盐湖含锂镁渣对混凝土碱-硅反应的抑制效果及其机理

Alkali - silica reaction (ASR) is one of the main reasons for the durability decline of concrete. Aimed at addressing the combination between the urgent needs in comprehensive utilization of salt lake resources during the northwest development process and the shortage situation of inactive aggregate in Tibetan regional infrastructure, this work will focus on the ASR inhibitor of concrete prepared by magnesium slag from lithium extraction. .According to the structural chemistry combined with the inhibition mechanism of traditional ASR, the metal cation, take Mg2+ as an example, is performed to investigate the inhibition behavior of ASR and responding chemical structural basis in concrete. The route of the macro-mechanics combined with the microstructure composition is employed to establish the reaction behavior between Mg2+ and active siliceous aggregate, and the inhibition effect of Mg2+ or Mg/Li mixture on the alkali-silica reaction in the cementitious system of magnesium, lithium, and magnesium/lithium mixture, respectively..This work will elucidate the inhibition effect of Mg2+ on the ASR of concrete, the interaction of Mg/Li mixture for ASR, and the chemical structural basis of metal cation in ASR process. The results of this work will contribute to the novel method of inhibition effect of magnesium slag from lithium extraction on ASR and promote its practical application of the by-products from salt lake resources.

碱-硅反应（ASR）是导致混凝土耐久性下降的主要原因之一。结合西北盐湖开发过程中资源综合利用的迫切需求及青藏地区基础建设面临非活性骨料短缺现状，本项目提出利用盐湖提锂副产的含有Li2CO3的 Mg(OH)2（简称“含锂镁渣”）制备混凝土碱-硅反应的抑制剂。.项目从结构化学和传统碱集料反应的抑制机理出发，以Mg为例探究金属阳离子抑制混凝土碱集料反应的机理及结构化学基础。采用变形性能、宏观力学研究与先进的显微结构和组成研究等手段相结合，探讨含镁、锂及锂镁共存的胶凝体系中Mg与活性硅质集料的反应行为、作用规律及Mg抑制碱集料反应的机理，以及锂镁混合物抑制ASR的相互作用。.通过本项目的研究，以期阐明：Mg2+抑制混凝土ASR的机理，锂镁混合物抑制ASR的相互作用；探究金属阳离子抑制ASR的结构化学基础；开辟盐湖资源开发产生的副产物含锂镁渣抑制混凝土ASR的方法并推进其实用化进程。

碱-硅反应是导致混凝土耐久性下降的主要原因之一结合西北盐湖开发过程中资源综合利用的迫切需求及青藏地区基础建设面临非活性骨料短缺现状，本项目提出利用盐湖提锂副产的含锂镁渣制备混凝土碱-硅反应的抑制剂。系统考察了青海地区集料的碱活性现状以及氢氧化镁、碳酸锂以及含锂镁渣对活性集料的抑制效果及机理，探讨了含镁、锂及锂镁共存的胶凝体系中Mg与活性硅质集料的反应行为和作用规律。.基于碱活性研究，发现青海地区的砂石集料普遍具有碱-硅反应活性，在混凝土配合比设计过程中不能直接使用，必须采取预防措施对其膨胀进行抑制，以防治混凝土结构发生ASR破坏。基于活性集料，采用含锂镁渣部分替代水泥制备砂浆棒试件，得出镁渣能有效抑制砂浆ASR膨胀。针对28d膨胀率为0.29%的活性集料，掺30%的镁渣对集料1月龄和6月龄的膨胀率具有最优的抑制效果，抑制率大于50%。采用分析纯氢氧化镁模拟镁渣中的氢氧化镁成分，探索了氢氧化镁对活性集料ASR的抑制效果，发现氢氧化镁对集料碱活性膨胀不仅没有抑制效果，反而有促进膨胀的作用。分析原因是由于在硅酸盐水泥的高碱性环境下，氢氧化镁以沉淀物而不是镁离子形式存在，在快速砂浆棒反应过程中，通过吸水肿胀增大了ASR的膨胀率。结合XRD和SEM-EDS分析手段，得出含锂镁渣对活性集料ASR的抑制机理主要体现在两个方面：一是通过镁渣中的碳酸锂成分对ASR反应起抑制作用，二是通过改变硅酸水泥水化产物的微观形貌，形成大量蜂窝状气孔和通道来吸收碱离子以及由碱离子和活性骨料引起的膨胀来降低ASR膨胀。同时，掺加镁渣一定程度上降低了混凝土的抗压强度和抗折强度..针对传统抑制手段，采用粉煤灰和硅灰替代硅酸盐水泥进行了对比试验。结果表明，当粉煤灰和硅灰掺入量分别在20%和10%以上时，可有效防止碱-集料反应的发生。在粉煤灰和硅灰掺量相同的情况下（如10%），硅灰比粉煤灰具有更优的抑制效果。粉煤灰和硅灰通过形成更低Ca/Si比的水化产物对碱离子进行吸附从而降低其膨胀率。