碱激发胶凝材料
碱激发胶凝材料的反应产物
硅酸盐学报· 1130 ·2009年碱激发胶凝材料的反应产物王旻(清华大学土木工程系，北京 100084)摘要：通过X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜、能谱分析，对碱激发胶凝材料反应产物的相组成进行探索性分析。
结果表明：该碱激发胶凝材料硬化后的反应产物主要是含碱的铝硅酸盐凝胶，并存在未反应的水玻璃，副产物K2SO4是生产物中唯一的晶体物质。
含碱的铝硅酸盐凝胶中可固溶Mg，Ca，S，Fe等离子，包裹着起微集料作用的未反应的粉煤灰玻璃微珠与莫来石颗粒，形成高度非均质的复杂体系。
关键词：碱激发偏高龄土；含碱铝硅酸盐凝胶；硫酸钾中图分类号：TQ172 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)07–1130–07REACTION PRODUCTS OF ALKALI-ACTIV ATED CEMENTING MATERIALWANG Min(Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100831, China)Abstract: The phase components of reaction products of a sort of alkali-activated metakaolin were analyzed by means of X-ray dif-fraction, infrared spectrophotometer and scanning electron microscope, energy dispersive X-ray spectroscopy. It was shown that the dominating reaction product was the amorphous aluminosilicate gel containing alkali, and some original water-glass still existed to-gether with the reaction products. K2SO4 as a minor product, was the only crystal matter in the new products. Alkaline-earth metal ions such as Mg, Ca, S, Fe could be solid dissolved in aluminosilicate gel; unreacted micro glass beads and mullite grains as micro- aggregate were wrapped by gel, a very heterogeneous complicated system were formed whereupon.Key words: alkali-activated metakaolin; aluminosilicate gel containing alkali; kalium sulfate国内外对碱激发胶凝材料已有长期研究的历史，[1–4]大多作为结构构件材料来研究，也已应用于作为预制混凝土管、固化土壤加固地基等。
碱激发水泥混凝土的环境性能的影响
碱激发水泥混凝土的环境性能的影响在水泥工业中，能耗和二氧化碳的排放量已经成为人们普遍关注的问题，以硅酸盐水泥为例，据统计，每生产1t硅酸盐水泥耗能约3×106 kJ，同时排放约0.85 t的二氧化碳（CO2）。
研究普遍认为，全球的硅酸盐水泥工业中CO2的排放量占全球大气中温室气体排放量的7%左右，在发展中国家，水泥工业的能耗约占总能耗的10%左右。
随着社会经济的不断发展，城市建设规模的不断扩大，硅酸盐水泥使用的比例还在逐年上升，尤其是在发展中国家，增长的比例尤为明显。
可见，在全球关注气候变化的背景下，降低水泥行业中资源、能源的消耗，减轻并消除其对环境污染的影响，大力开发低碳技术，开发新型低碳水泥产品，使水泥工业走可持续发展道路具有十分重要的战略意义。
本章主要通过碳足迹、生态-力学性能指标和环境协调性指标三方面来讨论碱激发矿渣水泥混凝土的环境性能。
一、碳足迹碱激发胶凝材料的主要原材料是工业副产品和一些工业废料，这些原材料有的可以直接使用，有的只需要磨细，而无需煅烧过程，使用方便，对环境影响小。
如从环境的角度考虑，激发剂是影响环境的主要因素，包括激发剂的品种、用量及浓度等。
就碱激发矿渣混凝土中的各组分而言，激发剂的价格相对较高，且某些激发剂的生产过程需要高温处理，在耗能的同时还会排放有害物质（包括CO2）到环境中。
因此，研究少激发剂量或用废碱制备高性能碱矿渣水泥基材料非常重要。
使用混凝土时，CO2的排放量主要来自原材料、运输阶段（主要来自混凝土的运输）、生产过程和养护阶段。
从原材料与燃料的开采到生产、使用、混凝土服役、废弃混凝土处置以及这些过程中运输和储存等环节都会产生大量CO2。
在生产和使用1t水泥所产生的CO2中，因水泥原料排放的CO2约占50%，由燃料燃烧所排放的CO2约占30%。
对不同类型胶结材制备的混凝土的碳足迹进行评价与研究，有利于比较各类混凝土的环境性能，对开发新型胶凝材料品种，实现混凝土工业的可持续发展具有重要的意义。
碱激发胶凝材料研究现状及未来发展
碱激发胶凝材料研究现状及未来发展孔令炜【摘要】随着气候变暖环境污染问题的日益加重,环境保护意识的提升,人们对于绿色环保材料的要求与需求也与日剧增.碱激发胶凝材料,它是一种以硅铝质废弃物为原料的低碳胶凝材料.因其能耗低、排放少、强度高、耐久性好等优势性能,被许多研究学者一致认为是一种具有广阔应用前景的绿色胶凝材料.与此同时,绿色建筑材料领域中的碱激发胶凝材料的研究及应用一直成为研究热点.碱激发胶凝材料作为一种绿色胶凝材料,还需要引起更大的社会认知度,本文将从碱激发胶凝材料自身的研究现状及其未来的发展方向展开论述,详细介绍这种绿色胶凝材料.【期刊名称】《四川水泥》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】1页(P91)【关键词】碱激发胶凝材料;未来发展【作者】孔令炜【作者单位】吉林建筑大学材料科学与工程学院,吉林长春 130118【正文语种】中文【中图分类】G322在强烈呼吁环境保护的二十一世纪，碱激发胶凝材料因其绿色环保的鲜明特征映入人们的视野，即将在未来的材料市场占据重要地位。
