【摘 要】
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单组分碱激发镍渣水泥作为一种新型绿色胶凝材料,有效解决镍渣的污染问题,提升镍渣利用价值,又能减少CO2排放与天然资源消耗,对保持镍行业的持续健康发展具有重要战略意义。目前碱激发镍渣水泥的研究主要集中在双组分的配比设计方面,但关于单组分碱激发镍渣水泥的氯离子渗透性方面研究较少。为此,本文通过试验研究了前驱物钙硅比、铝硅比、碱激发剂种类、Na2O当量、水胶比、球磨制度对单组分碱激发镍渣混凝土抗氯离子渗
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单组分碱激发镍渣水泥作为一种新型绿色胶凝材料,有效解决镍渣的污染问题,提升镍渣利用价值,又能减少CO2排放与天然资源消耗,对保持镍行业的持续健康发展具有重要战略意义。目前碱激发镍渣水泥的研究主要集中在双组分的配比设计方面,但关于单组分碱激发镍渣水泥的氯离子渗透性方面研究较少。为此,本文通过试验研究了前驱物钙硅比、铝硅比、碱激发剂种类、Na2O当量、水胶比、球磨制度对单组分碱激发镍渣混凝土抗氯离子渗透性影响规律,并结合XRD、TG、FT-IR及MIP等试验分析其作用机理,以为单组分碱激发镍渣混凝土配筋结构的耐久性与安全性提供保障。主要研究内容如下:1、采用五因素四水平L16（4~5）正交试验进行钙硅比、铝硅比、碱激发剂种类、Na2O当量、水胶比对单组分碱激发镍渣混凝土抗氯离子渗透性影响试验研究。研究表明:各因素对碱激发镍渣混凝土抗氯离子渗透性能的影响排序为:水胶比、Na2O当量、碱种类、钙硅比、铝硅比,并获得了抗氯离子渗透性最优的单组分碱激发镍渣水泥组成。2、基于正交试验结果,采用控制变量法进一步研究钙硅比、铝硅比、碱激发剂种类、Na2O当量、水胶比、球磨制度对单组分碱激发镍渣混凝土氯离子迁移系数、总氯离子浓度分布等影响规律。研究表明混凝土的氯离子迁移系数随着钙硅比、铝硅比、Na2O当量、水胶比增大先下降后提高,在钙硅比为1.0,铝硅比为0.45、Na2O当量为7%、水胶比为0.33时为最佳组合。碱激发剂的激发效果顺序为Na2Si O3、Na2Si O3-Na2CO3、Na OH、KOH。3、钙硅比大于1.0时,钙硅比增大导致碱镍渣水泥中玻璃体[Si O4]4-聚合度降低,水化程度降低,钙硅比小于1.0时,钙硅比增大使镍渣活性提升,水化程度增加,孔结构优化;铝硅比大于0.45时,铝硅比增大,多余的铝不参与反应,水化程度降低,铝硅比小于0.45时,铝硅比增大形成铝桥作用,C-S-H转变成C-A-S-H,结构聚合度提高,总孔隙率减小;Na2O当量大于7.0%时,Na2O当量增大打乱凝胶网络结构彼此交联,水化程度降低,Na2O当量小于7.0%时,Na2O当量增大有利于Si-O和Al-O键断裂生成更多水化产物,总孔隙率减小;水胶比大于0.33时,水胶比增大,OH-浓度降低不利于碱激发反应,水化程度降低,水胶比小于0.33时,不利于硅酸根和铝酸根离子的迁移,水化程度降低,总孔隙增大。4、镍渣和Na2Si O3共同高速球磨时间越长,Na2Si O3被镍渣粉体包裹程度越多,碱浓度下降,水化程度越低。因此镍渣单独高速球磨2h后与碱激发剂共同低速球磨0.5h（T2+0.5组）的28d氯离子迁移系数较镍渣和碱激发剂共同高速球磨2.5h组下降29.8%,较镍渣单独高速球磨1.5h后再和碱激发剂共同高速球磨1h组下降18.0%;球磨过程产生的机械力化学作用带来的正面效应要大于碱激发剂完全溶解的双组分碱激发镍渣混凝土,因此T2+0.5组的28d氯离子迁移系数较双组分组降低11.27%。5、通过灰色关联分析研究了孔隙特征参数及抗压强度对28d氯离子迁移系数的相关性排序与极性分析,建立了孔隙特征参数及强度与28d氯离子迁移系数间关系模型。各级孔径孔隙率与28d氯离子迁移系数的R~2在0.721与0.808间,最可几孔径和总孔隙率与28d氯离子迁移系数的R~2为0.869和0.917。28d抗压强度与28d氯离子迁移系数的R~2为0.969。
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