礦用復合防滅火凝膠的制備與特性研究

劉 杰，竇國蘭，趙云鋒，宣德全，董永利，簡赫達，仲曉星

（1.中國礦業大學 安全工程學院，江蘇 徐州 221100；2.義馬煤業集團股份有限公司 千秋煤礦，河南 義馬 472399）

煤炭自燃始終是困擾礦井安全生產的一大難題。可燃物、氧氣和點火源是煤自燃災害的三要素，只要切斷其中1 個要素，便可以終止煤自燃災害的發展。目前，煤自燃主要防治措施有：在采空區灌漿、噴阻化劑[1-3]、注惰性氣體[4-6]、注三相泡沫[7]、注膠體[8-10]以及在巷道高冒區注水泥泡沫或填充高分子泡沫堵漏風等。與其他防火材料相比，凝膠具有優異的保水、降溫和堵漏隔氧性能，已成為我國煤礦火災防治十分有效的手段，在煤礦井下撲滅明火和預防浮煤自燃方面都取得了很大成功[11-12]。按照形成凝膠的基料的不同，凝膠防滅火材料可分為無機凝膠和有機凝膠2 大類，其中，無機凝膠中最典型的是硅酸凝膠，主要是由液態水玻璃和促凝劑反應形成的具有三維網絡結構的水凝膠[13]；該材料具有成本低廉、流動性好等優點，近年來在煤礦防滅火應用中取得了很好的效果，但水玻璃凝膠抗壓強度差、受壓易破碎，而且在空氣中易失水、收縮、干裂并逐漸粉化，從而限制了其防滅火效果。

有機凝膠是由低分子量親水性有機化合物聚合而成的膠體，具有較強的吸水性和固水性、較好的附著力和黏度，能夠延長水在膠體內的滯留時間。盡管現有有機凝膠的抗壓強度較無機凝膠有了較大突破，也能夠避免粉化干裂現象的發生，但是有機凝膠仍存在流動性差、滲透范圍小及成本太高的缺點。綜上可見，盡管凝膠防滅火材料在煤礦防滅火現場已經取得了較好的效果，但是抗壓強度差、易粉化干裂及成本高等缺點仍制約著煤自燃凝膠防滅火材料的應用，亟需研發一種新型凝膠防滅火材料，在凝膠固有性能的基礎上，解決凝膠防滅火材料現存的機械強度差、粉化干裂及成本高的問題，提高凝膠防滅火材料的應用范圍。

膨潤土是以蒙脫石為主要成分的非金屬黏土礦物，具有較強的吸濕性和膨脹性，在水中可以分散成凝膠狀，并具有一定的黏滯性和觸變性[14]。田宏等用改性后的膨潤土與水混合制成水灰比為（3～5∶1）的防滅火注漿封堵材料，這種材料和煤粉等摻合在一起，可形成具有較高可塑性和黏滯性的膠體材料。這種膠體材料熱穩定性好、保水性強，高溫脫水后也不干裂，是一種較好的封堵材料。然而，雖然膨潤土膠體封堵材料具有優于黃泥漿等封堵材料的性能，但是受到膨潤土礦物的純度、結晶度影響，常見的膨潤土凝膠的水固比范圍一般較窄，而且膨潤土無機凝膠的成膠需要一定的老化時間，成膠時間相對較長，限制了膨潤土無機凝膠在煤礦防滅火中的應用。

近年來，研究發現粉煤灰受堿激發后可以得到一種類似于水泥的無機膠凝材料，這種膠凝材料的強度明顯優于高分子材料，而且具有較好的熱穩定性和抗氧化能力[15-17]。然而，這種粉煤灰凝膠卻表現出強大的脆性[18]，應用于煤自燃防治時，在受力時，容易產生二次裂隙，影響堵漏風效果。綜上可以看出，膨潤土無機凝膠和粉煤灰凝膠分別具有熱穩定性好、失水不開裂和抗壓強度高的優勢，而且膨潤土資源比較豐富，分布也較廣泛；粉煤灰又是一種產量與存儲量都比較大的工業廢料，急需探索其高效利用的方式，因此，將膨潤土無機凝膠和粉煤灰膠體引入到凝膠體系中既可以實現粉煤灰和膨潤土的高效、高值化利用，又可以解決凝膠體抗壓強度差、粉化干裂及成本高的問題，但是如何實現膨潤土和粉煤灰的有機結合，形成膠凝時間可調、水固比寬比例的凝膠，全面提升膠體的防滅火性能尚不清楚。

