创新性GGBFS- Alccofine- Metakaolin三元复掺提升绿色混凝土力学性能的协同机制研究

为降低混凝土行业碳足迹并提升力学性能，研究人员通过三元复掺矿渣粉(GGBFS)、Alccofine和偏高岭土(MK)开展绿色混凝土研究。结果表明30%GGBFS+15%Alccofine+10%MK组合使28天抗压强度提升54.12MPa，SEM显示其通过协同火山灰效应和致密微观结构实现性能突破，为可持续建材开发提供新范式。

　　

混凝土行业贡献了全球约8%的CO₂排放，其中水泥生产每吨熟料释放1吨CO₂。传统混凝土面临力学性能与环保需求难以兼顾的困境，而单一掺合料存在早期强度不足或成本过高等局限。如何通过多材料协同效应实现性能与环境效益的双赢，成为建材领域亟待解决的难题。

来自某高校的研究团队在《Hybrid Advances》发表研究，系统评估了矿渣粉(GGBFS)、Alccofine(AL)和偏高岭土(MK)三元体系对M40混凝土的增强机制。通过设计14组配合比，采用抗压/抗折强度测试结合扫描电镜(SEM)分析，发现30%GGBFS+15%AL+10%MK组合使90天抗压强度达70.21MPa，较对照组提升55%。微观结构证实该组合通过梯度粒径分布实现致密堆积，同时激发协同火山灰反应，显著提升钙矾石(C-S-H)凝胶生成量。

关键技术包括：1) 按IS标准制备M40级混凝土试件；2) 设置7/28/56/90天多龄期强度测试；3) 采用2000kN压力机进行力学性能评估；4) 通过高分辨SEM观察微观形貌。

【3.1 抗压强度】
梯度实验显示30%GGBFS、15%AL和10%MK分别为单掺最优比例，28天强度提升31.3%-49.2%。三元复掺展现超叠加效应，90天强度达70.21MPa，归因于AL超细颗粒(1200m²/kg)的微集料效应与MK高活性SiO₂(52%)的火山灰反应协同作用。

【3.2 抗拉强度】
三元体系后期(90天)抗拉强度达8.19MPa，优于单掺体系。SEM显示AL填充界面过渡区(ITZ)孔隙，MK反应消耗Ca(OH)₂形成交织状C-S-H网络，共同提升抗裂性。

【3.3 抗折强度】
28天抗折强度8.57MPa的突破源于GGBFS持续水化与MK早期活性的时空互补。荷载-位移曲线显示三元组件具有更优延性，对应SEM中观测到的纤维状C-S-H定向排列。

【3.4 微观结构】
对比普通混凝土的疏松结构(孔隙率>15%)，三元体系呈现"鹅卵石铺路"式紧密堆积。能谱分析证实AL中CaO(32.2%)与MK中Al₂O₃(46%)的化学反应生成更多铝改性C-S-H，使孔隙率降低至5%以下。

该研究首次阐明GGBFS-AL-MK三元体系通过"物理填充-化学激发-时空协同"三重机制提升混凝土性能。30%GGBFS提供长效水化，15%AL实现纳米级致密化，10%MK优化早期强度发展，三者协同减少水泥用量43%，每方混凝土可减排CO₂约198kg。研究为《巴黎协定》背景下建材行业低碳转型提供了可工业化实施的技术方案，其建立的"梯度复掺-多尺度表征"研究方法对开发新型复合胶凝材料具有范式意义。