混凝土是基础设施建设不可或缺的重要材料，其用量也在不断增加，基于可持续发展的需求，建设环境友好型社会的目标，开发高耐久、低资源和能源消耗的新型混凝土具有重要的意义。^[1]

在混凝土生产过程中，通常为了优化混凝土性能，改善其物理力学性能及长期服役性能，常用粉煤灰、矿粉等辅助性胶凝材料部分取代水泥对混凝土性能进行优化。然而，就目前总体情况而言，优质矿物掺合料资源相对有限，且存在资源分布不均、偏远地区运输难等问题。特别是随着国家“一带一路”战略的实施，沿线国家及地区（如东南亚国家缅甸、巴基斯坦等）对国家基础建设更加重视，对优质建筑材料的需求量很大。但由于一些客观原因，这些国家和地区矿物掺合料资源比较匮乏，所以在生产混凝土时只能加大水泥的用量。这不仅大幅增加了混凝土的生产及使用成本，而且会造成混凝土早期放热量大，坍落度经时损失大，早期收缩大等问题，极大影响了混凝土的物理力学性能及耐久性能，甚至可能影响混凝土构件的安全使用。与此同时，废弃石粉资源在这些国家和地区普遍存在。石材经加工之后产生的大量废弃石粉，被直接填埋于地下或者堆积在空地中，造成很大的环境问题，甚至危及人民群众的健康安全。因此，如果能将这些废弃石粉资源用于混凝土生产，不仅将大幅降低混凝土生产成本，改善混凝土性能，同时也能有效解决废弃物资源化利用的问题，一举多得，具有巨大的环保效益、经济效益和社会效益。

珍珠岩作为我国重要矿产资源，储存量充足，价格便宜，在建筑工业领域具有重要应用价值。国内外已有大量的关于珍珠岩作为建筑材料的研究。珍珠岩作为一种物美价廉的掺合料，代替了部分水泥从而降低了混凝土的生产成本，具有很大的经济意义，同时也能促进绿色建材发展的社会效益。

国外学者对珍珠岩-水泥体系已有深入研究。Fodil D 等人^[2]研究了含有火山灰和珍珠岩的混凝土在侵蚀性环境中的抗压强度和腐蚀评价。Agnieszka Rozycka等人制备了轻质混凝土，实验表明导热系数和抗压强度随着膨胀珍珠岩含量的增加而减少，当替代率为40%时，导热值最小，经分析得，膨胀珍珠岩可以被用来替代石英砂。A.A. Ramezanianpour等人^[3]，[4]研究了膨胀珍珠岩取代部分硅酸盐水泥做胶凝材料的混凝土抗压强度，研究表明，煅烧珍珠岩粉可以用作合适的补充胶凝材料。Karein S M M 等人^[5]研究了通过进一步研磨预处理天然珍珠岩粉末以用作辅助胶结材料。Ozkan Sengul等人用膨胀珍珠岩替代部分骨料制成轻质混凝土，结果表明，弹性模量和抗压强度随珍珠岩含量的增加而减小。Ró#380;ycka A 等人^[6]研究了添加珍珠岩废料对蒸压加气混凝土性能的影响，结果表明，膨胀珍珠岩废弃物可以替代硅质源，减少在蒸压加气混凝土生产中用作微团聚体的天然石英砂的消耗。Borvorn Israngkura等人研究不同含量珍珠岩代替砂子和不同含量聚丙烯（PP）纤维混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度，实验表明，加入PP纤维的混凝土，其抗拉、抗压强度没有明显高于不含PP纤维的，此外，PP纤维的存在并没有更有效的提高残余抗压强度和劈裂抗拉强度。Palomar I 等人^[7]研究了透明石灰水泥砂浆与珍珠岩和纤维素纤维的多尺度模型，已经描述了具有和不具有珍珠岩和/或纤维素纤维的PLCM的微观结构模型。Erdo#287;an S T 等人^[8]研究了含有地珍珠岩作为火山灰的水泥浆和砂浆的早期活化，研究了化学和热活化对珍珠岩-波特兰水泥混合物强度发展和放热行为的影响。Sayadi A 等人^[9]研究了聚乳酸对珍珠岩混凝土性能的影响。Ilker BekirTopcu等人研究了不同水泥强度和不同膨胀珍珠岩替代率的破坏性和抗压强度，并且测试所得到轻质混凝土的力学性能，结果表明，膨胀珍珠岩可以取代部分砂子。

