碱矿渣混凝土的C-A-S-H微纳观结构及自收缩机理.docx

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1、题目碱矿渣混凝土的CAS-H微纳观结构及自收缩机理C-A-S-Hmicronano-structureandautogenousshrinkagemechanismofalkali-activatedslagconcrete摘要碱矿渣水泥收缩较大，比通硅酸盐水泥更容易造成混凝土的开裂，这已成为制约其作为结构材料被广泛应用的“瓶颈*从微纳观尺度（C-A-S-H分子结构和凝胶）自下而上多层次开展研究，有望揭示碱矿渣水泥自收缩机理。从MAS-NMR、SEMzEDX等获得Qn、Ca/Si、Al/Si.H2OSi等设计C-A-S-H初始结构，采用分子动力学计第GA-S-H分子结构的密度和力学性能。采用纳

2、米压痕（ND技术获得LD和HDC-A-S-H凝胶比例及其弹性模量和徐变特性等。采用自融洽（SC）模型计算徐变前后的C-A-S-H凝胶密实度。采用化学热力学、JCnningS模型及悬挂波纹管法等，建立C-A-S-H凝胶微观徐变与碱矿渣净浆、砂浆和混凝上宏观徐变的关系，CA-SH凝胶弹性模量、徐变及孔结构等与自收缩的关系，以及考虑激发剂类型和掺量、矿渣类型、养护制度等的碱矿渣混凝土自收缩预测模型。AbstractTheshrinkageofalkali-activatedslagcementisbiggerthanthatofPortlandcement,whichiseasiertocauset

3、hecrackingofconcrete.Thishasbecomeasabottleneckofalkali-activatedslagcementwidelyusedasastructuralmaterial.Fromthemicronano-scale(C-A-S-Hmolecularstructureandgel),theinulti-levelresearchfrombottom(0topisexpectedtorevealtheautogenousshrinkagemechanismofalkali-activatedslagcement.Basedontheinformation

4、aboutQn.Ca/SiandAl/Si.H2OSiobtainedfromMASNMR,SEM/EDXclal.,theinitialStrucluresofIhcC-A-S-Harcdesigned,andthedensityandmechanicalpropertiesofC-A-S-Hmolecularstructurearccalculatedbyamoleculardynamicsmethod.TheproportionofLDandHDC-A-S-Hgelandtheirelasticmodulusandcreepcharacteristicsetal.aremeasuredb

5、yananoindentation(NI)technology.Aself-consistent(SC)modelisusedtocalculatethecompactnessoftheC-A-S-Hgelbeforeandaftercreep.Usingchemicalthermodynamicsmethod.Jenningsmodelandsuspensioncorrugatedpipemethod,etc.therelationshipbetweenthemicrocreepofC-A-S-Hgelandthemacrocreepofalkali-activatedslagpaste,m

6、ortarandconcrete,andtherelationshipbetweenelasticmodulusandcreepofC-A-S-Hgel,porestructureandaUlogcnousshrinkage,andtheautogenousshrinkagepredictionmodelofalkali-activatedslagconcreteconsideringthetypeanddosageofalkali-activator,thetypesofslagandcuringschemeetal.arebuilt.关键词碱矿渣混凝土,C-A-S-H,微纳观结构，自收缩a

7、lkali-activatedslagconcrete,C-A-S-H,micronano-structure,autogenousshrinkage正文：参照以下提纲撰写，要求内容翔实、清晰，层次分明，标题突出。请勿删除或改动下述提纲标题及括号中的文字。（一）立项依据与研究内容（4000-8000字）：1 .项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义：或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）；1.1 立项背景中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议指出：“主动控制碳排放，加强高