在火山灰质类材料和部分工业废弃尾渣中，含有一定数量的二氧化硅、氧化铝等活性组分，当它们与氢氧化钙反应时，就会生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铝硅酸钙和水化硫铝酸钙等的反应产物，通常把这种能生成水化硅酸钙等凝胶，对砂浆起到增强作用的效应称之为火山灰活性效应。
把这种加入碱性材料进而使之具备胶凝特性的方法，即所谓的碱激发。
通常使用的激发有多种，化学激发是其中一种，也是相对有效的方法，化学激化方法是碱性激发、硫酸盐激发和碳酸盐激发，这种具有热力学活性的材料通过碱性激发的方法得到的具有一定胶凝特性的材料，就称之为碱激发胶凝材料。
碱激发胶凝材料作为一种绿色胶凝材料，还需要引起更大的社会认知度，因而本文将从碱激发胶凝材料自身的研究现状及其未来的发展方向展开论述，详细介绍这种绿色胶凝材料。
我们都知道，在工业产出时都会产生很多含有SiO2、Al2O3、CaO等的工业废渣材料，如果对它们置之不理，不仅由于这些工业废渣材料自身没有或有很微弱胶凝性，不能自发形成有用的产品，还可能造成严重的环境污染。
碱激发混凝土收缩研究
五、影响碱激发材料收缩因素
碱激发矿渣粉煤灰水泥的干燥收缩与矿渣掺量、水玻璃模数。 国内胡张莉、史才军等通过研究发现随着矿渣掺量的增加其干 燥收缩增大，水玻璃模数越高干燥收缩越大。
六、碱激发混凝土应用实例
1994年在俄罗斯利佩茨克城市别列津娜街用碱 激发矿渣水泥混凝土造的一栋24层高楼
六、碱激发混凝土应用实例
四、碱激发材料收缩测试方法
碱激发水泥化学收缩测试装置
表和浆体不能 同步变形，因此测量的 精度不够高。
测碱激发水泥的自收缩装置
四、碱激发材料收缩测试方法
测碱激发水泥的自收缩装置
四、碱激发材料收缩测试方法
测碱激发水泥干燥收缩装置
四、碱激发材料收缩测试方法
碱激发水泥和混凝土收缩研究
汇报人：王桂生 2016年4月1日
报告大纲
一、研究背景 二、研究目的与意义 三、碱激发材料收缩分类 四、碱激发材料收缩测试方法 五、影响碱激发材料收缩因素 六、碱激发混凝土应用实例
一、研究背景
每年，全球制造混凝土的总量高达120亿吨，其中需要消 耗波特兰水泥16亿吨。事实上，生产1吨水泥大约有0.8吨的 CO2排放到大气中。据统计水泥制造业的碳排放占全球碳排放 的5%-8%，这会加剧环境污染、温室效应。 目前，我国高炉矿渣的年产量达1.2亿吨，钢渣年产量达 5000万吨，粉煤灰年产量达3亿-4亿吨，除了高炉矿渣作为水 泥工业的掺料应用得较好以外，其他废渣的应用很少，大量未 被利用。这些未被利用的工业废渣不仅污染环境，还会造成土 地的浪费。
四、碱激发材料收缩测试方法
碱激发混凝土干燥收缩测试装置
五、影响碱激发材料收缩因素
碱激发矿渣粉煤灰水泥的化学收缩量与矿渣的含量，硅酸钠用 量有关。 N.K.Lee等通过研究发现碱激发矿渣粉煤灰水泥的化学收缩随 着矿渣含量的增加而增大，随着硅酸钠用量的增加而增大，但都小 于普通硅酸盐水泥的化学收缩。
赤泥制备碱激发胶凝材料的性能
史 迪 ’叶 家元 ’张 鹏 张文 生 ’ （ １中国建 筑材 料科 学研究 总 院 绿 色建 筑材 料 国家重 点实验 室 ，北 京 １ ０ ０ ０ ２ ４ ； ２华 南理 工大 学 ，广东 广州 ５ １ ０ ６ ４ ０ ）
摘 要 ：分பைடு நூலகம்别以拜耳法赤泥、烧结法赤泥 为原料 ，进 行碱 激发胶凝材料 的制备研究 ，并对其 制备碱激 发胶 凝材料的可
ｏ ｆ ａ ｌ ｋ ａ ｌ ｉ — ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｍｏ ｒ ｔ ａ ｒ ｓ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｅ ｄ ３ ５ ． ０ ＭＰ ａ ａ ｔ ３ ｄ ａ ｎ ｄ ６ ５ ． ０ ＭＰ ａ ａ ｔ ２ ８ ｄ ， ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｔ ｖ ｅ ｌ ｙ ． Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ：ｒ ｅ ｄ ｍｕ ｄ：ｓ ｌ ａ ｇ ；ａ ｌ ｋ ａ ｌ ｉ —ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｃ ｅ ｄ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｉ ｔ ｏ ｕ ｓ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｌ ａ ｓ
ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ａ ｌ ｋ ａ ｌ ｉ — ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏ ｕ ｓ ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ ． Ｔｈ ｅ Ｂ — Ｃ２ Ｓ ｉ ｎ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｄ ｍｕ ｄ ｏ ｆ ｅ ｒ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ａ ｌ ｋ ａ ｌ ｉ —ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｉ ｔ ｔ ｉ ｏ ｕ ｓ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｓ ． Ｗｈ ｅ ｎ ｈｅ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｄ ｍｕ ｄ —ｓ ｌ ａ ｇ ｂ ｌ ｅ ｎ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｍａ ｓ ｓ ｒ ａ ｉ ｔ ｏ ｏ ｆ ７ ： ３ ｗａ ｓ ａ ｃ ｉ ｔ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｓ ｏ ｄ ｉ ｕ ｍ
碳酸钠、氢氧化钠与水玻璃复合激发对地聚物胶凝材料性能的影响