為此，在水玻璃無機凝膠的基礎上，引入鈉基膨潤土和氫氧化鈣（Ca（OH）2）激活粉煤灰，通過分析不同組分配比及水固比對膠體的成膠時間、保水性和抗壓強度等性能的影響，確定制備膠體的最佳組分配比，分析膠體的形成過程中各組分之間的相互作用，闡明復合膠體的形成機理，從而制備復合防滅火凝膠。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

實驗所用原料為：工業級粉狀水玻璃，模數2.85，臥龍化工有限公司；工業級碳酸氫鈉，山東鹽品社鹽化有限公司；工業級氫氧化鈣，含鈣量85%，杭州質誠鈣制品有限公司；粉煤灰：一級粉煤灰，靈壽展騰礦產品加工廠；鈉基膨潤土：鎮江句容牧豐膨潤土加工廠，采用X-射線熒光光譜（XRF）和傅里葉變換紅外光譜（FT－IR）對所選用的鈉基膨潤土的化學成分和礦物組成進行了分析。鈉基膨潤土的紅外光譜圖如圖1。

圖1 鈉基膨潤土的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectra of sodium bentonite

XRF 的測試結果顯示，該鈉基膨潤土的主要組成成分為SiO2和Al2O3，含有少量的Na2O、MgO、Fe2O3、CaO 和K2O，其中Na2O 的質量分數為3.89%，比膨潤土原礦中的Na2O 含量要高得多。

鈉基膨潤土的紅外光譜在3 631 cm-1和3 358 cm-1附近有2 個明顯的吸收峰，分別對應于Al-OH 和層間水分子的H-O-H 的伸縮振動吸收峰；1 646 cm-1附近是H-O-H 彎曲振動吸收峰；1 037 cm-1附近的吸收峰則歸屬于鈉基膨潤土中的Si-OSi 的反對稱伸縮振動；低頻區的521 cm-1和465 cm-12 個吸收峰是由膨潤土的Si-O-M（金屬陽離子）和M-O 的耦合振動引起的。從XRF 和紅外光譜的分析結果可以看出采用的膨潤土是以蒙脫石為主的鈉基膨潤土。

1.2 凝膠體的制備

將水玻璃、碳酸氫鈉、粉煤灰、鈉基膨潤土及氫氧化鈣等固體原料按比例混合均勻，并根據一定固水比將混合均勻的固體粉末物料加入水中，攪拌均勻，靜置成膠，形成凝膠體。凝膠外觀圖如圖2。

圖2 凝膠外觀圖Fig.2 Gel appearance

1.3 凝膠性能測試方法

1）凝膠的成膠時間的測定。采用瓶試法測定凝膠的成膠時間，具體實驗方法如下：在試管中，根據各組分配比配制一定量的凝膠，從凝膠配制完成開始至試管傾斜45°凝膠位置不發生移動所用的時間即為成膠時間。

2）凝膠固結體抗壓強度測試。配制好凝膠倒入到立方體模具（40 mm×40 mm×40 mm），利用電子萬能試驗機根據GB/T 8813—2008 國家標準的要求進行抗壓強度的測試。加載速度為1 mm/min，試樣長50 mm、寬50 mm，每組試樣重復3 次，取平均值。

3）凝膠的保水率測定。凝膠保水能力的強弱決定了凝膠防滅火作用的時間長短，保水能力越強的凝膠越能避免其內部吸收的水分因蒸發產生的損失，從而長時間覆蓋在煤體表面起到冷卻隔氧的作用；且在高溫環境下，凝膠體會因網絡結構中的水分蒸發而產生脫水收縮的現象，降低封堵效果。測試了凝膠在100 ℃下的保水率。將充分溶脹的凝膠裝入坩堝，并放入鼓風干燥箱內，設定溫度100 ℃，每隔1 h 從干燥箱中取出凝膠并稱量，直至質量不再變化。每組實驗測3 次，取其平均值。引入保水率來評估凝膠的保水能力，保水率按下式計算：

式中：n 為保水率，%；M 為充分溶脹的膠體的初始質量，g；Mt為在t 時刻時凝膠的質量，g。

4）膠體形貌的測試。將高聚態復合膠體置于冷凍干燥機中干燥12 h 除去水，將凍干的凝膠樣品噴金涂覆，使用掃描電子顯微鏡（Quanta 250）對復合膠體的內部形態進行成像，觀察膠體的形貌特征。

