近日，深圳大学高等研究院房国豪研究员在复合材料学科顶级期刊《Composites Part B: Engineering》（2020年影响因子：9.078，中科院一区）发表了题为“In-situ X-ray tomographic imaging of microstructure evolution of fly ash and slag particles in alkali-activated fly ash-slag paste” 的研究论文。该论文原位跟踪分析了工业废弃物（粉煤灰和矿渣）在碱激发建筑材料中的微观结构演变机理。该工作由深圳大学、清华大学和英国伦敦大学学院合作完成。深圳大学高等研究院为该论文的第一完成单位，房国豪研究员（深圳大学）为论文的第一作者，张明中教授（伦敦大学学院）为论文的通讯作者。

碱激发材料是一种新型的建筑胶凝材料，该材料是通过城市和工业固体废气物（如粉煤灰和矿渣）和碱激发液制备而成的类水泥凝胶，相对于传统硅酸盐水泥具有低能耗、低二氧化碳排放和环保等优势，可作为潜在的新型绿色建筑材料。但是，碱激发材料的合成涉及复杂的反应过程，存在着从微观到宏观的多重作用机制，目前相关的基础理论和关键技术研究仍处于初步阶段，缺乏系统的认知。本研究针对碱激发材料的内部微观结构演变机理，采用X射线微观断层扫描技术对该材料内部颗粒的反应过程进行原位无损的跟踪分析。

图1. 粉煤灰（fly ash）和矿渣（slag）颗粒在碱激发材料中的原位反应过程

本研究发现粉煤灰和矿渣颗粒在早期溶解过程中表现出一定的均一性，但是随着反应时间的增加，颗粒反应的不均匀特性表现明显，这与原始颗粒的内部化学成份分布不均匀以及初始缺陷相关。由粉煤灰和矿渣颗粒聚合反应产生的凝胶（如N-A-S-H gels 和 C-A-S-H gels）会吸附在未反应颗粒表面形成一道物理屏障阻碍其进一步反应。此外，研究也发现了粉煤灰颗粒与矿渣颗粒之间存在相互作用机制，矿渣溶解出来的钙离子有助于促进粉煤灰颗粒的反应溶解。该研究首次揭示了粉煤灰和矿渣颗粒在碱激发材料真实环境中的微观结构原位演变规律，推进了碱激发材料反应机理的基础研究。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836821005990