第43卷第3期2024年3月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.3March,2024碳酸钠㊁氢氧化钠与水玻璃复合激发对地聚物胶凝材料性能的影响蒋明屾,李㊀飞,周理安,宁佳蕊,张㊀政(北京建筑大学,北京节能减排与城乡可持续发展省部共建协同创新中心,北京㊀100044)摘要:采用碳酸钠替代氢氧化钠调节水玻璃模数制备复合碱激发剂,研究不同碱掺量下碳酸钠掺入比例对地聚物胶凝材料净浆流动度㊁凝结时间及抗压强度的影响,并通过FT-IR㊁XRD 和SEM 试验分析地聚物胶凝材料水化产物的物相组成及微观形貌㊂结果表明,氢氧化钠与碳酸钠共同复合水玻璃的激发剂激发效果优于二者单独与水玻璃复合的激发剂,当碱掺量为6%(质量分数)㊁碳酸钠替代比例为40%(质量分数)时,地聚物胶凝材料净浆流动度为185mm,28d 抗压强度为94.4MPa㊂碳酸钠替代比例增加可延长地聚物胶凝材料凝结时间,当替代比例为100%时,地聚物胶凝材料初凝时间㊁终凝时间可达372和420min㊂不同碱组分激发剂作用时,地聚物胶凝材料水化产物相似,均以无定形铝硅酸盐C-(A)-S-H 凝胶为主㊂关键词:复合碱激发剂;地聚物;流动度;凝结时间;抗压强度中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)03-0929-09Effects of Sodium Carbonate ,Sodium Hydroxide and Water Glass Composite Activation on Properties of Geopolymer Cementitious MaterialsJIANG Mingshen ,LI Fei ,ZHOU Li an ,NING Jiarui ,ZHANG Zheng(Beijing Collaborative Innovation Center for Energy Saving and Emission Reduction and Urban-Rural Sustainable Development,Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044,China)Abstract :Composite alkali activator was prepared by using sodium carbonate instead of sodium hydroxide to adjust the modulus of water glass.The effects of different alkali content and sodium carbonate replacement ratio on fluidity,setting time,and compressive strength of geopolymer cementitious materials were studied.The phase composition and microstructure of hydration products of geopolymer cementitious materials were analyzed through FT-IR,XRD,and SEM experiments.The results show that the combined effects of sodium hydroxide and sodium carbonate combined with composite water glass activators are superior to the effects of their individual combined with water glass activators.When alkali content is 6%(mass fraction)and the replacement ratio of sodium carbonate is 40%(mass fraction),the fluidity of geopolymer cementitious materials reaches 185mm,and 28d compressive strength reaches 94.4MPa.The increase of replacement ratio of sodium carbonate can prolong the setting time of geopolymer cementitious materials.When the replacement ratio reaches 100%,the initial setting time and final setting time of geopolymer cementitious materials reach372and 420min.When different alkali components are used as activators,similar hydration products are observed in geopolymer cementitious materials,mainly consist of amorphous aluminosilicate C-(A)-S-H gel.Key words :composite alkali activator;geopolymer;fluidity;setting time;compressive strength 收稿日期:2023-09-12;修订日期:2023-11-22基金项目:国家重点研发计划(2022YFC3803404);北京市西城区财经科技专项资助项目(XCSTS-TI2022-12)作者简介:蒋明屾(1999 ),男,硕士研究生㊂主要从事建筑材料㊁地聚物材料方面的研究㊂E-mail:jimish1999@通信作者:李㊀飞,博士,教授㊂E-mail:lifei@0㊀引㊀言随着城镇化建设的推进和基础设施的迅速发展,我国混凝土用量占世界年产量的一半以上,传统硅酸盐930㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷水泥作为制备混凝土的常用材料,其制备工业属于高消耗和高排放行业,硅酸盐水泥生产相关的CO2排放量占全球人为CO2排放量的5%~10%[1-2],降低水泥混凝土行业的碳排放是我国实现 双碳 