掺TEA复合水泥流变性数值模拟分析开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，随着市场对锂盐的需求增加，锂渣的数量急剧增加。锂渣作为一种工业废渣，工业冶炼方法通常是锂碱法冶炼渣和锂酸法冶炼渣，其废渣量随所采用方法和原料的不同而异。以锂辉石矿石作原料的碱法冶炼每生产1吨lioh产品产废渣约20吨；以锂云母矿石作原料的碱法冶炼每生产1吨lioh产废渣3540吨；以锂辉石矿石作原料的酸性冶炼每生产1吨碳酸锂产渣约10吨。目前，全球每年碳酸锂的总需求量超过12万吨，我国每年碳酸锂的需求量超过3万吨，这3万吨基本上来自锂辉石矿石经过1100～1300℃高温煅烧后用硫酸法的生产过程其利用是一个亟待解决的问题^[6]。

由于将锂渣掺入胶凝材料中可提高材料的安定性和稳定性，所以现在锂渣多用于建材市场。由于生产碳酸锂的工艺和技术条件相对稳定，锂渣的化学组成也较为稳定，矿物组成主要为sio₂、al₂o₃、fe₂o₃、cao等，其矿物相主要包括石英、方解石、石膏、三水铝石、红柱石、刚玉、还有少量的玻璃相、高岭石及碳酸锂等^[1-4]。锂渣中的sio₂绝大多数是以无定形的sio₂的形式存在，能够强烈吸附水泥熟料水化后产生的氢氧化钙生成以水化硅酸钙为主体的水化产物，使水泥的硬化加速进行，从而使得锂渣具有很好的活性^[5]。一般激发sio₂活性的方法由物理激发和化学激发，物理激发主要是通过增加锂渣分的比表面积和缺陷，增加活性；化学激发是掺入酸碱盐来激发锂渣活性，通过刺激水泥的的水化反应，使水化产物填充胶凝材料体系等方式提高水泥各方面性能^[6]。物理化学激发特点不同，化学激发多依靠于不同激发剂及其含量，对激发剂选择极为严格，结果相差很大，很容易影响到水泥的工作性耐久性，甚至会引发不适配。虽然传统的物理激发方法可在一定程度上提高锂渣粉的活性，但也存在一些不足：物理机械活化尽管能提高锂渣的活性，但其对颗粒尺寸的要求较高，同时粉磨需消耗较多能量，使机械活化成本增加，而且还容易引起颗粒团聚，不易磨细，所以造成机械活化对活性提高程度有限^[7]。

前人研究表明^[9]，锂渣具有一些主要特点：(1)锂渣中大多数的sio₂、al₂o₃以无定形的形式存在，因此磨细锂渣粉有较高的火山灰活性；(2)锂渣粉中以so₄^2-形式存在的三氧化硫高达６％以上，远高于普通掺和料。从上述特点来看，锂渣粉与粒化高炉矿渣粉、粉煤灰相似，作为辅助胶凝材料用于水泥混凝土材料中的潜力较大，但在应用中也应注意锂渣中高含量的so₃对水泥基材料性能的影响。从资源利用角度来看,锂渣作为辅助胶凝材料用于水泥混凝土中是其主要途径，既可解决锂渣大量堆积造成的土地占地和环境污染问题，又可节约自然资源。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

本课题使用锂渣作为掺合料，用tea作为化学激发剂，基于前试验结果可知tea可以一定程度提高锂渣的胶凝性能。本课题主要tea对复合体系的流变性能的影响，并分析其变化趋势。

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

本研究主要将不同掺量下的tea胶凝材料的剪切应力进行拟合分析，查找文献^[9]，选择合适的公式进行power-law模型、bingham模型、hershel-buikley模型的拟合分析。

bingham模型是水泥浆体流变研究中最常用的模型。在bingham模型中，用屈服应力和塑性粘度两个本征流变参数来描述水泥的流变特性。τ=τ₀ μγ为power-law模型拟合公式，式中τ为剪应力τ为屈服应力，即当剪应力为0时，一定的剪应力可以开始流动，γ为剪应力，μ为刚度系数。

herschel-buikley模型是一个改进的幂律模型，可表示为τ=τ₀ kγⁿ式中，τ为剪应力，τ为屈服应力，γ为剪切速率，k为稠度系数，n为流动性指数，当n=1，τ≠0时，herschel-buikley流体为粘性流体。当n1，τ=0时，herschel-buikley流体为假塑性流体；当n1时，τ=0，herschel-buikley流体为膨胀性流体。

4. 参考文献

[1]李保亮,尤南桥,曹瑞林,等. 锂渣粉的组成及其在水泥浆体中的物理与化学反应特性[j]. 材料导报,2019,11.

[2]翟梦怡,赵计辉,王栋民. 锂渣粉作为辅助胶凝材料在水泥基材料中的研究进展[j]. 材料导报,2017,31(5).139-144.

[3]卢前明,王震,张瑞林,等. 化学外加剂对粉煤灰-矿渣-水泥胶凝体系的激发作用[j]. 硅酸盐通报,2018 ,37(7).2516-2521.

5. 计划与进度安排

第一阶段（第1～5周）：2月24日～3月27日

文献检索与综述，对论文关键数值分析方法及技术手段进行了解和学习，撰写毕业论文开题报告，进行外文文献翻译；

第二阶段（第6～8周）：3月30日～4月17日