水泥是当今世界需求量最大的建筑材料,每年全球都会消耗大量的水泥。水泥生产过程中会消耗大量能源和排放CO2,给环境造成负担,寻求降低能耗及CO2排放的有效方法已经迫在眉睫。碱激发粉煤灰/矿渣材料(AAFS)是采用工业废弃物为主要原材料,在碱性条件下反应生成的一种具有凝胶性能的材料,不仅具有很好的经济与环境效益,而且具备强度高、抗冻,耐酸碱腐蚀等优异性能,是一种新型的绿色胶凝材料。然而以废弃物为原材料会导致工程性能的波动。已有研究表明粉煤灰和矿渣的物理化学性质会对碱激发材料的早期性能、强度及耐久性产生较大影响,而这些性质是如何影响碱激发粉煤灰/矿渣复合体系机理还不清楚。鉴于此,本文选取了5种不同来源的粉煤灰与4种矿渣为研究对象,对其物理化学性能进行了表征,研究了原材料的物理化学性能对碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的流动性、凝结时间、抗压强度等主要工程性能的影响规律;采用XRD、SEM/EDX、等温量热仪、MIP和氮气吸附等测试手段对碱激发粉煤灰/矿渣复合胶凝体系的反应特性进行了分析,研究不同原材料的物理化学性能对碱激发复合体系的作用机理。研究结果表明:碱激发高钙粉煤灰/矿渣复合体系中,高钙粉煤灰中高含量的CaO迅速与激发剂反应生成凝胶,因此浆体凝结时间短,几乎没有扩展度,凝胶提高了7d抗压强度但阻碍后期强度的增长。常温下,低钙粉煤灰的化学活性对复合体系的影响较小,随着粉煤灰烧失量的增大,浆体的扩展度减小;粉煤灰与矿渣紧密堆积延长浆体的初凝时间,且体系7d抗压强度提高;粉煤灰比表面积太大会降低抗压强度。不同矿渣的碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的凝结时间和扩展度随着矿渣中的CaO的含量增大而缩短。随CaO、SiO2和Al2O3的总量或CaO/(SiO2+Al2O3)的增大抗压强度先增大后减小。矿渣的比表面积增大,7d抗压强度有增大的趋势,而7-28d之间强度的增量是先增加后减小。反应放热的研究结果表明:原材料中活性钙的含量是影响碱激发复合体系放热速率曲线形状和累积放热量大小的主要因素。原材料中活性钙含量越多,则碱激发复合体系放热速率越快,累积放热量越大,凝胶产量越多,结构越密实,复合体系的抗压强度越高。XRD研究表明碱激发粉煤灰/矿渣复合体系反应后并未生成新的晶体;SEM/EDX研究表明复合体系的反应产物与Ca含量有关:高钙粉煤灰体系反应产物为Ca/Si约为2的三维网状结构的C-S-H(II)凝胶;低钙粉煤灰复合体系则是含有Al或Na的低Ca/Si的C-S-H凝胶;不同矿渣体系的反应产物为Ca/Si较大的C-S-H凝胶;所有体系中可能存在硅铝酸盐及碳酸盐。采用电镜(SEM)对碱激发复合体系的微观结构进行观察,研究结果表明原材料中钙含量越高,复合体系凝胶产物越多,凝胶与未反应颗粒粘结越紧密,结构越密实。孔结构分析结果表明不同粉煤灰或不同矿渣对AAFS累积孔体积的影响取决于体系中活性钙,钙含量越高,孔隙率越小,对最可几孔径影响不大,均是4nm左右。孔隙率越小,硬化浆体的抗压强度越高。