碱激活煤矸石胶凝材料的力学性能与微观机理研究 张学静、 周明远、 梅媛、 卢洪平

《Buildings》：Study on Mechanical Properties and Microscopic Mechanisms of Alkali-Activated Coal Gangue Cementitious Materials Xuejing Zhang, Mingyuan Zhou, Yuan Mei and Hongping Lu

　　摘要
碱激活的水泥基材料（AACMs）因其低碳足迹、高耐久性和优异的机械性能而被认为是有前景的绿色建筑材料，是传统水泥的可行替代品。这些材料主要利用工业副产品，如煤矸石、钢渣和气化渣。碱激活过程为建筑行业提供了一条环保的途径。为了应对大规模利用大宗固体废物的需求，本研究建立了一个由煤矸石、钢渣和气化渣组成的三元固体废物协同系统，并研究了基于该系统的AACMs的制备和性能优化。通过正交实验确定了最佳混合比例，并分析了不同养护龄期下各种因素对机械性能的影响。结果表明，所有AACMs的流动性均满足一般回填应用的要求。在碱激活剂中，Na2SO4对流动性的影响最小。在单一激活剂条件下，与无水硫酸钠相比，硅酸钠（水玻璃）和氢氧化钠对强度发展的影响更大。对于复合激活剂系统，影响抗压强度的参数重要性顺序为：硅酸盐模量 > 碱激活剂含量。当混合比例为55%煤矸石、45%钢渣和5%气化渣，以及硅酸盐模量为1.2和水玻璃含量为8%时，28天的最大无约束抗压强度达到了7.653 MPa。这分别比未激活组和单一激活剂组提高了540.95%和299.25%。微观结构分析显示，AACMs的增强完整性和强度归因于水化产物（主要是C–S–H和C–A–S–H凝胶）对孔隙的填充。本研究成功开发了基于煤矸石-钢渣-气化渣三元系统的高性能AACMs，阐明了硅酸盐模量在复合激活剂中的关键调节作用及其微观结构强化机制。这些发现为大宗工业固体废物在建筑材料中的高价值、大规模利用提供了理论基础和技术支持。