5）膠體黏度測試。使用NDJ-5S 旋轉黏度計，在轉子轉速為60 r/min 時，測試膠體在1～15 min 內的黏度變化規律，每組試樣重復3 次，取平均值。

2 實驗結果

2.1 高聚態復合膠體的制備

煤礦用凝膠防滅火材料主要通過降溫、隔氧、堵漏、充填等發揮其防滅火特性。在煤礦井下，往往需要根據使用條件的不同，調整膠體的成膠時間在30 s～15 min，形成高保水性且具有一定抗壓強度的凝膠防滅火材料，因此，成膠時間、保水性、抗壓強度等都是衡量其性能的重要參數。制備了11 組復合膠體，研究了水玻璃、碳酸氫鈉、粉煤灰、鈉基膨潤土以及氫氧化鈣的含量對高聚態復合膠體的成膠時間、抗壓強度、保水性和黏度的影響，優選最佳配比。復合膠體中各組分含量配比見表1。

表1 復合膠體中各組分含量配比Table 1 The content of each component

2.1.1 組分配比對凝膠成膠時間和抗壓強度的影響

首先，固定水的用量為100 g，研究相對于水含量為0.8%、1.6%、2.4%的水玻璃以及0.4%、0.8%、1.2%的NaHCO3對復合膠體的成膠時間的影響，水玻璃對膠體成膠時間和抗壓強度的影響如圖3，NaHCO3對膠體成膠時間和抗壓強度的影響如圖4。

圖4 NaHCO3 對膠體成膠時間和抗壓強度的影響Fig.4 Influence of NaHCO3 on gelation time and compressive strength of colloid

由圖3 可知，膠體的成膠時間隨著水玻璃添加量的增加而縮短，但減小的幅度不大，而抗壓強度卻隨著水玻璃添加量的增加明顯增大：當添加2.4%水玻璃時，抗壓強度達到了15.25 kPa，與添加0.8%水玻璃相比，抗壓強度提高了135%；由于水玻璃添加量從1.6%增大到2.4%，抗壓強度僅增加了12.9%，顯然，1.6%水玻璃添加量對膠體的成膠時間和抗壓強度都是最優的。

圖3 水玻璃對膠體成膠時間和抗壓強度的影響Fig.3 Influence of sodium silicate on gelation time and compressive strength of colloid

圖4 顯示了NaHCO3對膠體的成膠時間和抗壓強度的影響，可以發現，NaHCO3添加量為0.4%時，抗壓強度最高，但是成膠時間也最短；當NaHCO3的添加量增大到0.8%時，抗壓強度減小了約19%，成膠時間延長為0.4%添加量的2.5 倍，而且隨著NaHCO3含量的進一步增加，抗壓強度繼續減小，成膠時間進一步延長至105 s。NaHCO3對膠體的成膠時間和抗壓強度的這種影響可能是因為NaHCO3在凝膠體系中是促凝劑，可以與水玻璃反應生成原硅酸凝膠，隨著NaHCO3添加量的增加，與水玻璃反應的物質量也增多，生成的凝膠也增多，然而，由于水玻璃凝膠承壓能力太差，因此，在復合膠體中，生成的水玻璃凝膠含量越大，膠體的抗壓強度越差，所以，膠體的抗壓強度隨NaHCO3添加量的增加而降低。此外，煤礦用凝膠防滅火材料的成膠時間太短會造成堵管而難以輸送，因此，綜合考慮成膠時間和抗壓強度，最終確定NaHCO3的添加量為0.8%。

粉煤灰和Ca（OH）2的含量對膠體成膠時間和抗壓強度的影響分別如圖5、圖6。結果表明，粉煤灰的含量對膠體的抗壓強度及成膠時間幾乎沒有影響，而Ca（OH）2添加量增加，膠體的成膠時間縮短，抗壓強度增大。這主要是因為在復合凝膠體系中，Ca（OH）2的作用主要是激發粉煤灰中的活性組分，使更多的硅鋁活性組分進入到溶液中參與反應，形成大量三維網狀結構，從而縮短了成膠時間，提高了抗壓強度。在實驗中還發現Ca（OH）2還具有防止膠體失水開裂的作用。

圖5 粉煤灰對膠體成膠時間和抗壓強度的影響Fig.5 Influence of fly ash on gelation time and compressive strength of colloid

圖6 Ca（OH）2 對膠體成膠時間和抗壓強度的影響Fig.6 Effect of Ca（OH）2 on gelation time and compressive strength of colloid

膠體失水前后對比圖如圖7。由圖7（b）可知，為沒有添加Ca（OH）2的膠體，經過一段時間后，膠體失水開裂，這可能是由于Ca（OH）2的激發使得凝膠體系中硅鋁摩爾比增加，形成了更多更穩定的Si-O-Al 鍵，減少了不穩定的Al-O-Al 鍵的形成。另外，水玻璃也可以作為堿性組分活化粉煤灰形成由硅氧四面體與鋁氧四面體以共享氧橋聚合而成的三維網絡膠凝體，因此，結合水玻璃和NaHCO3的含量對膠體性能的影響，該復合膠體體系中不宜添加過多的NaHCO3，使其與水玻璃形成脆性的原硅酸凝膠，應添加適量NaHCO3，使其與一部分水玻璃反應，而另一部分水玻璃則可以活化粉煤灰形成固水性和力學性能較好的三維網絡凝膠體。