8、能耗行业能耗管控，有效控制电力、钢铁、建材、化工等重点行业碳排放，支持优化开发区域率先实现碳排放峰值目标，实施近零碳排放区示范工程。”混凝土是世界上用量最大的建材产品川，混凝土的主要组成材料之一是水泥。全球每年生产约33亿吨的硅酸盐水泥，生产I吨硅酸盐水泥大约排放约1吨的CO2（图Ia）,消耗45GJ的能源；水泥行业是第3大温室效应的影响者（占58%）,消耗5%全球能源以此外，截至2013年12月，国内立磨矿渣粉产能已达到1亿3400万吨；2015年以后，预计总产能将高达2.3亿吨，年均增长超过20%（图1b）.（a）水泥生产过程排放的CO?（b）堆积如山的矿渣（O建筑工业化图I碱矿渣混凝I:

9、的环保效益及应用前景碱矿渣水泥体系是乌克兰基辅建筑工程学院工学博士VDGlukhovsky于1957年创立。碱矿渣水泥不仅能生利用工业废料（如矿渣）、降低能源消耗和遑室气体CoJ的排放,而且强度高、耐腐蚀，其抗冻性、抗渗性和耐火性警均优于硅盐水泥Sj,被誉为二十一世纪具开发漕力的胶茶材料.然而，球矿渣水泥收缰较大,Jii硅1水泥星度易造成桨体、上浆蝴凝土的开裂n,ji已成为制约这二类班材料作为廓内材IB横亡泛应用的“3T国材料的宏观性能源白了材料的微纳观性能。当研究进入微纳观尺度时，都可以归结为微观粒子（如分子、原子、电子、离子等）间通过共价健、离子键和氢键等的相互作用。在硅酸盐水泥基材料中的

10、水化产物中，水化硅酸钙（C-S-H）占6070%以豆对于碱矿渣水泥事材料，由于矿渣是硅始峥物JR,其水化产物中不含氢氟化括由于铝的作用，C-ST转化为水化硅常峻钙（O-A-ST）,其占水化产物的80以上.这使C-A-ST成为哪矿渣水泥基材料的“基因”，对其宏观性能有值要影响采用核磁共振（NMR）和纳米压痕（NI）等测试技术，结合分子动力学（MD）和化学热力学等分析技术，从C-A-S-H微纳观（CA-S-H分子和凝胶）层次开展研究，有助于揭示激发剂类型和掺量、矿渣类型和养护制度等对碱矿渣水泥基材料自收缩的膨响机理，为碱矿渣混凝土的大规模推广（如建筑工业化（图1o）应用铺平道路1.2国内外研究现状

11、及发展状态（1）碱矿渣混凝土自收缩研究进展I）自收缩及其机理碱矿渣水泥是以磨细的水淬高炉矿渣和其它冶金渣为固态分散相，配以一定的减组分而组成的一类新型的胶凝材料。以碱矿渣水泥为基础的混凝土.称为碱矿渣混凝土UL碱矿渣混凝土的收缩主要来自碱矿渣浆体的收缩，根据产生收缩的不同机理可分为塑性收缩，化学收缩，自干燥收缩，干燥收缩，温度收缩和碳化收缩等B81。自收缩是种不考虑温度变化、外荷载与约束作用，在与外界没有水分交换情况下的宏观体枳收缩，在硬化前（塑性阶段）主要由化学收缩引起，在硬化过程中主要由白干燥收缩引起EL硬化前的化学收缩不会引起混凝土开裂，而硬化过程的化学收缩主要产生混凝土内部的孔隙（RC

12、hateliercontraction）,5,是自干燥收缩的根源网。自收缩还与硬化浆体组成、孔结构和刚度或变形性能有关。在相同的化学收缩的情况下，平均孔径越小，自干燥引起的毛细管压力越大，自收缩越大：硬化浆体的刚度大或变形性小，则自收缩小凶。由于碱矿渣浸胶体孔径细化，中孔（亶径为2nm50nm）较多,脱水后产生的毛细孔压力大侬，且哪矿渣水化产物硅发胶的含置较多，缺少结晶状物质对收缩的限制作用叫所以矿渣水泥的自收缩大于硅酸盐水泥，且是其总收缩的主要组成部分Im然而,球矿流水泥的中孔比硅限盐水泥的多，理尚未有人研究，需从彼纳观层次开展深入研究2）化学收缩关于碱矿渣水泥的化学收缩是否大于硅酸盐水泥，