1. 引言
快速的城市化带来了大量的拆除和重建，产生了大量的建筑废物[1]。建筑废物占城市固体废物的40%，其中大部分没有得到回收[2]。每年，建筑和拆除废物都带来巨大挑战，在欧盟、美国和中国，其数量分别达到8.5亿、5亿和15亿吨[3]。煤矸石堆是一种由不同粒度和形状的矸石颗粒组成的异质松散介质。由于上部孔隙率低，容易积聚热量。当温度达到可燃材料的点燃温度时，会发生自燃，对环境和社会造成严重危害[4]。作为煤炭开采产生的主要固体废物，煤矸石已成为一个亟待解决的环境问题，因为其无序储存会侵占土地资源并破坏生态系统。目前，有许多利用煤矸石的方法，如填充材料、制备煅烧高岭土、基于煤矸石的发电、作为铝基化学原料、制备烧结砖用于建筑、制备水泥熟料混合物、制备环保材料以及作为混凝土粗骨料[5,6]。钢渣在我们的工厂中被回收用作熔炼溶剂，以替代石灰石并回收大量的Fe和其他元素，如Mn、Ni和Cu[7,8,9,10]。
碱激活的水泥基材料是一种无机聚合物，具有三维网络结构，由碱激活剂引发的聚合反应形成，使用活性SiO2和Al2O3（铝硅酸盐固体废物）作为原料。它具有能耗低、碳排放低、水化热低和优异耐久性的优点，是一种潜在的水泥替代材料[11,12,13,14,15]。最常用的碱激活原料是煤矸石、钢渣、偏高岭土和其他富含硅和铝的工业副产品或天然矿物。尽管偏高岭土表现出高活性并且可以在室温下固化，但由于价格较高，其应用受到限制[16]。目前最常用的碱激活材料是煤矸石和钢渣[17]。在激活剂的作用下，碱激活材料经历一系列化学反应，如溶解和聚合，分子重新排列成非晶态凝胶网络结构。这与普通波特兰水泥不同。波特兰水泥的水化产物主要由低聚合度的无机小分子组成，而碱激活的水泥基材料则具有高聚合度[18,19,20,21,22,23,24,25]。Palmero等人[26,27]发现，在强碱环境中，经过一系列化学反应（如原料的溶解和聚合）后，通过分子重组和排列形成了新的凝胶结构。根据原料中不同的钙含量（CaO的质量比），形成的凝胶类型也不同。低钙含量的碱激活材料的水化产物主要是钠铝硅酸盐水合物（N-A-S-H）凝胶或钾铝硅酸盐水合物（K-A-S-H）凝胶。高钙含量的碱激活材料的水化产物主要是钙铝硅酸盐水合物（C-A-S-H）凝胶或钙硅酸盐水合物（C-S-H）凝胶[28,29,30,31,32]。
近年来，研究表明煤矸石具有火山灰活性物质的特性，在碱激发后可以形成水硬性水泥基体系。作为波特兰水泥的替代材料，它在建筑材料领域显示出显著的应用潜力[33,34,35]。这一技术路径不仅实现了大宗固体废物的高价值利用，还通过减少对水泥行业的依赖而显著降低了碳排放，并促进了固体废物回收和低碳建筑材料的发展[36,37,38,39]。目前的研究重点在于煤矸石基材料的活性激发机制：Zhang等人[40]揭示了水玻璃-氢氧化钠复合激活剂的模量对地质聚合物的流动性、抗压强度和微观结构的调节作用。Ma[41]讨论了激活剂模量、渣含量和激活剂固体含量对煤矸石-渣砂浆的抗压强度和干燥收缩的影响。研究发现，较高的渣含量和水玻璃模量会导致砂浆经历更长的干燥收缩期。Han等人[42]系统总结了煤矸石的激活方法，并提出通过碱含量、硅酸钠模量、养护条件和钙基材料来优化煤矸石地质聚合物的机械性能和可加工性。Cheng等人[43]讨论了富铝煤矸石水泥基材料的氯离子结合性能。样品的相组成通过XRD和TG-DTG进行了分析。含有Al2O3的辅助水泥基材料的产物中含有Friedel盐。随着Ca/Si和Si/Al摩尔比的增加，煤矸石样品的氯离子结合能力先增加后减少。Zhou Mei等人[44]使用Box–Benhnken设计在表面响应方法中发现，当煤矸石粉含量为40%、水玻璃模量为1.6、水玻璃含量为12.2%时，28天的抗压强度最佳。煤矸石粉和粉煤灰通过溶解、单体重组和聚缩形成非晶相C-(N)-S-A-H凝胶提供机械强度。Ma[45]使用NaOH和Na2SiO3碱激活剂制备了煤矸石-渣地质聚合物。结果表明，液固比是影响碱激活煤矸石水泥基材料流动性和强度的主要因素。此外，随着Ca/Si比的增加，高钙渣中的Ca2+促进了与Na+的交换，产物从N-A-S-H凝胶转变为C-(A)-S-H凝胶。许多学者表明，单一碱激活的水泥基材料无法充分利用其各种组分，但多样化固体废物具有互补效应。它们共同形成钙-硅-铝前体组合，并具有协同激发作用[46,47,48,49]。
尽管现有研究取得了显著进展，当前的知识体系仍面临以下未解决的问题：(1) 煤矸石、钢渣和气化渣这种特定三元固体废物组合的协同碱激活效应和机制尚未系统研究；(2) 碱激活剂模量和含量在多组分复合体系中对抗压强度和微观结构性能的关键调节作用尚不清楚；(3) 大多数研究集中在抗压强度的发展上，而对协同优化流动性和强度的混合设计方法关注不足。因此，为了深入理解多源固体废物的协同激活机制并促进其工程应用，本研究选择了煤矸石、钢渣和气化渣来构建一个三元固体废物系统。使用硅酸钠、氢氧化钠和无水硫酸钠作为激活剂，我们系统研究了不同类型激活剂、模量和剂量对水泥基材料流动性和无约束抗压强度的影响。本工作的创新之处在于：(1) 首次对“煤矸石-钢渣-气化渣”三元系统的协同碱激活性能进行了系统研究和混合优化；(2) 采用正交实验结合功效系数方法实现了材料流动性和机械性能的多目标协同优化；(3) 通过XRD和SEM等微观结构表征技术阐明了该三元系统在碱激活下的产物演变和结构强化机制，从而明确了碱模量的关键作用。本研究旨在为工业固体废物的高价值资源利用和低碳水泥基材料的发展提供理论基础和技术支持。

