摻磨細鎳鐵渣混凝土的耐久性及其與孔結(jié)構(gòu)和水化程度的關(guān)系

(東南大學材料科學與工程學院，江蘇省土木工程材料重點實驗室，江蘇南京，211189)

我國鎳鐵冶煉工業(yè)快速發(fā)展的同時，也帶來了大量的工業(yè)副產(chǎn)物——鎳鐵渣[1]。國內(nèi)正積極探索鎳鐵渣的綜合利用方法，包括有價金屬提取、用作充填材料、制備高附加值玻璃和生產(chǎn)建材等。用于制備建筑材料是處理工業(yè)固廢的主要途徑之一[2]，這也是利用鎳鐵渣的合理方案，但其研究均仍處于初步階段。鎳鐵渣活性較低，摻入混凝土中可能使其性能劣化。目前，對混凝土長期性能的影響也尚不清楚，且在過去相當長的時間內(nèi)，鎳鐵渣用于建筑材料缺乏標準指導，這使得我國鎳鐵渣綜合利用率仍處于較低水平，大量鎳鐵渣未能得到合理利用。而采用露天堆存的方式處置不僅占用土地，而且可能因揚塵或重金屬溶出而造成空氣和地下水污染，給環(huán)境帶來巨大破壞。面對每年仍在大量新增的鎳鐵渣，如何提高鎳鐵渣的綜合利用率已成為亟待解決的技術(shù)難題。由于水淬急冷鎳鐵渣中含有大量無定形玻璃體，具有一定的潛在活性[3-4]，故將其磨細后可作為礦物摻合料取代水泥而應用于混凝土中。然而，鎳鐵渣作為礦物摻合料使用時，混凝土存在耐久性問題。鎳鐵渣的摻入可能使混凝土抗碳化性能下降[5-6]，還可能改變混凝土中的連通孔隙率[7]，這對混凝土抗氯離子滲透、抗硫酸鹽侵蝕性能均產(chǎn)生影響。但不同的鎳鐵渣來源產(chǎn)生的影響也可能大不相同。紅土鎳鐵渣摻入混凝土后對其28 d抗氯離子滲透能力有不利影響[3]，而高爐鎳鐵渣的摻入?yún)s有利于提高蒸汽養(yǎng)護下混凝土的抗氯離子滲透性能[7-8]。LI等[9]認為，鎳鐵渣的摻入改善了混凝土水化產(chǎn)物組成，有利于提高其抗硫酸鹽侵蝕的能力。但肖忠明等[10]認為，膠砂的抗硫酸鹽侵蝕性能隨鎳鐵渣的摻入而逐漸下降。王強等[7]對電爐鎳鐵渣和高爐鎳鐵渣的抗硫酸鹽侵蝕性能進行了對比研究，結(jié)果顯示，電爐鎳鐵渣將削弱混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，高爐鎳鐵渣則相反。上述研究從不同方面闡述了鎳鐵渣對混凝土耐久性造成的影響。然而，由于鎳鐵渣來源復雜，不同學者的研究結(jié)果往往大相徑庭，這使得研究缺乏可比性和系統(tǒng)性。另外，在提高鎳鐵渣摻量的同時，大部分研究未注意到混凝土自身密實度和強度均下降，因此，研究結(jié)果不一定可靠。本文作者針對同強度等級的鎳鐵渣混凝土，考慮早期自然養(yǎng)護和蒸汽養(yǎng)護2種制度，對其抗?jié)B性、抗碳化性、抗氯離子滲透性和抗硫酸鹽侵蝕性能進行實驗研究，同時分析同配比凈漿試樣28 d的孔結(jié)構(gòu)和水化程度，討論孔結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物含量變化與混凝土耐久性表現(xiàn)之間的關(guān)系。

1 實驗

1.1 原材料

1)膠凝材料。本研究中混凝土膠凝材料包含水泥和磨細鎳鐵渣。水泥采用海螺牌P.II42.5R型(PC)硅酸鹽水泥。鎳鐵渣采用江蘇融達新材料有限公司產(chǎn)磨細鎳鐵渣粉(FNS)。水泥和鎳鐵渣的化學組成和物理性能分別見表1和表2，顆粒粒度分析結(jié)果和微觀形貌分別如圖1和圖2所示。鎳鐵渣含有大量的含鎂礦物，鈣、鋁質(zhì)量分數(shù)較低。經(jīng)磨細后，鎳鐵渣粉的粒徑分布范圍與水泥的相近，細顆粒較水泥略多，顆粒微觀形貌為碎石多棱角型。

