碱渣用作矿物掺合料对混凝土强度和氯离子溶出性能的影响及其机理研究

Soda Residue is the by-product of ammonia-soda. China is the biggest soda producer in the world, and the quantity of Soda Residue is about 300×104t/a. The main composition of Soda Residue is calcium carbonate with high chloride ion content. High chloride ion content is the main factors which limited Soda Residue on a large scale recycle. Most of Soda Residue were piled-up or put into the sea, and only 3%~4% of it was recycled in China. Along with China pay more and more attention to the environmental protection in recent years the recycle proportion of Soda Residue has became the key problem to the soda industry..The particle size of Soda Residue is nearly with cement, and use it as a concrete mineral admixture is a good way to recycle. But it needs to resolve the following two problems: strength and chloride ion release. The chloride ion releasing will lead to the environment pollution and influence on the concrete structure durability..This research initiates the microstructure and chloride ion release of Soda Residue, and gets the suitable dealing method and using method of it as concrete mineral admixture. In this way the Soda Residue can be used not only in plain concrete, but also in steel concrete by reducing the chloride ion content, optimize cementitious material composition and using reinforcement corrosion inhibitor..This research accords with the trend of nation and industry, and the research results can resolve the key problem of soda industry. Such research has a notable economic benefits and social benefits, and can be used broadly in the future.

碱渣是氨碱法制备纯碱时产生的废渣，我国是世界最大的纯碱生产国，年产碱渣超过300万吨。碱渣主要成分是碳酸钙，但氯离子含量很高，大量碱渣只能堆存或者排海，我国碱渣综合利用率只有3～4％。随着我国对环境保护的日益重视，提高碱渣的综合利用水平已成为关系纯碱工业生存和发展的关键问题。.碱渣粒径与水泥相近，将其作为矿物掺合料制备混凝土，是一种可大量利用碱渣的途径，但需要解决其强度和氯离子溶出问题，避免对环境造成二次污染和危害混凝土结构耐久性。.本项目从碱渣的微观结构和氯离子溶出特性出发，得到了碱渣用作混凝土矿物掺合料时适宜的处理方法和应用方法。研究成果可将碱渣用于素混凝土结构，还可通过降低碱渣氯离子含量、优化胶凝材料组成、掺加阻锈剂等方法，将碱渣用于钢筋混凝土结构。.本项目研究符合国家和行业发展趋势，研究成果能够解决纯碱行业迫切需要解决的关键科技问题，经济效益和社会效益显著，应用前景广阔。

碱渣是氨碱法制备纯碱时产生的废渣，我国是世界最大的纯碱生产国，年产碱渣超过300万吨。碱渣主要成分是碳酸钙，但氯离子含量很高，大量碱渣只能堆存或者排海，我国碱渣综合利用率只有3～4％。随着我国对环境保护的日益重视，提高碱渣的综合利用水平已成为关系纯碱工业生存和发展的关键问题。碱渣粒径与水泥相近，将其作为矿物掺合料制备混凝土，是一种可大量利用碱渣的途径，但需要解决其强度和氯离子溶出问题，避免对环境造成二次污染和危害混凝土结构耐久性。. 针对以上问题，本文首先研究了碱渣的物相组成及微观结构。通过X-射线荧光光谱、XRD、差热分析等方法确定了碱渣主要物相为碳酸钙、二水石膏、氯化钙。通过扫描电镜、激光粒度仪、压汞、氮吸附等方法确定了碱渣微观结构是由纳米碳酸钙团聚体颗粒再聚集并与二水石膏通过堆积、搭接构成，同时发现碱渣土具有发达的孔隙结构，包括聚集体颗粒间的空隙、聚集体内部的微米级孔隙、团聚体颗粒上的纳米级微孔。. 然后分别通过浸泡试验、粉磨试验、水洗试验、电渗试验研究了碱渣的氯离子分布及其溶出特性，结果表明碱渣中氯离子的分布约为：空隙水中含73%、微米级孔隙水中含20%、纳米级微孔水中含7%。碱渣氯离子主要为可溶性氯离子，可通过水洗去除。. 其次通过正交试验研究了掺加碱渣的砂浆优化胶凝材料组成；并在此基础上研究了原状碱渣、水洗碱渣、除氯碱渣对砂浆性能的影响。结果表明，除氯碱渣可作为矿物掺合料应用于砂浆。除氯碱渣取代15%粉煤灰时，砂浆28d抗压强度可提高74%，并且满足耐久性要求。除氯碱渣、粉煤灰、矿渣粉的较佳掺量组合为：碱渣10%~15%、粉煤灰10%~20%、矿渣粉10%。. 最后采用优化的胶凝材料研究了碱渣对混凝土力学性能、耐久性及环境的影响。结果表明，碱渣、粉煤灰、矿渣粉的适宜掺量分别为10%、10%~20%、10~20%。以碱渣取代10%的粉煤灰或水泥后混凝土强度均略有增大。但掺入原状碱渣和水洗一次碱渣均会造成钢筋锈蚀，而掺入除氯碱渣不会造成钢筋锈蚀，可满足耐久性要求。. 本项目的研究成果将为碱渣在砂浆和混凝土中的大量应用奠定理论基础，并将能解决纯碱行业迫切需要解决的科技问题，经济和社会效益显著。