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原文传递高掺量镍铁渣路用混凝土的制备及性能研究

论文题名：	高掺量镍铁渣路用混凝土的制备及性能研究
关键词：	高掺量镍铁渣;路用混凝土;原位改性法;耐久性能
摘要：	交通运输业的蓬勃发展依托于道路工程建设，水泥混凝土因其强度高、耐久性好等诸多优势成为道路工程建设中使用量最大的工程结构材料。此外，在我国镍铁渣是一种大宗的工业固体废弃物，堆存量超过6000万吨，且每年新增约2000万吨，但其利用率仍处于较低水平，大量堆存的镍铁渣对环境造成污染，相关问题迫切需要得到解决。基于以上原因，本课题以风冷镍铁渣为主要原料、硅酸盐水泥为辅助原料，制备高掺量镍铁渣路用混凝土，以期为镍铁渣资源化利用提供新思路，且为高性能道路材料的开发和应用提供技术支持。　　本文通过机械力活化法、原位改性法对镍铁渣进行处理，制得高活性镍铁渣粉，在此基础上制备镍铁渣硅酸盐水泥，并对水泥浆体的工作性能、力学性能、压蒸安定性能、重金属浸出性能和耐久性能进行考察。采用水化热、物相组成分析(XRD、TG)、扫描电子显微测试(SEM)、压汞测试(MIP)等方法研究了未改性风冷镍铁渣(FNS-A)、机械力活化镍铁渣(FNS-AG)及原位改性镍铁渣(FNS-AIM)在水泥基材料中的作用机理；通过流动度测试、抗压强度测试、抗折强度测试、劈裂抗拉强度测试、重金属浸出测试分析了高掺量镍铁渣集料对混凝土基本性能的影响，并结合碱-集料反应、冻融循环试验、耐磨试验、抗渗试验，全面评价镍铁渣集料对混凝土耐久性能的影响及作用机理。具体研究结论如下：　　(1)FNS-AG、FNS-AIM的水化活性远高于FNS-A。当FNS-AG、FNS-AIM、FNS-A掺量分别为30%、30%、10%时，镍铁渣硅酸盐水泥强度达到42.5等级，水泥石压蒸安定性合格，重金属浸出量低于国家标准要求。相同掺量条件下，掺FNS-AG、FNS-AIM水泥的耐久性能优于掺FNS-A的水泥。　　(2)镍铁渣集料理化特性对路用混凝土的工作性能、力学性能、重金属浸出性能、耐久性能有重要影响作用。镍铁渣细集料的掺入，可优化细集料的级配，降低水泥砂浆空隙率；镍铁渣具有较高的硬度，且其颗粒表面较为粗糙，有利增强颗粒间的摩擦作用，提高混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度，早期效果尤为明显；由于镍铁渣集料中存在部分玻璃相，可参与二次水化反应，进而改善浆体与集料间的粘结强度，优化试样的界面过渡区。　　(3)镍铁渣集料为活性集料，和硅酸盐水泥复合使用时存在碱-集料反应风险，当镍铁渣集料掺量小于20%时可判定为无碱-集料风险；当使用掺30%FNS-A的硅酸盐水泥(C7A3)作为胶结料时，镍铁渣集料掺量需小于60%；使用掺30%FNS-AG的硅酸盐水泥(C7AG(4)3)或掺30%FNS-AIM的硅酸盐水泥(C7AIM(M)3)作为胶结料时，镍铁渣集料掺量可达到100%。　　(4)优化体系组成配比，可制得镍铁渣掺量为80%的路用混凝土，此时胶结料为C7AG(4)3或C7AIM(M)3，细集料和粗集料均为镍铁渣。该路用混凝土抗折强度可达到特重、重交通等级要求，且具有优异的抗冻性能、抗渗性能及耐磨性能。
作者：	翟牧楠
专业：	材料工程
导师：	诸华军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021