表1 水泥和鎳鐵渣的化學組成(質(zhì)量分數(shù))Table1 Chemical composition of PC and FNS %

2)其他材料。本實驗中，混凝土粗骨料采用安徽省馬鞍山某采石場產(chǎn)碎石。根據(jù)GB/T 50092—2009要求，用于抗氯離子滲透試驗的混凝土試件所用骨料最大公稱粒徑為25mm，除此之外，其余耐久性試驗所用混凝土骨料最大公稱粒徑為31.5mm。以上2種最大公稱粒徑的粗骨料均滿足連續(xù)級配要求。細骨料采用南京某采砂場產(chǎn)天然河砂，其細度模數(shù)為2.6，并滿足II區(qū)中砂級配要求。

表2 水泥和鎳鐵渣的物理性能Table2 Physical properties of PC and FNS

圖1 水泥和鎳鐵渣的顆粒粒徑分布Fig.1 Particle size distribution of PC and FNS

圖2 鎳鐵渣的SEM微觀形貌Fig.2 SEM image of FNS

減水劑是江蘇蘇博特新材料有限公司提供的固含量為40%的聚羧酸高性能減水劑。

1.2 混凝土配合比及養(yǎng)護條件

在實際工程結(jié)構(gòu)中，對不同來源、不同配比的混凝土材料，只有在具有相同強度等級的前提下，其耐久性的比較才有意義。故本研究基于相同的強度等級進行混凝土耐久性試驗。由于鎳鐵渣自身活性較低，其摻入可能導致混凝土強度下降，故在提高鎳鐵渣摻量的同時適當降低混凝土水膠比。為使混凝土具備良好的和易性，在降低水膠比的同時，適量提高減水劑的摻量。用于研究鎳鐵渣混凝土耐久性的混凝土配合比及其坍落度如表3所示。由混凝土坍落度結(jié)果可知，各配比混凝土具有較好的工作性，未出現(xiàn)明顯泌水，可保證混凝土成型質(zhì)量。

根據(jù)GB/T 50092—2009要求成型混凝土試件。其中，混凝土抗?jié)B性試驗所用試件為上底直徑為175mm、下底直徑為185mm和高為150mm的圓臺體；碳化試驗所用試件是長×寬×高為100mm×100mm×100mm的立方體；抗氯離子滲透試驗所成型試件是直徑×長度為100mm×200mm的圓柱體，并按規(guī)范要求加工成直徑×長度為100mm×50mm試件；抗硫酸鹽侵蝕試驗采用長×寬×高為100mm×100mm×100mm的立方體。

用于研究孔結(jié)構(gòu)的樣品采用與上述混凝土同配比凈漿。試樣養(yǎng)護至28 d，用無水乙醇終止水化，并進行真空干燥，干燥溫度為40℃，干燥時間為7 d。

早期高溫蒸汽養(yǎng)護可以激發(fā)礦物摻合料活性，加快混凝土早期強度增長，故常用于混凝土制品的生產(chǎn)。本研究還考察了早期蒸汽養(yǎng)護條件下鎳鐵渣混凝土的部分性能?；炷撩撃Ｇ暗脑缙陴B(yǎng)護制度包含2種：自然養(yǎng)護和蒸汽養(yǎng)護。試件成型后靜停5 h，以20℃/h速率升溫，達到80℃后保溫7 h，最后以相同速率降至室溫。待混凝土脫模后，轉(zhuǎn)入標準養(yǎng)護室，在標準養(yǎng)護條件(溫度為(20±2)℃，相對濕度(RH)為95%)下養(yǎng)護至預定齡期待測。

1.3 試驗方法

鎳鐵渣混凝土耐久性的測試參照GB/T 50082—2009“普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準”。其中，抗水滲透試驗采用逐級加壓法，計算混凝土抗?jié)B等級；碳化試驗使用快速碳化箱進行加速試驗，箱內(nèi)二氧化碳體積分數(shù)為20%±3%，溫度為(20±2)℃，相對濕度控制在70%±5%；抗氯離子滲透試驗采用電通量法，計算試件6 h總電通量；抗硫酸鹽侵蝕試驗部分參照GB/T50082—2009，采用質(zhì)量分數(shù)為5%的Na2SO4溶液進行加速劣化。劣化方式采用全浸泡和飽和濕度半浸泡，硫酸鹽溶液每月更新1次，劣化過程采用質(zhì)量變化表征，測試前將試件在60℃下烘干8 h。