13、国内外学者存在争议。SakUIiCh等I网、Cartwrighi等网及郑娟荣等同等均认为碱矿渣水泥的化学收缩小于硅酸盐水泥.廖佳庆W研究表明，当碱组分为NaOH时，碱矿渣水泥28d龄期的化学收缩与硅酸盐水泥的相当：当碳组分为水玻璃时，其收缩量比硅酸盐水泥的小，Chen等12采用建立的化学热力学计算理论，计算了碳矿渣水泥的化学收缩，认为其化学收缩大于硅酸盐水泥的。顾亚敏等网认为该理论设定的水化产物值得商榷，且需要测定水化产物的密度。ThOmaS等馍1采用小角度中子散射仪（SmaH-angleneutronSCaUering）测定了碱矿渣水泥最主要水化产物C-A-S-H的密度为2.73O.O2gc

14、m3,并采用文献12建立的化学热力学计算理论进行重新计算，发现碱矿渣水泥的化学收缩是（12.215）cm-,100g,大约是硅酸盐水泥（5-6cm3100g）的2倍。存在争议的原因可能是因为化学收缩测试方法的问题。文献111，18-20均采用了美国ASTMCl608-07的方法内，而该方法是采纳了1982年Geiker等固针对硅酸盐水泥提出的化学收缩测试方法（图2）,其基本原理是外界液体（水刈或机油同）进入水泥浆化学收缩产生的毛细孔，一方面消除自干燥收缩，另一方面填充该孔隙，使量管的液面下降,通过读取量管的液面高度差来获得化学收缩值。然而，碱矿渣胶凝体凝结硬化快，产生的孔结构比较致密，凝胶孔比

15、硅酸盐水泥胶凝体的多，文献18和25分别认为M孔为小L应是C-SH于2n和1.8m的孔.文*26则认为O-S发胶粒大小均为发胶*粒包围的孔，应小于5m（图3）；文11认为在小于2.5m的孔中不能形成毛姐弯液Bh所以可以认为部分规胶孔和毛细孔形成中孔，对碱矿渣潮土的自干*收编产生重要影响，而小于2.5m主要是通过椽变来影嘀自收缩然而这按研究成果均是针对O-S-H盘腔，对于C-A-S-H 脆,中孔:孔的界限需进一步确定），外界液体并不容易Snm Calcium evts wttOH-9K ImeftelerSIMKgWe PhniCaOybound H3OAdMXtXU HWH2OgIaJ nmp

16、ores图2化学收缩实验装置图3 CS-H凝胶及凝胶孔进入毛细孔来消除自干燥收缩口221这有可能是导致采用该方法测碱矿渣胶凝体化学收缩偏小的原因。文献的认为硅酸盐水泥空度通常在3.15gcn左右，而矿渣的密度通常在2.9gcn左右，小于硅酸盐水泥密度，如果完全水化时两个系统形成的水化产物密度接近，则碱矿渣胶凝材料的化学收缩应大于硅酸盐水泥;它认为这种推尊结果与采用美国ASTMC1608-07方法试验结果不吻合，有可能是因为两个系统水化产物的密度有较大差别。然而，文献22通过小角度中子散射仪测得的结果发现，碱矿渣胶凝体中C-A-S-H的密度与普通硅酸水泥胶凝体中的C-S-H密度接近：因此破矿渣胶