目标的关键环节之一㊂近年来,地聚物胶凝材料因具有利废㊁节能㊁减碳等特点,受到高度关注,其制备工艺简单,无需高温煅烧,兼具良好的力学性能和耐久性能[3-5],极有可能成为替代水泥的绿色新型胶凝材料㊂地聚物胶凝材料常用的激发剂主要是水玻璃㊁氢氧化钠和碳酸钠,采用上述单一激发剂激发时效果均不理想,因此一般采用氢氧化钠调节水玻璃模数制备复合碱激发剂,但氢氧化钠-水玻璃复合碱激发剂存在凝结时间过快㊁碱度大㊁成本高等缺点,限制了其在实际工程领域的应用㊂碳酸钠是一种强碱弱酸盐,与氢氧化钠相比具有较低的pH值,价格低廉且更加环保,一些研究[6-9]表明在激发剂中引入碳酸钠有利于地聚物胶凝材料力学性能的发展,但也存在凝结硬化时间过长㊁强度发展非常缓慢等问题[10-11]㊂目前对于碳酸钠与氢氧化钠共同调节水玻璃模数制备复合碱激发剂的系统研究并不常见㊂氢氧化钠复合水玻璃激发地聚物存在凝结时间过短的问题,而碳酸钠激发地聚物存在凝结时间过长的问题,若采用水玻璃㊁氢氧化钠与碳酸钠混合作为激发剂可获得理想的凝结时间㊂本试验采用氢氧化钠与碳酸钠复合水玻璃制备碱激发剂,研究复合碱激发剂对地聚物胶凝材料净浆流动度㊁凝结时间及抗压强度的影响,借助FTIR㊁XRD与SEM微观测试技术进一步分析水化产物的组成及形貌,并对宏观性能作出解释㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料矿渣:市售S95矿渣粉,白色粉末,密度为2.89g/cm3,流动度为102%,烧失量为0.13%,7d活性指数为80%,28d活性指数为95%;根据化学组成计算[12],质量系数K=2.21,碱性系数M0=1.32,活性系数M a=0.45㊂粉煤灰:河南远恒环保工程有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰,灰黑色粉末,密度为2.28g/cm3,需水量为97%,烧失量为2.86%,活性指数为77%㊂矿渣与粉煤灰的主要化学组成见表1,XRD谱见图1,粒径分布见图2㊂表1㊀矿渣与粉煤灰的主要化学组成Table1㊀Main chemical composition of slag and fly ashMaterial Mass fraction/%CaO SiO2Al2O3MgO Fe2O3TiO2SO3K2O Na2O MnO Other Slag46.4227.8812.43 6.790.42 1.45 2.710.700.550.370.28 Fly ash 5.5252.9928.750.78 5.85 1.280.71 2.760.680.100.58图1㊀矿渣与粉煤灰的XRD谱Fig.1㊀XRD patterns of slag and fly ash激发剂采用水玻璃㊁氢氧化钠㊁碳酸钠,试验用水玻璃为浙江省嘉兴市嘉善县优瑞耐火材料有限公司生第3期蒋明屾等:碳酸钠㊁氢氧化钠与水玻璃复合激发对地聚物胶凝材料性能的影响931㊀产的钠水玻璃,无色透明黏稠液体,技术指标见表2㊂氢氧化钠为片状NaOH,纯度不小于98%,碳酸钠为颗粒状Na 2CO 3,纯度不小于99.8%㊂图2㊀矿渣与粉煤灰的粒径分布Fig.2㊀Particle size distribution of slag and fly ash表2㊀水玻璃的技术指标Table 2㊀Technical indicators of water glassModulus Na 2O content /%SiO 2content /%Solid content /%Concentration /ʎBéDensity /(g㊃cm -3)2.2513.7529.9943.5050 1.5㊀㊀Note:%represents mass fraction.1.2㊀配合比本试验固定水玻璃模数M s =1.2(即激发剂中SiO 2与Na 2O 物质的量之比为1.2),采用Na 2CO 3替代NaOH 调节水玻璃模数至1.2,替代比例为0%~100%(质量分数),碱掺量为4%㊁6%㊁8%(按激发剂中总Na 2O 质量占地聚物胶凝材料质量百分比计)㊂胶凝材料中矿渣与粉煤灰的质量比为4ʒ1,激发剂溶液配合比见表3,水胶比为0.36,附加水质量为水胶比计算所得用水量减去各激发剂中的水含量㊂表3㊀激发剂溶液的配合比Table 3㊀Mix ratio of activator solutionSample No.Alkali content /%Na 2CO 3replacement ratio /%Na 2CO 3content /g NaOH content /g Water glass content /g Additional water content /g J4-0J4-20J4-40J4-60J4-80J4-10040012.0420 3.199.6340 6.387.23609.57 4.828012.77 2.4110015.96077.56133.66J6-0J6-20J6-40J6-60J6-80J6-10060018.0620 4.7914.45409.5710.846014.367.238019.15 3.6110023.940116.34110.48J8-0J8-20J8-40J8-60J8-80J8-10080024.0820 6.3819.274012.7714.456019.159.638025.53 4.8210031.910155.1387.31932㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷1.3㊀试验方法试验前1d 配制激发剂溶液,按表3称取每组试验所需氢氧化钠和碳酸钠与附加水充分搅拌溶解,冷却至室温,再将碱溶液与原水玻璃溶液混合,搅拌至溶液不再分层,用保鲜膜密封静置24h㊂试验时按原材料比例称取粉煤灰㊁矿渣,在搅拌锅中均匀混合后加入激发剂溶液,搅拌4min,其中慢搅2min,中间停歇15s,再快搅2min㊂搅拌结束后参照‘混凝土外加剂匀质性试验方法“(GB /T 8077 2012)㊁‘水泥标准稠度用水量㊁凝结时间㊁安定性检测方法“(GB /T 1346 2011)进行流动度㊁初凝时间和终凝时间测试㊂成型试件尺寸为40mm ˑ40mm ˑ40mm,在标准养护条件下养护至测试龄期,采用YAW-300液压机进行抗压强度测试,加载速率为2400N /s㊂使用德国ZEISS Gemini SEM 300扫描电子显微镜㊁岛津XRD-610衍射仪㊁Thermo Nicolet iS5红外光谱分析仪分析水化产物形貌及物相组成,试件养护至测试龄期后放入无水乙醇终止水化,微观测试前对样品进行烘干㊁研磨处理㊂2㊀结果与讨论2.1㊀流动度图3㊀复合碱激发剂对地聚物胶凝材料流动度的影响Fig.3㊀Effect of composite alkali activator