表3 鎳鐵渣混凝土配合比及其坍落度Table3 Mix proportion and slump of concrete with FNS

鎳鐵渣對混凝土漿體孔結(jié)構(gòu)的影響通過壓汞法(MIP)進行分析表征，水化產(chǎn)物含量和水化程度通過熱重分析方法(TG/DTG)進行分析表征。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 混凝土強度發(fā)展

根據(jù)規(guī)范要求，混凝土試件在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護至28 d齡期后開始耐久性試驗，因此，本實驗中混凝土的“同強度等級”以28 d抗壓強度為準。同時，混凝土后期的強度發(fā)展仍對其耐久性產(chǎn)生影響。因此，28 d和360 d齡期混凝土抗壓強度測試結(jié)果如圖3所示。從圖3可見：在相同養(yǎng)護制度下，各鎳鐵渣摻量的混凝土抗壓強度相當；早期蒸汽養(yǎng)護混凝土試件后期強度增長減緩，28 d強度比早期自然養(yǎng)護的混凝土試件的略低；所成型的混凝土試件可滿足本實驗設(shè)計的要求。到達360 d齡期時，30%摻量的鎳鐵渣混凝土強度增長明顯不足，2種養(yǎng)護制度下的混凝土試塊強度均比空白組的小。

2.2 抗?jié)B性

采用逐級加壓法對早期自然養(yǎng)護至脫模并標準養(yǎng)護至28 d齡期的混凝土進行抗?jié)B透試驗，結(jié)果如圖4所示。

圖3 同強度等級混凝土抗壓強度Fig.3 Compressive strengths of concrete with the same strength level

從圖4可知：抗?jié)B實驗所用混凝土試件成型質(zhì)量較好，各組混凝土均具有良好的抗?jié)B性。其中，空白組混凝土抗?jié)B等級為P16；摻入鎳鐵渣后，混凝土抗?jié)B等級稍下降，10F組和20F組混凝土抗?jié)B等級為P15；當鎳鐵渣摻量達30%時，為彌補鎳鐵渣摻量提高帶來的混凝土強度損失而降低了混凝土水膠比，此時，鎳鐵渣混凝土的抗?jié)B等級也隨之提升至P18。

根據(jù)GB 50108—2008“地下工程防水技術(shù)規(guī)范”和GB 50046—2008“工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范”要求，常規(guī)防水混凝土抗?jié)B等級應大于P6，在嚴酷環(huán)境下混凝土抗?jié)B等級要求為P12。因此，本研究中的鎳鐵渣混凝土均具有優(yōu)良的抗?jié)B性能。

圖4 鎳鐵渣混凝土抗?jié)B等級Fig.4 Impermeability of FNS concrete

2.3 抗碳化性能

鎳鐵渣混凝土養(yǎng)護至28 d齡期后，蠟封并轉(zhuǎn)入碳化箱開始快速碳化過程，此時為混凝土碳化齡期的“零點”。圖5所示為2種養(yǎng)護制度下鎳鐵渣混凝土試件碳化時間與碳化深度的關(guān)系曲線。圖5中，實驗組別后添加“-N”表示該實驗組經(jīng)歷了早期自然養(yǎng)護(N)，添加“-S”表示其經(jīng)歷了早期蒸汽養(yǎng)護(S)。對于空白組，僅當碳化齡期達28 d時，早期自然養(yǎng)護的試件出現(xiàn)了少量碳化，碳化深度為1.3mm，而早期蒸汽養(yǎng)護的試件則未出現(xiàn)明顯碳化。與之相比，在2種養(yǎng)護制度下，摻入鎳鐵渣混凝土各齡期碳化深度均比空白組的大。其原因是：1)鎳鐵渣內(nèi)摻使水泥占比降低，水化產(chǎn)物總量減少；2)鎳鐵渣具有潛在活性，與水泥水化產(chǎn)物的二次水化反應也進一步消耗CH[11]。CH作為水泥水化的主要產(chǎn)物之一，是孔溶液堿度的主要來源。在碳化過程中，CO2與CH結(jié)合形成CaCO3，混凝土堿度降低。因此，鎳鐵渣的摻入導致水泥水化產(chǎn)物CH減少，混凝土堿度降低，抗碳化能力降低。

