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研究目的
碱有利于提高硅酸盐水泥的早期强度，但对其长期强度的发展有着负面影响。目前，碱对硅酸盐水泥长期强度产生负面影响的原因尚不清楚。本研究着眼于具有不同碱添加量的硅酸盐体系的微观结构、抗压强度、孔隙率、内部相对湿度（RH）的变化，以及内部水化反应的发展历程。
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研究方法
抗压强度；X射线衍射（XRD）；压汞法测定孔隙率（MIP）；扫描电子显微镜（SEM）；相对湿度（RH）；饱和孔半径的计算。
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结果及讨论
3.1 抗压强度
碱含量为0.13%~2.13%的白色硅酸盐水泥（WPC）砂浆的抗压强度的发展如图1所示。与0.13%碱含量的体系相比，0.38%和0.63%的碱含量导致WPC早期强度更高，1d的抗压强度分别增加了7.3%和12.4%。此后，该体系的强度发展较慢，在2d和3d时分别被0.13%的碱含量体系超越。对于碱含量为1.13%和2.13%的砂浆，强度始终低于0.13%碱含量的砂浆，含2.13%碱的WPC的7d抗压强度最多减少了35%。
从上述分析来看，低碱含量的体系对早期的强度有积极影响，但阻碍了长期强度的发展，而更高的碱含量（1%及以上）降低了所有研究龄期的强度。这些结果与先前文献中报道的结果基本一致。
图1 不同碱含量白色硅酸盐水泥砂浆抗压强度（w/c=0.4）
3.2 水化程度
图2显示了碱含量对WPC水化程度（DoH）的影响。碱含量增加通常会导致WPC在1d后总水化程度（Total DoH）的降低，引入的碱含量越高，DoH越低。
图2 碱含量对白水泥总水化程度的影响（w/c=0.4）
抗压强度与DoH的关系如图3所示。在测量误差范围内，除了2.13%碱含量的白水泥在相同的DoH下强度明显较低，对于相同的DoH下的含碱白水泥，抗压强度大致相似。
图3 白水泥砂浆的抗压强度与总DoH的关系（w/c=0.4）
3.3 相对湿度（RH）
图4显示了不同碱含量白水泥的内部RH的演变。碱度的增加明显减少了水泥内部的含水量。然而，含水量减少不能仅归因于孔隙饱和度的变化，孔隙溶液中的盐也会影响内部RH。
孔隙溶液的相对湿度（RH）如图4b所示，水泥体系中的RH按碱含量为0.13%、0.63%、2.13%依次递减。此外，在同一水泥体系中，每个龄期的RH值无明显差异，这表明孔隙溶液中的碱浓度在水化1d后没有显著变化。
图4 碱对内部相对湿度的影响
3.4 MIP和最大饱和孔径
图5显示了碱含量为0.13%、0.63%和2.13%的WPC体系在1d、2d、3d、7d以及28d时通过MIP测量的孔体积。计算了在不同龄期保持饱和的孔半径，然后在MIP曲线上标记为虚线。根据MIP和RH结果，总孔体积、饱和以及不饱和部分如图5所示。
图5 不同碱含量（（a）0.13%；（b）0.63%；（c）2.13%）的WPC体系的孔体积。
与碱含量为0.13%的体系相比，1d时，继续添加0.5%的碱会略微减少总孔体积，而继续添加2%的碱会导致更高的孔体积（增加9.7%）。此外，碱含量为0.63%和2.13%体系的孔隙体积始终大于碱含量为0.13%体系的孔隙体积。结果与3.2中所示的结果一致，即碱度的增加使总DoH在1d后迅速减少，从而导致填充孔隙的水化产物减少，孔隙体积变大。
与碱含量为0.13%的体系相比，碱度的增加导致大孔隙的饱和更快。1d时，碱含量为0.13%和碱含量为0.63%的水泥中的饱和孔半径分别为104.5nm和89nm，而碱含量为2.13%体系中的饱和孔半径仅为51.3nm。与饱和孔隙相比，水化产物在这些不饱和的大孔隙中的沉积要慢得多。每个体系中的极限饱和半径随龄期的增加而减小，在28d时，碱含量为0.13%、0.63%和2.13%体系的极限饱和孔半径分别达到9.3nm、5.9nm和5.0nm。随着晶体生长的孔隙变小和所需曲率的增加，沉淀所需的饱和度增加。在碱含量为0.63%和2.13%的体系中，只有凝胶孔在28d时仍然饱和，从而水化作用变得非常缓慢。
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结论
本文研究了不同碱含量下WPC体系的各项性能。比较了不同WPC体系中C-S-H的抗压强度、总水化程度和水化产物的组成。将MIP测量的孔隙率与通过RH评估的饱和孔半径相结合，以更好地说明碱如何在长期劣化强度的发展。根据研究结果，得出以下结论：
（1）所有体系的强度都与水泥的DoH成正比，这表明形成的水化物的空间填充能力没有显著差异。碱含量增加促进了C-S-H水化物中碱离子的吸收，而Ca/Al和Ca/Si比率没有显著变化。
（2）在低碱含量的情况下，最初由于水化反应的加速而导致强度增强，但很快被含有溶液的孔隙半径的减小所抵消。碱含量过高不利于各龄期的强度发展。
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