on fluidity of geopolymer cementitious materials 图3为复合碱激发剂对地聚物胶凝材料流动度的影响㊂由图3可见,不同碱掺量下,地聚物净浆流动度均随碳酸钠比例增加呈先增大后减小的趋势,当碳酸钠替代比例为40%时,净浆流动度最大,为175~185mm,当碳酸钠替代比例由80%提升至100%时,净浆流动度显著下降㊂这是由于Na 2CO 3水解产生的CO 2-3与体系中的Ca 2+反应生成CaCO 3沉淀,覆盖在未水化颗粒表面起到润滑作用从而提高流动性㊂然而,当碳酸钠掺量较高时,在反应过程中由于同离子效应,液相中会生成Na 2CO 3㊃10H 2O,导致浆体黏度增大,流动性降低[6]㊂碳酸钠掺量相同时,净浆流动度随碱掺量的增加均呈先增大后减小的趋势㊂当碱掺量为6%时,流动度最大㊂这是因为OH -的极性作用能够加速地聚物中玻璃体Si O 和Al O 的解聚,促进粉煤灰㊁矿渣溶解从而减小颗粒间内摩擦力,提高净浆流动性[13]㊂当碱掺量过高时,较高的溶液浓度以及早期反应中产生的较多凝胶是导致浆体黏度增大㊁流动度降低的主要因素[14]㊂2.2㊀凝结时间保持碱掺量6%不变,碳酸钠掺量对地聚物胶凝材料凝结时间的影响如图4所示㊂地聚物胶凝材料初凝㊁终凝时间均随碳酸钠掺量的增加而延长㊂当碳酸钠替代比例从0%增至80%时,地聚物初凝时间从19min 延长至28min,仅延长了9min,终凝时间从25min 延长至38min,仅延长了13min,碳酸钠的缓凝效果并不明显㊂此时激发剂中氢氧化钠占据主导作用,OH -浓度较高时能加速矿渣溶解,同时抑制CO 2-3参与反应[4]㊂当替代比例提升至100%时,浆体初凝时间㊁终凝时间激增,高达372和420min㊂补充碳酸钠替代比例75%㊁85%㊁90%㊁95%四组配比,以便更清晰地反映碳酸钠掺量对地聚物凝结时间的影响,如图4所示,碳酸钠对地聚物凝结时间的影响依然为连续变化㊂碳酸钠具有缓凝作用主要是因为CO 2-3会优先与体系中的Ca 2+结合生成CaCO 3,阻碍C-(A)-S-H 凝胶的形成,延缓地聚物凝结硬化进程[8,15]㊂同时,大量CO 2-3的存在会降低SiO 4-4参与化学反应的程度,起到缓凝效果[16]㊂保持碳酸钠替代比例40%不变,碱掺量对地聚物胶凝材料凝结时间的影响如图5所示㊂地聚物胶凝材料初凝时间随碱掺量增加线性递增㊂当碱掺量从4%增加至8%时,地聚物胶凝材料初凝时间从10min 增加至35min,当碱掺量为4%和6%时,地聚物胶凝材料终凝时间没有明显差别,均为28min,当碱掺量为8%时,终凝时间延长至43min㊂这是由于随着碱掺量的增加,地聚物中低聚合度前驱体受抑制程度加深,延缓了体系中硅铝酸盐解聚㊁聚合过程[17],这与Hadi 等[18]㊁王玲玲等[19]研究结果一致㊂第3期蒋明屾等:碳酸钠㊁氢氧化钠与水玻璃复合激发对地聚物胶凝材料性能的影响933㊀图4㊀碳酸钠掺量对地聚物胶凝材料凝结时间的影响Fig.4㊀Effect of sodium carbonate content on setting time of geopolymer cementitiousmaterials 图5㊀碱掺量对地聚物胶凝材料凝结时间的影响Fig.5㊀Effect of alkali content on setting time of geopolymer cementitious materials2.3㊀抗压强度地聚物胶凝材料抗压强度随碳酸钠替代比例增加的变化趋势如图6所示㊂由图6可知,随着碳酸钠掺量增加,不同碱掺量地聚物胶凝材料的3㊁7d 抗压强度均呈下降趋势,当碱掺量为8%㊁碳酸钠替代比例0%时,3㊁7d 抗压强度达到最大值,分别为66.2和76.3MPa㊂随着碳酸钠掺量增加,地聚物胶凝材料均呈先升高后降低的趋势,当碳酸钠掺量为4%时,28d 抗压强度在碳酸钠替代比例为20%时达到最大值,为85.2MPa;当碳酸钠掺量为6%与8%时,28d 抗压强度在碳酸钠替代比例为40%时达到最大值,分别为94.4和93.9MPa㊂图6㊀不同碱掺量下碳酸钠替代比例对地聚物胶凝材料抗压强度的影响Fig.6㊀Effect of sodium carbonate replacement ratio on compressive strength of geopolymer cementitious materials with different alkalicontent 图7㊀地聚物胶凝材料3㊁28d 的抗压强度比Fig.7㊀Compressive strength ratio 3and 28d ofgeopolymer cementitious materials 地聚物胶凝材料3㊁28d 强度比如图7所示㊂当碳酸钠替代比例为0%时,即使用氢氧化钠与水玻璃复合激发时,地聚物胶凝材料早期强度增长迅速,后期强度增长缓慢,3d 抗压强度可以达到28d 抗压强度的63.6%~80.1%㊂当碱掺量为8%时,28d 抗压强度82.6MPa 相比于3d 抗压强度66.2MPa,仅提升了24.8%㊂当碳酸钠替代比例100%时,即用碳酸钠与水玻璃复合激发时,3d 抗压强度为28d 抗压强度的44.9%~60.1%㊂对比可知当体系中引入碳酸钠时,地聚物早期强度发展缓慢,后期强度发展相对迅速㊂当碱掺量为4%时,3d 抗压强度为28.1MPa,28d 抗压强度为62.7MPa,抗压强度增长率高达123.1%㊂934㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷碱浓度对地聚物胶凝材料早期强度发展起到决定作用,加入碳酸钠会使体系中pH值降低,削弱激发剂对地聚物中玻璃体结构的解聚效果,延长水化进程,导致强度发展缓慢㊂同时,较长的凝结硬化时间有利于C-A-S-H的形成,促使强度随龄期进一步发展[9]㊂当碳酸钠替代比例较高时,反应会存在一段时间的休眠期[20],早期水化产物大多为不同形态的碳酸钙,如方解石和文石以及少量的单斜钠钙石,CO2-3浓度成为控制反应进程的主要因素㊂随着水化进程发展,单斜钠钙石积累和水滑石形成会不断消耗CO2-3,导致体系中CO2-3浓度下降,逐渐释放Ca2+与[SiO4]4-结合形成C-(A)-S-H凝胶[21],促进硬化体强度发展㊂不同碱掺量时,28d强度最大值均出现在三种激发剂复合作用的情况下,这可能是因为在氢氧化钠-水玻璃激发体系中加入适量的碳酸钠参与孔溶液化学反应有助于优化水泥石结构,减小孔隙从而提升强度㊂2.4㊀物相组成图8(a)㊁(b)为地聚物胶凝材料养护水化3㊁28d后的FTIR谱㊂使用不同激发剂时,地聚物胶凝材料水化产物具有较高的相似度㊂1414~1488cm-1处的双峰和870cm-1附近的吸收带是由不同水化产物中O