圖5 混凝土碳化時間與碳化深度關(guān)系Fig.5 Relationship between time and carbonation depth of concrete

對于早期自然養(yǎng)護的鎳鐵渣混凝土，不同鎳鐵渣摻量試件間碳化深度差別不大，其中30F組碳化深度略小。這說明通過降低混凝土水膠比，增加密實度，能夠克服因鎳鐵渣摻量提高后混凝土堿度下降導致的抗碳化能力降低的問題。早期蒸汽養(yǎng)護的鎳鐵渣混凝土的碳化深度隨鎳鐵渣摻量提高而增大。這與前述堿度降低相關(guān)，同時，還因為鎳鐵渣在高溫養(yǎng)護下被部分激發(fā)，比早期自然養(yǎng)護進一步消耗CH。早期蒸汽養(yǎng)護對空白組抗碳化性有利，但對于鎳鐵渣混凝土則有一定的負面效應，這與混凝土的孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2.4 抗氯離子滲透性

圖6所示為混凝土試件6 h總電通量結(jié)果。從圖6可知：隨著混凝土中鎳鐵渣摻量提高，不同養(yǎng)護制度的混凝土呈現(xiàn)出截然不同的電通量變化趨勢。在早期自然養(yǎng)護下，隨著鎳鐵渣摻量提高，混凝土總電通量呈現(xiàn)出緩慢上升的趨勢：空白組總電通量為1 828C，隨著鎳鐵渣摻量提高至30%，總電通量亦上升至2 153 C。在早期蒸汽養(yǎng)護下，隨著鎳鐵渣摻量的提高，混凝土總電通量總體上則呈現(xiàn)出下降的趨勢：空白組總電通量為3 428C；10F，20F和30F組混凝土分別為2 446，2 732和2 072C。

圖6 鎳鐵渣混凝土的氯離子滲透性Fig.6 Chloride ion permeability of FNS concrete

早期蒸汽養(yǎng)護使混凝土抗氯離子滲透性能出現(xiàn)較明顯下降，總電通量普遍比早期自然養(yǎng)護的混凝土的大，僅當鎳鐵渣摻量上升至30%時，2種養(yǎng)護制度下的混凝土試件總電通量相當。該現(xiàn)象與混凝土的孔結(jié)構(gòu)變化和水化產(chǎn)物變化相關(guān)。

2.5 抗硫酸鹽侵蝕性能

混凝土在全浸泡和半浸泡條件下的質(zhì)量變化率分別如圖7和圖8所示。

在全浸泡條件下，10%和20%鎳鐵渣摻量混凝土的質(zhì)量損失較小，其中早期自然養(yǎng)護試件質(zhì)量損失比空白組的小，早期蒸汽養(yǎng)護試件質(zhì)量損失與空白組的相當。鎳鐵渣摻量為30%的混凝土質(zhì)量損失則比空白組的大?；炷临|(zhì)量增長主要出現(xiàn)在浸泡齡期的100 d內(nèi)，10F和20F組的質(zhì)量增長最為明顯，該階段以侵蝕產(chǎn)物沉淀為主。早期蒸汽養(yǎng)護試件的最大質(zhì)量增長率與早期自然養(yǎng)護試件相比則較小，這可能與早期蒸汽養(yǎng)護混凝土更快破壞并進入剝落階段有關(guān)，剝落階段的開始時間與混凝土的孔隙率相關(guān)。當浸泡齡期達370 d時，早期蒸汽養(yǎng)護混凝土的質(zhì)量損失率普遍比早期自然養(yǎng)護混凝土的大。

圖7 全浸泡條件下混凝土質(zhì)量變化率Fig.7 Mass change rate of concrete under full immersion

圖8 半浸泡條件下混凝土質(zhì)量變化率Fig.8 Mass change rate of concrete under partial immersion

在半浸泡條件下，混凝土的質(zhì)量增長期明顯延長。類似地，2種養(yǎng)護制度的10F和20F組均出現(xiàn)了較明顯的質(zhì)量增長，且最大增長率相近，約0.8%。摻入10%和20%鎳鐵渣的混凝土質(zhì)量損失均較小，空白組和摻入30%鎳鐵渣的混凝土質(zhì)量損失較大。