2. 材料与方法
2.1 材料
本实验中使用的煤矸石选自黄岭1号和黄岭2号矿区；钢渣选自汉城雷诺粉（汉城雷诺粉科技有限公司，中国汉城）；气化渣选自蒲城清洁能源化工有限公司的废渣场（中国蒲城）；通过5毫米筛网筛选的样品被选为室内测试的基本原料。原料的主要化学成分见表1，三种材料的粒径分布见图1。
表1. 原料的主要化学成分。
图1. 三种不同材料的累积粒径分布。
氢氧化钠（NaOH）是一种分析纯度（≥96%）的白色晶体片状物；硫酸钠（Na2SO4）的化学纯度（浓度≥99.0%）；实验中选用的水玻璃由水玻璃储备溶液（Na2SiO3）和氢氧化钠制成，通过添加氢氧化钠调整水玻璃的模量。根据实验设计的需求，水玻璃的模量需要调整为三种不同的模量：1.0、1.2和1.4。水玻璃储备溶液的具体参数值见表2。
表2. 硅酸钠储备溶液的参数值。
2.2 混合比例
水泥基材料采用煤矸石、钢渣和气化渣的三元系统在碱激活下制备。基线混合比例为：煤矸石55%、钢渣40%、气化渣5%，水-胶凝剂比为0.43。在正交实验中使用了三种碱激活剂——硅酸钠（Na2SiO3）、氢氧化钠（NaOH）和硫酸钠（Na2SO4），详见表3。N0组作为无碱激活剂的对照组。N1-N9组研究了单一激活剂在不同剂量下对机械性能的影响。W1-W9组研究了水玻璃模量和碱含量对机械性能的影响。
表3. 碱激活水泥基材料的混合比例。
2.3 样品制备与养护
水泥基材料样品主要是通过手工混合制备的。将片状NaOH或无水Na2SO4固体溶解在30–40°C的去离子水中，搅拌至完全溶解，然后密封并静置24小时以达到室温。这确保了解决方案的均匀性，并消除了溶解热的影响。对于硅酸钠活化剂，需要加入的NaOH固体质量是根据目标模量（1.0、1.2、1.4）和剂量来计算的。将片状氢氧化钠倒入装有30-40°C水的烧杯中，并不断搅拌直至完全溶解。然后将所得的氢氧化钠溶液静置24小时。随后，在持续搅拌的情况下，将此氢氧化钠溶液倒入硅酸钠储备溶液中。完全混合后，让溶液再静置3小时以获得所需的硅酸钠溶液。按照表3中规定的比例称量煤矸石、钢渣、气化渣和碱活化剂。对于每种混合比例，制备18个试样。将这些混合物放入尺寸为70.7毫米×70.7毫米×70.7毫米的三联砂浆模具中，压实后在模具内养护24至48小时。使用脱模装置脱模后，重新编号这些试样，并根据其序列号将其放入相应的养护环境中，继续养护至指定的测试龄期。

2.4. 测试方法
2.4.1. 流动性测试
流动性测试使用坍落锥进行。测试过程中，将坍落锥放置在防水布上。将复合水泥混合物分三层倒入锥体中，每层的填充高度约为锥体高度的三分之一。从边缘向中心螺旋状捣实每一层。整个填充过程完成后，刮去多余的物料，并用抹刀平整顶部表面。然后立即垂直提起坍落锥。使用钢尺测量混合物在两个垂直水平方向上的扩散直径。取两个扩散直径的算术平均值作为复合水泥材料的流动性值。测试过程如图2所示。

2.4.2. 无约束抗压强度测试
在7天、14天和28天的养护龄期，使用液压伺服控制测试机对水泥材料试样进行无约束抗压强度测试。整个测试过程中，轴向加载速率保持在0.1 kN/s。无约束抗压强度基于峰值破坏载荷计算。为了减少实验变异性，每个混合组测试三个重复试样。报告的无约束抗压强度值代表这三个测量值的算术平均值。根据标准的统计异常值剔除准则，如果最大值或最小值与中值偏离超过15%，则将该异常值排除，并重新计算剩余两个试样的无约束抗压强度。如果两个极端值都超过这个15%的偏差阈值，则整个数据集将被丢弃。测试仪器如图3所示。

3. 结果与讨论
3.1. 流动性分析
图4显示了碱活化下复合水泥材料的流动性值。所有三种碱活化剂都降低了流动性；其中，Na2SO4对复合水泥材料的流动值影响最大，而NaOH和Na2SiO3的影响最小。在测试的配方中，W5混合物的流动性最低，为258.5毫米，超过了中等等级的下限8.5毫米。相反，N4混合物的流动性最高，为385.4毫米，超过了良好等级的下限35.4毫米。就工程应用而言，传统的回填作业需要满足中等流动性标准的材料，而受限工作空间则需要良好的流动性性能。因此，碱活化的复合材料普遍满足一般回填应用的流动性要求。