17、茶材料的化学收缩可能的确大于硅酸盐水泥的，且采用美国ASTMC1608-07方法进行碱矿渣水泥化学收缩涌试可能存在误I-玻璃瓶：2-中心穿孔胶塞；3-量管：4-碱矿渣水泥浆体;5-溶液；6-502股密封处；7-液体机油覆盖面:3）各参数对自收缩的影响激发剂类型和掺量对碱矿渣混凝土自收缩有较大影响。廖佳庆等M研究表明，采用NaOH为碱组分的碱矿渣水泥,其28d龄期的化学收缩约比采用水玻璃为碱组分碱矿渣水泥为的大。然而文献17表明，NaOH掺量为5%的试件的21d自收缩值，仅为掺为4%硅酸钠试件的1/10左右；硅酸钠掺量越大，自收缩越大。一般地讲，化学收缩越大，自收缩越大吗由此可见，国内外学者在这

18、方面的研究结果并不一致目前激发剂类型和掺量对孔结构的研究很少，仅文献13,27认为采用NaOH的碱矿渣胶凝体平均孔径比采用水玻璃的粗。目前矿渣类型对碱矿渣水泥自收缩的研究很少仅文献U通过研究发现，当做组分为NaOH时，在相同的碱浓度下，矿渣为酸性渣的碱矿渣水泥各个龄期化学收缩比矿渣为碱性渣水泥的大；当碱组分为水玻璃时，碱性矿渣和酸性矿渣试件的化学收缩差别不大。目前养护制度对糠矿渣水泥自收缩的研究也很少仅文献28认为，高温养护可以减少自收缩，且高温养护之前进行室温下预养护，可进步减少自收缩。4）水化度这些与自收缩性能相关的性能指标是随着养护龄期的变化而变化，不同养护龄期具有不同的水化度，碱矿渣水

19、泥水化度的测试方法目前也存在争议。文献|29|通过测结合水的方法评定水化度：而文献网认为碱矿渣水泥的“水化”过程包含着矿渣玻璃体的解聚和解聚产物的缩聚过程，以结合水作为考察指标，解聚为水化过程，而缩聚则成了“反水化”、即降低水化程度的过程；所以通过结合水测定评价碱矿渣水泥的水化程度的合理性是值得商榷的。文献27通过比较未水化矿渣和水化矿渣的SEM图像进行分析，来确定其水化度，让人耳目新。文献30采用核磁共振（MR）技术来从分子结构H度测定矿渣加收体的水化度，具有较高的可性度5）测试方法及自收缩模型混凝土自收缩测定方法可分为两类：直接和间接测定方法；直接测定方法测定水泥基材料体积或线性尺寸的变化

20、：间接测定方法测定水泥基材料孔隙或相对湿度，需建立其与自收缩的关系4L直接测定方法包括外置式混凝土自收缩测量法、埋入式混凝土自收缩测量法、非接触式自收缩测量法等口”。在前f国家基金面上项目（51078090）的资助下.受田倩研究成果的启发,我In采用波叔管法对轻虫料混凝土的和热岸胀系败和自收绐进制定r,读方法径向约束，h混凝土浇注后”分种后就可以开始测量J此后我们又发明了悬吊波纹管法以进一步减少*接,一提高渊试精度刖混凝土自收缩形成机理包括毛细孔张力、表面张力、拆散压力和层间水移动1361。Willmann画认为毛细孔张力机理在相对湿度50700%起主要作用，而一般情况下混凝土内部相对温度大于

21、70%15o混凝土自收缩预测模型可分为两类，一类是理论分析推导出的模型，包括C.Hua模型网和EA.B.Kocmdcr模型网等：另一类是试验分析推导出的模型，包括CEB-FlP、EN/992和日本工业标准JIS规范推荐模型等39L这些模型主要对自收缩中的自干燥收缩进行预测，这可能跟塑性阶段的化学收缩对混凝土开裂影响不大有关。值得指出的是C.Hua模型考虑了材料的IK弹性，并采用依变函数来表征.这可能与O-I凝胶IMa的滑动和初孔中水分校挤出有关，这是本课题JMt点研究的内容之一（2） C-A-STI微纳观结构研究进展1） C-A-S-H分子Tayk）认为硅酸盐水泥的无定形C-S-H是由高度变形

