混凝土作为最重要的建筑材料,应用领域广泛,但作为混凝土主要原材料的胶凝材料,却面临着新的挑战。硅酸盐水泥虽然具有原料来源广、生产技术成熟的优点,但存在消耗自然资源大、能耗高、污染环境等缺点。有必要探索与环境相协调的新型胶凝材料。本文在分析了煤矸石和粉煤灰性质的基础上,以煤矸石、粉煤灰等粘土质固体废弃物为主要原料,通过一价金属的碱和盐,与二价金属的钙盐联合激发,研制出一系列具有胶凝特性的新型胶凝材料及其衍生制品;通过实验数据的分析,验证了其具有较高的强度和较好的耐久性;通过原料选择、工艺流程和工艺参数选择等试验,对这类材料的一些实际生产与应用技术进行了探讨;探索该胶凝体系在普通建筑工程和海洋工程中应用的可行性;最后,利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜等设备,对该胶凝体系的水化过程、水化产物及显微形态进行了分析和研究,探讨了碱激发水泥-煤矸石(粉煤灰)胶凝材料的水化硬化规律及机理。通过本文的研究,可以得到如下结论:(1)仅靠碱性激发剂来激发烧粘土获得的胶砂强度不高,实用价值不大。掺入硅酸盐水泥可以显著提高激发效果。在碱性激发剂的激发下,可以实现35%的熟料、65%的煤矸石生产32.5级水泥;50%~60%的熟料、40~50%的粉煤灰可以生产42.5级水泥。由此可以节约水泥生产的资源和能源,而且更有利于环境的改善,对水泥工业持续发展具有重大意义。(2)在碱激发水泥-粉煤灰体系试验中,通过正交试验分析了水泥与粉煤灰两种基质材料在不同物质组分配比、不同激活剂及加量、不同水灰对碱激发胶凝材料的影响,总结了最佳配比:粉煤灰40%、水泥为54.8%、激发剂-1为1.2%、激发剂-2为4%。用此配制的混凝土和易性能满足施工的要求,28天强度值与等量水泥的混凝土相当。(3)在碱激发水泥-煅烧煤矸石体系试验中,首先分析了煤矸石的物理化学性质,结果显示两种煤矸石(产地为淄博和龙口)在600℃煅烧2小时活性最高。选用35%硅酸盐水泥和65%煅烧煤矸石,通过分析不同的NaOH / Na2SiO3比,比不同量的碱激发剂以及减水剂的影响,得出结论32.5级碱激发水泥-煅烧煤矸石水泥的配比为:35%的硅酸盐水泥、65%煅烧煤矸石、NaOH:Na2SiO3=2:1、外掺激发剂的量为2%、减水剂0.3%。(4)简单介绍了水泥-煅烧煤矸石胶凝材料的生产工艺,分析了该胶凝材料的经济技术指标,估算了生产成本,并与普通硅酸盐水泥进行比较。得出结论:利用现有立窑水泥生产工艺,可以生产碱激发胶凝材料;其生产具有工艺简单、投资少、成本低、能耗少等优势,是一种具有发展前景的绿色环保节能建材。