锂渣粉在混凝土的应用工程实例（硫酸锂在支座砂浆中的应用研究）

摘要：研究表明，在硫铝酸盐水泥中掺入硫酸锂后，可加速其凝结和早期水化进程，使得浆体初凝时间提前，初凝时间与终凝时间差缩短至10min以内，早期强度发展迅速，其效果比碳酸锂更佳。硫酸锂在支座砂浆中促使砂浆固化时间缩短，塑性膨胀剂提前终止膨胀， 24h以后随着水泥逐渐水化完全，浆体体积变化率趋于稳定。

关键字：硫酸锂;塑性膨胀;体积变化率;强度;凝结时间

随着我国客运专线建设的快速发展，盆式橡胶支座砂浆在铁路桥梁建设中得到广泛应用，成为连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件。支座砂浆由硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、缓凝剂、速凝剂等材料复配而成，具有早强、高强、微膨胀，大流动度的特点。硫铝酸盐水泥常用的速凝剂为碳酸锂，碳酸锂对硫铝酸盐水泥的促凝效果十分明显，凝结时间可以从30min缩短到3min。最近，碳酸锂价格上涨，从单价70元/公斤上涨到180元/公斤，碳酸锂价格的快速上涨使得支座砂浆生产企业成本大幅度增加，寻找碳酸锂的代替原料已成当务之急。目前许多支座砂浆生产企业采用硫酸锂代替碳酸锂作为速凝剂应用于支座砂浆中，硫酸锂单价为80元/公斤，大幅度降低了产品原材料成本。本文从支座砂浆的凝结时间、早期强度、后期强度等性能入手，研究对比硫酸锂和碳酸锂对支座砂浆性能的影响，为硫酸锂代替碳酸锂应用于支座砂浆中寻找理论依据。

由图1可知，速凝剂的加入，大幅度缩短了初凝时间和终凝时间，初凝时间和终凝时间之差缩短非常明显，由28min缩短至10min以内。以碳酸锂为速凝剂的试验中，初凝时间缩短21min，初凝时间和终凝时间之差缩短至7min;以硫酸锂为速凝剂的试验中，初凝时间缩短30min，初凝时间和终凝时间之差缩短至7min;由此推断，两种速凝剂对支座砂浆凝结时间的影响基本相同，而硫酸锂对初凝时间的影响更优于碳酸锂。

2.2 硫酸锂对支座砂浆抗压强度的影响

支座砂浆是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件，起主要承重作用。支座砂浆的早强、高强特性，就是决定其性能好坏的关键性指标。本文抗压强度指标包括2h抗压强度，8h抗压强度、24h抗压强度、3d抗压强度以及28d抗压强度。具体试验数据见图2.

由图2可知，速凝剂的参入，使得支座砂浆2h抗压强度快速增长，8h抗压强度达到最终强度的80%，24h后强度增长缓慢，28d抗压强度低于空白组试验强度，说明速凝剂对支座砂浆的最终强度有所降低，但幅度较小。两种速凝剂对支座砂浆抗压强度的增长趋势基本一致，在同样掺量下硫酸锂对更能快速的促进砂浆强度增长。

2.3 硫酸锂对支座砂浆竖向膨胀率的影响

支座砂浆早期强度高，初期放热速度迅速且集中放热，缓凝剂的参入推迟了水化放热峰出现的时间，却改不不了其集中放热的特点，也不会降低总水化热，故支座砂浆失水太快而容易发生塑性开裂。该文通过塑性膨胀剂与UEA膨胀剂复合组成膨胀源，确保支座砂浆早期迅速膨胀和后期不收缩。具体试验数据见图3.

由图3可知，未掺入速凝剂的砂浆2h左右完成膨胀，后期持续收缩，24h后尺寸变化趋于稳定，最大膨胀值在1.6%以上;掺入硫酸锂的砂浆70min左右完成膨胀，后期持续收缩，24h后尺寸变化趋于稳定，最大膨胀值在1.5%左右;掺入碳酸锂的砂浆80min左右完成膨胀，后期持续收缩，24h后尺寸变化趋于稳定，最大膨胀值在1.5%左右，最大膨胀值大于掺入硫酸锂砂浆的膨胀值。速凝剂的掺入，使得砂浆的固化时间缩短，砂浆固化后浆体形状被固定，塑性膨胀剂无法继续膨胀，而此时浆体内部温度达到最高并开始冷却，体积进入收缩阶段，随着水泥逐渐水化完全，浆体体积变化率趋于稳定。

2.4 硫酸锂对支座砂浆流动度的影响

支座砂浆为流动性砂浆，采用浇筑免振捣的施工工艺，其浆体流动性很重要。本试验采用聚羧酸减水剂与低粘度纤维素醚复合使用，即提高了浆体流动性，又防止浆体分层、泌水。具体试验数据见图4.

由图4可知，速凝剂的掺入对浆体的初始流动度无影响，对半小时流动度影响较大。掺入速凝剂的浆体初凝时间在50min以上，半小时流动度有所降低，但还能满足施工要求。两种速凝剂对支座砂浆流动度的影响基本相同。

3 硫酸锂在支座砂浆中的作用机理

清华大学韩建国博士对碳酸锂加速硫铝酸盐水泥水化进程作用机理[1]研究表明，Li2CO3加速硫铝酸盐水泥凝结和早期水化进程，关键在于生成高碱度的氢氧化锂，氢氧化锂在水中解离后产生的Li 与OH—形成四配位结构，该四配位结构促进[Al(OH)6]3-八面体的聚合。硫酸锂在水中溶解度高于碳酸锂，Li 的浓度更高，生成的氢氧化锂更多，更有利于[Al(OH)6]3-八面体的聚合。所以在硫铝酸盐水泥中掺入硫酸锂后，可加速其凝结和早期水化进程，其效果比碳酸锂更佳。

4 总结

1) 硫酸锂和碳酸锂对支座砂浆凝结时间、抗压强度的影响基本相同，而硫酸锂的效果更优于碳酸锂。

2) 硫酸锂在支座砂浆中促使砂浆的固化时间缩短，塑性膨胀剂提前终止膨胀，而此时浆体内部温度达到最高并开始冷却，体积进入收缩阶段，24h以后随着水泥逐渐水化完全，浆体体积变化率趋于稳定。

3) 在硫铝酸盐水泥中掺入硫酸锂后，可加速其凝结和早期水化进程，其效果比碳酸锂更佳。

参考文献

【1】韩建国，阎培渝.碳酸锂对硫铝酸盐水泥水化特性和强度发展的影响[J].建筑材料学报，2011(2)：6-9.

【2】吴海龙，刘健，等.新型硫酸锂复合早强剂对煤矿封孔水泥早强效果的影响研究[J].中国安全生产科学技术，2014(8)：34-38