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碱激发矿渣-铁尾矿粉混凝土的制备及性能研究

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碱激发矿渣-铁尾矿粉混凝土的制备及性能研究

作者：陈金笑辽宁科技大学

学位级别：硕士

近年来我国工业生产不断发展,与此同时,工业固废的数量也在不断增加,其中以采矿、冶金、火力发电等行业最为严重,矿渣、铁尾矿粉等常见的工业固废堆积量逐年攀升。工业固废合理利用是节能与生态环境保护战略性新兴产业的重要组成部分,... 详细信息

近年来我国工业生产不断发展,与此同时,工业固废的数量也在不断增加,其中以采矿、冶金、火力发电等行业最为严重,矿渣、铁尾矿粉等常见的工业固废堆积量逐年攀升。工业固废合理利用是节能与生态环境保护战略性新兴产业的重要组成部分,为国民经济的快速、高质量的发展提供了有力的保证,同时也是解决工业固废不当处置和堆放造成的环境污染和安全风险的根本途径。针对此,本文提出将矿渣和铁尾矿粉综合利用,制备碱激发矿渣-铁尾矿粉胶凝材料,并加入粗、细骨料制备一种符合道路工程应用的材料——碱激发矿渣-铁尾矿粉混凝土,以扩展工业固废的应用途径。本文的主要研究内容及结论如下:(1)利用水玻璃激发铁尾矿粉和矿渣制备胶凝材料,采用响应面法对胶凝材料进行配合比的设计与优化。以水灰比、碱含量、铁尾矿粉含量和水玻璃模数为试验因素,胶凝材料各龄期抗压、抗弯拉强度和凝结时间为响应值,进行四因素三水平的BBD响应面分析。分析结果表明,试验变量与响应值之间的关系显著,模型与实际拟合良好,模型优化最佳胶凝材料配合比为水灰比0.34,碱含量5.38%,铁尾矿粉掺量22.07%,水玻璃模数1.22,且实测值和预测值误差较小。(2)通过XRD、SEM和EDS手段对最佳配合比下的胶凝材料进行微观结构和水化机理分析,探究其微观结构与性能之间的关系。结果表明,铁尾矿粉和矿渣具有相互的协同作用,碱激发矿渣-铁尾矿粉胶凝材料水化反应迅速,水化过程中有大量沸石类矿物和C-(A)-S-H凝胶生成;在水化过程中,反应产物由絮凝状的N-A-S-H凝胶逐渐转变为结构更为有序的C-A-S-H凝胶,直至完全消失。试样结构逐渐致密平整,强度随之不断提高。(3)在胶凝材料响应面模型的基础上,提出了碱激发矿渣-铁尾矿粉混凝土的组成设计方法。首先根据混凝土设计强度,结合回归方程模型,确定混凝土中胶凝材料的水灰比、铁尾矿含量、碱含量和水玻璃模数;再参考普通混凝土配合比设计选取其单位用水量和混凝土砂率;最后采用质量法计算混凝土中粗、细集料用量,最终得到满足设计要求的碱激发混凝土配合比。(4)对碱激发矿渣-铁尾矿粉混凝土进行力学性能、耐磨性能、抗冻性能、耐硫酸盐腐蚀性能和干缩性能进行探究,结果表明碱激发矿渣-铁尾矿粉混凝土强度增长速度快且能保持稳定增长,同时具有优良的耐磨性能、抗冻性能和耐硫酸盐腐蚀性能。由于铁尾矿粉的掺入,在一定程度上抑制了胶凝材料的水化速度,使得其干缩性能得到改善。

关键词：碱激发矿渣铁尾矿粉响应面法性能研究

碱激发矿渣膨润土系竖向隔离墙体材料施工和易性及强度特性

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东南大学学报（自然科学版） 2016年第A01期46卷 25-30页

作者：伍浩良杜延军王菲梅丹兵冯亚松东南大学岩土工程研究所南京210096 东南大学江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室南京210096

采用碱激发矿渣一膨润土系隔离墙材料以研究其施工和易性及强度特性，并研究其满足可二次开发利用的污染场地条件下的工程特性，在不同砂土比、碱激发矿渣掺量、膨润土掺量以及不同龄期条件下进行了坍落度、无侧限抗压强度和直剪试验．... 详细信息

