無機聚合物混凝土高溫性能研究進展

于 惇

（重慶市沙坪壩區后勤工程學院, 重慶 01311）

無機聚合物混凝土高溫性能研究進展

于 惇

（重慶市沙坪壩區后勤工程學院, 重慶 01311）

無機聚合物混凝土是通過堿激發將高爐礦渣或煤灰等基礎材料聚合而形成的一種新型硅鋁質膠凝材料。在無機聚合物混凝土堿激發反應中，基礎材料可分解出Si,Al，進一步重新聚合形成-Si-O-Al-O-Si-或-Si-O-Si-的三維網狀材料[1]， 因此比較傳統的混凝土材料， 無機聚合物混凝土具有快硬、早強、環保、耐腐蝕、儲備方便不易變質的優勢，是當前材料學的一個研究重點方向。由于無機聚合物混凝土本身具備獨特三維網絡狀結構，這種材料在耐火性能方面優勢更突出。有研究表明，無機聚合物混凝土的工程性能不僅更加優良，高溫性能劣化機理也與普通混凝土有本質上的差異[2]。本文則主要對無機聚合物混凝土高溫性能劣化機制、靜動力學性能變化、以及該材料的耐火性能方面作一綜述。

1 無機聚合物凝膠高溫性能研究

膠凝體高溫性能對無機聚合物混凝土高溫力學性能有著較為顯著的影響，不同配方體系的膠凝體的高溫性能將決定無極聚合物混凝土的高溫性能。Kong等[3]分析發現高溫時發生的聚合反應是決定粉煤灰凝膠體強度的關鍵因素。對于這個體系，粉煤灰和激發劑的添加比是其強度和高溫性能的最主要的決定因素。同時研究還發現，試件的大小不同，耐高溫性能也不相同。Pan等[4]指出激發劑中陽離子的種類和硅酸鹽的濃度、粉煤灰的構成成分以及荷載對材料的軟化溫度都是影響粉煤灰膠凝體高溫性能的相關影響。

2 無機物聚合混凝土高溫強度損傷的機制

氫氧化鈣高溫下水解氧化鈣，氧化鈣冷卻后吸水生成氫氧化鈣，這一過程中材料體積的增大和原有結構的破壞是普通混凝土強度受損的重要原因。而無機聚合物混凝土不含游離氫氧化鈣，其具備三維網狀結構[5]，因此二者的高溫強度破壞機制完全不同。無機物聚合混凝土內部各組分在高溫下所發生物理化學變化是其耐高溫性能的主要決定因素[6]。一項對礦粉粉煤灰基無機聚合物混凝土溫度變化和抗壓強度改變的研究表明，200℃以下時礦粉粉煤灰基無機聚合物混凝土中未反應的鋁硅酸鹽物質同其中的自由水發生聚合或絡合后，整體材料的結構會更加緊實，強度反而提高；當溫度達200℃時，材料中的自由水蒸發，聚合反應停止，且自由水的蒸發也會導致結構產生微小缺陷，此時強度同常溫基本一致。但當溫度超過800℃時，材料試件內部正常結構發生急劇分解，強度快速下降[7]。另有研究發現，無機聚合物混凝土的高溫強度降低同其內部孔隙壓力和物理化學變化相關外，還與各組分溫度變形系數不同有關，高溫下其骨料出現明顯收縮，導致高溫形變不均一，加之本身毛細孔隙率較低，高溫下容易發生爆裂剝蝕，并導致強度下降[8,9]。

3 無機聚合物混凝土高溫靜力學性能

混凝土在經歷高溫時及高溫后的抗壓強度和變形能力是衡量其工程應用價值的重要參考指標。對無機聚合物混凝土的靜力學性能是本領域一個研究熱點，尤其是高溫形變規律和高溫抗壓因素兩個方面。Junaid等[10]對粉煤灰基無機聚合物混凝土在不同恒溫時間下高溫強度變化進行分析，發現給予的恒溫時間越長，試件高溫強度越趨于穩定，適當、恒定的高溫能促進聚合反應同時不會導致強度損傷。Kong等[11]試驗表明非恒溫高溫處理的無機聚合物混凝土殘余強度較恒溫高溫處理明顯下降，同時通過膨脹測試發現骨料和凝膠體的不協調形變是高溫強度損傷的原因之一。另一研究表明[12]，試件尺寸和骨料直徑也是粉煤灰基無機聚合物混凝土高溫后殘余強度的影響因素。

4 無機聚合物混凝土高溫動力學性能

王志坤等[13]在高溫環境下通過SHPB試驗對高溫-沖擊耦合作用下礦渣粉煤灰基無機聚合物混凝土動態抗壓強度進行了分析實驗，結果發現在60-130/s應變率內無機聚合物混凝土呈現留芯、碎裂、粉碎破壞的變化步驟且200℃時其動態抗壓強度較常溫條件下是有所增加的，以后隨著溫度升高而降低。高志剛等[14]發現動力荷載下無機聚合物混凝土的抗壓能力與其本身強度特點和變形能力有關，且與沖擊壓縮強度呈線性相關。

5 展望

無機聚合物混凝土這種新型材料在國內外相關領域已經進行了較為深入的研究，尤其是其高溫性能的研究。但是作為一種新型的工程材料，目前的研究仍不足以完全闡述其高溫特性，相信在今后的研究中將進一步的完善，為今后更廣泛合理的應用打下牢固的理論基礎。

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1007-6344（2017）10-0276-01

姓名：于惇（1993-08）；性別：男，籍貫：山東省萊陽人，學歷：重慶市沙坪壩區后勤工程學院碩士研究生在讀，研究方向：結構工程