C O(CO2-3)非对称拉伸和平面外弯曲振动引起的[22],3d时随碳酸钠含量增大,特征峰强度显著提高,养护㊁研磨过程中样品的碳化与风化导致J6-0中也存在该特征峰㊂980~1020cm-1附近的吸收峰对应C-(A)-S-H中SiO4四面体的Si O伸缩振动㊂水玻璃或NaOH激发的地聚物C-(A)-S-H凝胶Si O Si伸缩带一般在950~1000cm-1,随着碳酸钠含量提高,该特征峰向高波数移动,表明C-(A)-S-H中Si含量相对较高[23],水化产物聚合度增大㊂450cm-1处的吸收峰归属于Si O Si的平面弯曲振动,这与体系中无定形铝硅酸盐沸石结构有关[24-25]㊂1650cm-1附近的微弱 峰包 与硬化体中化学结合水H O H弯曲振动有关㊂图8㊀地聚物胶凝材料水化3㊁28d的FTIR谱Fig.8㊀FTIR spectra of geopolymer cementitious materials hydration for3and28d 图9(a)㊁(b)为地聚物胶凝材料水化3㊁28d后的XRD谱㊂XRD谱整体呈弥散状驼峰,表明地聚物胶凝材料的水化产物多为无定形凝胶,结晶性较差㊂反应早期矿渣溶解释放的Ca2+优先与孔隙溶液中的CO2-3结合,少量Ca2+与[SiO4]4-结合,主要水化产物为CaCO3㊁C-(A)-S-H凝胶㊂随着碳酸钠含量增加,CaCO3衍射峰强度明显提高,单斜钠长石(Na2Ca(CO3)2㊃5H2O)与钠沸石(Na12Al12Si12O48-n H2O)衍射峰开始出现㊂CO2-3对Ca2+的消耗促使钠沸石中Si和Al达到饱和[8]㊂水化28d时,可以明显观察到单斜钠长石与钠沸石衍射峰强度降低,水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3㊃4H2O)衍射峰开始出现㊂一些学者[8,26]认为,单斜钠长石与钠沸石在水化产物中的存在形式并不稳定,随龄期发展会进一步向C-(A)-S-H㊁水滑石㊁钙沸石(CaAl2Si7O18㊃n H2O)等稳定产物进行转化,对比图9(a)㊁(b)可证明反应前㊁后期产物发生转变㊂此外,石英与莫来石的衍射峰来自体系中未水化的粉煤灰㊂2.5㊀微观形貌使用J6-0㊁J6-40㊁J6-100激发时,地聚物胶凝材料3㊁28d的SEM照片如图10所示㊂使用不同激发剂激发水化3d后,体系中均存在未反应的粉煤灰颗粒,随着激发剂中碳酸钠含量增多,早期水化产物㊁硬化体结构逐渐由致密变得松散,28d水化产物整体呈块状㊂仅使用氢氧化钠与水玻璃复合激发时,3d出现较为致㊀第3期蒋明屾等:碳酸钠㊁氢氧化钠与水玻璃复合激发对地聚物胶凝材料性能的影响935密的块状凝胶结构,28d水化结构与3d相差不大,证明水化反应主要发生在早期㊂当使用碳酸钠与水玻璃复合激发时,早期水化产物极为疏松,甚至可以观察到未反应的矿渣,所以此时地聚物胶凝材料强度较低㊂水化28d后,在硬化体表面可以观察到不规则晶体,这与詹疆淮等[27]观察到的三维无定形类沸石结构铝硅酸盐凝胶类似,产物结构相对致密㊂三种激发剂复合作用时,28d硬化体结构非常致密,微裂缝数量减少,裂缝宽度明显减小,从微观层面进一步解释了该组地聚物胶凝材料抗压强度更高的原因㊂图9㊀地聚物胶凝材料3㊁28d的XRD谱Fig.9㊀XRD patterns of geopolymer cementitious materials for3and28d图10㊀地聚物胶凝材料3㊁28d的SEM照片Fig.10㊀SEM images of geopolymer cementitious materials for3and28d936㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷3㊀结㊀论1)地聚物胶凝材料净浆流动度随碱掺量㊁碳酸钠含量增加均呈先增大后减小的趋势㊂当碱掺量为6%㊁碳酸钠替代比例为40%时,净浆流动度达到最大值,为185mm㊂2)地聚物胶凝材料凝结时间随碱掺量增加而增大㊂当碳酸钠替代比例为0%~80%时,碳酸钠含量对地聚物胶凝材料凝结时间的影响并不显著㊂当替代比例为80%~100%时,地聚物胶凝材料凝结时间随碳酸钠含量增加显著提高㊂当替代比例为100%时,地聚物胶凝材料初凝时间㊁终凝时间可达372和420min㊂3)地聚物胶凝材料3㊁7d抗压强度均随碱掺量增加而提高,随碳酸钠含量增加而降低㊂28d抗压强度相差不大,碱掺量为6%与8%时略大于碱掺量为4%时,且随着碳酸钠含量增加先提高后降低㊂当碱掺量为6%㊁碳酸钠替代比例为40%时,28d抗压强度达到最大值,为94.4MPa㊂4)不同碱组分激发地聚物胶凝材料水化产物相似㊂氢氧化钠复合水玻璃作为激发剂时,不同龄期水化产物均以无定形铝硅酸盐C-(A)-S-H凝胶为主㊂碳酸钠复合水玻璃作为激发剂时,早期水化产物中含有大量碳酸钙并出现单斜钠长石与钠沸石,后期水化产物中单斜钠长石与钠沸石含量降低,出现水滑石㊁钙沸石以及C-(A)-S-H凝胶㊂参考文献[1]㊀SCRIVENER K L,KIRKPATRICK R J.Innovation in use and research on cementitious material[J].Cement and Concrete Research,2008,38(2):128-136.[2]㊀黄㊀华,郭梦雪,张㊀伟,等.粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土力学性能与微观结构[J].哈尔滨工业大学学报,2022,54(3):74-84.HUANG H,GUO M X,ZHANG W,et al.Mechanical property and microstructure of geopolymer concrete based on fly ash and slag[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2022,54(3):74-84(in 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碱激发胶凝材料抗酸侵蚀性的试验研究
碱性激 （ 跳桌试验）
２０ ２
为研究对象 ， 普通 硅酸盐水 泥 （ ｒ ｎ ｙＰｒａｄＣｍ ｎ， Ｐ ） Ｏｄ ａ ｏｌ ｅ ｅｔＯ Ｃ 为 ｉ ｒ ｔｎ 对 比样 ， 酸性侵蚀液分为 ５ ％稀硫酸溶液和 ４ ％浓硫酸溶液。 ０