采用碱激发矿渣一膨润土系隔离墙材料以研究其施工和易性及强度特性，并研究其满足可二次开发利用的污染场地条件下的工程特性，在不同砂土比、碱激发矿渣掺量、膨润土掺量以及不同龄期条件下进行了坍落度、无侧限抗压强度和直剪试验．坍落度试验结果表明，标准坍落度Ss与迷你坍落度Sm之间具有线性关系，满足施工和易性要求的含水率范围所对应的迷你锥坍落度为25．5—75．5mm．无侧限抗压强度试验结果表明，无侧限抗压强度q。随养护龄期增长和碱激发矿渣掺量增大而增大，而膨润土掺量对无侧限抗压强度影响微小．直剪试验结果表明，随着养护龄期由14d增长至28d、碱激发矿渣掺量由5％增大到15％，黏聚力显著增加，内摩擦角降低，而膨润土掺量对内摩擦角影响较小．

关键词：碱激发矿渣膨润土隔离墙工程特性

碱激发矿渣胶结剂对尾砂充填料浆流动性和抗压强度的影响

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矿业研究与开发 2020年第3期40卷 87-92页

作者：张少鹏杜翠凤戚伟山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿山东烟台市261441 北京科技大学北京100083

针对固体浓度、胶结剂含量、激发剂/胶结剂(Al/Bi)比、硅酸钠/氢氧化钠(SS/SH)比对尾砂胶结充填料浆(CPB)流动性和抗压强度的影响进行了试验研究,结果表明:碱激发矿渣基充填料浆流动性和抗压强度均优于水泥基充填料浆。随固体浓度与SS/S... 详细信息

针对固体浓度、胶结剂含量、激发剂/胶结剂(Al/Bi)比、硅酸钠/氢氧化钠(SS/SH)比对尾砂胶结充填料浆(CPB)流动性和抗压强度的影响进行了试验研究,结果表明:碱激发矿渣基充填料浆流动性和抗压强度均优于水泥基充填料浆。随固体浓度与SS/SH比值增大,碱激发矿渣基充填料浆流动性降低,而提高胶结剂含量与Al/Bi比值,碱激发矿渣基充填料浆流动性得到改善;随着固体浓度和胶结剂含量的增加,充填体试块强度随之增加,但增长速率降低;当Al/Bi比值小于0.3时,随着Al/Bi增大,碱激发矿渣充填体试块强度增加;Al/Bi比值大于0.3时,充填体试块强度呈现下降趋势;SS/SH比值对碱激发矿渣基充填体试块强度的影响则与养护时间有关。

关键词：尾砂碱激发矿渣充填料浆流动性抗压强度

碱激发矿渣胶凝材料的自收缩特性及MgO减缩特性试验研究

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碱激发矿渣胶凝材料的自收缩特性及MgO减缩特性试验研究

作者：王肃桢安徽理工大学

学位级别：硕士

碱激发胶凝材料早硬高强、抗冻性好、耐化学腐蚀,且主要的原材料均是工业废弃物,与传统水泥相比,具有低能耗、低碳环保等优点。因此,碱激发材料作为一种可以替代硅酸盐水泥的新型绿色胶凝材料,具有广阔的应用前景。但是碱激发胶凝材料... 详细信息

