1．目的及意义

随着全球温室效应问题的日益突出，二氧化碳排放已经成为可持续发展战略中的一个焦点话题。2017年1月18日，习近平总书记在《共同构建人类命运共同体》的讲话上谈到“我们要倡导绿色、低碳、循环、可持续的生产生活方式，平衡推进二〇三〇年可持续发展议程，不断开拓生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。”绿色、低碳一直以来都是我们材料行业所追求和倡导的。传统硅酸盐水泥需要经过“两磨一烧”的工艺，还需大量的石灰石和黏土，在煅烧过程中不仅会消耗大量能源，而且还会释放出大量的二氧化碳，产生氮氧化物和二氧化硫等有毒气体。但是，在这种情况下，全球水泥产量仍然逐年增加，水泥行业产能过剩，这是全球环境问题的一个沉重的包袱，所以，有必要寻找一种硅酸盐水泥的替代品。

国务院也提出了“加快高端材料创新，提高质量稳定性，形成高性能、功能化、差别化的先进基础材料供给能力。加快钢铁、水泥、电解铝、平板玻璃、焦炭等传统产业转型升级。”质量提升行动的指导意见。提高供给质量是供给侧结构性改革的主攻方向，全面提高产品和服务质量是提升供给体系的中心任务。因此水泥转型升级整合产能、创新和发展低碳新材料产品从而提高供给质量是当前水泥行业新的发展方向。

火山灰性材料或潜在水硬性材料，在常温下与水几乎没有反应，但存在激发剂的条件下，具有胶凝性质，当激发的方式为碱激发时，我们称这种材料为碱激发胶凝材料。随着我国钢铁行业的迅猛发展和煤炭资源利用量的增加，我国每年矿渣产量约2.4亿吨，到2020年我国粉煤灰排放量预计达到9亿吨，矿渣和粉煤灰已成为产量巨大的工业副产品，如果这两种副产品不能有效利用，会造成环境污染和资源浪费等问题。于是，碱激发粉煤灰和碱激发矿渣胶凝材料逐渐发展起来，利用碱把矿渣和粉煤灰潜在的活性激发，使其具有胶凝性能。这种碱激发胶凝材料的制备是利用工业副产品，不仅能耗低、排放少，还能充分利用工业固体废弃物，成为低碳胶凝材料发展的主要方向。该材料还拥有早期强度高、耐久性好等优异性能，且其强度发展不亚于硅酸盐水泥，被认为是一种具有广阔应用前景的新型胶凝材料。特别是随着近年对全球气候变暖的日益关注，碱激发胶凝材料的制备及应用技术成为绿色建筑材料领域的研究热点及前沿。因此，从这些方面来说，碱激发粉煤灰矿渣胶凝材料是硅酸盐水泥的一个理想的替代品。

碱激发胶凝材料具有较长的发展历程。1939年，Feret将矿渣用于硅酸盐水泥生产中，1940年，Purdon最先提出了将高炉矿渣用氢氧化钠激发，可将矿渣中的硅、铝和钙解聚，并形成水化产物。1959年，Glukhovsky提出了“土壤水泥”的概念，发现可用低钙或无钙的硅铝酸盐和碱金属溶液制备胶凝材料。我国自20世纪80年代开始从多方面对高强碱-矿渣水泥开展研究，取得了较好的成果。这种胶凝材料的性能特点可归纳为：非常高的早期强度高和后期强度、耐久性好、耐酸碱腐蚀、抗渗性高、抗冻性好，且不会导致碱集料反应。但碱激发矿渣砂浆存在着凝结硬化过快，工作性能差，体积收缩变形大，易产生裂缝影响混凝土的寿命等缺点。同时碱激发粉煤灰体系也有相关方面的研究，但碱激发粉煤灰砂浆在常温条件下，存在着凝结硬化慢、强度低且发展缓慢、后期出现明显的体积膨胀等缺点。因此近年来碱激发矿渣粉煤灰胶凝体系应运而生，将矿渣粉煤灰两种不同性质的材料按一定的比例复合，有效改善了碱激发矿渣砂浆凝结时间过快、化学收缩大和自收缩大的问题，同时在常温条件下也能够解决碱激发粉煤灰砂浆早期强度低、强度发展缓慢和后期收缩大等问题。碱激发胶凝材料还有一点很重要的是激发剂的选择，过去的研究中用的激发剂大部分都为强碱，虽然强碱，如氢氧化钠、硅酸钠，可高效激发矿渣，然而在使用过程中，具有潜在安全与环境问题。近年来国外有学者利用中性碱作为激发剂，中性碱，如硫酸钠、碳酸钠，取之于自然，虽然使用安全，但在常温条件下对矿渣的激发效率非常低，导致早期强度甚至后期强度不理想。综合以上各因素分析，如何使中性碱高效激发矿渣粉煤灰胶凝材料既符合国家低碳经济、绿色经济的发展要求，又能保证该材料的性能符合生产生活的相关要求值得我们进一步研究。

