菱铁矿骨料替代对重混凝土抗氯性、耐久性及伽马射线屏蔽性能的影响

《Scientific Reports》：Influence of siderite aggregate substitution on chloride resistance, durability, and gamma-ray shielding of heavy concrete

　　

摘要

本研究探讨了在用于辐射屏蔽的重型混凝土中，用菱铁矿（含量分别为10%、20%、30%和100%）替代天然骨料的效果。研究中使用了细粒（0–4毫米）和粗粒（4–16毫米）的菱铁矿骨料，同时保持胶凝材料组成（水泥+高炉矿渣粉）和水灰比（w/b ≈ 0.40）不变。通过抗压强度、耐磨性、超声波脉冲速度、冻融循环抗性、高温暴露、氯离子迁移以及1173和1333千电子伏特下的伽马射线衰减测试，评估了这些混凝土的力学性能、耐久性和辐射屏蔽性能。结果表明，添加菱铁矿总体上提高了混凝土的抗压强度、密度和耐久性相关性能。这些改进可能与混凝土内部结构更加致密有关，具体体现在较低的吸水率（通过物质传输行为间接推断）、较少的氯离子迁移以及较高的超声波脉冲速度上。抗压强度与氯离子迁移之间存在强烈的负相关关系（R2 = 0.97–0.87），这进一步证实了混凝土具有更好的抗传输性能；其中高炉矿渣粉可能有助于化学结合氯离子，而菱铁矿主要增强了骨料的物理堆积效果。随着菱铁矿含量的增加，伽马射线屏蔽性能也得到提升，尤其是粗粒骨料体系表现出比细粒骨料体系更优异的衰减效果。总体而言，添加菱铁矿的混凝土在耐久性和辐射屏蔽结构应用方面具有巨大潜力。