图5显示了碱激发下复合水泥材料的流动性值。如图所示，三种碱活化剂都会降低复合水泥材料的流动值。其中，Na2SO4对复合水泥材料的流动值影响最大，而NaOH和Na2SiO3的影响最小。这对流动性值有很大影响。在不同的碱激发条件下，W5的流动性值最低，为258.5毫米，比“一般”等级的下限高8.5毫米。N4的流动性值最高，为385.4毫米，达到了“良好”等级的标准，而“良好”等级的下限比其高35.4毫米。对于一般的回填项目，需要确保填充材料的流动性达到“一般”水平；对于狭窄工作面的回填项目，其流动性必须达到“良好”标准。

3.2. 无约束抗压强度分析
3.2.1. 单一活化剂条件下影响无约束抗压强度的关键因素分析
表5显示了单一碱激发下复合水泥材料的抗压强度。与未加碱激发的组相比，三种碱活化剂都提高了复合水泥材料的抗压强度，其中Na2SiO3和NaOH的增强效果更明显。Na2SO4的增强效果大于Na2SiO3。在Na2SiO3激发下，7天、14天和28天的抗压强度最大；而在未加碱活化剂N0的情况下，7天、14天和28天的抗压强度分别增加了573.49%、470.05%和299.25%。NaOH激发下7天、14天和28天的抗压强度排名第二，而未加碱活化剂N0的7天、14天和28天的抗压强度分别增加了2.439 MPa、3.286 MPa和3.379 MPa。因此，选择Na2SiO3和NaOH作为后续混合碱激发的活化剂。

图5说明了养护龄期对单一活化剂条件下强度发展的影响。所有系统都表现出随着龄期的增加而逐渐增强的趋势。用Na2SiO3或NaOH活化的试样在7至14天期间的强度增长速率高于后期14至28天阶段。相反，Na2SO4活化的试样在中后期表现出明显的强度增长。这种性能差异源于不同的反应机制：强碱性系统（包括Na2SiO3和NaOH）促进快速的多聚缩合反应，从而加速早期强度发展；而中等碱性的Na2SO4则依赖于逐渐形成的钙矾石和硅酸钙水合物，导致在较长时间内的逐步强度提升。

3.2.2. 单一活化剂条件下无约束抗压强度的范围分析和方差分析
为了研究碱活化剂类型和剂量对复合水泥材料抗压强度的影响，采用了范围分析和方差分析方法。这些方法有助于识别主要影响因素，并通过系统比较确定最佳参数组合。范围分析是正交试验数据分析中常用的分析方法之一。范围分析的计算过程相对简单。通过比较测试结果对应的范围值，可以得出每个因素对目标的影响程度。范围指的是不同水平测试结果之间的最大差异。计算公式为kmax ? kmin。范围越大，因素的重要性越高，对响应目标的影响也越大。

方差分析（ANOVA）是由英国统计学家F. A. Fisher提出的统计方法。方差分析可以通过分析不同自变量对响应目标的影响来确定每个因素的影响。与范围分析相比，方差分析可以考虑单个因素的波动对整体实验结果的影响，分析实验结果的重要性，并判断实验数据的波动是由于因素水平的变化还是实验误差造成的。因此，方差分析常用于正交设计结果的分析，范围分析的结果也会得到验证和补充。

表6详细列出了单一活化剂条件下不同养护龄期无约束抗压强度的范围分析。结果表明，影响无约束抗压强度的因素重要性排序为：碱活化剂类型（A）> 碱含量（B）。因素A的范围值显著大于因素B，表明活化剂类型是控制无约束抗压强度发展的主导变量。在三种活化剂中，Na2SiO3和NaOH的影响显著大于Na2SO4。从范围分析得出的最佳参数组合为A3B2。

表7显示了不同单一碱活化剂下不同养护龄期复合水泥材料抗压强度的方差分析结果。当测试指标为7天、14天和28天时，因素A的F检验值大于99%置信度下的临界值99.0，达到高度显著的水平；当测试指标为7天和14天时，因素B的F检验值大于95%置信度下的临界值19.0，也达到显著水平；当测试指标为28天时，因素B的F检验值大于90%置信度下的临界值9.0，也达到显著水平。各因素的影响程度顺序为A > B，且各因素的显著影响规律与范围分析结果一致，说明测试结果是合理的。