现有的关于碱激发胶凝材料的文献资料多集中在研究碱激发矿渣或粉煤灰胶凝材料分别的性质和特点上，且常用强碱作为激发剂，而对于中性碱激发矿渣和粉煤灰复合胶凝材料的研究还较少，特别是其水化和收缩特性研究数据十分欠缺。粉煤灰和矿渣双活性组分的协同作用、原材料和养护工艺、水化放热和收缩问题的研究也都并不完善。结合以上问题，本文旨在通过研究碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料的强度、水化热、体积稳定性和孔结构的影响因素和影响规律，探究不同配比下中性碱激发胶凝材料的抗压强度、水化和收缩特性以及孔结构的特征，致力于解决其收缩过大的问题。同时研究中性碱激发矿渣和粉煤灰复合胶凝材料体系的作用机理，弥补现有研究对于中性碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料水化实质及收缩特性的欠缺，为其更进一步的推广和应用提供数据支持。

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2. 研究的基本内容与方案

{title} 本文研究碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料体系在不同激发剂种类、不同激发剂的掺量、不同细度的矿渣、不同粉煤灰掺量下以及不同龄期下的抗压强度、水化机理和收缩特性。主要研究内容如下：
2.1 基本内容
材料制备：
（1）制备相同碳酸钠（硫酸钠）掺量下激发不同细度的矿粉的胶凝材料试件
（2）制备不同碳酸钠（硫酸钠）掺量下激发相同细度的矿粉的胶凝材料试件
（3）制备相同粉煤灰掺量和相同碳酸钠掺量下激发不同细度的矿粉的胶凝材料试件
（4）制备在相同粉煤灰掺量下，不同碳酸钠掺量下激发相同细度的矿粉的胶凝材料试件
（5）制备在相同硫酸钠掺量、相同细度的矿粉下不同的粉煤灰掺量的胶凝材料试件
按照实验设计配合比制备相应的砂浆和净浆，放入养护室进行养护，分别测出7d、28、56d龄期的抗压强度；按文献所用方法测出不同龄期下试块的PH值并留样做相应的微观测试，以及不同实验方案下净浆浆体的化学收缩情况。
基于碱激发矿渣粉煤灰胶凝材料的水化性能研究，本文可为碱激发胶凝材料体系的原材料设计和选择提供依据，并从水化和收缩两个方面寻求胶凝组分和激发剂掺量的最佳组合。而针对碱激发矿渣粉煤灰水泥收缩特性，系统研究粉煤灰对碱激发矿渣胶凝材料收缩的影响。预测后期潜在变形和开裂，并探究粉煤灰掺量的减缩效果和影响规律，致力于攻破碱激发胶凝材料收缩较大这一难题，为碱激发胶凝材料在工程上的应用提供可能。而关于不同种类的中性碱激发剂的不同激发效果和激发机理，为后续研究如何改进中性碱的激发能力、提高经济效益上提供理论支撑。

材料表征：

宏观：强度、化学收缩、PH测试、抗渗性

微观：XRD、SEM、TG、NMR、孔结构（MIP、BET、BSEM）
2.2 研究目标
1、研究中性碱对超细矿粉-粉煤灰体系强度的影响规律；
2、研究中性碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料的体积稳定性；
3、探明中性碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料水化机理。
2.3 技术方案
3. 参考文献
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