22、的类托贝莫来石（TobermorilC）和类羟基硅钙石结构（Jennite）（二条硅链间夹一层氧钙层（Ca-O）的三明治层状结构）（图4-5）组成LH叫。对于TObemK）rite,Ca/Si较低（1），Ca是七配位；对于Jennite,CaZSi较高（1）,Ca是六配位网。根据CS-H分子间的间距，托贝莫来石可分TobermOrite9.3人Tobeimorile11.3A和TObennOi4te14A；C-S-H分子之间分布有钙离子、水分子、金属离了等（图6）明。当硅酸盐水泥中复掺粉煤灰或矿渣时，引入铝离子等，这降低了钙硅比（Ca/Si）,提高了铝桂比AISi）o对于碱矿渣水泥，由于矿渣（

23、硅铝酸盐物质）作为主体材料，其水化产物的Ca/Si进一步降低，AVSi进一步提高，聚合度增加，硅链变长（图7）网。Al在硅链的桥接位置替代Si能量最低，可形成最稳定的结构（图845L不管是否有铝的掺杂，硅链长度机总是遵循m=加-1,zl=l,2,46,Al不会替代Cag层中的钙，Al替代硅能中的Si形成Al4;沉积在C-S-H分子表面的Al形成Al6,而Al5则出现在C-S-H分子之间，形成A14QAI5,6:由于ALO键长大于Ca-O的，Al5会使Cs-H分子间距变宽，但不会对分子结构体系产生破坏，这与C-S-H分子间水的作用是不同的附I。注：红球是级原子，氧原子为白色，大球为的原子,三角形

24、为硅乳四面体图4羟基硅钙石（a）和托贝莫来石14 A （b）注：红球是氧原子，深蓝色的是硅氧四面体，海蓝色为钙原子多面体图5类羟基硅钙石注:硅氧四面体和铝氧内面体分别用蓝色和绿色:角形表示,C-S-H分子内的钙氧层用红色菱形表示、C-S-H分子间的钙离子和钠等金属离子分别用紫色方形和桔黄色的圆形表示。图8Tbbermoriie14A示意图与硅酸盐水泥的C-S-H相比，碱矿渣水泥的C-A-S-H具有以下特点：a） Ca/Si比较低。硅酸盐水泥C-S-H的Ca/Si在1.72.19左右心221,而碱矿渣水泥C-A-S-H的在1左右I；从NMR试验结果来看，碱矿渣水泥C-A-S-H的SiQSiQ,含

25、量比硅酸盐水泥C-S-H的多，这使得C-A-S-H中的两层硅链部分通过O原子直接连接，形成SLO-Si结构（如TObermoriteU.3人）：CaZSi较高时，中间层的Ca与上下层硅链中的Si通过0原子相连，形成SiO-Ca-OSi结构（如TobennoriteI4A）：当Ca/Si进一步提高时，部分Ca与OH离子连接口3即1。较低的Ca/Si可以使C-A-S-H分子具有较高的力学性能（如体积模量（K）弹性模量（E）、翦切模量（G）等）I。b） AlZSi比较高，即NMR中SiQ2（IAI）,SiQa（IAl）含量较多U4在碱矿渣水泥C-A-S-H中，硅链桥接处部分Si被Al替换，由于Si为

26、四价，铝为三价，需吸纳一个Na+来进行电荷平衡。由于Si和Al的摩尔质量比较接近，Al替换Si虽然对C-A-S-H的力学性能影响不大H,但却增加了硅链的链长心胸。c） H2OSi较低。文献21研究发现，对于碱矿渣水泥的C-A-S-H,HzO/Si为0.97：对于硅酸盐水泥的C-S-H,FhO/Si为1也由于水分子对Ca、Si等原子间的作用力起到屏蔽作用，因此较高的H2OZSi会降低C-A-S-H分子的力学性能因叼。不同的Ca/Si、Al/Si和HOSi对O-A-ST分子结构的层间距、箧长等产生要影响,从而影响O-A-SHI分子结构的力学性能（a）聚合前的二聚体（b）聚合后的多聚体图7硅铝链的聚

