绿色、高碱胶凝材料体系中碱-集料反应效应、机理及其与碱激发效应耦合机制研究

针对碱胶凝材料体系中凝胶产物本身收缩补偿、集料在高碱度下的稳定性和传统碱碳酸盐反应（ACR）破坏机理，项目从胶体化学和传统碱集料反应（AAR）原理出发，分别探究引入碱硅凝胶和白云石及相关晶体对碱胶凝材料体系稳定性的影响。采用宏观力学和变形性能研究与先进的组成和微观结构研究手段相结合，分别研究新型碱胶凝材料体系中：1）不同岩石类型典型硅质活性集料在不同条件下的反应行为、碱硅凝胶与碱硅铝凝胶作用规律及碱－硅质集料效应与碱激发效应耦合机制；2）不同种类和粒径典型碳酸盐集料的去白云石化反应效应、晶体反应产物与碱硅铝凝胶作用规律及碱－碳酸盐效应与碱激发效应耦合机制。以期阐明：碱胶凝材料中碱－集料反应与传统有害AAR异同和碱激发效应与碱－集料反应效应耦合机制；提出碱胶凝材料体系评价集料稳定性的合理方法；将传统AAR化弊为利、开辟碱胶凝材料全新改性途径并推进其实用化进程；明晰传统ACR破坏机理。

项目针对地质聚合物凝胶本身的收缩补偿、集料在高碱度下的稳定性及其评估方法、地质聚合物功能性应用，分别研究三方面内容：（1）高碱度地质聚合物中的碱硅酸反应（ASR）和碱碳酸盐反应（ACR）效应及评估方法、微观结构及反应机理，以建立该体系合理的评价AAR效应的方法；（2）开展了研究高碱度地质聚合物中聚合过程与AAR过程的耦合效应，以探索利用AAR效应改性地质聚合物的可能性；（3）结合项目进展和我国对高性能、无机保温材料的迫切需求，探索了泡沫地质聚合物材料制备技术，拓展其功能性应用可能性。. 主要进展如下：（1）实验发现并证实用于快速评估OPC体系AAR危害的高温髙碱试验方法和条件，显著影响地质聚合物反应进程和变形行为，不适用于评价地质聚合物；（2）硅质集料的ASR反应速度与地质聚合反应速度差别显著，且后期反应几乎被完全抑制，不能产生明显的膨胀效应；而高ACR活性的白云质灰岩在特定养护条件下可以产生由化学反应引起的膨胀，补偿地质聚合物的收缩，甚至产生微膨胀效应。（3）特定钙质改性剂可以有效调节活性ACR岩石在地质聚合物体系中的变形行为，其机理在于ACR膨胀所需要的碱度较低，而钙质改性剂可促进地质聚合物体系有效碱的释放。因此，可以通过筛选特定活性碳酸盐集料，结合钙质改性剂的选择和使用，实现ACR与地质聚合物反应和变形的耦合匹配，制备体积稳定，乃至具有微膨胀效应的地质聚合物材料。（4）采用本项目研究的地质聚合物体系，借鉴传统泡沫混凝土成功实践经验，制备了保温性能远优于文献报道的超轻质泡沫地质聚合物材料，部分性能也优于传统OPC基泡沫混凝土的材料。. 项目完成了原计划研究内容。成果的科学意义和应用前景在于：（1）实验发现并证实已有研究方法的不合理性；不仅证实了AAR在地质聚合物体系的低风险，而且开辟了“化弊为利”——利用OPC体系有害的ACR集料改性地质聚合物的全新途径，为地质聚合物结构材料的耐久性评估、体积稳定地质聚合物的可控制备提供了依据；（2）提出的超轻质泡沫地质聚合物材料制备技术，拓展了地质聚合物功能性应用领域，继以在制备和性能调控方面的进一步研究，可望成为新一代绿色高性能保温节能材料，满足建筑节能市场需求，且具有广阔应用前景。