煤炭是我国的主要能源，在我国能源安全稳定供应中的保障作用依然无可替代。然而，煤自燃灾害一直困扰着煤炭安全开采、储存与应用。煤自燃火灾不仅造成了化石能源的极大浪费，还生成大量的有毒有害气体，在一些条件下，煤自燃还会引发瓦斯、煤尘爆炸，导致重特大恶性事故的发生。因此，煤自燃火灾防治已成为保障煤矿安全生产必须解决的主要问题之一。

封堵漏风，减少向火区供氧，降低煤氧接触概率，是防治煤自燃火灾的最有效的技术手段之一。目前，煤矿井下常用的堵漏材料主要为有机堵漏材料和无机堵漏材料2类。其中，有机堵漏材料以有机高分子为主要成分，主要分为聚氨酯泡沫、酚醛泡沫和脲醛泡沫等，可以快速膨胀固化并堵漏风，但是，有机堵漏材料成本较高，而且井下应用时存在安全风险，不适用于在煤矿井下大范围堵漏使用。无机堵漏材料主要有黄泥和水泥基材料，其中，黄泥在裂隙较大的漏风区域易产生“拉沟”现象，而且堆积性较差；而水泥基材料制备简单、施工灵活，因此，现阶段，国内煤矿井下主要采用的是水泥基无机堵漏材料。然而，水泥基堵漏材料普遍存在易收缩开裂的缺点，影响堵漏风及防灭火效果；尽管目前已有研究采用膨胀剂收缩补偿、减缩剂减缩以及纤维增强等技术调控水泥基材料的收缩开裂问题，但是水泥生产过程中的高能源消耗和高碳排放给我国环境保护和资源有效利用带来了巨大压力，不符合“碳达峰、碳中和”的战略发展需求，亟需寻找新的环保材料替代水泥基材料。为实现“双碳目标”，以粉煤灰、矿渣等工业固体废弃物为原料制备碱激发胶凝堵漏材料成为近年来的研究热点之一，优异的力学强度、凝结快、耐久性好，且生产工艺具有能耗低、低碳排放的优点，使其成为水泥基材料可能的替代品。而随着城镇化进程的加快，城市每年产生的生活垃圾总量快速增长，垃圾焚烧处理成为我国城市生活垃圾无害化处理的主流方式，如何安全高效地消纳城市垃圾焚烧底灰(MSWI-BA)也成为亟需解决的问题。城市垃圾焚烧底灰的主要组成成分与粉煤灰相似，主要含有SiO₂、Al₂O₃和CaO等成分，这些成分是制备碱激发胶凝材料所必须的前体。如果能将城市垃圾焚烧底灰制备成胶凝材料充入煤矿井下，既可以实现城市垃圾焚烧底灰的资源化利用，又可以替代水泥基材料堵漏防灭火，将是一种很有潜力的矿用环保堵漏防灭火材料。然而，目前以粉煤灰等工业固废为原料制备的碱激发胶凝材料仍表现出一定的开裂收缩性，尤其是受热后表现出巨大的干燥收缩性，这种现象在以城市垃圾焚烧底灰为原料的胶凝材料中也不可避免，这将影响堵漏风效果，因此，如何改善固废基胶凝材料的抗收缩开裂性是开发替代水泥基堵漏材料的城市垃圾焚烧底灰基胶凝堵漏材料的关键。

研究表明，海藻酸钠(SA)是一种主要结构为β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸的天然多糖，分子结构中富含羧基，可以与大部分二价及以上阳离子配位形成具有三维网络结构的水凝胶，交联网络在外力作用下通过配位键的断裂耗散能量，断裂的配位键还可以在一定条件下再键合，因此，SA与二价以上阳离子的配位交联水凝胶均表现出较好的力学恢复性能和能量耗散性，例如，SUN等在聚丙烯酰胺交联网络中采用硫酸钙和海藻酸钠共混制备了海藻酸钠交联网络，使凝胶的断裂能提高到约9000J/m²；TANG等利用钙离子与SA高分子链反应形成了具有优异的力学性能的壳聚糖/SA/钙离子双网络水凝胶；研究者们也尝试采用多种方法改性海藻酸钠水凝胶，赋予其稳定的凝胶结构，改善力学性能，例如，通过内部设置法、物理修饰法、化学修饰法以及物理−化学复合改性法提高海藻酸钠水凝胶力学强度。因MSWI-BA中含有Ca²⁺和Al³⁺，均可与SA通过配位键形成可逆的物理交联点，因此，SA与Ca²⁺和Al³⁺的配位交联水凝胶具有改善MSWI-BA-GBFS基胶凝堵漏材料抗收缩开裂性的潜力。基于此，笔者探索利用碱激发MSWI-BA和粒化高炉矿渣(GBFS)形成MSWI-BA-GBFS基三维共价网络，采用SA改性MSWI-BA-GBFS基三维共价网络，研制一种可以替代传统水泥基堵漏材料的耐高温、抗开裂收缩的SA改性MSWI-BA-GBFS基胶凝堵漏材料。