27、合过程yAyyE0E0+0.17eVE0+0.91eV注：蓝色为铝原子、紫色为硅原子、白色为氢原子、红色为氧原子图8Al替代五聚体中不同位更(Bridge,paring,end)Si所需的能Ift2） C-A-S-H凝胶O-A-ST徽纳观研究包括O-A-S-H分子和O-A-ST爆胶两个屣次的研究。C-A-ST分子与C-A-S-H分子间的混胶孔组成C-A-SH提胶目前对硅酸盐水泥的CS-H凝胶研究较多，由于凝胶孔孔隙率的不同，可分为低密度(LD)和高密度(HD)C-S-H49LD和HDC-S-H的密实度分别为0.63和0.76固。在考虑孔隙率情况下，采用自融洽(SC)网和Mor-Tanka(MT

28、)可以建立C-S-H分子结构和C-S-H凝胶之间弹性模量(E)和翦切模量(G)的关系。周继凯等通过研究发现，白融洽(so方法计算的结果更为接近试验值。(b)点阵压入图9纳米压痕(NI)试验采用纳米压痕技术(图9)可以测出LD和HDC-SH的弹性模量和硬度Ml.采用解卷积方法可以求出LD和HDCs-H所占的比例(图9c).然而，现有的仪器无法测定C-S-H分子的力学性能和无法准确测定C-S-H分子间的凝胶孔。分子动力学(MD)方法是一种有效的原子模拟方法，通过追踪体系中原子的运动轨迹，求解牛顿运动方程来得到系统的热力学性能，被广泛用于获取各种生物材料、复合材料、聚合物和高分子结构的力学性能I51

29、Manzano等采用GULP进行分子动力学计算:,发现计算将到的C-S-H漫胶的力学性能比纳米压痕试验结果大很多；他考虑了硅箧的缺陷(即硅健并非无限长)及C-E氟胶宙实度后,计算值与试收值吻合较好时张文生等倒以Hamid的托贝莫来石结构模型为基础，构建C-S-H初始结构，采用DL_POLY进行分子动力学模拟：模拟结果表明：水合硅酸钙晶体的结构长、短程确实都有序，而其无定形态的C-S-H(I)只存在近程有序的结构特点。周维凯等日通过研究发现,COMPASS力场对CSH力学性能的模拟更好,TobermorheIlA和Jennite模型更适用于研究C-S-H结构的力学性能。李凯屎用Materials

30、Studio.选取TobermOriIe(9.3入、11.3A和14入)和Jennite作为初始结构，充分考虑了系综、温控方法、调压手段、时间步长、超晶胞尺寸等模拟参数对模拟的影响；经过退火处理后的各研究体系内，原本有序的层状结构被破坏；随着钙硅比的增加，体系的结构变得更加致密。ManZanO等人网进行了第一个在不外加任何结构限制的条件下对C-S-H凝胶形成过程的研究，他们使用分子动力学模拟来研究硅酸Si（OH）,和AKOH）3在Ca（OH）?4H2O和NaOHSFhO中的聚合情况，成功地再现了Al原子会增长硅链的实验结果。目前对碱矿渣水泥C-A-S41凝胶研究很少,仅PUCrtaS等叫采用分

31、子动力学方法，将不同类型C-A-S-H分子（Jennite、Tobermorite11.3A和TobemK）riteI4A）按不同比例混合作为初始结构，对采用水玻璃和NaOH激发的碱矿渣水泥浆C-A-S-H分子力学性能进行计算，并采用自融洽计算C-A-S-H凝胶的力学性能。但C-A-S-H混胶孔隙率采用窗水泥的研究成果，没有考虑C-A-X分子结构不同对胡胶孔的影晌.文献12指出，凝胶孔的孔隙率取决于CaSiCa/Si不同，C-A-ST分子结构（如硅锥候长和间距等）也不相同的，这必然对程放孔产生影响文献|55|采用纳米压痕（ND技术对C-S-H凝胶的徐变特性进行研究.然而采用该技术对糠矿渣水泥的

