碱矿渣水泥拉伸徐变机理研究

Using alkali-activated slag cement (AAS) can reuse the solid waste and reduce the greenhouse effect. However, the cracking of AAS structure due to shrinkage can shorten its service life, which restricts the promotion and application of AAS. The tensile creep of AAS is closely related to its crack resistance. Nevertheless, there are few studies on the mechanism of the tensile creep of AAS. Based on the key scientific problems of the relationship between the creep of C-S-H gel, crystal/gel ratio and the tensile creep of AAS, and the effect of the Na+ in alkali-activated agents on the slip of C-S-H molecule and the migration of water, starting from the macroscopic tensile creep test, using steel ring partial restrainted equipments etc, the effect of the type and dosage of alkali-activated agents and slag type on the tensile creep of AAS is investigated. Then, the crystal/gel ratio of hydration products is studied by means of Rietveld method and the chemical thermodynamics etc, and the mechanical and creep properties of C-S-H gel are researched by NI/MI etc, and the recombination and rearrangement of C-S-H molecular are investigated by using LF-NMR, 23Na NMR and molecular dynamics method etc. Finally, Combined with ANSYS simulation and parameter analysis, the tensile creep mechanism of AAS is revealed, and the tensile creep calculation model of AAS is established. This study provides theoretical support for accurate assessment and effective regulation of AAS tensile creep and improvement of cracking resistance of AAS structure.

采用碱矿渣水泥（AAS）可以利用固体废料和减少温室效应，然而AAS结构的收缩开裂会缩短其使用寿命，这制约了AAS的推广应用。AAS拉伸徐变与其抗裂性能密切相关，但目前对AAS拉伸徐变机理研究甚少。以C-S-H凝胶徐变、晶胶比与AAS拉伸徐变的关系，以及激发剂中Na+对C-S-H分子滑移和水分迁移的影响为关键科学问题，从拉伸徐变宏观试验出发，采用钢环部分约束装置等研究激发剂类型和掺量、矿渣类型对AAS拉伸徐变的影响；然后采用Rietveld法和化学热力学等方法，研究AAS水化产物晶胶比等；采用NI/MI等研究C-S-H凝胶力学和徐变性能；采用LF-NMR、23Na NMR和分子动力学等研究Na+对C-S-H分子重组和重排的影响；最后结合ANSYS仿真和参数分析，揭示AAS拉伸徐变机理，建立其拉伸徐变计算模型。本研究为准确评估和有效调控AAS拉伸徐变、改善AAS结构抗裂性能提供理论支撑。

采用碱矿渣水泥（AAS）可以利用固体废料和减少温室效应，然而AAS结构的收缩开裂会缩短其使用寿命，这制约了AAS的推广应用。AAS拉伸徐变与其抗裂性能密切相关。本研究创新之处在于考虑了不同状态Na+等对碱矿渣砂浆拉伸徐变的影响。研究成果发表了15篇标注资助的高质量论文（其中SCI收录11篇，EI收录1篇），并获批了2项发明专利。培养了博士生1名，硕士生7名。研究成果能为抗裂性能良好碱矿渣水泥基材料的制备及其使用寿命的延长，奠定坚实的理论和应用基础。.研究了镍渣掺量、激发剂类型和掺量、矿渣细度、矿渣类型（碱度）、不同形态Na+等对AAS拉伸徐变的影响，研究表明：（1）随着镍渣掺量的增加，碱矿渣/镍渣的力学性能和基本拉伸徐变降低；（2）随着Na2O掺量的增加，C-A-S-H 平均链长增长，C-A-S-H 生成量增加，孔隙率降低，基本拉伸徐变增大；（3）相对于其它激发剂，采用氢氧化钠为激发剂AAS的晶胶比最大，中值孔径最小，C-A-S-H的平均链长较大，基本拉伸徐变最小；（4）随着矿渣细度的增加，C-A-S-H生成量增加，名义晶胶比降低，孔结构细化，C-A-S-H平均链长变短，基本拉伸徐变增大；（5）随着矿渣碱度的增加，基本拉伸徐变增大；（6）吸附Na+/水合Na+的比例随着水玻璃掺量的增加而先下降后上升，在水化进程中吸附Na+起主导作用，并且吸附Na+数量增多会导致C-A-S-H凝胶的层间摩擦系数降低，这使得C-A-S-H凝胶的相对滑移增大，基本拉伸徐变随之增大。在研究水化度、Na+吸附量、孔结构、水化产物种类、硅链平均链长和C-A-S-H平均基面间距等因素对AAS宏观性能影响的基础上，建立了AAS拉伸徐变预测模型。因此，通过合理设计配合比和施工工艺，碱矿渣水泥基材料在早期和后期均具有良好的抗裂性能和拉伸徐变性能，可以在预制装配建筑等工程中推广应用。