低磁性混凝土原料的微结构与磁学特性研究：残余磁化控制新策略

《Journal of Alloys and Compounds》：Advancing Low-Magnetic Concrete: Microstructural and Magnetic Analysis of Raw Materials for Residual Magnetization Control

　　本文通过多学科交叉研究方法，系统分析了水泥、粉煤灰（GGBS）等混凝土原料的磁学特性。研究采用SEM、XRD、VSM等先进表征技术，首次建立了原料组分与磁性能的定量关联，发现磁铁矿（Fe3O4）是主要磁性来源。创新性提出通过优选低铁原料和磁选技术可显著降低混凝土磁性（GGBS剩磁低至19.7 nT），为高精度磁控环境建设提供了材料学基础。

　　

Selected raw materials

为确保实验结果的普适性和代表性，本研究精选了市售三种主流混凝土原料：水泥、磨细矿渣（GGBS）和粉煤灰。水泥（C1）、粉煤灰（F2）和GGBS（G3）分别采购自山东山绿环境新材料有限公司、大唐黄岛发电有限公司和日照碧路新材料科技有限公司。所有原料均源自中国山东省。所用水泥为通用硅酸盐水泥（PO 42.5级），其独特的"隐形磁芯"特性为后续磁控研究提供了理想样本。

Morphology of Raw Materials and Their Magnetic Component

通过扫描电镜（SEM）我们像侦探一样捕捉到了原料及其磁性组分的形态密码。图2展示了原始水泥、粉煤灰、GGBS及其磁性物质的SEM影像派对——水泥和GGBS样品展现出"狂野派"的不规则颗粒和团聚体结构，而粉煤灰则呈现出标志性的玻璃微珠球形结构。更有趣的是，经磁选分离后的磁性物质纷纷卸下伪装：水泥磁性组分显露出棱角分明的铁氧化物晶体，粉煤灰磁性颗粒展现出表面附着的纳米级磁性矿物，GGBS的磁性组分则像隐藏的磁间谍般以微米级颗粒形式散落在基质中。

Conclusion

我们动用SEM、LPSA、XRF、XPS、XRD、VSM等尖端技术"侦察兵团"，全方位解密了水泥、GGBS、粉煤灰等混凝土原料的形态、粒径分布、元素组成、铁元素价态、晶体结构和磁学特性。研究发现GGBS就像磁学界的"佛系选手"展现出最低剩磁，而水泥和粉煤灰样品则因高铁含量成为"磁性显眼包"。磁性表现主要归因于磁铁矿（Fe₃O₄）和少量磁赤铁矿（γ-Fe₂O₃）的协同作用，这些发现为设计磁控环境专用低磁性混凝土提供了关键材料学线索。