考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料,其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性,采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics, MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析,模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO₂、CaCO₃不同晶面的静态界面相互作用,并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明：CaCO₃各晶面表现出比SiO₂更强的表面能和表面浸润性,并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强,但CaCO₃晶面各向异性明显,性能稳定性不及SiO₂。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供,由于矿物界面静电作用及浸润特征,交互区水分子聚集,氢键作用明显,同时水分子与Ca²⁺、Na⁺进行配位形成水合离子,有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长,增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中,地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段：第1阶段(0 nm＜界面位移d＜0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用,第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制,为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。     

全固废地聚物稳定钢渣基层的性能及微观特性分析

为探索钢渣集料、粉煤灰、高炉矿渣粉全固废制备道路基层材料的可行性,利用工业固废胶凝潜力,开发地聚物稳定钢渣(GeoSS)基层材料,提出GeoSS混合料设计流程,并研究了不同硅铝质粉料剂量和碱用量对力学强度、干缩性能、碳减排效益、重金属浸出浓度的影响,最后利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM/EDS)分析了GeoSS混合料的地聚合反应和地聚物-钢渣界面特性。结果表明：GeoSS混合料具有优异的抗压强度和劈裂强度,总干缩系数远小于水泥稳定碎石C5,能够满足极重、特重交通的高速公路基层所需的承载能力和路用需求。相较于水泥稳定碎石C5,GeoSS混合料的碳排放当量最高可降低54.21%,具有显著的碳减排效益。地聚物胶凝产物通过物理吸附和化学结合,将固废原材料的重金属离子所封固,浸出液中Pb和其他重金属浓度分别满足Ⅳ级和Ⅲ级地下水标准,对道路周围环境的污染风险较低。粉煤灰和矿渣粉通过碱激发产生了水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)等胶凝产物;同时在地聚物结合料的碱性条件下,钢渣集料表面水化速率加快并产生胶凝化,生成了晶体产物水化石榴石和...