摘要
近年来，二氧化碳等温室气体的过度排放导致了严重的全球性环境问题。随着我国提出实现“双碳”目标，开发一种更为低碳的绿色建材对降低建筑业能耗和污染至关重要。混凝土在恶劣服役环境下极易遭受复杂的侵蚀破坏，每年有大量混凝土结构由于耐久性问题而出现安全隐患。基于以上环境问题和工程实际需求,一种由铝硅酸盐材料和碱性激发剂制备的地质聚合物开始受到各国学者的广泛关注和研究。与普通硅酸盐水泥相比，地质聚合物取材便利，绿色环保，其特殊的反应机理和凝胶结构表现出快硬高强，耐酸耐碱等优异特性，使其成为极富潜力的可替代胶凝材料。 本文以偏高岭土基地质聚合物为基础，首先采用响应面分析方法对地质聚合物的配合比进行优化，分析了液固比和水玻璃模数对其性能的影响规律。其次通过工作性能、力学性能测试研究了矿渣作为辅助胶凝材料时对地质聚合物反应动力学和力学性能的影响，探究了矿渣掺量与干燥收缩、单盐和复盐腐蚀性能之间的关系，以粘结强度试验分析地质聚合物与水泥材料的胶结性能。最后结合压汞测试(MIP)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)研究了矿渣对地质聚合物微观形貌和物相组成的影响，分析地质聚合物的水化反应机理及侵蚀劣化机理。基于以上试验分析，本文的主要结论如下: (1)试验采用两因子的全因素试验设计，同时采用响应面分析方法对配合比进行设计优化并建立回归模型，拟合优度(R2)均大于0.9,回归精度和可信度良好，在考虑合理流动性和凝结时间下的优化配合比参数为:液固比0.75,水玻璃模数1.55,其28d抗压强度为53.1MPa。 (2)工作性能方面，矿渣作为辅助胶凝材料掺入时有效改善了偏高岭土基地质聚合物的力学性能。其中，矿渣掺量在30％～40％时，地质聚合物的力学性能较优。高活性辅助胶凝材料的引入促进了聚合反应的进行，缩短了浆体的凝结时间，强度发展较好，但同时也增加了浆体收缩的风险。通过调整辅助胶凝材料的含量，流动性和凝结时间可以得到有效控制。 (3)地质聚合物耐腐蚀性能与其孔结构密切相关，矿渣的加入促进了地质聚合物的致密程度，改善了微观结构，但也增加了地质聚合物遭受硫酸盐侵蚀时凝胶的脱钙分解;由于Mg2+和Cl-的存在，复合盐侵蚀要比单因素侵蚀破坏更为严重，但地质聚合物在耐腐蚀性能上明显优于普通水泥;以强度变化率作为评价依据时，不同侵蚀溶液对地质聚合物性能的劣化从大到小排列为:MgSO4＞复合盐半浸泡＞复合盐全浸泡＞Na2SO4＞NaCl。
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