王文龙教授团队在硫铝系低碳胶凝材料负温环境应用研究中取得新成果

近日，能源与动力工程学院绿色能源与材料团队在硫铝系低碳胶凝材料负温环境应用研究中取得新进展，相关成果以“Properties and hydration characteristics of an iron-rich sulfoaluminate cementitious material under cold temperatures”为题，发表在无机非金属材料领域国际顶级期刊Cement and Concrete Research (中科院一区TOP/JCR Q1，IF =11.958)上。山东大学为该成果的唯一完成单位，王旭江副研究员为第一作者，王文龙教授与王旭江副研究员为该研究的共同通讯作者，共同指导的博士生孙德强为该研究的主要完成人。

硫铝系胶凝材料作为一种原料适应性宽、煅烧温度低的高性能绿色低碳胶凝材料，在我国固废资源化与水泥产业低碳转型中扮演着重要角色。与硅酸盐胶凝材料相比，硫铝系胶凝材料具有早强、快凝、高强、高抗渗和耐侵蚀等突出优点。以大宗固废的高值化利用为目标，开发高铁型的硫铝系胶凝材料并将其应用到负温环境工程中具有重要的科学和应用价值，学术界与工业界对其广泛关注。

该研究以钢铁、冶金、煤电、矿业等领域的典型固废钢渣、铝灰、脱硫石膏和尾矿为原料，成功在1200℃低煅烧温度下制备了高铁型（Fe2O3>9.5%wt.）全固废基硫铝系胶凝材料，并探究了其在低/负温环境中的性能与水化机制。研究发现Fe掺杂可引起活性矿物硫铝酸钙晶型转变，表现出更集中的早期水化放热特性，进而提高了早期水化程度与材料抗冻害能力。在低负温养护过程中，水化反应持续增进，AFt相与铝胶持续生成，材料微观孔隙结构更为致密，进而保证了材料长期性能的增长。高铁型硫铝系胶凝材料在各温度下的3d强度性能全面高于PC52.5硅酸盐胶凝材料28d的强度；其在恒负温养护条件下28d抗压强度为22.3MPa（-10℃）和64.1MPa（-5℃），远高于PC52.5的3.1MPa和10.6MPa。该成果对于寒冷地区超常环境工程建设和固废高值化利用等具有重要的指导意义。


低负温下硫铝系胶凝材料物化特性表征

该研究工作得到了国家重点研发计划、山东省重大科技创新工程计划等项目的资助，燃煤污染物减排国家工程实验室、山东省固废绿色材料工程实验室、山东大学新泰工业技术研究院、山东大学-诺丁汉大学绿色能源与材料国际联合研究中心等平台提供了有力支撑。

山东大学绿色能源与材料团队一直致力于利用大宗工业及城市固废“协同互补-定向矿化-两级跃迁”制备硫铝系绿色材料的研究创新，承担了多项国家重大重点科技项目，实现了多系列材料产品的规模化生产和产业化应用，形成了山大特色的技术体系，入选了济南市、山东大学高价值专利组合项目，入选山东大学首届十大高价值应用科技成果。王文龙教授带领团队提出了“有机固废能源化-无机固废材料化-有机无机互补化-能源材料链通化”的系统理念和技术路线，致力服务于低碳零碳工业流程再造和绿色低碳循环发展，近年来在相关领域取得了一系列研究进展。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2023.107152