锂渣是以锂辉石矿石作原料生产碳酸锂过程中的废渣,已有部分锂渣作为混合材料应用于水泥和混凝土工程中,但其利用率较低。为了大量地使用锂渣和降低混凝土的成本,研究大掺量下锂渣复合胶凝材料的水化特性及在硬化过程中的作用机理,得到的结论如下:(1)标准养护1d时,锂渣复合胶凝材料的化学结合水量不到8%,锂渣的反应程度不到3%,但都随着龄期的延长而增大。在高温(50℃和100℃)养护、碱激发(pH=13.5的NaOH溶液为拌合用水)、高温与碱激发复合作用下,锂渣复合胶凝材料的化学结合水量和锂渣反应程度比标准养护大1~5倍。相对而言,4种养护方式对锂渣复合胶凝材料化学结合水量和锂渣反应程度的影响顺序为:复合作用>碱激发>高温养护>标准养护。(2)通过与Powers理论计算纯水泥浆体水化产物体积的结果进行对比,提出了含掺合料胶凝材料水化产物体积分数的计算方法,结果发现,对于纯水泥浆体,二者的相对误差小于4%,表明本文的假定是合理的。将计算结果通过SPSS软件计算发现,未水化颗粒、CSH凝胶和毛细孔的体积分数分别受水胶比×掺量×矿物掺合料种类(60.33%)、水胶比×矿物掺合料种类(91.79%)和水胶比(89.23%)的影响最大,CH和铝酸盐相AF的体积分数受掺量的影响最大,分别为6.17%和16.65%。(3)锂渣替代水泥后,CH、CSH和AFt的光谱特征峰较强,掺量增加或水胶比降低时,CH的特征峰变弱,但CSH吸附水的特征峰增强。纯水泥浆体、水泥-锂渣浆体和水泥-粉煤灰浆体的化学收缩随着养护龄期的延长而增大,采用双曲线模型拟合后,其相关系数均在0.98以上,但双曲线模型中的水化系数k值需依据水胶比、掺合料种类和掺量分别选取。3种浆体中,水泥浆体的化学收缩最大,水泥-粉煤灰浆体次之,水泥-锂渣浆体最小。(4)基于纯水泥水化产物含量的计算方法和掺合料的反应机理,提出含掺合料胶凝材料水化产物含量的计算方法。计算结果发现,锂渣的掺入降低了复合胶凝材料水化产物CH和CSH的含量,总孔隙率则呈相反的趋势。锂渣掺量在20%时,水泥-锂渣砂浆后期(28d)的抗压强度比纯水泥砂浆大0.4~4.2%,与水泥-粉煤灰砂浆相比,水泥-锂渣砂浆的孔隙率和CH的含量比水泥-粉煤灰砂浆小,水泥-锂渣砂浆CSH的含量和抗压强度比水泥-粉煤灰砂浆大。(5)锂渣掺量和养护龄期对混凝土抗压强度和氯离子扩散系数的影响较为显著,锂渣掺量为20%时,混凝土的渗透等级比纯水泥混凝土高或相等;水胶比为0.36且养护28d时,其强度等级为C55比纯水泥混凝土(C50)高一级;其余掺量和水胶比下,锂渣混凝土的强度等级与纯水泥混凝土相同,但其抗压强度比纯水泥混凝土高。掺量为40%时,碱-锂渣混凝土的抗压强度比纯水泥混凝土高,但强度等级相同,相比不掺碱时掺量增大了1倍,表明碱对锂渣混凝土具有较好的激发作用。(6)锂渣具有一定的火山灰活性,掺量从0%增加至60%时,活性因子呈先增大后降低的趋势。当掺量在20~30%时,锂渣的物理化学作用效应最大,其活性因子R均在1以上。水化1d时,锂渣颗粒表面已被CSH和CH等水化产物所包裹,其含量随养护龄期的延长而增多,28d时大部分颗粒表面已生成纤维状的CSH,说明锂渣颗粒已参与二次水化反应。(7)锂渣作为砂浆细集料后,其水化产物是CSH凝胶、CH和未水化颗粒以及少量的AFt。随着锂渣替代率的增大,水化产物CH的含量呈线性增长。当锂渣替代率为70%,水泥-锂渣砂浆28d的抗折/抗压强度比纯水泥砂浆提高了56.35%和64.68%;同替代率下,水泥-锂渣砂浆28d的抗折/抗压强度高于水泥-粉煤灰砂浆。水泥-锂渣砂浆(30%、50%和70%)28d的峰值应力是纯水泥砂浆的1.39、1.73和1.23倍;外载做功约为纯水泥砂浆的1.68、2.44和1.42倍。