碱激发胶凝材料早硬高强、抗冻性好、耐化学腐蚀,且主要的原材料均是工业废弃物,与传统水泥相比,具有低能耗、低碳环保等优点。因此,碱激发材料作为一种可以替代硅酸盐水泥的新型绿色胶凝材料,具有广阔的应用前景。但是碱激发胶凝材料具有较大的收缩变形,收缩产生的裂缝极大限制了其在工程实际中的应用。因此,本文研究了不同碱当量、激发剂类型以及MgO/NaOH摩尔比对碱激发矿渣的凝结时间、自收缩、抗压强度、物理性能、水化产物和孔隙结构的影响,为碱激发胶凝材料的推广应用提供一定的理论研究成果。研究结果表明:(1)碱激发矿渣的凝结时间随着碱当量的增大,MgO/NaOH摩尔比的减小而减小,一般复合激发剂对碱矿渣胶凝材料的促凝作用远大于单一激发剂。NaOH、水玻璃/NaOH制备的碱激发矿渣的抗压强度随着碱当量的增大呈先增大后减小趋势,均在7%的碱当量取得强度最大值,分别为44.62MPa、87.67MPa。MgO/NaOH制备的碱激发矿渣的抗压强度随着碱当量的增大、MgO/NaOH摩尔比的减小而增大,在碱当量为9%、MgO/NaOH摩尔比为6/4时,取得强度最大值,为 27.16MPa。(2)随着碱当量的增大,NaOH激发的碱激发矿渣的自收缩呈先增大后减小趋势,在7%的碱当量时取得最大值;水玻璃/NaOH制备的碱激发矿渣的自收缩随着碱当量的增加不断增大,在10%碱当量时取得最大值;MgO/NaOH制备的碱激发矿渣的自收缩随着MgO/NaOH摩尔比的减小呈先增大后减小趋势,在MgO/NaOH摩尔比为8/2达到最大收缩值。三种碱性激发剂的加入,使得砂浆试样在水化早期收缩较为显著,最大组为MgO/NaOH复合激发的M9-2组,为28d总收缩值的84.9%。当激发剂为纯MgO时,碱激发矿渣试样在水化反应早期甚至出现了微膨胀现象,这可能是碱激发胶凝材料减缩的潜在有效途径之一。(3)对于NaOH、水玻璃/NaOH制备的碱激发矿渣砂浆试样,随着碱当量的增加,小于10nm的中孔数量的总体上逐渐变多,砂浆试样的孔隙结构更加致密。对于MgO/NaOH制备的砂浆试样,随着MgO/NaOH摩尔比的减小,孔结构进一步变粗,绝大多数是处于10-100nm之间的中等毛细孔,因此强度低于其余两组激发剂激发的碱激发矿渣砂浆。图17表11参74

关键词：碱激发矿渣抗压强度自收缩孔隙结构

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碱激发矿渣及其水化产物对氯离子的固化性能

碱激发矿渣及其水化产物对氯离子的固化性能

作者：韩笑青岛理工大学

学位级别：硕士

混凝土结构是现在最普遍的建筑结构形式,延长其使用寿命即提升其耐久性是建筑工程领域的重要研究热点。相比于制备混凝土的传统胶凝材料硅酸盐水泥,碱激发矿渣(AAS)作为一种绿色、环保的胶凝材料,具有低能耗、低排放、制作工艺简单等优... 详细信息