表8显示了混合碱激发下复合水泥材料的无约束抗压强度。与单一碱激发组相比，混合碱激发组的抗压强度基本更强。当水玻璃的模量为1.2且含量为8%时，复合水泥材料的28天无约束抗压强度最大，达到7.653 MPa，比非碱激发组的28天无约束抗压强度高6.459 MPa。

图6显示了不同模量对复合水泥材料28天无约束抗压强度的影响。从图中可以看出，随着模量的增加，28天的抗压强度先增加后减小。随着模量的增加，NaOH的含量减少。NaOH的含量决定了溶液的碱度，高碱度促进了前体颗粒中铝硅酸盐相的溶解。当模量为1.4时，OH离子的浓度变小，水玻璃提供的硅酸盐离子浓度过高，硅酸盐离子的聚合度较大，这抑制了增强凝胶相的形成，导致强度下降。相反，当模量过小（小于1.0）时，尽管Na2O的含量较高，但对玻璃体的分解有利，但硅酸盐离子浓度较低，只能依赖Na2O，因此不利于强度的发展。NaOH促进了复合胶凝材料的分解，水玻璃中的硅胶与Ca2+和Al3+形成了C-A-S-H凝胶。因此，当模量适中（最高为1.2）时，硅酸盐浓度适当且提供了足够的碱，这促进了稳定的硅铝凝胶网络的形成，结构更加致密，从而提高了抗压强度。图6显示了不同模量对复合胶凝材料28天无约束抗压强度的影响。图7显示了不同碱含量对复合胶凝材料28天无约束抗压强度的影响。从图中可以看出，随着碱含量的增加，28天的抗压强度先增加后减小。当碱含量为6%时，碱度不足，煤矸石中的高岭石和钢渣中的二钙硅酸盐未能完全溶解，反应不完全，强度较低。当碱含量为10%时，过高的OH浓度导致反应过快，局部热应力增加，产生微裂纹；同时产生了过多的非凝胶态钠盐，消耗了有效碱并增加了孔隙率；由于快速沉淀，凝胶结构变得松散。因此，当碱含量为8%时，提供了最佳的碱度，完全溶解了煤矸石中的Si/Al和钢渣中的Ca2+，并控制了反应速率，有利于有序聚缩形成高密度凝胶，从而提高了强度。图7显示了不同碱含量对胶凝材料28天无约束抗压强度的影响。

3.2.4 在复合活化剂条件下无约束抗压强度的范围分析和方差分析
对不同龄期下复合胶凝材料在混合碱激发下的抗压强度值进行了范围分析，结果见表9。从表中可以看出，在复合碱激发下，每个龄期因素对抗压强度值的影响程度为一级顺序：碱模量 > 碱活化剂含量，当碱模量为1.2时，影响程度最大。根据范围分析的结果，复合胶凝材料在碱激发下的最佳比例为A2B2。

3.3 复合碱激发条件下正交试验方案的优化设计
为了全面考虑复合胶凝材料在混合碱激发下的抗压强度和流动性，需要使用效率系数法来确定胶凝材料强度的最佳比例。效率系数法是一种基于多目标编程原理对一个或多个指标进行综合分析的数学方法。在本研究中，以混合碱激发下7天和28天的抗压强度和流动性作为评价指标d1、d2和d3。通过效率系数法反映了这三个评价指标的综合影响，然后确定了复合胶凝材料在混合碱激发下的最佳比例。效率系数法规定，评估值最高的指标的效率系数为1，其余指标的效率系数为其评估值与最高指标值的比值。总效率系数D的计算公式为?? = 3√(d1·d2·d3)，该值反映了评估指标的整体情况。D值越大，方案越好。然后，通过计算某一水平下不同因素的D值的算术平均值Ki，确定填充材料的最佳配比。表11是混合碱激发下复合胶凝材料正交试验的效率系数计算表。根据表中的分析，考虑到复合胶凝材料在复合碱激发下7天和28天的抗压强度和流动性，W5组方案的总效率系数最高（D = 0.924），即水玻璃的模量为1.2且水玻璃含量为8%时。