2.6 水泥-鎳鐵渣凈漿的孔結(jié)構(gòu)與水化程度

2.6.1 水泥-鎳鐵渣凈漿的孔結(jié)構(gòu)

同強度等級凈漿養(yǎng)護28 d后的孔結(jié)構(gòu)測試結(jié)果如圖9和圖10所示。

在早期自然養(yǎng)護制度下，摻入鎳鐵渣的凈漿孔徑分布均一，主峰相對于空白組略微左移，即平均孔徑減??；總孔隙率較空白組降低，其中10F組最小，鎳鐵渣摻量提高，總孔隙率上升(20F組)，降低水膠比有利于抑制總孔隙率的增長(30F組)。

在早期蒸汽養(yǎng)護制度下，摻入鎳鐵渣的凈漿，其孔徑分布基本一致，但總孔隙率隨鎳鐵渣摻量的升高而增大，其中10F組總孔隙率比空白組的小，20F和30F組總孔隙率則比空白組的大。摻入鎳鐵渣后，硬化漿體的最可幾孔徑均較空白組的大。相比早期自然養(yǎng)護，在早期蒸汽養(yǎng)護條件下，除了空白組總孔隙率略有下降外，其余組總孔隙率均上升。

通過調(diào)整水膠比，在2種養(yǎng)護制度下，隨鎳鐵渣摻量升高，凈漿試樣孔徑均未出現(xiàn)明顯增大。

2.6.2 水泥-鎳鐵渣凈漿的水化程度

對同強度等級凈漿在養(yǎng)護28 d后進行熱重分析。對質(zhì)量損失曲線進行二階微分(如圖11所示)，可將漿體質(zhì)量損失曲線劃分為脫水、脫羥基和脫碳的3個階段[12]，各階段對應的質(zhì)量損失率分別計為a，b和c，進而可由式(1)和式(2)計算氫氧化鈣質(zhì)量分數(shù)w[CH]和凈漿水化程度α[13]。

圖9 水泥-鎳鐵渣凈漿28 d孔徑分布Fig.9 Pore size distribution of blended pastesat28 d

圖10 水泥-鎳鐵渣凈漿28 d累計孔隙率Fig.10 Cumulative porevolume of blended pastesat28 d

圖11 TG-DTG曲線Fig.11 Results of TG-DTG analysis

漿體氫氧化鈣質(zhì)量分數(shù)和水化程度計算結(jié)果如表4所示。摻鎳鐵渣后，硬化漿體中氫氧化鈣質(zhì)量分數(shù)降低；蒸汽養(yǎng)護有利于激發(fā)鎳鐵渣的活性，促進其參與二次水化反應，在相同鎳鐵渣摻量下，蒸汽養(yǎng)護后的漿體氫氧化鈣質(zhì)量分數(shù)比自然養(yǎng)護的低。但同時，盡管蒸汽養(yǎng)護下水泥水化進程加快，高溫下快速形成的水化產(chǎn)物不易在孔隙空間中擴散，這對氫氧化鈣參與進一步反應帶來不利影響[9]，因此，但當鎳鐵渣摻量過高時，蒸汽養(yǎng)護下漿體的水化程度反而不及自然養(yǎng)護下漿體的水化程度。

表4 水泥-鎳鐵渣凈漿氫氧化鈣含量和水化程度Table4 CH content and hydration degree of blended cementpastes

3 討論

盡管壓汞實驗結(jié)果顯示適量的鎳鐵渣摻量可使?jié){體孔隙率下降，但混凝土的抗?jié)B性與配合比、水膠比、成型過程的離析和泌水等多方面因素有關(guān)[14]。王強等[7]通過“飽水-烘干”的方法測定鎳鐵渣混凝土連通孔隙率變化，結(jié)果表明，鎳鐵渣的摻入會導致混凝土中連通孔隙率上升，這是導致本研究中摻入少量鎳鐵渣后，混凝土抗?jié)B性能下降的原因。通過降低水膠比，可以抵消鎳鐵渣摻入對混凝土強度和抗?jié)B性的不利影響。

