氯盐环境下粒化高炉镍渣混凝土抗钢筋锈蚀性能研究

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当前,我国镍渣总排放量近一亿吨,但仅有12%左右得到利用,大量未处理部分不但占用土地而且会严重污染环境。将镍渣用于水泥混凝土中,不仅可节约成本,还具有良好的环保效益。国内外学者现有研究成果基本证实了镍渣在水泥混凝土中应用的可行性,但对镍渣混凝土抗氯离子渗透和钢筋锈蚀的研究还很少。本文以镍渣为主要矿物掺合料,研究镍渣(NS)单掺(取代水泥质量的20~70%)、镍渣与粉煤灰(FA)复掺(总掺量50%,NS/FA比值为3:7、5:5、7:3)、镍渣与硅灰(SF)复掺(30%NS与10%SF、50%NS与10%SF、70%NS与10%SF)时混凝土坍落度、抗压强度、抗氯离子渗透和抗钢筋锈蚀性能的变化规律,并结合MIP、XRD、SEM和TG等测试,对混凝土上述宏观性能进行机理解释。主要结论如下:1、镍渣单掺或镍渣与10%硅灰复掺时,混凝土坍落度随着镍渣掺量的增加而增大;镍渣与粉煤灰复掺时,混凝土坍落度随着镍渣与粉煤灰比值的增大而降低。2、镍渣单掺时,混凝土前期(7d)抗压强度随镍渣掺量增加而降低,后期(28d、56d和180d)强度随镍渣掺量增加而先增大后减小,最优掺量为20%时180d强度为61.3MPa,比普通混凝土高8.5%;当镍渣与粉煤灰复掺时,混凝土早期强度随NS/FA比值的增大而增加;后期强度随着NS/FA比值的增大先增加后降低,最优比值为5:5。镍渣与10%硅灰复掺时,强度随镍渣掺量的增加而降低,最优组为30%NS与10%SF。3、镍渣单掺、镍渣与粉煤灰以及镍渣与10%硅灰复掺时,与普通混凝土(OPC)相比,混凝土抗氯离子渗透性能显著提高。镍渣单掺时,混凝土电通量和氯离子扩散系数(DRCM)随镍渣掺量增加先增大后减小,最优掺量为50%时180d电通量和DRCM为211.7C和1.3×10-12m2/s,较同龄期OPC组分别降低85.5%和77.4%;镍渣与粉煤灰复掺时,电通量和DRCM随NS/FA比值的增大而减小,最优比值为7:3;镍渣与10%硅灰复掺时电通量和DRCM随镍渣掺量的增加而减小,最优组为30%NS与10%SF。4、镍渣的掺入能显著提高混凝土抗钢筋锈蚀性能。镍渣单掺时,混凝土中钢筋锈蚀速率随镍渣掺量的增加而减小,最优掺量为70%;镍渣与粉煤灰复掺时,钢筋锈蚀速率随着NS/FA比值的增大先减小后增大,最优比值为5:5;镍渣与10%硅灰复掺时,钢筋锈蚀速率随镍渣掺量的增加先减小后增大,最优组为50%NS与10%SF。5、镍渣的掺入能有效提高氯盐环境下混凝土耐久性。以保护层厚度为60mm为例,当镍渣单掺时,50%掺量能使混凝土结构服役寿命较基准组延长近1.4倍。6、镍渣的掺入能降低水泥水化产物中Ca(OH)2结晶度,增加骨料与水泥石界面区的密实性,减小毛细孔体积,从而提高混凝土抗氯离子渗透和抗钢筋锈蚀性能。
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