混凝土结构是现在最普遍的建筑结构形式,延长其使用寿命即提升其耐久性是建筑工程领域的重要研究热点。相比于制备混凝土的传统胶凝材料硅酸盐水泥,碱激发矿渣(AAS)作为一种绿色、环保的胶凝材料,具有低能耗、低排放、制作工艺简单等优点,社会效益和经济效益显著。造成混凝土结构长期性能劣化最主要的原因就是氯离子的侵蚀,因此本课题就碱激发矿渣固化氯离子的性能展开试验研究,为促进碱矿渣胶凝材料进一步应用提供一定的理论基础。本课题通过人工合成的方法制备了C-(A)-S-H和AAS净浆,对二者的氯离子固化性能和机制开展了试验研究。制备AAS净浆时,选取氢氧化钠和水玻璃作为碱性激发剂。同时设置普通硅酸盐水泥作为对照组。通过平衡法,试验研究了温度、p H值、时间、激发剂种类和碱当量对AAS固化氯离子行为的影响规律及相关机理。采用固体核磁技术(NMR)、X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、综合热分析(TG-DSC)和扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)等微观分析手段对AAS以及C-(A)-S-H的微观结构和水化产物进行研究分析;采用综合热分析技术(TG-DSC),对AAS中氢氧化钠激发矿渣(NAS)和水玻璃激发矿渣(WAS)的化学结合和物理吸附的氯离子量进行量化分析。获得的主要研究结果如下:(1)作为AAS的主要水化产物,C-(A)-S-H对氯离子的固化作用主要表现为物理吸附作用。C-(A)-S-H的吸附氯离子量随着温度的升高而增大,随着p H值的增大而减小,随时间的延长而增大,最终会达到一个平衡稳定的状态。吸附氯离子前C-S-H、C-A-S-H均呈现出类球状的圆润颗粒形貌;吸附氯离子后,C-S-H的形貌发生很大变化,变为类层状,而C-A-S-H则无明显变化;但是从整体上看,C-S-H和C-A-S-H均变得更为疏松。(2)在相同的环境下,AAS净浆固化氯离子能力大小依次为:WAS净浆>NAS净浆>OPC净浆。在2℃～60℃的范围内,三者固化氯离子量均随着温度的升高而增多,随p H值的增大而减少,随时间的延长而增多,并且在7～14天内达到动态平衡状态。(3)当在相同碱当量的情况下,WAS净浆固化氯离子的能力强于NAS净浆;随着碱当量的提高,二者激发的矿渣固化氯离子的能力也随之提高,这主要是因为碱当量的提高,促进了矿渣进一步水化。(4)AAS对氯离子的固化作用包括物理吸附作用和化学结合作用,其中物理吸附作用最为主要。二者固化的氯离子量均随着温度的升高而增加,但随着p H值的增加,物理吸附(以C-(A)-S-H的吸附为主)氯离子量降低,化学结合(以Friedel盐形式为主)氯离子量增加。(5)AAS的主要水化产物是C-(A)-S-H,并且不含有硅酸盐水泥水化产物中常见的Ca(OH)。通过XRD和SEM确定矿渣在被氯盐侵蚀后生成Friedel盐。氯盐暴露后,碱激发矿渣的形貌由无数个小圆球颗粒堆簇变为褶皱状形貌,并且还观察到了六方片状结晶产物Friedel盐。

关键词：碱激发矿渣 C-(A)-S-H 氯离子固化 X射线衍射扫描电镜-能谱综合热分析傅里叶红外光谱分析

聚羧酸减水剂在碱激发矿渣胶凝材料中的研究进展

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硅酸盐通报 2023年第10期42卷 3432-3438页

作者：李蒙蒙舒鑫韩方玉刘建忠杨勇江苏苏博特新材料股份有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室南京211103

聚羧酸减水剂(PCE)为改善碱激发矿渣(AAS)胶凝材料的分散性能和工作性能提供了新途径。本文综述了PCE的分子结构和溶解度对AAS浆体分散性能和工作性能的影响,以及PCE对AAS的作用机制。马来酸酐合成的烯丙基聚氧乙烯醚聚羧酸减水剂(APEG ... 详细信息

聚羧酸减水剂(PCE)为改善碱激发矿渣(AAS)胶凝材料的分散性能和工作性能提供了新途径。本文综述了PCE的分子结构和溶解度对AAS浆体分散性能和工作性能的影响,以及PCE对AAS的作用机制。马来酸酐合成的烯丙基聚氧乙烯醚聚羧酸减水剂(APEG PCE)结合钙离子能力比丙烯酸合成的APEG PCE强,分散性能更具有优势;甲基烯丙醇聚氧乙烯醚聚羧酸减水剂(HPEG PCE)酸醚比7,侧链长度7个环氧乙烷(EO)且具有更多的AAA(A=丙烯酸)和AAE(A=丙烯酸,E=甲基烯丙醇聚氧乙烯醚)的分子结构序列,对提高AAS浆体的流动度和工作性能有利;PCE在AAS浆体中的溶解度和分散性能没有相关性。最后提出当前PCE在AAS胶凝材料中存在的问题和今后研究的方向,可推动建筑行业的绿色低碳化发展。

关键词：聚羧酸减水剂分子结构碱激发矿渣溶解度分散性能工作性能

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含SAP碱激发矿渣-硅灰砂浆体系的耐久性

矿产综合利用 2023年

作者：王会方金强张兵上海大学机电工程与自动化学院连云港职业技术学院

碱激发矿渣体系由于其早期显著的自收缩会导致混凝土开裂等不良现象的产生，此外具有优良的抗氯离子渗透性也是其进一步应用在钢筋混凝土实际工程中的重要前提。基于该背景，本研究采用流动度、自收缩、抗压强度和氯离子电通量四种测试... 详细信息