混凝土碳化速率的變化除了與自身堿度相關(guān)外，還與孔隙率變化有關(guān)，孔隙率越大，二氧化碳氣體傳輸?shù)乃俾室簿驮娇?。對?種養(yǎng)護制度，空白組試樣在早期自然養(yǎng)護下總孔隙率比早期蒸汽養(yǎng)護略大，其對應混凝土碳化速率更快；而摻鎳鐵渣試樣在早期蒸汽養(yǎng)護下的總孔隙率比早期自然養(yǎng)護下的總孔隙率大，混凝土碳化速率更快。對比同種養(yǎng)護制度下不同鎳鐵渣摻量的影響，隨著鎳鐵渣摻量提高，雖然孔徑尺寸沒有增大，但總孔隙率的增大意味著二氧化碳氣體在混凝土中傳輸加快，故碳化速率更快。但是，相比堿度改變產(chǎn)生的中性化的影響，鎳鐵渣混凝土導致的孔隙率變化引起的混凝土抗碳化性能差異顯然較小。

混凝土抗氯離子滲透性能一方面與混凝土孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，另一方面與混凝土水化產(chǎn)物有關(guān)。在早期自然養(yǎng)護下，盡管在鎳鐵渣摻量提高和水膠比降低后，凈漿試樣總孔隙率下降，孔徑變小，但由上述水化程度分析可知，漿體水化產(chǎn)物含量降低。這意味著混凝土滲透速率在降低的同時，其結(jié)合Cl-的能力被削弱。在2個因素綜合作用下，混凝土抗氯離子滲透性能表現(xiàn)為小幅度降低。鈣礬石(AFt)在高溫下不穩(wěn)定，當溫度達到70℃以上時即大量分解，故在本研究中規(guī)定的早期蒸汽養(yǎng)護下，混凝土經(jīng)歷80℃高溫，AFt大量分解為低硫型水化硫鋁酸鈣(SO4-AFm)[15-16]；同時，高溫也使亞穩(wěn)態(tài)的OH-AFm完全分解為水榴石和CH[17]。然而，OH-AFm在水泥水化產(chǎn)物結(jié)合Cl-過程中貢獻37%～49%的總結(jié)合量[18]。盡管早期蒸汽養(yǎng)護下AFt的分解導致SO4-AFm有所增多，但OH-AFm的分解導致凈漿試樣抗氯離子滲透性普遍降低，因此，空白組總孔隙率比早期自然養(yǎng)護時有所降低，但其抗氯離子性能仍出現(xiàn)顯著下降。鎳鐵渣的摻入則產(chǎn)生一定的有利效應，早期蒸汽養(yǎng)護使摻入鎳鐵渣的凈漿試樣總電通量較空白組下降。高溫激發(fā)了鎳鐵渣的活性，促進其參與水化，形成了水滑石(Hydrotalcite，Mg4Al2(OH)14·3H2O)[11]，該物質(zhì)具有較強的氯離子膠結(jié)能力[19]，部分彌補了高溫下OH-AFm分解導致的混凝土固結(jié)氯離子能力缺失。

對于硫酸鹽侵蝕過程，一般認為，進入孔溶液中的硫酸鹽與CH反應生成石膏，或進而與AFm相反應生成鈣礬石。這些侵蝕產(chǎn)物先填充混凝土孔隙，進而在結(jié)晶壓力作用下導致混凝土開裂[20]。提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的關(guān)鍵在于選擇合適的膠凝材料和提高混凝土的抗?jié)B透性[21]。MONTEIRO[22]認為混凝土孔隙率影響剝落的起始時間，但決定剝落速率的關(guān)鍵因素在于水泥組成，C3A和C3S含量越低，混凝土開裂剝落的速率越慢。

在本研究中，當鎳鐵渣摻量在20%以下時，鎳鐵渣混凝土在硫酸鹽侵蝕過程中的質(zhì)量損失較小。在早期自然養(yǎng)護下，摻入鎳鐵渣并降低水膠比，使混凝土孔隙率降低，混凝土剝落開始的時間較空白組的延遲，因此，10F和20F組在全浸泡時有較大的質(zhì)量增長。而隨鎳鐵渣摻量提高，膠凝材料中水泥被稀釋，由熱重分析結(jié)果可知，水化產(chǎn)物中的CH也減少，見表4?？刂扑嗨a(chǎn)物中的氫氧化鈣含量是提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕的關(guān)鍵，因此，鎳鐵渣的摻入有利于減小硫酸鹽侵蝕引起的混凝土剝落速率[9]。在早期蒸汽養(yǎng)護下，鎳鐵渣混凝土孔隙率相比早期自然養(yǎng)護均有所提升，空白組孔隙率則略有下降，因此，鎳鐵渣混凝土剝落行為提前，質(zhì)量增長幅度減小，而空白組反而出現(xiàn)小幅質(zhì)量增長。雖然早期蒸汽養(yǎng)護激發(fā)了鎳鐵渣活性，消耗了部分CH[11]，但其消耗的CH是少量的，從鎳鐵渣混凝土最終質(zhì)量損失看，這種變化對侵蝕速率的減緩作用并不顯著。相比于早期自然養(yǎng)護，早期蒸汽養(yǎng)護的鎳鐵渣混凝土最終質(zhì)量損失增大，而空白組則沒有明顯變化。

