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硅铝质玻璃体是高炉矿渣、粉煤灰、磷渣、铬渣、镍渣等多种大宗工业废渣的主要成分,目前全国累积量达数十亿吨,且每年排放5亿吨以上的玻璃体废渣(主要是低品位粉煤灰、磷渣和各类冶金渣),不断累积,亟待处理。含硅铝质玻璃体的工业废渣与硅酸盐水泥熟料可以协同水化形成胶凝能力。因此,大掺量使用硅铝质玻璃体工业废渣制造水泥已经成为建材工业消纳固体废渣和绿色、低碳、可持续发展的重要途径。大量硅铝质玻璃体废渣被排放而未能在水泥制造中应用的主要原因是其水化活性较小、胶凝活性较低,在水泥中大掺量使用将极大降低水泥强度,故而难以满足质量要求。因此,提升硅铝质玻璃体废渣水化活性以增强其胶凝能力,是扩大水泥工业消纳硅铝质玻璃体废渣范围和提高消纳能力的关键技术。论文以新型纳米功能材料聚合铝为改性材料,以水泥基材料主要胶凝相C-A-S-H凝胶分子结构和胶凝能力为研究对象,基于聚合铝能够参与玻璃体矿渣微粉水化并调控C-A-S-H凝胶分子结构进而提高凝胶胶凝能力的科学假设,对比分析了聚合氯化铝与其他铝盐在矿渣水泥水化过程中的作用,明确聚合氯化铝发挥增强作用的主要成分及铝的状态,探究聚合氯化铝增强矿渣硅酸盐水泥的微观机理。主要研究内容有以下几点:(1)揭示了聚合氯化铝发挥增强效应的主要机理,提出其水解生成羟基铝离子参与矿渣水化,促进矿渣溶蚀,增加水化产物的量,从而降低体系大孔孔隙率的创新观点。并从凝胶分子结构角度表征了羟基铝离子改性C-A-S-H凝胶微结构机制。(2)从物质传输和离子扩散角度研究了Al在C-A-S-H凝胶分子中结构位置对其层板结构的影响规律。针对矿渣颗粒水化过程中的物质传输机理提出聚合铝改性C-A-S-H凝胶,增加凝胶微结构层板间距,提高凝胶微孔含量,促进矿渣颗粒侵蚀水化的微观途径。(3)从C-A-S-H凝胶分子结构角度,研究了聚合氯化铝对其分子平均链长和聚合度的影响规律,表征分析了凝胶中Al的结构位置,理论分析了其对凝胶纳米微晶形貌和相互结合力的影响规律。水化浆体C-A-S-H凝胶分子的平均链长和聚合度降低使得C-A-S-H凝胶微晶趋向于细晶化和分布均匀化。细晶化和分布均匀化的C-A-S-H凝胶表现出更强的范德华力,从而增加凝胶的胶凝能力。(4)从C-A-S-H凝胶分子结构Al的化学环境角度,Al(V)是Ca、Mg等二价离子对Al(IV)进行电荷补偿时促使Al(IV)变形而成。在C-A-S-H凝胶结构中,Al以Al(IV)形态引入凝胶主链,随后发生畸变成Al(V)。而Al(VI)形态位于AFm和AFt相中,所以Al(V)向Al(VI)配位态转变必然会导致凝胶主链断开。这就是聚合氯化铝改性矿渣硅酸盐水泥C-A-S-H凝胶平均链长降低的原因。