碱激发矿渣体系由于其早期显著的自收缩会导致混凝土开裂等不良现象的产生，此外具有优良的抗氯离子渗透性也是其进一步应用在钢筋混凝土实际工程中的重要前提。基于该背景，本研究采用流动度、自收缩、抗压强度和氯离子电通量四种测试方法研究了含SAP的碱激发矿渣-硅灰砂浆的早期性能和耐久性，并且运用水化放热和基于扫描电镜的微观形貌分析了其变化影响机理。结果表明，硅灰的掺入降低了体系的流动度、28d以内的收缩应变和氯离子总电通量，而加入SAP进行内养护的碱激发砂浆的自收缩和抗氯离子渗透性也得到改善。掺入0.05% SAP和20%硅灰的碱激发砂浆28 d抗压强度、收缩应变和总电通量分别为46.7 MPa、1306 με和812.2 C。通过水化放热和基于扫描电镜的微观形貌分析可知，硅灰的加入降低了48 h以内的水化放热速率。此外，SAP的引入使得水化产物所形成的微观结构更为致密。

关键词：内养护碱激发矿渣硅灰流动度自收缩抗氯离子渗透

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碱激发矿渣的碳化性能研究

碱激发矿渣的碳化性能研究

作者：何彤彤东南大学

学位级别：硕士

碱激发矿渣(AAS)是一种有望可以替代硅酸盐水泥(OPC)的胶凝材料,具有早期强度发展快,水化热低,具有较硅酸盐水泥更质密的结构等优点。碱激发胶凝材料经过几十年的发展和多方面的应用取得一定的成果,但碱激发矿渣本身存在干燥收缩较大、... 详细信息

碱激发矿渣(AAS)是一种有望可以替代硅酸盐水泥(OPC)的胶凝材料,具有早期强度发展快,水化热低,具有较硅酸盐水泥更质密的结构等优点。碱激发胶凝材料经过几十年的发展和多方面的应用取得一定的成果,但碱激发矿渣本身存在干燥收缩较大、抗碳化能力差等缺点,同时研究过程缺乏统一标准,因此仍需要大量的研究。本文针对碱激发矿渣材料碳化严重问题,开展了预处理温度对碱激发矿渣碳化性能的影响、碱对其碳化性能的影响及碳化性能改善措施的研究。本文研究了碱激发剂种类和碱含量对碱激发矿渣碳化性能的影响。结果表明,采用NaOH为碱激发剂的碱激发矿渣碳化深度大于采用水玻璃为碱激发剂的碱激发矿渣。碱含量越高,碱激发矿渣碳化深度越小。对碱激发矿渣碳化性能改善措施,采用内掺Ca(OH)粉末方法提高固相碱含量。结果表明,水玻璃为激发剂内掺Ca(OH)粉末的碱激发矿渣抗碳化效果明显好于NaOH为激发剂的效果,实验表明其抗压抗折强度高,碳化深度小。水玻璃激发的内掺20%Ca(OH)粉末碱激发矿渣砂浆在碳化28d时碳化深度最小,内掺10%Ca(OH)粉末碱激发矿渣砂浆次之。水玻璃作为激发剂内掺Ca(OH)粉末碱激发矿渣砂浆碳化后的抗压抗折强度均大于NaOH为激发剂内掺Ca(OH)粉末碱激发矿渣砂浆,而内掺10%Ca(OH)粉末碱激发矿渣砂浆碳化后的抗压强度均大于内掺20%Ca(OH)粉末碱激发矿渣砂浆。因此综合可得水玻璃激发的内掺10%Ca(OH)粉末碱激发矿渣砂浆具有更优异的力学性能和抗碳化性能。预处理温度对碱激发矿渣碳化性能的研究表明:预处理温度越高,碱激发矿渣材料干燥速率越快,且升速干燥阶段持续时间越短,而降速干燥阶段持续时间越长。碱激发矿渣试件的抗折和抗压强度随预处理温度增高而增大,随着碳化进行,抗压和抗折强度减小并出现波动,碳化28d趋于平稳。预处理温度分别为40℃和60℃时的抗折强度均出现先减小后增大的过程,两者出现波谷的碳化龄期不同,分别为碳化14d和7d。预处理温度增加,加速了碱激发矿渣砂浆抗折强度的劣化。碱激发矿渣的碳化深度随预处理温度增大而增加,且预处理温度为40℃的碱激发矿渣材料在碳化28d后开始加速劣化,而预处理温度为60℃的碱激发矿渣材料在碳化14d时已加速劣化。因此在研究碱激发矿渣碳化问题时,应采用较小的预处理温度,以减少预处理温度对碳化深度带来的影响。

