堿-激發礦渣水泥（Alkali-Activated Slag，AAS ）?是以干燥的粒化高爐礦渣（礦渣、粉煤灰等具有潛在活性）為主要原料加入適量的硅酸鹽水泥熟料和少量的二水石膏及適量的堿性激發劑混合磨細制成的水硬性膠凝材料，其中礦渣占總量的80%~85%，堿激發劑占總量的5%~10%，其余為水泥熟料。堿激發膠凝材料不僅是一種節能、環保型建筑材料，且具有優越的力學性能和耐久性能，且價格相對低廉，是一種綠色環保水泥，是當今建筑材料領域研究的熱點之一。

核心觀點

是以干燥的粒化高爐礦渣（礦渣、粉煤灰等具有潛在活性）為主要原料加入適量的硅酸鹽水泥熟料和少量的二水石膏及適量的堿性激發劑混合磨細制成的水硬性膠凝材料，其中礦渣占總量的80%~85%，堿激發劑占總量的5%~10%，其余為水泥熟料。堿激發膠凝材料不僅是一種節能、環保型建筑材料，且具有優越的力學性能和耐久性能，且價格相對低廉，是一種綠色環保水泥，是當今建筑材料領域研究的熱點之一。

試驗方法

01.試驗原材料

試驗主要選用某鋼鐵公司所產的玻璃質磨粒高爐礦渣和P.I 42.5硅酸鹽水泥。采用X-ray技術X射線熒光來測定礦渣和水泥的主要化學成分，具體可見下表。

采用激光粒度分析儀測定所選材料的粒度分布，詳見下圖。

圖1 水泥與堿激發礦渣的粒度分布曲線
　　

此外，采用最大粒徑2.36mm，細度模數2.75，表觀密度為2530kg/m3的河砂用于制備砂漿試樣，選用工業級顆粒狀NaOH（純度99±1%）和硅酸鈉溶液為堿性活化劑（主要成分8.3% Na2O、26.5% SiO2和65.2% H2O）。正式開始試驗24h前分別制備0、0.5、1.0、1.5摩爾模量（SiO2/Na2O摩爾比）的堿性活化劑溶液。

02.試驗配合比與試樣制備

圖2 堿-激發礦渣試樣與水泥砂漿試樣配合比分組
　　

圖3 試樣制備流程圖
　　

03.微觀孔隙結構檢測

為闡述PC和AAS砂漿碳化前后的微觀孔隙結構變化，采用紐邁分析的MacroMR12-150H-I低場核磁共振分析系統，對碳化前后的40×40×40mm砂漿樣品進行了核磁共振測試。首先，將樣品置于60°C的烘箱中24 h。然后冷卻至室溫（20°C），使用真空飽和裝置使砂漿樣品飽和。

試驗結果

01.碳化前后對試樣抗壓強度的影響

圖4 AAS與PC砂漿碳化前后的抗壓強度
　　

從圖中可以看出，碳化作用使PC混凝土的抗壓強度有所提高，這主要是由于碳化作用于水泥水化的產物發生二次反應，所生成的微小的晶體，可以填充基體中的孔隙，減少孔隙，起到一定的密實作用，從而使得抗壓強度有所提高。

相反地，對于堿激發礦渣水泥砂漿來說，碳化作用使得不同濃度下的樣品的抗壓強度有所降低。目前主要從以下兩方面來解釋：一是碳化過程中碳酸鈣結晶速率較低有關，碳酸鈣結晶速率較低，在硬化堿活性渣中，C-S-H的低Ca/Si能抑制CaCO3的形成；第二種說法認為：盡管具有高耐久性的C-SH凝膠的低Ca／Si，一旦發生脫鈣，C-S-H凝膠損傷更快，凝膠的凝聚力降低。

02.碳化前后對試樣孔隙率的影響

本試驗以體積變化、干樣信號和孔隙率為研究對象，利用低場核磁共振技術研究了碳化前后對AAS和PC樣品孔隙率的影響。具體可如表3所示.

可以看出，在碳化前后，PC和AAS的體積、干樣品信號和孔隙率存在較大差異。結果表明，碳化過程對所有試樣的收縮效應，但PC試樣的收縮率較低。這主要與Ca(OH)2膨脹轉化為CaCO3有關，有研究表明，碳酸鈣的形成使體積增加了11.8%。另一方面，當采用0、0.5、1、1.5三種模量時，水玻璃模量的增加使收縮率分別提高了7.43%、7.67%、9.98%和11.53%。這可能是由于隨著水玻璃模數的增加，C-S-H的形成阻礙了碳酸鈣的結晶。此外，碳化過程中水滑石的形成也可能對碳酸鈣結晶產生干擾作用。

03.碳化前后對試樣孔隙結構的影響

圖5 碳化作用前后各樣品的核磁共振偽彩圖像

圖6-1. PC砂漿樣品碳化前后的NMRI灰度圖像　　

圖6-2. 各樣品在碳化前后MRI圖像的灰度值
　　

04.碳化前后對試樣NMR橫向弛豫時間的影響

圖7 AAS各濃度下樣品碳化前后T2圖譜變化特征
　　

從上圖中可以看出，碳化前后堿激發礦渣水泥砂漿的孔隙的T2圖譜曲線發生明顯的改變，碳化后均使得樣品內部的小孔隙數量減少，中孔和大孔有一定程度的增加。AAS和PC樣品在較大尺度上的孔徑分布基本相同。每種基質中孔隙分布的跨度是由于反應產物密度的差異造成的。

試驗結論

（1）碳化作用對堿-激發礦渣水泥砂漿（混凝土）的抗壓強度具有不利影響。
（2）與純NaOH溶液相比，隨著水玻璃模數的增加，C-S-H轉變為Ca/Si較低的相，樣品的抗壓強度更高。在AAS樣品中，尤其是在水玻璃存在下，C-S-H更容易析出鈣。
（3）基于低場核磁共振技術可以直觀、清楚地分析加速碳化作用前后PC和AAS樣品微觀孔隙結構的變化特征，為進一步探究加速碳化作用下樣品內部孔隙結構演變規律提供一種新途徑。

參考文獻

[1] Li, Ning,N. Farzadnia , and C. Shi . “Microstructural changes in alkali-activated slag mortars induced by accelerated carbonation.” Cement and Concrete Research 100(2017):214-226.

[2] 堿-激發水泥和混凝土[M]. 史才軍等. 北京：化學工業出版社.2008.7