4. 微观结构特性研究
4.1 XRD分析
图8是不同模量下复合胶凝材料在碱激发下的XRD图谱。从复合胶凝材料的X射线衍射结果可以看出，其主要晶相包括二钙硅酸盐（2CaO·SiO2, C2S）、三钙硅酸盐（3CaO·SiO2, C3S）、Ca(OH)2、CaCO3以及未参与反应的部分石英（SiO2），这些为复合胶凝材料的水化反应提供了大量的离子成分，促进了无机胶凝材料的水化反应。观察到石英（SiO2）衍射峰的强度变化，随着活化剂模量的增加，强度先减小后增大。当模量较低时，系统的碱度较高，OH?浓度较高，石英峰的强度降低。然而，当模量过低时，过量的OH?会在矿物表面迅速形成致密的水化产物层，阻碍内部石英的持续溶解。同时，快速生成的水凝胶可能会包裹未反应的颗粒，抑制后续反应，这解释了低模量样品强度较低的原因。随着模量的增加，OH?浓度降低，但硅酸盐的聚合能力增强。石英的溶解速率和水化产物的形成速率达到平衡，凝胶结构更加均匀，因此石英峰的强度降低，分散峰的面积增大。当模量过高时，碱度不足，石英的溶解受到抑制，残留的石英增多，衍射峰强度回升。

总之，碱活化剂的模量通过调节OH?和硅酸盐物种的浓度显著影响石英的溶解速率和C-S-H/C-A-S-H凝胶的形成，从而决定了复合胶凝材料的力学性能。适当增加模量有利于形成更多的凝胶，但模量过高或过低都不利于系统的完全水化反应。

4.2 SEM分析
为了进一步探讨复合胶凝材料内部的反应机制和强度体系的来源，选取了不同模量下在碱激发下的复合胶凝材料样品片段进行扫描电子显微镜测试，如图9所示。当模量为1.0时，系统中仅形成少量的C-S-H和C-A-S-H凝胶，主要以针状晶体和絮状形式存在，相互交织并紧密填充在颗粒间隙中，但存在许多孔隙，结构较为松散。当模量增加到1.2时，系统中的水化产物增多；除了形成针状产物外，还生成了大量无定形凝胶相物质。结合XRD结果，推断这是C-S-H凝胶化和C-A-S-H凝胶化作用。致密的基质大大优化了材料的微观结构接触形式，使样品结构更加平滑紧密。此外，聚集的C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶和层状的Ca(OH)2在材料表面和孔隙中大量生长，使材料的微观结构更加致密，从而形成了更稳定的网络结构。当模量达到1.4时，由于碱活化剂中NaOH含量的降低，复合胶凝材料前体的分解受到限制，生成的水凝胶材料逐渐减少；微观结构的致密程度降低，生成的水凝胶无法填充颗粒间的间隙，从而导致强度下降。

5. 结论
研究了不同碱活化剂和不同模量及含量对复合胶凝材料的流动性、无约束抗压强度和微观机制的影响。
(1) 三种碱活化剂都会降低复合胶凝材料的流动性值。其中，Na2SO4对复合胶凝材料流动性值的影响最小，而NaOH和Na2SiO3的影响较大。然而，在三种碱活化剂激发下，复合胶凝材料的流动性值仍能满足一般回填工程的要求。
(2) 在单一碱激发下，三种碱活化剂均提高了复合胶凝材料的抗压强度，其中Na2SiO3和NaOH对胶凝材料强度的影响大于Na2SO4。通过范围分析和方差分析可以看出，在单一碱激发下，对抗压强度值的影响程度为一级顺序：碱活化剂 > 碱活化剂含量，复合胶凝材料在单一碱激发下的最佳比例为A3B2。
(3) 在碱激发下，复合胶凝材料的无约束抗压强度基本优于单一碱激发组，并且随着模量和碱含量的增加而先增加后减小。当模量为1.2且含量为8%时，28天的无约束抗压强度达到最大值7.653 MPa，比非碱激发组和单一碱激发组分别高出540.95%和299.25%。通过范围分析和方差分析可以看出，在复合碱激发作用下，各年龄因素对抗压强度值影响的主次顺序为：碱模量 > 碱激活剂含量；复合胶凝材料在复合碱激发作用下的最佳抗压强度值为A2B2。(4)考虑到复合胶凝材料在7天和28天时的抗压强度及流动性，并通过效率系数计算表可知，当选择W5组方案（即水玻璃模量为1.2、水玻璃含量为8%）时，胶凝材料的总效率系数最高（D = 0.924）。(5)通过对比不同模量复合胶凝材料在碱激发作用下的XRD和SEM图像可以发现，复合胶凝材料在碱激发作用下的强度主要通过Si-O键和Al-O键的断裂以及水化反应生成的C-S-H凝胶与C-A-S-H凝胶之间的胶结作用来建立。