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针对修补/防护用碱激发材料水化硬化快、施工时间短及收缩大、易泛碱等亟待解决的问题,分别从组成设计、性能优化、水化特性及水化动力学、优化及调控流变性能、降低收缩、抑制泛碱等方面展开研究。目的是制备高力学性能、良好工作性能、低收缩与泛碱的修补/防护用碱激发材料,为修补/防护用碱激发材料设计及工程应用提供理论基础及指导,应用于实际工程,延长结构工程的服役寿命。主要研究内容如下:（1）修补/防护用碱激发材料组成设计及性能优化探索多种硅铝质原料及激发剂用作修补/防护材料的可行性,研选出钢渣、矿渣复合体系,确定制备修补/防护用碱激发砂浆的配合比设计:钢渣掺量不超过30%,硅酸钠溶液模数为1.0-1.5,Na2O当量6.0%,水灰比为0.40-0.45,养护温度不高于40oC。制备的修补砂浆1d、28d抗压强度分别为54.6MPa和75.6MPa,1d、28d粘结强度分别为8.1MPa和9.4MPa。研究多种纳米材料对碱激发渣水化性能、微观结构、力学性能等的影响规律,阐释了纳米材料的作用机理。纳米二氧化硅颗粒在强碱溶液中易消耗,提供硅质原材料,无微集料效应,但提供成核位点,加速早期水化,改善微观结构和优化硬化浆体的孔结构。纳米氧化铝与碱溶液反应缓慢,未反应的纳米氧化铝颗粒充当微集料,填充孔隙,密实硬化浆体;纳米氧化铝加速水化进程,诱导生成更多凝胶状水化产物,优化孔结构,提高硬化浆体的力学性能。纳米碳酸钙与纳米氧化钛具有晶核效应、微集料效应,促进水化,改善微观结构并优化孔结构。纳米氧化石墨烯加速早期水化,但引入多害孔,降低3d和28d抗压强度,28d抗折强度增长15.94%,增韧作用明显。（2）修补/防护用碱激发材料水化特性及早期水化反应动力学研究研究氢氧根离子浓度对矿渣、钢渣早期水化反应动力学的影响,解析水化反应动力学参数,分析矿渣、钢渣的水化机理,基于Krstulovic-Dabic模型模拟其水化进程。结果表明矿渣难被pH值低于12的碱溶液激发,而钢渣部分水化。2mol/L的氢氧化钠溶液激发时,矿渣和钢渣水化速率快,水化放热总量最高。矿渣和钢渣的水化机理为NG-I-D,矿渣水化过程NG占主导地位,而钢渣水化受氢氧根离子浓度影响。氢氧根离子浓度较高,不利于矿渣、钢渣NG结晶成核及晶体生长过程和I相边界反应。研究纳米二氧化硅和纳米氧化铝对碱激发渣早期水化反应动力学的影响。结果表明增加纳米二氧化硅掺量,碱激发渣水化机理由NG-I-D转变为NG-D,而纳米氧化铝改性碱激发渣水化机理为NG-I-D,I相边界反应被抑制。随纳米材料掺量增加,NG结晶成核及生长过程被延长,证实纳米材料具有明显的晶核效应。（3）修补/防护用碱激发材料流变性能研究探索水灰比、氢氧化钠掺量、硅酸钠模数、钢渣掺量及纳米材料对碱激发渣浆体流变性能的影响规律,采用Binghanm模型和Herschel-Bulkley模型拟合并求解浆体屈服应力。结果表明增加水灰比,浆体的表观粘度、屈服应力、塑性粘度及触变性下降。氢氧化钠掺量影响碱激发渣水化,增加氢氧化钠掺量,碱激发渣浆体的表观粘度、屈服应力及塑性粘度增加,并且浆体的触变性能优化。随硅酸钠溶液模数的升高,浆体表观粘度增加,触变性增强。硅酸钠溶液为激发剂时及掺入钢渣的碱激发渣浆体属于胀塑性流体,具有剪切增稠的特征,且Herschel-Bulkley模型比Binghanm模型更适合以硅酸钠溶液激发的碱激发渣浆体。增加钢渣掺量,提高碱激发渣浆体的表观粘度、屈服应力及触变性,降低浆体的流动性。碱激发渣浆体中加入纳米材料均提高表观粘度及屈服应力,降低流动性。浆体均为非牛顿流体,其中加入纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米碳酸钙、纳米氧化钛的碱激发渣浆体为假塑性流体,而掺加纳米氧化石墨烯的浆体为胀塑性流体。掺加纳米氧化铝降低浆体触变性,加入纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米碳酸钙、纳米氧化钛提高碱激发渣浆体触变性。（4）修补/防护用碱激发材料收缩及泛碱研究研究钢渣、纳米碳酸钙和纳米氧化钛对碱激发渣浆体收缩的影响,结果表明掺入钢渣、纳米碳酸钙和纳米氧化钛能有效改善浆体的化学收缩和砂浆干燥收缩。纳米碳酸钙和氧化钛具有微集料效应及骨架支撑作用,是化学收缩及干燥收缩降低的主要原因。研究了5A沸石和纳米二氧化硅对碱激发渣泛碱的影响,探讨了泛碱抑制机理,结果表明5A沸石具有微集料填充效应和离子交换性质,可优化硬化浆体孔结构,有效抑制碱激发材料的泛碱:掺入15%的5A沸石砂浆的碳酸氢根离子浓度降低44.18%。纳米二氧化硅抑制泛碱效果受纳米二氧化硅粒径和含量的影响。纳米二氧化诱导生成了更多水化产物,改善硬化浆体的孔径尺寸分布,中和过多氢氧根离子,有效抑制泛碱。