国内学者对珍珠岩-水泥体系也有深入研究。徐瑞锋等人^[10]研究了了珍珠岩粉掺量对彩色装饰砂浆泛碱性能、力学性能、吸水性和干燥收缩性能的影响，结果表明，利用珍珠岩粉替代部分水泥，可显著改善彩色装饰砂浆的抗泛碱性能，但随珍珠岩粉掺量的增加，砂浆的强度降低，吸水性及干燥收缩值增大。高原等人^[11]选用20-30目珍珠岩矿砂和20-30目膨胀珍珠岩作为混凝土的细骨料，替代一定量的砂子，采用微观角度和宏观角度相结合的方法研究了珍珠岩种类和替代率对混凝土基本力学性能的影响．试验结果表明：将表面圆润20—30目膨胀珍珠岩掺入混凝土中，膨胀珍珠岩混凝土的保水性比珍珠岩矿砂混凝土更好；膨胀珍珠岩混凝土(20％替代率)的水化反应温差峰值跟基准混凝土的基本一致，达到峰值的时间提前；通过试验综合分析发现．选取20～30目膨胀珍珠岩，替代率为20％左右时，珍珠岩混凝土的基本力学性能最为优异。欧辉等人^[12]，[13]研究了添加少量无机化工产品的珍珠岩磨细粉对混凝土性能的影响，结果表明：其在混凝土中具有较高的火山灰活性，可适量替代水泥并使混凝土工作度、后期抗压强度和耐久性有所提高；在蒸压养护混凝土和高强混凝土中提高力学性能的优势表现尤为突出，是混凝土，特别是高强、高性能混凝士的优质活性掺合料。段庆普等人^[14]压汞法测试掺加质量分数为0～40％珍珠岩掺合料水泥石的微孔结构参数，分析珍珠岩掺合料对3，28，60d龄期水泥石孔结构参数：孔隙率、中值孔径、孔比表面积和孔级配的影响。结果表明：随着养护龄期延长和二次水化反应的进行，珍珠岩掺合料对水泥石起到了降低孔隙率、减小孔径和孔表面积的作用，可改善和优化后期水泥石的孔结构，使这些微孔从早期的少害孔(孔径20～50nm)细化为后期的无害孔(孔径lt;20nm)，甚至消失，有助于提高水泥基材料的力学强度和耐久性。喻乐华等人^[15],[16]采用以抗压强度构成为基础的火山灰效应定量指标，研究其在水泥砂浆和混凝土中随珍珠岩粉掺量、细度及养护方式、龄期和配合比的变化特征，结果表明：经蒸压处理的混凝土即使珍珠岩粉掺量达到20%-60%（质量分数）其抗压强度也可与未掺的基准样品基本一致；对混凝土强度的绝对值而言掺合料的最佳掺量为15%（质量分数），此时混凝土强度最高；其它火山灰效应参数如R_a、R_p、C_p在所讨论范围内大体随着掺量增加而提高.

本研究的目的是用废弃珍珠岩粉作为矿物掺合料取代部分水泥以研究其在水泥基材料中的应用，并通过不同养护方式探究其在建筑材料行业的高效资源化利用途径。本研究中，通过水化热、水化产物等技术手段研究珍珠岩-水泥体系水化进程及水化产物，通过扫描电镜对其微观结构进行表征，并在此基础上进一步探究珍珠岩粉在水泥体系中的作用机理及其对砂浆物理力学性能、耐久性能的影响规律，建立珍珠岩-水泥体系胶凝材料体系理论，以此指导废弃珍珠岩粉在混凝土工业生产施工中的应用。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：用珍珠岩粉取代部分水泥做掺合料，制备珍珠岩-水泥体系。

材料表征：通过XRD/XRF/SEM等微观测试手段对原材料的化学成分及微观形貌进行表征；通过粒度分析对不同细度珍珠岩粉的颗粒粒径进行分析；通过微量热仪对珍珠岩粉-水泥体系水化放热进行表征；通过标稠需水量、凝结时间、流动度对珍珠岩粉-水泥体系物理性能及工作性能进行表征；通过XRD/TG-DSC/SEM等微观测试手段对体系水化进程及水化产物进行表征。通过抗压强度对其物理力学性能进行表征；在此基础上探究珍珠岩粉对体系水化进程、水化产物的影响及其对珍珠岩粉-水泥砂浆宏观性能的影响规律。

研究内容：