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碱矿渣胶凝材料（alkali-activated slag,AAS）以其早强高、抗渗性好且节能环保等优势而获得国内外研究者的广泛关注,然而AAS硬化体抗碳化性能较差且体积稳定性不良,又制约了其应用推广。针对此,本文从组成结构出发,分别研究了改性水玻璃激发矿渣（modified water glass-activated slag,WAS）和氢氧化钠激发矿渣（Na OH-activated slag,NAS）两种碱矿渣胶凝材料在产物组成相似的前提下孔结构对AAS硬化体碳化和干缩性能的影响,以及在孔结构相似的前提下产物组成对AAS硬化体碳化和干缩性能的影响。研究发现,当激发剂不同时,AAS硬化体的反应产物组成和孔结构均有所不同。通过热力学计算与试验确定了AAS硬化体中的主要反应产物:NAS硬化体中的主要反应产物为C-S-H凝胶、类水滑石和水化铝酸钙等;除了上述反应产物,WAS硬化体中还有硅凝胶产物。首次将数字全息显微镜技术用于研究矿渣颗粒在改性水玻璃溶液和氢氧化钠溶液中的溶解动力学和反应过程,并采用XRD和SEM/EDS表征矿渣颗粒在碱性激发剂中的物相演变。同时,对比研究了WAS和NAS硬化体的微观结构特征,揭示了WAS和NAS的反应机制差异及其对硬化体微观结构的影响:WAS体系产物趋向于在溶液中形成,反应速度较快,因此硬化体结构致密,孔径尺寸小;NAS体系反应产物趋向于在矿渣颗粒表面和内部形成,反应速度较慢,因此硬化体孔隙率与孔径尺寸较大。再者,通过化学沉淀法合成了AAS硬化体中的主要反应产物,从本质上探明了Ca/Si摩尔比、Al/Si摩尔比、Mg/Si摩尔比和Mg/Al摩尔比等化学组成差异对反应产物结构、碳化和干缩性能的影响规律。在CO2浓度为1%时,所有WAS硬化体碳化90 d后的碳化深度均为0 mm,说明WAS硬化体抗碳化性能优异。其主要原因是WAS硬化体结构致密,80%以上的孔径尺寸为3～10 nm,且硬化体表面会形成一层硅凝胶膜,阻隔空气中的CO2与WAS硬化体反应产物的接触,使得碳化反应难以进行。NAS硬化体碳化90 d后的碳化深度范围为4.5～9.1 mm,其抗碳化性能较差。对于NAS硬化体,产物组成相似时,随着激发剂中Na2O含量增多,反应速度加快,孔隙率减小,碳化速度减慢。硬化体孔结构相似时,外掺氢氧化镁会使其硬化体中生成更多不发生碳化反应的类水滑石,抗碳化性能变好。外掺氢氧化铝会使其硬化体中生成更多易碳化的水化铝酸钙和层间距较大的C-A-S-H凝胶,抗碳化性能变差。因此,可通过增加激发剂中Na2O含量、提高原材料中Mg/Si比和降低原材料中Al/Si比来改善NAS硬化体的抗碳化性能。在相对湿度50±5%、养护温度20±2℃时,WAS硬化体的28 d干缩率为5.1～11.1mm/m,NAS硬化体的28 d干缩率为2.0～2.7 mm/m,表明NAS硬化体体积稳定性比WAS硬化体好。对于WAS硬化体,产物组成相似时,随着水固比降低,孔隙率减小,干缩率降低。硬化体孔结构相似时,随着激发剂模数减小,反应产物中C-S-H凝胶的Ca/Si比增大,易收缩的硅凝胶含量降低,WAS硬化体干缩率减小。随着氢氧化镁掺量的增大或者氢氧化铝掺量的减少,体积稳定性好的类水滑石含量增多、易收缩的C-A-S-H凝胶含量降低,WAS硬化体干缩率减小。因此,可通过降低水固比、降低激发剂的模数、提高原材料中Mg/Si比和降低原材料中Al/Si比来改善WAS硬化体的干缩性能。基于以上研究结果,建立了AAS硬化体组成结构与碳化和干缩性能之间的关系,揭示了AAS硬化体孔结构与产物组成影响其性能的作用机制,并提出了调控AAS硬化体碳化和干缩性能的方法,为AAS的推广应用提供理论指导。同时,揭示了一直被忽略的硅凝胶作为WAS硬化体的主要反应产物之一,对碳化和干缩性能影响极大的规律。