32、C-A-S-H凝胶的椽变特性进行还未见文献报道本课题拟采用纳米压痕（ND技术，对LDCA-S-H和HDeA-S-H凝胶的徐变特性开展研究，并建立其与宏观徐变的关系。3）各参数对C-A-S-H微纳结构的影响激发剂类型对CA-S-H微纳结构影响的研究很少，仅文献13研究表明，当采用NaOH作为激发剂，Q2（1A1）含量较高，Q3含量较低，C-A-S-H分子由TObermOrile11.3A（链长为14）#11Tobermorite14A（链长为5）组成,凝胶孔较多，表现为LDC-A-S-H,其弹性模型较低；当采用水玻璃作为激发剂，Q3含量较高，C-A-S-H分子由TobermOrile11.3A（

33、链长为14）和TObCrmorilCI4A（链长为11组成，较密实，表现为HDC-A-SH,力学性能较好然而，激发剂推、矿渣类型及养护制度对C-A-ST微纳结构的影响还未见文献报道（3）研究现状褥述总的来说，碱矿渣混凝土收缩引起的开裂对结构物的安全性和耐久性举足轻重。虽然目前国内外对碱矿渣混凝土自收缩机理进行了一些研究，也取得一定成果。但由于这些研究是基于宏微观层面还未深入到纳观屋面（如原子相互作用及分子结构组成等）,自收缩发生的真正机理还未得到揭示，相关预测模型也未达成共识。碱矿渣混凝土自收缩机理研究尚有补充和完善的空间，主要有以下几个方面：1）激发剂类型和排量对矿渣混凝土自收缩的影响机理。

34、目前只对激发剂类型只进行了少量的研究。在宏观层次的研究结果相互矛盾，在微纳观层次的研究没有考虑激发剂类型对凝胶孔的影响，且没有扩展到宏观层次（如白收缩）的研究，另外也只局限了NaoH和水玻璃这两种激发剂。激发剂掺量对自收缩的影响，宏观层次只有少量针对化学收缩的研究，微纳观层次的研究未看到文献报道。2）矿渣类型对减矿渣混凝土自收缩的影响机理在宏观层次，只有少量矿渣类型对化学收缩影响的研究,对白收缩的研究未见文献报道。在微纳观层次,未见矿渣类型对C-A-S-H微纳观结构影响的研究报道。3）养护制度对碱矿渣混凝土自收缩的影响机理在宏观层次,养护制度对自收缩影响的研究很少。在微纳观层次，未见养护制度对

35、C-A-SH微纳观结构影响的研究报道C4）减矿渣混凝土自收缩预测模型目前的自收缩预测模型主要针对硅酸盐水泥混凝土，还未见碱矿渣混凝土自收缩预测模型的研究报道，更未见考虑激发剂类型和掺成、矿渣类型、养护制度影响，以及C-A-S-H凝胶徐变膨响的碱矿渣混凝土自收缩预测模型。综上所述，激发剂类型和掺量、矿渣类SL养护制度对减矿渣水泥的C-A-S-H彼纳观结构产生,翼例L从而影哨城矿潦混凝土的自收缗，然而国内外这方面研究成果4部匮乏.还未有人揭示“碱矿渣水滉的中孔比硅频盐水泥的多”的机理，且现有的少研究也存在互相矛盾之处（如化学收第t和激发剂类型的影响等），且碱矿渲混凝土自收育演涌模理还有待建立1.3

