系中TEA的摻量增加，Ca（OH）2量降低。水化初期，鋰渣主要發(fā)揮微集料填充效應(yīng)，而水化后期，鋰渣火山灰活性被TEA 激發(fā)，參與二次水化反應(yīng)，生成更多水化產(chǎn)物。

圖3 TEA 作用下鋰渣水泥水化3d XRD 圖譜

圖4 TEA 作用下鋰渣水泥水化28d XRD 圖譜

3 結(jié)論

（1）TEA 摻入鋰渣復(fù)合水泥，漿體流動(dòng)度降低9～18%，黏度隨剪切速率增加而減少，剪切應(yīng)力隨剪切速率的增加而增加。隨著TEA 摻量增加，鋰渣水泥復(fù)合膠凝體系的黏度提高，剪切應(yīng)力增加，漿體內(nèi)部微結(jié)構(gòu)改變。

（2）摻入TEA 使得早期起微集料填充作用的鋰渣水化后期的火山灰活性得以激發(fā)，且液相的鋁、鐵離子部分與TEA 生成絡(luò)合物。隨著TEA摻量增加，復(fù)合膠凝體系水化放熱量增加，水化進(jìn)程得以促進(jìn)，水化產(chǎn)物量增加。