TEA 對鋰渣水泥漿體流變性及水化性能的影響

姚澤群，武 陽，儲宇吉，白雪鵬，何 舜，何 燕*

1.蘇州科技大學 土木工程學院，江蘇 蘇州 215011；2.江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001

0 引言

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

盡管鋰渣具有一定的火山灰活性，但其活性遠低于水泥導致水泥基材料早期力學性能顯著下降，在一定程度制約了其應用。因此，如何提高鋰渣水化活性是推進其在水泥基材料中應用的熱點問題。然而，化學激發鋰渣活性對激發劑種類和摻量的依賴性較高。摻量過低時，激發效果較弱達不到預期效果；摻量過高時，則會影響膠凝材料工作性、耐久性等。因而探尋高效化學激發劑，達到使鋰渣活性充分激發，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參考。基于此，本文研究了摻加TEA 后鋰渣復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。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

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

（2）三乙醇胺（TEA），由國藥化學試劑有限公司提供。

表1 水泥及鋰渣的化學組成 %

1.2 試驗方法

采用RVDV-2T 數字旋轉粘度計檢測水泥漿體的黏度和剪切應力。

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

2 結果與討論

2.1 TEA 對鋰渣水泥漿體流變性的影響

TEA 對鋰渣水泥復合膠凝體系黏度及剪切應力的影響見圖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，黏度較高。而在保持剪切速率不變的情況下，新拌漿體剪切應力隨著TEA 摻量的增加而增加，也在摻量為0.1%時比其余的摻量普遍要高。水泥漿體剪切應力和黏度隨剪切速率的變化反映了其內部結構的變化情況。在TEA 摻量較小時，相對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，超過了0.1%摻量后黏度再次下降。漿體中的絮凝結構的數量和強度隨著TEA 摻量的變化發生變化。在相同的剪切速率下，TEA 摻量對鋰渣水泥漿體的黏度和剪切應力的影響呈現先增高再降低的趨勢，這也就導致了相同的剪切速率下剪切應力和粘度呈現先增加再降低的趨勢。

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力隨剪切速率變化曲線

2.2 TEA 對鋰渣水泥水化性能影響

鋰渣水泥不同齡期XRD 圖譜見圖3、圖4。鋰渣復合水泥在3d 和28d 齡期時的水化產物主要包括Ca（OH）2、AFt、C-S-H等。水化3d 時，摻加了TEA 的復合水泥體系中Ca（OH）2偏低。TEA 與Ca2+離子形成了絡合沉淀物，此沉淀物易溶于水，使得液相中Ca（OH）2介穩過飽和度提高，形成了少量的Ca（OH）2晶體，進而衍射峰值較低。水化28d 時，摻加TEA 的鋰渣復合水泥中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 生成絡合物，從而使得C3A，C4AF表面水化物發生變化，促進了C3A，C4AF 的溶解和水化，并激發了鋰渣與水化體系中Ca（OH）2的發生二次水化反應，膠凝體系中Ca2+與Al3+等離子反應生成AFt。隨著膠凝體系中TEA的摻量增加，Ca（OH）2量降低。水化初期，鋰渣主要發揮微集料填充效應，而水化后期，鋰渣火山灰活性被TEA 激發，參與二次水化反應，生成更多水化產物。

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 結論

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

（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，且液相的鋁、鐵離子部分與TEA 生成絡合物。隨著TEA摻量增加，復合膠凝體系水化放熱量增加，水化進程得以促進，水化產物量增加。