关键词：碱激发矿渣碳化预处理温度氢氧化钙

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碱激发矿渣水泥砂浆的改性研究

碱激发矿渣水泥砂浆的改性研究

作者：刘丽娜重庆交通大学

学位级别：硕士

粒化高炉矿渣具有潜在的水硬性,在碱的激发作用下具有胶凝能力,即碱激发矿渣胶凝材料。与相同水胶比的硅酸盐水泥相比,碱激发矿渣具有早期强度高、水化热低、耐久性好等优点,使其有望成为硅酸盐水泥的替代品之一。然而,碱激发矿渣凝结... 详细信息

粒化高炉矿渣具有潜在的水硬性,在碱的激发作用下具有胶凝能力,即碱激发矿渣胶凝材料。与相同水胶比的硅酸盐水泥相比,碱激发矿渣具有早期强度高、水化热低、耐久性好等优点,使其有望成为硅酸盐水泥的替代品之一。然而,碱激发矿渣凝结时间较快,收缩较大,使得其应用受到限制。因此,对碱激发矿渣进行改性研究,有助于推广其在工程中的应用。本课题主要进行了以下研究:1、研究外加剂明矾、石膏、聚丙二醇、2-甲基2,4-戊二醇对碱激发矿渣水泥砂浆流动性、力学性能、收缩性能的影响。明矾、聚丙二醇都可以起到改善砂浆流动性的作用,石膏对砂浆的流动性几乎无影响,2-甲基2,4-戊二醇掺量超过0.5%,砂浆出现离析、泌水现象;单掺明矾、石膏、聚丙二醇、2-甲基2,4-戊二醇都可以起到不同程度的减缩作用,但是对力学性能也均产生了一定的副作用。从碱激发矿渣水泥砂浆的流动性、力学性能以及收缩性能三个方面综合考虑,4%石膏或3%聚丙二醇作为改性材料相对来说具有优越性。2、在碱激发矿渣水泥砂浆中掺入外加剂的基础上,再掺入矿物掺合料,研究外加剂与矿物掺合料复合对碱矿渣砂浆流动性、力学性能、收缩性能以及吸水率的影响。一定掺量的石灰石粉、玻璃粉以及石灰石粉与玻璃粉复合都使掺石膏或聚丙二醇的碱矿渣砂浆流动度增大,强度提高,吸水率增大;石灰石粉使掺石膏或聚丙二醇的碱矿渣砂浆的收缩率增大,玻璃粉使掺石膏或聚丙二醇的碱矿渣砂浆的收缩率减小,石灰石粉与玻璃粉复合对掺石膏或聚丙二醇的碱矿渣砂浆的收缩率影响不大。3、红外光谱分析结果表明,碱激发矿渣水泥砂浆的水化产物主要是水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和沸石类矿物,和普通硅酸盐水泥相比,不含Ca(OH)晶体、钙矾石(AFt)。在碱矿渣砂浆中掺入石膏,有AFt生成,在一定程度上改善了砂浆的收缩性能。扫描电镜分析结果表明,不同组分的碱矿渣砂浆在28 d时均发生了显著的水化反应,各类水化产物连接紧密,结合为密实的整体。掺入石膏的碱矿渣砂浆较基准组具有更密实的微观结构。核磁共振分析结果表明,不同组分碱矿渣砂浆的孔隙尺寸均比水泥砂浆的孔隙尺寸小,表明碱矿渣砂浆具有更好的孔隙结构。

关键词：碱激发矿渣流动性力学性能收缩性能