研究人员采用近中性至中等碱性的盐类替代传统高腐蚀性的液体激发剂，开发了一种低碳的一锅法碱激发材料（Alkali-Activated Materials, AAMs），以解决双组分体系在施工与环保方面的缺陷。研究系统考察了硫酸钠（Na2SO4）与碳酸钠（Na2CO3）及其混合激发体系对矿渣砂浆在新拌状态、力学性能和微观结构演变的影响，并通过掺入富钙添加剂——普通硅酸盐水泥（Portland Cement, PC）、消石灰（Hydrated Lime, Ca(OH)2）与生石灰（Quicklime, CaO）进行改性。结果表明，普通硅酸盐水泥在所有激发环境中均能确保稳定的溶解速率与合理的凝结时间；而在纯碳酸钠体系中掺入7.5%生石灰会导致瞬间闪凝，引发严重结构崩解，使90天抗压强度降至16.11 MPa。热重分析（Thermogravimetric Analysis, TGA）与傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）显示，该力学性能衰退与大量未反应的氢氧化钙（Portlandite）累积（质量损失4.51%）而非胶结性C-(A)-S-H凝胶形成有关，超声波脉冲速度（Ultrasonic Pulse Velocity, UPV）显著衰减进一步证实了结构劣化。相反，硫酸盐与碳酸盐混合激发可有效缓冲早期反应动力学，防止闪凝，并将崩解体系的强度恢复至29.16 MPa，同时碳酸盐离子促进后期基体致密化。研究表明，通过在混合激发框架下匹配特定钙基增强剂，可构建稳健且低碳的可持续胶凝材料体系，适用于实际现场施工。
本研究发表于《Sustainable Chemistry and Pharmacy》，针对传统混凝土生产中普通硅酸盐水泥（Ordinary Portland Cement, OPC）高碳排放问题，探索以碱激发材料（AAMs）替代的双组分体系存在的施工风险与环境影响。研究人员指出，双组分碱激发材料因依赖高浓度腐蚀性液体激发剂（如氢氧化钠与水玻璃），在运输、储存、施工及人员健康方面均存在局限，且需要高温养护，限制了其规模化应用。为此，提出一锅法（Just-Add-Water）工艺，将固体激发剂与矿渣干混，现场仅加水即可使用，大幅简化流程并降低碳足迹。然而，单一硫酸钠或碳酸钠激发存在反应动力学迟缓、早期强度不足或凝结异常等问题。研究旨在通过对硫酸钠/碳酸钠混合激发体系与不同富钙添加剂的协同作用进行系统评估，明确其对反应机理、凝结行为、力学性能及微观结构的调控机制，从而为低碳建筑材料设计提供理论与技术支撑。
研究人员采用的关键技术方法包括：以粒化高炉矿渣（Granulated Blast Furnace Slag, GBFS）为主要铝硅源，结合硫酸钠与碳酸钠单组及混合激发体系，引入普通硅酸盐水泥、消石灰与生石灰三类富钙添加剂进行配方优化；通过凝结时间测定区分不同阴离子对早期动力学的影响；利用热重分析（TGA）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征产物相组成与化学键变化；采用超声波脉冲速度（UPV）评估材料结构完整性；辅以抗压强度测试追踪长期性能演变。所有实验均在常温条件下进行，避免了额外热养护带来的能耗。
结果与讨论
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凝结时间：在单一激发剂体系中，硫酸钠激发表现出较快的早期反应，而碳酸钠激发则显著延缓凝结，混合激发可在两者之间取得平衡，有效抑制闪凝风险。
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力学性能：普通硅酸盐水泥在所有体系中均维持稳定强度增长；纯碳酸钠体系中高掺量生石灰导致闪凝与结构崩解，90天抗压强度大幅下降；混合激发体系成功缓解这一现象，并在后期实现基体致密化与强度回升。
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微观结构：TGA与FTIR结果显示，闪凝导致的强度衰退与大量未反应的氢氧化钙堆积有关，缺乏足够的C-(A)-S-H凝胶网络；混合激发促进了凝胶相形成，提升了结构连续性。UPV数据进一步验证了混合激发对结构完整性的改善。
结论翻译
本研究系统揭示了一锅法碱激发矿渣体系中硫酸钠与碳酸钠混合激发及富钙添加剂对反应动力学、凝结行为和力学性能的调控规律。研究发现，普通硅酸盐水泥可稳定各体系反应，而生石灰在高碱度碳酸钠环境中会引发闪凝与结构破坏；硫酸盐离子的引入可有效缓冲早期动力学，防止此类失效，并协同碳酸盐离子促进后期基体致密化。通过合理选择钙基增强剂与激发剂比例，可构建兼具低碳排放与优异性能的可持续胶凝材料体系，为建筑领域的绿色转型提供可行路径。