ｏ ｃ砂 浆 试 块 ４ ０ Ｐ ５
Ａ Ｍ砂浆试块 Ａ
收 稿 日期 ：０ １１ — ２１ － １ ０ ６
作者简介： 洁（９ ９ ）女 ， 胡 １７ ・ ， 硕士， 助教 ， 九江学院土木工程与城 市建设 学院， 江西 九江 ３２０ ３０ ５ 郑娟荣（９４ ） 女， １６一 ， 博士， 教授 ， 郑州大学， 河南 郑州 ４００ ５００
砂 浆 试 决 水 泥 砂 浆 试 块 碱 偏 高 岭 土试 块
碱 矿 渣 砂 浆 试 块
浸 酸 莆 浸 酸 ２ 强 度 损 失 浸 酸前 浸 酸 ２ 强度 损 失 ８ｄ ８ｄ
ＭＰ ａ 后／ ａ ＭＰ
８８ ． ６６ ．
３１ ．
５１ ． ３２ ．
２７ ．
４ ． ２Ｏ ５ ． １５
２ 试 验结果 及讨 论
％
Ｏ ６ ．５ ５ ６ ．１
材料种类 烧失量 Ｃ Ｏ Ａ２ ３ Ｓ ２ Ｍｓ Ｋ ０ ａ 【 ｉ ０ Ｏ Ｏ ２ Ｎ Ｆ２３ ％Ｏ ｅ０
２ １ 砂 浆试 块浸入 ５ 稀硫 酸前后 的强度 变化 ． ％
砂浆试块浸酸前后的抗折抗压强度结 果见表 ４， 酸 ２ 浸 ８ｄ后
ｖｔｄＳａ ， Ａ ） ａ ｌ Ａ Ｓ 和碱 激发 粉煤 灰 （ ｌａ — ｃｖｔ ｌ—ｓ ， Ａ ） ｅ ｇ Ａ ｋ ｉ ｔ ａ ｄ Ｆｙａｈ Ａ Ｆ ｌＡｉｅ
项目 水
泥
表 ２ 砂浆试块配合 比
地聚合物激发剂的选择
地聚合物激发剂的选择
地聚合物是由强碱或硅酸盐溶液作为激发剂来激发活性硅铝酸
盐材料（如偏高岭土、粉煤灰、矿渣等工业废渣）形成的一类新型硅铝酸盐无机胶凝材料。
常用的激发剂有氢氧化钠（钾）、（钾、钠）水玻璃、石灰、碳酸钠等碱性溶液，不同激发剂与矿渣反应后所得的反应产物不同，对所得地质聚合物材料的性能也会有一定的影响。
其中，碱激发是利用粉煤灰合成地质聚合物常用的方法，常用的碱激发剂有氢氧化钠（钾）、（钾、钠）水玻璃等。
水玻璃是硅酸钠的水溶液，生产工艺有干法、湿法两种。
干法以石英岩和纯碱为原料，在窑炉内于1300～1500℃高温煅烧4～6小时制得固体硅酸钠。
其化料过程需要搅拌和加压，一般采用滚筒式反应釜或带有搅拌装置的静压式反应釜。
经大量学术研究表明，目前激发效果最好的是低模数水玻璃溶液。
地聚合物原料的矿渣在水中基本上为惰性，如果要使矿渣呈现胶凝性能，就必须加以激发。
地聚合物常用的激发剂有氢氧化钠（钾）、（钾、钠）水玻璃、石灰、碳酸钠等碱性溶液，不同激发剂与矿渣反应后所得的反应产物不同，对所得地质聚合物材料的性能也会有一定的影响。
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摘要碱激发矿渣胶凝材料跟传统水泥相比，具有较高的强度，较低的水化热，以及较好的快硬性、抗腐蚀性、抗冻性、护筋性等优异的性能，并且生产工艺简单、投资少、能耗低、污染小、矿渣的利用率高，目前成为胶凝材料领域研究的热点。
本论文研究利用高炉矿渣制备胶凝材料，选取氢氧化钠溶液作为激发剂，并在其中加入一定量碱渣作为缓凝剂，研究了激发剂的不同浓度以及不同固料比（矿渣与碱渣质量之比）对碱激发矿渣胶凝材料的抗压强度以及凝结时间等性能的影响。
关键词：矿渣；胶凝材料；氢氧化钠；抗压强度；凝结时间AbstractIn comparison with traditional cement, alkali-activated slag cementitious material has excellent properties, including higher intensity, lower hydration heat, and higher hardening rate, as well as higher performances in corrosion resistance, frost resistance and reinforcing steel bar protection. Furthermore, the production process of alkali-activated cement is simple with low investment, low energy consumption and little pollution. It also offer a way of utilization of industrial waste such as slag and the like. Hence, alkali-activated cement has become a research hot spot of cementitious materials field at present.Cementitious material was produced by using blast-furnace slag as raw material,along with sodium hydroxide as activators and green mud as setting retarder. Effects of activator concentration and mix proportion on the properties of cementitious material including compressive strength and setting time were studied. Key words: Slag；Cementitious Materia；Sodium Hydroxide；Compressive Strength；Setting Time目录1 绪论 (1)1.1碱激发胶凝材料的定义及其分类 (1)1.1.1碱激发胶凝材料的定义 (1)1.1.2碱激发胶凝材料的分类 (1)1.2碱激发矿渣胶凝材料的研究及应用现状 (2)1.2.1碱激发矿渣胶凝材料的制备及其性能研究 (2)1.2.2碱激发矿渣胶凝材料的水化机理 (4)1.2.3碱激发矿渣胶凝材料的应用现状 (5)1.3本课题研究的背景和意义 (6)1.3.1有利于钢铁企业发展“循环经济” (6)1.3.2研究开发绿色建材是当前热点 (10)1.4本课题的研究内容及创新点 (12)1.4.1本课题研究内容 (12)1.4.2创新点 (12)2 实验设计与样品检测方法 (12)2.1矿渣以及碱渣的化学组成 (12)2.2激发剂 (13)2.3制备胶凝材料及相关性能检测所用仪器设备 (13)2.4样品性能检测方法及其参考标准 (14)2.4.1抗压强度的测试 (14)2.4.2凝结时间的测试 (14)2.5实验原理与过程 (14)2.5.1实验原理 (14)2.5.2实验过程 (14)3 结果与讨论 (15)3.1标准稠度NaOH溶液用量 (15)3.2碱渣掺量和碱溶液浓度对凝结时间的影响 (16)3.3碱渣掺量和碱溶液浓度对抗压强度的影响 (17)3.4材料的抗火性能：煅烧剩余强度 (18)4 结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)1 绪论1.1 碱激发胶凝材料的定义及其分类1.1.1 碱激发胶凝材料的定义胶凝材料一般指粉体经过与水拌合，具有一定的胶凝性，经过一定的时间后，会发生凝结或者固化的材料。