36、研究意义和应用背景鉴于上述情况，木课题拟自下而上、多层次、多尺度研窕激发剂类型和掺量、矿渣类型、养护制度对C-A-SH微纳观结构和碱矿渣混凝土的自收缩影响机理，并建立自收缩预测模型。从科学研究角度，本课题拟证实以下科学假说：I）激发剂类型和排量对C-A-S-H微纳观结构和碱矿渣混凝土自收缩的影响机理比如，硅酸钠中的硅可以使硅链变长；在CaZSi比不变的情况下，单位长度硅链对应的Ca量减少，硅链间距变小，C-A-S-H分子间距也变小；这使得凝胶孔平均孔径变小，C-A-S-H凝胶力学性能变好，但使自收缩变大.NaoH掺量的增加，只会提高硅链的聚合速度，不会改变硅链的链长和C-A-S-H分子间距，这

37、使得凝胶孔平均孔径较大，C-A-S-H凝胶力学性能较差，但自收缩较小。2）矿渣类型对GA-S-H徽纳观结构和碱矿渣混凝土自收缩的影响机理比如，当采用含Al量较多的矿渣，由于每条硅链只能结合个AN%并使硅链变长（C-A-S-H分子中最大AlZSi取决于CaZSig）,多余的Al在C-A-S-H分子间形成Al5和沉积在C-A-S-H分子表面形成Al6,形成的AI4-O-A15.6键和较长硅链使C-A-S-H分子和凝胶具有韧性，C-A-S-H凝胶具大的徐变。自收缩较大，但不容易开裂。3）养护制度对C-A-S-H微纳观结构和碱矿渣混凝土自收缩的影响机理,在高温下养护，砂中的少量硅参与聚合反应，在Ca含

38、量不变的情况下，降低了CaZSi比，增加了硅链链长，单位长度硅链对应的Ca量减少，硅链间距变小，C-A-S-H分子间距也变小；这使得凝胶孔平均孔径变小，CA-S-H凝胶力学性能变好.此外，高温养护加快了硅四面体的聚合反应，聚合反应产生的水分从凝胶孔和毛细孔中排出，孔隙结构密实，使碱矿渣混凝上的收缩在养护过程完成，高温养护后的构件体积稳定，自收缩小。4）CA-S-H凝胶徐变性能、力学性能（弹性模量等）、湿度场和孔结构等取决于激发剂类型和排量、矿渣类型和养护制度等，而这些性能又决定了碱矿渣混凝土自收缩预测模型。比如，C-A-S-H凝胶徐变可能与C-S-H凝胶颗粒的滑动和凝胶孔中水分被挤出有关,CA

39、-S-H凝胶徐变越大，碱矿渣混凝土自收缩也越大。碱矿渣混凝土自收缩与干燥收缩的机理非常相似，在一般湿度（相对湿度从100%到40%）情况下，均主要由毛细管张力控制1小；只是前者毛细孔中相对湿度的降低是由于水泥水化引起，而后面的是由F干燥失水引起。本课题研究为后蜩索矿渣混疆土干燥收殖的.另外,本课题关于Al含H加可提高碱矿渣潮土制性的颈期研究成果可为后续碱矿渣混凝土抗蒙性能的研究提供思路本课题研究的应用前景包括如下两方面：1）在预拌混凝土中的应用。目前已研制成功碱矿渣混凝土复合缓凝剂，使缓凝时间在19小时内任意调节，并成功应用于泵送混凝土工程M$曳碱矿渣混凝土.收缩和开裂问题成为碱矿渣混凝上推广

40、应用的“瓶颈”通过本W可以通过节激发剂类型和掺矿遗类St等，对C-A-S41分子和液胶结构，以及孔结构进行设计，达到履少自收缩，2）建筑工业化,现在国家在大力推广建筑工业化和预制拼装技术。研究不同养护制度广渣混发土预制构下C-A-S-H分子和液胶结构及碱矿渣混凌土自收缩的变化规律，这件养护方案的选择有戛意义因此开展本iW研究具有要的科学震义和实用价值主要参考文献，IGartnerEM,MacpheeDE.Aphysico-chemicalbasisfornovelcementitiousbindersJ.CementandConcreteResearch,2011,41(7):736-749.

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