广州大学土木工程学院广东广州510006
摘要：本文综述了碱激发胶凝材料的研究背景、发展现状、制备工艺、形成机理以及潜在的应用前景进行了综述;碱激发胶凝材料的活性激发方式做了分析，综合分析了碱激发胶凝材料作为结构材料研究的局限性，并提出当前研究存在的问题和今后研究的发展方向。
关键词：碱激发胶凝材料;混凝土；力学性能；耐久性；综述
1.研究背景
硅酸盐水泥是建筑工程中不可或缺的建筑工程材料，其用量之大，使它成为人类使用量最大的人工材料。硅酸盐水泥在近二百年的实验中，将其生产工艺、生产设备、粉磨设备、质量检验及控制方法等都取得了巨大的进步。其性能相对硅酸盐水泥稳定，价格相对低廉，可以满足社会基础建设的需要。从工业与民用建筑到水利、公路、桥梁、隧道等都大量地使用硅酸盐水泥(1)。
然而，硅酸盐水泥本身存在固有的不足，其一，能源与资源消耗大，污染大。在制作过程中会产生诸多缺点：①需消耗大量优质的燃料②需消耗大量的电能③需消耗近4亿吨石灰石和大量粘土这些不可再生的矿物资源④因石灰石分解和燃料燃烧释放出大量的，以及，等有毒气体，导致严重的环境污染，其中尤以巨大的排放量给地球的温室效应不断添加沉重砝码。
随着工业的发展，产生了大量的工业废渣，如废渣不能被有效利用，一定造成环境污染、能源与资源浪费等许多问题。这些问题迫使我们去研究和开发更多更加符合科学发展观的新材料。
因此，研究胶凝材料是近年来新发展起来的一种新型无机非金属胶凝材料，它的抗压抗折强度、抗酸碱侵蚀性、抗冻融性、耐久性能、渗透率、耐高温性能、隔热等性能均优于普通硅酸盐水泥。另外，碱激发胶凝材料制备工艺简单、无需烧制、能耗低、成本低、市场广，是21世纪最具发展潜力的一种胶凝材料。这类材料多以铝硅酸盐类矿物为主要原材料。许多工业固体废弃物如：钢渣、矿渣、粉煤灰等，主要矿物成分均为硅酸盐或铝硅酸盐类。所以这些工业固体废弃物均可作为制备碱激发胶凝材料的主要原材料，这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。碱激发胶凝材料研究开发正是基于上述原因而兴起。
2.研究的发展及现状
碱激发胶凝材料是一种在制备工艺、反应机理等多方面有别于传统胶凝材料（如硅酸盐水泥）的水硬性胶凝材料。因此，要认识这种材料就必须首先给它一个准确的定义。
目前，对这种材料较为接受的定义有三种：（1）富含硅铝矿物的粉末与液体碱激发剂混合，能够凝结硬化为固体材料，称之为地质聚合物；（2）低钙或无钙的铝硅酸盐（黏土质）和碱金属的溶液混合均匀后而能够硬化的胶凝材料，称为土壤水泥；（3）经历碱溶解及硅铝聚合凝结过程的胶凝材料，可分为碱激发胶凝材料和地质聚合物。虽然上述定义的描述性语言不同，但都提及到了碱的重要作用，因此碱激发反应成为无论是高钙还是低钙体系的共同过程。基于此，从广义上讲所有因与碱溶液拌合而能够凝结硬化的水硬性胶凝材料都可以称为碱激发胶凝材料。碱激发必须满足的四个基本要素：（1）以硅、铝、钙质废弃物或矿物为粉体原料；（2）以碱金属或碱土金属盐为激发剂；（3）经历溶解、再聚合过程而凝结硬化；（4）具有水硬性，并拥有与硅酸盐水泥等传统胶凝材料相似的性能。
2.1、碱激发胶凝材料的发展历史
碱激发的思想最早可追溯至上世纪30年代德国kiihl进行的开创性工作，他利用氢氧化钾溶液研究矿渣的胶凝活性。至1940年，比利时的purdon首次以矿渣为原料、以氢氧化钠或碱金属盐为激发剂制备并获得了无熟料水泥。自此，碱激发胶凝材料的研究便拉开了序幕。
2.2、碱激发胶凝材料的研究现状