在半浸泡條件下，化學侵蝕和物理鹽結(jié)晶是混凝土發(fā)生侵蝕破壞的2個主要機制[23]，故引起混凝土質(zhì)量變化的因素除了硫酸鹽劣化產(chǎn)物的沉積和由此產(chǎn)生的剝落外，還有沿毛細孔上升的硫酸鹽溶液蒸發(fā)后產(chǎn)生的鹽結(jié)晶[24]。浸泡前期，由于試件浸泡面積較全浸泡小得多，試件的質(zhì)量變化在約100 d內(nèi)變化較小，隨即出現(xiàn)較明顯的質(zhì)量增長，說明該階段侵蝕產(chǎn)物明顯積累。劉贊群等[25]的研究表明，半浸泡試件在蒸發(fā)區(qū)除了發(fā)生鹽結(jié)晶外，其內(nèi)部化學侵蝕產(chǎn)物的積累速率比浸泡區(qū)更快，這解釋了本研究中半浸泡試件較全浸泡試件有更大質(zhì)量增長的原因。硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物的形成和鹽結(jié)晶作用都產(chǎn)生孔隙壓力，使混凝土趨向于開裂剝落，由此發(fā)生試件質(zhì)量損失。摻入20%以內(nèi)的鎳鐵渣有利于減緩硫酸鹽侵蝕引起的剝落開裂的速率，因此，在硫酸鹽侵蝕過程中，20%摻量內(nèi)的鎳鐵渣混凝土的抗侵蝕性普遍比空白組的強。

然而，當鎳鐵渣摻量達到30%時，2種劣化條件下鎳鐵渣混凝土均出現(xiàn)了較大的質(zhì)量損失。這是由于隨鎳鐵渣摻量增高，混凝土中未參與水化的惰性組分占比增大，混凝土后期強度增長能力不足，后期強度較空白樣的低(見圖3)。因此，在早期自然養(yǎng)護下，盡管劣化開始時30F組漿體孔隙率較空白組的小，但隨劣化齡期延長，混凝土質(zhì)量損失速率加快。在早期蒸汽養(yǎng)護條件下，鎳鐵渣混凝土孔隙率上升，使混凝土剝落開始時間提前，進一步加大了高鎳鐵渣摻量下混凝土的質(zhì)量損失。

4 結(jié)論

1)鎳鐵渣摻入混凝土中，可能帶來混凝土抗?jié)B水性能下降，通過降低水膠比，在彌補強度損失的同時，還可以彌補混凝土抗?jié)B性的損失。

2)鎳鐵渣混凝土堿度降低使其抗碳化性能下降，早期蒸汽養(yǎng)護使鎳鐵渣混凝土孔結(jié)構(gòu)劣化，加快了鎳鐵渣混凝土的碳化速率。

3)早期自然養(yǎng)護混凝土的抗氯離子滲透性能隨鎳鐵渣摻量的提高而小幅度下降，早期蒸汽養(yǎng)護降低了混凝土的抗氯離子滲透性能，但鎳鐵渣的摻入在一定程度上克服了早期蒸汽養(yǎng)護帶來的負面作用。

4)適量摻入鎳鐵渣可改善混凝土孔結(jié)構(gòu)，使混凝土具有更好的抗硫酸鹽侵蝕性能；但摻量過高后，鎳鐵渣混凝土出現(xiàn)較大的質(zhì)量損失；在早期蒸汽養(yǎng)護下，鎳鐵渣混凝土孔結(jié)構(gòu)劣化，在硫酸鹽侵蝕作用下，質(zhì)量損失增大。