武汉理工大学 王发洲、刘志超团队发现钙铝酸盐的“分歧机制”:在碳化基质中从微集料增强体变为单碳铝酸盐密实化驱动力

1. 碳化过程中钙铝酸盐的“钝化”与“微集料”作用

研究发现，在碳化初期，钙铝酸盐（C₁₂A₇和CA）的反应活性会被迅速抑制。其原因是γ-C2S碳化产生的大量碳酸钙产物在钙铝酸盐颗粒表面形成了致密的包裹层，物理阻隔了其与水的接触，使其发生“钝化”。这些被钝化、未反应的钙铝酸盐颗粒在碳化基质中并未成为弱点。相反，它们凭借较高的弹性模量和硬度，以及与碳酸钙基质之间形成的强力界面粘结，扮演了微集料增强体的角色，有助于提升材料的强度。

2. 再水化过程中钙铝酸盐的“再激活”与“碳铝酸盐反应”

更有趣的是，对碳化后的试样进行再水化，可以“唤醒”被钝化的钙铝酸盐。在再水化条件下，钙铝酸盐会与碳化生成的碳酸钙发生反应，生成单碳铝酸盐和氢氧化铝凝胶(AH₃)。这一反应类似于石灰石煅烧粘土水泥（LC³）中的成岩机理，能够有效填充孔隙，使材料孔隙率显著降低，微观结构更加均匀，消除了单纯碳化形成的内外密度梯度。

3. 碳铝酸盐产物的双重影响

碳铝酸盐反应产物对材料性能的影响具有双重性：

正面效应：Mc和AH₃的生成有效细化了孔隙，显著降低了总孔隙率，提高了材料的均质性。

负面效应：与碳酸钙基质相比，碳铝酸盐结合骨架的弹性模量和硬度较低，在一定程度上削弱了材料的整体刚性。

最终，采用“碳化1天与再水化28天”联合养护的试样，其28天抗压强度达到了110 MPa，与纯碳化28天的试样（131 MPa）相比，仅低了16%，但材料的微观结构均匀性得到了根本改善。

（图名都统一放在图片下方)

图1. 熟料粉末的物相组成、粒径分布及水化热曲线。