摘要
水泥混凝土在建筑和土木工程基础设施中应用广泛，然而其带来的能耗与碳排放局限性依旧无法忽视。与硅酸盐水泥相比，碱激发材料（AAM）具有低能耗、高强度、良好耐久性等优点，被认为是普通硅酸盐水泥的潜在替代品。碱激发混凝土的宏观力学性能与反应产物的微观力学性能及产物与骨料之间的界面过渡区（ITZ）有着紧密的联系，而微、纳观尺度是研究宏观力学性能的基础，可以通过研究微、纳观尺度的材料特性来探究混凝土性能的影响因素。 本课题利用纳米压痕测试结合背散射电子图像，探究了不同粉煤灰/矿渣掺量下碱激发粉煤灰/矿渣净浆凝胶产物的微观力学性能演变规律与产物分布特征，同时进一步研究碱激发粉煤灰/矿渣砂浆/混凝土界面过渡区（ITZ）的厚度范围与形成机制。研究结果表明： （1）碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的凝胶产物在靠近原材料颗粒附近的弹性模量较高，主要集中在22~40GPa之间；距离原材料较远的区域，由于前驱体中Ca、Si、Al等元素溶解速度慢，生成的凝胶产物弹性模量较低，主要集中在14~25GPa之间。 （2）根据原材料距离远近的不同，碱激发矿渣净浆凝胶产物弹性模量集中在15~32GPa和37~49GPa。粉煤灰/矿渣为5:5时，凝胶产物的弹性模量主要集中在21~43GPa；当粉煤灰掺量较多时，由于粉煤灰反应活性较低，体系反应程度有所降低，粉煤灰/矿渣为7:3时，凝胶产物的弹性模量主要集中在15~23GPa和31~41GPa。与纯矿渣体系相比，碱激发粉煤灰/矿渣复合体系中产物中的Na/Al和Si/Al降低。 （3）随着龄期增加，碱激发净浆的凝胶产物更加均质化，表现在120d龄期试样凝胶产物的弹性模量主要集中在18~34GPa之间，Si/Al集中在1.5~2.5之间，Ca/Si集中在1.0~1.5之间，用于平衡电荷的Na在凝胶产物中的参与度逐渐提高，后期碱激发净浆中的Na/Si和Na/Al逐渐增加。 （4）碱激发砂浆中凝胶产物的弹性模量主要集中在15~30GPa之间，低于碱激发净浆凝胶产物的弹性模量。从扫描电镜图中可以看出矿渣的掺入改善了碱激发砂浆的微观结构，骨料周边中结构较为致密。随着矿渣掺量增加，碱激发砂浆界面过渡区的厚度变化较小，弹性模量有所增加，但增幅逐渐变缓。不同矿渣掺量下碱激发砂浆28d界面过渡区的宽度在20μm左右。由于边壁效应的影响，细骨料周边碱性反应过程加快，促进凝胶产物的生成，界面过渡区弹性模量约为29GPa，是浆体基体的1.12倍，微观力学性能得到改善。 （5）碱激发混凝土中凝胶产物的弹性模量在25~35GPa之间，低于碱激发净浆中凝胶产物的弹性模量。碱激发混凝土28d界面过渡区的宽度约为20μm，低于同水胶比、同龄期的水泥混凝土界面过渡区的厚度（~50μm）。随着矿渣掺量的增加，混凝土中界面过渡区和浆体基体的弹性模量均增加。由于边壁效应、微区泌水效应等多种机制相互影响，骨料周围反应速率有所降低，界面过渡区弹性模量低于浆体基体。碱激发混凝土界面过渡区的弹性模量约为31GPa，是浆体基体的77%，属于薄弱环节。
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