碱激发胶凝材料的组成为激发剂、硅铝质粉体的多元体系，且其性能又受外加组分、制备条件等多因素的影响，因此人们关注的重点是激发剂特性及外部条件等因素对性能的影响。另外，探索硅铝质原料在激发剂作用下的反应机制也是该领域的主要研究内容。
3.碱激发胶凝材料的制备工艺
由于采用天然矿物制备的碱激发地质聚合物的抗压强度较低，后来发展为天然矿物与固体废弃物为混合原料的碱激发胶凝材料，最具代表性的一类是以偏高岭土与粒化高炉矿渣为混合原料，另一类是以粉煤灰与粒化高炉矿渣为混合原料(2)。碱激发偏高岭土—矿渣基胶凝材料是由碱激发偏高岭土生成的地质聚合物凝胶与碱激发矿渣生成的水化硅酸钙凝胶二种分立的凝胶体系所组成，由于两种凝胶表面的相互作用，亦存在相互交织的混合相，块体材料显示出高的力学性能。
4.优势
发展碱胶凝材料有很多的优势：（1）已有的研究成果，对其性能、机理已有一定的掌握；（2）利用更多的是工业废渣，可降低对环境的污染，降低能源消耗，生成环境友好的胶凝材料；（3）较好的力学性能和耐久性；（4）研究证明，通过优化原材料配合比可以获得性能与硅酸盐水泥相当甚至更优的胶凝材料，特别是耐高温性和耐腐蚀性；（5）在固化放射性废物方面，碱激发胶凝材料具有硅酸盐水泥无法比拟的优点。
5.存在的问题
在发展碱胶凝材料过程中出现了一些问题，在今后研究工作中，应致力解决这些问题，为碱胶凝材料的进一步发展和应用扫清障碍，具体如下：制定处适合于这类胶凝材料相应的标准，而不是直接套用现有的硅酸盐水泥的标准，尤其是其耐久性方面的规范。因为碱胶凝材料在很多耐久性方面优于硅酸盐水泥；应该更好地理解这类胶凝材料（如不同胶凝材料之间）反应产物及反应机理；原材料的处理过程很重要，如矿渣、粉煤灰、锂渣等的磨细细度及激发方法等；所用原材料单一，目前大多研究的是碱矿渣胶凝材料的各种性能，这不符合混凝土多元化发展的趋势，且我国粒化高炉矿渣大多数已作为水泥或混凝土混合材料，价格比较昂贵，而目前的其他工业渣体如粉煤灰、火山灰、锂渣、磷渣、石灰石粉、煤渣、钢渣、铜渣没有得到充分利用，因此，对多种废渣进行研究利用具有重要的意义。
6.未来展望
综上可见，目前关于碱激发胶凝材料及混凝土的研究已有很多，但国内外将其大规模应用于实际工程的还不多。要实现产业化应用，目前还有很多问题需进一步研究解决(3)。
1)碱激发胶凝材料主要采用天然粘土(如:高岭土)、各种冶金废渣(如:钢渣、矿渣、赤泥)、各种尾矿(如:煤矸石，镍一铜尾矿）等因原产地、制造工艺之不同、化学成分及矿物相迥然不同，制备的碱激发胶凝材料的性能千差万别，还需加大对碱激发胶凝材料的微观结构、激发机理、力学性能、热学性能和长期耐久性等进行系统地研究，积累庞大数据，归纳普遍规律，采取合适的制备工艺，提高该类材料的长期耐久性。
2)如果要使碱激发胶凝材料加快满足工程化应用的要求，应该建立本材料的技术规范或行业标准，因为技术规范或行业标准是施工方以及用户使用该材料的依据和保障。
3)虽然萘系减水剂对NaOH激发胶凝材料体系有效，但仍具很大局限性，且减水剂用量过大导致混凝土性能下降，因此，迫切需要寻找适应于碱激发材料的减水剂。
参考文献
1.王成.碱磷渣胶凝材料复合减缩限裂外加剂的研究[硕士]:河海大学;2008.
2.张耀君,杨梦阳,康乐,张力,张科.一类新型碱激发胶凝材料催化剂的研究进展.无机材料学报.JournalofInorganicMaterials.2016;31(3):225-33.
3.孔德玉,张俊芝,倪彤元,蒋靖,方诚.碱激发胶凝材料及混凝土研究进展.硅酸盐学报.JOURNALOFTHECHINESECERAMICSOCIETY.2009;37(1):151-9.