多源固废协同活化钢渣胶凝材料：水化机理、收缩调控与C-A-S-H分子模拟

本文提出了一种多源固废协同活化钢渣制备胶凝材料的新策略。通过优化钢渣、电石渣、碱渣、脱硫石膏与NaOH的配比（100:60:20:3:1），在形成高碱高钙环境促进钢渣玻璃相解聚的同时，生成高聚合度C-A-S-H凝胶与钙矾石（AFt）交织的致密结构，使28天抗压强度达34MPa且96天干燥收缩降低42%。结合ReaxFF分子动力学模拟，从原子尺度揭示了Ca/(Si+Al)对C-A-S-H凝胶聚合度及纳米力学性能的调控机制，为固废基胶凝材料开发提供了理论依据与实用方案。

　　

亮点

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  （1）以抗压强度和干燥收缩为评价指标，正交实验设计表明，当钢渣、碱渣、电石渣、脱硫石膏（FGD gypsum）和NaOH的质量比为100:60:20:3:1时，28天抗压强度达到34 MPa，并将96天干燥收缩降低了42%。
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  （2）原材料的协同效应促进了高聚合度C-A-S-H凝胶（平均链长MCL = 8.27）的形成，其具有最佳的Ca/(Si+Al)比（0.95–1.65），并与针状/棒状钙矾石（AFt）晶体交织，显著细化了硬化浆体的孔隙结构。
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  （3）ReaxFF分子动力学模拟表明，随着Ca/(Si+Al)比的增加，C-A-S-H凝胶中硅氧链（Q²）的聚合度先升高后降低，而力学性能（体积模量、剪切模量）在Ca/(Si+Al)比为1.2时达到峰值，从原子尺度揭示了宏观性能增强的机理。

结论

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  （1）基于抗压强度和干燥收缩的评价，正交实验确定最优质量配比（钢渣:碱渣:电石渣:脱硫石膏:NaOH = 100:60:20:3:1），实现28天抗压强度34 MPa且96天干燥收缩降低42%。
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  （2）多源固废协同作用营造独特高碱高钙环境，促进钢渣玻璃相解聚，形成高聚合度C-A-S-H凝胶（MCL = 8.27）与AFt晶体交织的致密结构，显著优化孔隙结构。
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  （3）分子模拟揭示Ca/(Si+Al)比（0.95–1.65）调控C-A-S-H凝胶聚合度与纳米力学性能的机制，为通过固废配比设计提升胶凝材料性能提供原子尺度理论支撑。