高温下碱激发粉煤灰-矿渣浆体的多尺度微观结构演变

此章内容整理自发表于大二暑假参与的房国豪特聘教授的项目研究实验内容，发表于Cement and Concrete Composites (2023)的研究成果，旨在填补关于碱激发粉煤灰-矿渣（AAFS）在高温环境下微观结构演变知识的空白，为促进其在耐火材料领域的应用提供理论支持。

项目概述与方法

为了深入理解碱激发粉煤灰-矿渣（AAFS）浆体在高温下的性能表现，本项目系统研究了其在20°C至800°C温度范围内的多尺度微观结构演变。研究采用了一套综合性的先进表征手段，将观测对象划分为三个层级：在Level I（固体凝胶颗粒）和Level II（凝胶基体）层面，利用29Si核磁共振（NMR）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）来解析纳米结构变化、化学键断裂及物相转化；在Level III（浆体微结构）层面，通过背散射电子显微镜（BSEM）、压汞法（MIP）和X射线显微计算机断层扫描（XCT）技术，定量监测孔隙结构的演变、裂纹的萌生与扩展以及三维损伤特征。

主要发现与结论

研究结果揭示了AAFS在高温下的复杂损伤机制。在低温阶段（20°C至200°C），主要表现为自由水和结合水的蒸发导致微裂纹沿未反应颗粒边缘萌生。当温度升高至600°C至800°C时，微观结构发生剧烈变化：C-A-S-H和N-C-A-S-H凝胶发生分解，转化为交联度更高的N-A-S-H凝胶，并伴随霞石（nepheline）和钙铝黄长石（gehlenite）等新晶相的生成。

值得注意的是，在800°C时，尽管宏观上材料因孔压累积出现结构劣化，但微观层面发生了粘性烧结（viscous sintering）和熔融现象，这使得凝胶基体变得更加致密，并愈合了部分微裂纹。该研究成功建立了一个涵盖固体颗粒、凝胶基体到宏观浆体的多尺度损伤模型，阐明了孔结构粗化与相变重组是导致高温性能演变的关键因素。