无机聚合物混凝土高温性能研究进展

于 惇

（重庆市沙坪坝区后勤工程学院, 重庆 01311）

无机聚合物混凝土高温性能研究进展

于 惇

（重庆市沙坪坝区后勤工程学院, 重庆 01311）

无机聚合物混凝土是通过碱激发将高炉矿渣或煤灰等基础材料聚合而形成的一种新型硅铝质胶凝材料。在无机聚合物混凝土碱激发反应中，基础材料可分解出Si,Al，进一步重新聚合形成-Si-O-Al-O-Si-或-Si-O-Si-的三维网状材料[1]， 因此比较传统的混凝土材料， 无机聚合物混凝土具有快硬、早强、环保、耐腐蚀、储备方便不易变质的优势，是当前材料学的一个研究重点方向。由于无机聚合物混凝土本身具备独特三维网络状结构，这种材料在耐火性能方面优势更突出。有研究表明，无机聚合物混凝土的工程性能不仅更加优良，高温性能劣化机理也与普通混凝土有本质上的差异[2]。本文则主要对无机聚合物混凝土高温性能劣化机制、静动力学性能变化、以及该材料的耐火性能方面作一综述。

1 无机聚合物凝胶高温性能研究

胶凝体高温性能对无机聚合物混凝土高温力学性能有着较为显著的影响，不同配方体系的胶凝体的高温性能将决定无极聚合物混凝土的高温性能。Kong等[3]分析发现高温时发生的聚合反应是决定粉煤灰凝胶体强度的关键因素。对于这个体系，粉煤灰和激发剂的添加比是其强度和高温性能的最主要的决定因素。同时研究还发现，试件的大小不同，耐高温性能也不相同。Pan等[4]指出激发剂中阳离子的种类和硅酸盐的浓度、粉煤灰的构成成分以及荷载对材料的软化温度都是影响粉煤灰胶凝体高温性能的相关影响。

2 无机物聚合混凝土高温强度损伤的机制

氢氧化钙高温下水解氧化钙，氧化钙冷却后吸水生成氢氧化钙，这一过程中材料体积的增大和原有结构的破坏是普通混凝土强度受损的重要原因。而无机聚合物混凝土不含游离氢氧化钙，其具备三维网状结构[5]，因此二者的高温强度破坏机制完全不同。无机物聚合混凝土内部各组分在高温下所发生物理化学变化是其耐高温性能的主要决定因素[6]。一项对矿粉粉煤灰基无机聚合物混凝土温度变化和抗压强度改变的研究表明，200℃以下时矿粉粉煤灰基无机聚合物混凝土中未反应的铝硅酸盐物质同其中的自由水发生聚合或络合后，整体材料的结构会更加紧实，强度反而提高；当温度达200℃时，材料中的自由水蒸发，聚合反应停止，且自由水的蒸发也会导致结构产生微小缺陷，此时强度同常温基本一致。但当温度超过800℃时，材料试件内部正常结构发生急剧分解，强度快速下降[7]。另有研究发现，无机聚合物混凝土的高温强度降低同其内部孔隙压力和物理化学变化相关外，还与各组分温度变形系数不同有关，高温下其骨料出现明显收缩，导致高温形变不均一，加之本身毛细孔隙率较低，高温下容易发生爆裂剥蚀，并导致强度下降[8,9]。

3 无机聚合物混凝土高温静力学性能

混凝土在经历高温时及高温后的抗压强度和变形能力是衡量其工程应用价值的重要参考指标。对无机聚合物混凝土的静力学性能是本领域一个研究热点，尤其是高温形变规律和高温抗压因素两个方面。Junaid等[10]对粉煤灰基无机聚合物混凝土在不同恒温时间下高温强度变化进行分析，发现给予的恒温时间越长，试件高温强度越趋于稳定，适当、恒定的高温能促进聚合反应同时不会导致强度损伤。Kong等[11]试验表明非恒温高温处理的无机聚合物混凝土残余强度较恒温高温处理明显下降，同时通过膨胀测试发现骨料和凝胶体的不协调形变是高温强度损伤的原因之一。另一研究表明[12]，试件尺寸和骨料直径也是粉煤灰基无机聚合物混凝土高温后残余强度的影响因素。

4 无机聚合物混凝土高温动力学性能

王志坤等[13]在高温环境下通过SHPB试验对高温-冲击耦合作用下矿渣粉煤灰基无机聚合物混凝土动态抗压强度进行了分析实验，结果发现在60-130/s应变率内无机聚合物混凝土呈现留芯、碎裂、粉碎破坏的变化步骤且200℃时其动态抗压强度较常温条件下是有所增加的，以后随着温度升高而降低。高志刚等[14]发现动力荷载下无机聚合物混凝土的抗压能力与其本身强度特点和变形能力有关，且与冲击压缩强度呈线性相关。

5 展望

无机聚合物混凝土这种新型材料在国内外相关领域已经进行了较为深入的研究，尤其是其高温性能的研究。但是作为一种新型的工程材料，目前的研究仍不足以完全阐述其高温特性，相信在今后的研究中将进一步的完善，为今后更广泛合理的应用打下牢固的理论基础。

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[4]PAN Z， SANJAYAN J G，COLLINS F．Effect of transient creep on compressive strength of geopolymer concrete for elevated temperature exposure［J］．Cement and Concrete Research，2014(56):182-189

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[13]王志坤,许金余,任韦波,等.高温下地聚合物混凝土损伤演化及动态本构模型研究[J]. 振动与冲击,2016,(02):110-115.

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1007-6344（2017）10-0276-01

姓名：于惇（1993-08）；性别：男，籍贯：山东省莱阳人，学历：重庆市沙坪坝区后勤工程学院硕士研究生在读，研究方向：结构工程