例如，水泥就是目前使用范围和使用量最大的一类胶凝材料。
碱激发胶凝材料是由具有火山灰活性或者潜在水硬性原料与碱性激发剂反应生成一类新型无机非金属胶凝材料。
与普通硅酸盐水泥相比，碱激发胶凝材料一般具有强度高，强度发展快，抗冻性好，抗酸腐蚀性好，稳定性好等优点。
可供制备碱激发胶凝材料的原料十分丰富，一般认为[1]，元素周期表中的碱金属第一主族元素如Na、K等与第三和四族(铝硅酸盐)，第二和四族(碱土硅酸盐)，第二和第三族(碱土铝酸盐)等所形成的化合物，第二主族碱金属元素如Mg、Ca等与第三主族(铝酸盐)、第四主族(磷酸盐)、第六主族(硫酸盐)元素的化合物，均具有不同程度的水硬活性。
1.1.2 碱激发胶凝材料的分类碱激发胶凝材料的分类依据较多，最常见的当由南京工业大学杨南如教授所提倡的按照主要原料划分的方法[2]，认为碱激发胶凝材料容易被激发，是由于含钙成分的作用，所以可以将碱激发胶凝材料分为以下三个大系。
1.1.2.1碱激发铝硅酸盐玻璃体系这一类材料包括矿渣、粉煤灰、赤泥、磷渣、煤研石等，其中按照其含钙量又可以分为富钙矿类和贫钙矿类。
前者包括高炉矿渣和磷渣等，后者主要有粉煤灰、煤研石、赤泥等。
富钙矿类材料由于[SiO4]4-较贫钙矿类具有更低的聚合态和更大的活性，所以目前研究者比较多，其中最为成熟的当属碱激发矿渣体系，例如使用碱性水泥熟料激发矿渣制取矿渣硅酸盐水泥等，现在已经得到了大规模的应用，并有相关的国家标准规范。
而粉煤灰等一般与矿渣、磷渣混合后作为碱激发胶凝材料的掺合料，目前也有了一定的应用，例如生产粉煤灰水泥、粉煤灰硅酸盐砌块、粉煤灰加气混凝土及粉煤灰砖等建材。
1.1.2.2碱激发矿石尾矿系(碱激发地聚物体系)这一类材料一般都要经过缎烧等处理后才可以作为制取碱激发胶凝材料的原料。
一般来说，烧黏土主要是经过锻烧生成偏高岭石，而不能够直接使用；也有学者采用锻烧偏高岭石使之生成偏高岭土并与强碱反应的方法制备碱激发胶凝材料；另外，钾长石等长石类尾矿也被用来进行碱激发性能研究。
这类材料的缺陷是，CaO含量太少，需要使用强碱性物质进行激发才可以反应，而且效果并没有碱一铝硅酸盐玻璃体系好，故研究范围较小，热度也较低。
1.1.2.3复合胶凝材料体系这一类材料包括的范围较广。
主要有复合碱激发剂，复合掺合料，或者复合激发剂和复合掺合料一起使用三种。
复合碱激发剂的使用主要是为了弥补单一激发剂效果的不足，对某一项性能进行优化，比如使用氢氧化钠和石膏等的混合物对矿渣进行激发，可以有效调节凝结时间；而利用工业固体废弃物作为复合掺合，能够最大程度地使各种工业废渣进行合理的价值转化，例如，可以用矿渣和粉煤灰作为复合掺合料，在硅酸钠的作用下生产新型胶凝材料，粉煤灰中较为稳定的含有A12O3成分的物质[3]一定程度上可以起到对碱激发矿渣的增强作用，同时材料的致密度也得到大幅改善；复合碱一复合掺合料则在一定程度上具备复合碱和复合掺合料两种工艺的优点，例如使用水玻璃和氢氧化钠作为复合激发剂，偏高岭土和矿渣混合后进行粉磨后作为掺合料，在相同的碱掺入量的情况下，获得了比单纯的氢氧化钠激发矿渣和水玻璃激发偏高岭土都要好的结果。
可见，在单一激发剂或掺合料激发效果不太理想的情况下，制备复合胶凝材料是改善胶凝材料性能的不二选择。
1.2 碱激发矿渣胶凝材料的研究及应用现状1.2.1 碱激发矿渣胶凝材料的制备及其性能研究矿渣作为胶凝材料的组分的研究较早，史才军等[4]的著作中对矿渣的胶凝性研究作了较为详细的总结，认为早在1930年，德国的Kuhl就已经开始研究了氢氧化钾激发矿渣胶凝材料的性能，另有比利时的Purdon于1940年研究了氢氧化钠激发矿渣以及碱性盐、碱激发矿渣无熟料水泥。
1957至1959年间，前苏联的Glukhovsky等[5]研究了使用氢氧化钠或水玻璃作为激发剂来激发碎石、锅炉渣或高炉矿渣微粉的混合物，以及生石灰加高炉矿渣和硅酸盐水泥的混合物，制备了高强度和高稳定性的胶凝材料。
1970年前后，由于担心碱激发矿渣胶凝材料技术不成熟，稳定性不如水泥，其中可溶性碱含量过高，材料中金属离子活性较大，容易引起碱一骨料反应而膨胀，并且腐蚀矿渣和混凝土中的金属骨架，国际上对碱激发矿渣胶凝材料的研究，甚至是对基于碱一胶凝性理论的这一类材料的研究进入了低迷期，直至二十世纪八九十年代。
由于二十世纪九十年代后期研究的学者越来越多，相关技术手段不断进步，再加上这个时期环境污染的进一步加剧，人们对建材行业可持续发展的要求越来越高，碱激发胶凝材料的研究步入正轨，召开了一系列专门化的国际会议，对碱激发胶凝材料的生产和检测提出了一些相关的标准，促使了碱激发胶凝材料研究高峰期的产生。
由于矿渣较粉煤灰、煤研石、钢渣等易激发性更好，这一段时期，碱激发矿渣胶凝材料的研究吸引了越来越多的学者的注意。
在经历一段低迷之后，越来越多的研究者开始系统地考虑碱激发矿渣胶凝材料的制备中可能影响性能的因素，例如，碱激发剂、矿渣的成分、养护制度等，其中，碱激发剂种类的研究较为成熟。
此外，研究者们也把精力放在了综合利用矿渣资源以及其他具有活性的固体工业废弃物上，并且对其应用进行了一系列的探索。
Jian-xiong Chen等[6]研究了碱激发矿渣胶凝材料在较长龄期下的性能变化，特别是对抗压性能的研究，证明了碱激发矿渣胶凝材料的抗压强度会随着时间的增长而增加，不存在较长龄期后强度下降的问题。
Antonio A等[7]的研究结果表明，硅酸钠激发剂的含量影响碱激发矿渣胶凝材料的干缩率，在水化的早期阶段影响最为明显，并且收缩率随着水玻璃中Na的含量的增加而增大。
Vladimir Zivica[8]的研究结果表明，水玻璃对矿渣的激发效果要优于氢氧化钠、硫酸钠等的激发效果，更有利于碱激发矿渣微粉体系中C-S-H凝胶的形成，并且在较低的温度范围内(20-30摄氏度 )，随着温度的升高，样品的水化加速。
闫文涛等[9]研究了水玻璃在高温下对矿渣的激发效果，证明高温激发产物与常温相同，硬化时间随碱含量的增加而加速的结论，但高温水化硅酸钙凝胶的结晶度变差。