摘要
党的二十大报告中指出“积极稳妥推进碳达峰碳中和，实现双碳是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革”。随着“一带一路”和“交通强国”战略的提出，以水泥基混凝土为代表的一类混凝土，大量投入到基础设施建设当中，但生产水泥基混凝土材料会消耗大量能源，并伴随产生大量二氧化碳，这与我国节能环保的低碳主题相违背，阻碍了可持续发展战略进一步落实。本文基于国家自然科学基金项目“赤泥-煤系偏高岭土地聚合物物理力学性质与机理研究（51879180）”，将赤泥、煤系偏高岭土、骨料以及碱激发剂均匀混合制备得到赤泥煤系偏高岭土地聚合物混凝土（RCGC），通过分析不同水胶比RCGC试样的坍落度、凝结时间、抗压强度、水化热、电化学阻抗谱（EIS）、低场核磁共振（NMR）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜-能谱测试（SEM-EDS）等指标，得到RCGC凝结硬化过程的物理力学性能、电化学性能以及微观结构的变化规律，最终揭示了RCGC凝结硬化过程的反应机理。主要取得的成果如下： （1）通过分析4种不同水胶比的RCGC的坍落度，得出随着水胶比的增大，试样坍落度得到显著改善，同时RCGC浆体试样的初凝时间和终凝时间都显著延长。通过分析在标准环境中养护的4种不同水胶比的RCGC试样在1d?28d不同龄期下的抗压强度，得出随着水胶比的不断增大，RCGC试样的抗压强度不断减小，抗压强度变化率在7d内变化较为明显。 （2）通过水化热试验，发现水胶比为0.50、0.55和0.60的RCGC试样放热速率曲线存在三个放热峰，水胶比为0.65的试样仅存在两个放热峰；其中放热峰Ⅰ峰值高，但跨度短，放热峰Ⅱ峰值低，但跨度较长，放热峰Ⅲ峰值最低，跨度最长，出现的时间最晚。RCGC地质聚合反应过程共分为五个阶段：起始期、诱导期、加速期、减速期和稳定期。通过反应动力学分析，发现只有放热峰Ⅰ上升阶段受成核反应控制，其余过程均受扩散反应控制。 （3）通过分析标准养护环境中不同水胶比的RCGC试块的Nyquist图，发现阻抗弧均呈现半圆状。相同水胶比的RCGC试块，随着养护龄期的延长，阻抗弧的直径逐渐增大，高频区起点处曲线逐渐向右偏移；相同养护龄期下，随着水胶比的增大，阻抗弧的直径逐渐减小，高频区起点处曲线逐渐向左偏移。通过使用Rs(CPE(RctQ))等效电路进行拟合，发现相同水胶比的RCGC试样的Rs和Rct随养护龄期的增大而增大，阻抗参数与抗压强度之间有着良好的线性关系。在相同的龄期，不同水胶比的RCGC材料Rs和Rct的变化顺序为：0.65＜0.60＜0.55＜0.50。 （4）通过分析NMR试验结果，得出相同水胶比的RCGC试块的T2谱的主峰与次峰高度会随着养护龄期的增大不断降低，试样的孔隙率也会降低，孔隙中无害孔的占比会不断上升，少害孔和多害孔占比显著下降。相同养护龄期的RCGC试块的T2谱的主峰与次峰高度会随着水胶比的增大不断增大，试样的孔隙率也会增大，孔隙中无害孔的占比会不断降低，少害孔和多害孔占比显著提高。孔体积分形维数D随着水胶比的增大而降低，水胶比的增大抑制了RCGC微观结构致密性的提升，削弱了孔隙结构的优化。 （5）通过分析XRD和SEM-EDS试验结果，将RCGC反应过程分为三个阶段，随着养护龄期的延长石英、钠长石和微斜长石衍射峰峰值逐渐降低，试样的结晶度与养护龄期呈负相关，地质聚合产物不断填充孔隙，孔隙数量显著减少，RCGC孔隙结构逐渐完整，硅铝比达到最大值，试样表面钠、铝、钙和硅各元素均匀分布。同一养护龄期下的RCGC试样随着水胶比的增大试样的结晶度也逐渐增大。 本文研究的RCGC凝结硬化过程的反应机理研究不仅有利于实现固体废弃物的可持续再利用，减少对周边生态环境的污染，替代水泥材料的大量使用，同时为落实节能减排、双碳目标的基本国策打下坚实基础。
NETL