圖7 膠體失水前后對比圖Fig.7 Comparison of colloid before and after water loss

鈉基膨潤土是復合膠體中的主要成分，其含量對膠體成膠時間和抗壓強度影響很大，鈉基膨潤土對膠體成膠時間和抗壓強度的影響如圖8。

圖8 鈉基膨潤土對膠體成膠時間和抗壓強度的影響Fig.8 Influence of sodium bentonite on gelation time and compressive strength of colloid

當鈉基膨潤土添加量為3%時，需要30 min 才能成膠，形成的膠體的抗壓強度最低，只有2.69 kPa，隨著鈉基膨潤土添加量增加，成膠時間縮短，抗壓強度增強。這可能是因為鈉基膨潤土顆粒在水介質中相互交聯形成連續的網絡結構，具有吸水膨脹的特性，因此，當鈉基膨潤土用量增大時，吸水速率加快，成膠時間縮短；在復合膠體體系中，片層的膨潤土凝膠填充在原硅酸和粉煤灰的三維網絡結構中，使凝膠結構更加緊密，提高了抗壓強度。然而，鈉基膨潤土的含量為6%時，成膠時間太短，只有20 s，不利于井下膠體輸送，因此，鈉基膨潤土的最優含量為4.5%。

2.1.2 各組分配比對凝膠保水性的影響

凝膠是否具有在高溫環境下的高保水性，對凝膠能否廣泛應用于煤礦井下采空區封堵具有重要意義。研究分析了凝膠各組分濃度對凝膠的高溫保水性的影響，在100 ℃恒溫條件下，各組分含量凝膠保水率隨時間的變化關系如圖9。

由圖9 可以看出，凝膠的高溫保水率隨時間延長而降低，曲線整體分為2 個階段：在0～4 h，凝膠的高溫保水率下降較快，而在后4 h，保水率的下降速度減慢，曲線變得平緩，這主要是因為在加熱初始，失去的水分主要是凝膠表面的水分，該過程為表面控制過程；而隨著時間的推移，該過程就逐漸轉變為擴散控制，內部的水分子擴散至表面需要克服凝膠表面致密干縮層的阻力影響，使保水率趨于平緩。

圖9 各組分含量對凝膠保水率的影響Fig.9 Influence of each component content on water retention of gel

由圖9（a）和圖9（b）可以看出，凝膠的高溫保水率隨水玻璃質量分數的升高先增大后降低，隨著碳酸氫鈉質量分數的升高而增大。這是因為凝膠的保水性與凝膠的三維網絡結構有關，在其他成分一定的情況下，隨著水玻璃或NaHCO3質量分數的增加，生成的原硅酸凝膠增多，復合膠體的凝膠網絡結構致密性增強，抑制了凝膠內部水分的蒸發，保水性增強；然而水玻璃在復合膠體體系中既是反應物又是粉煤灰的激發劑，若水玻璃過量，過量的Na+反而會阻礙粉煤灰顆粒中SiO2和Al2O3的解聚，從而減緩了粉煤灰膠體的形成，降低了復合膠體網絡結構的致密性，從而降低了保水性；NaHCO3的質量分數由0.8%升高到1.2%時，凝膠的高溫保水率提升極小，保水率曲線基本重合，這主要是因為在水玻璃含量一定的情況下，NaHCO3質量分數增大，形成的原硅酸凝膠增多，但是，化學當量的水玻璃與NaHCO3反應完全后，再增加NaHCO3的量，對凝膠的形成沒有影響，凝膠的保水性自然變化不大。

由圖9（c）和圖9（d）可以看出，粉煤灰和Ca（OH）2的含量對凝膠保水率的影響與水玻璃相似，都是隨粉煤灰和Ca（OH）2質量分數的升高先增大而后降低。造成這種變化的原因是因為Ca（OH）2有激活粉煤灰活性的作用，在OH-的作用下，粉煤灰顆粒表面的Si-O 和Al-O 鍵斷裂，Si-O-Al 網絡聚合體聚合度降低，表面形成游離的不飽和活性鍵，活性SiO2或Al2O3溶出，與Ca（OH）2反應生成水化硅酸鈣（C-S-H）和水化硅酸鋁（A-S-H）等膠凝性產物，增加膠體網絡的致密性，提高保水率。若粉煤灰過量，有限OH-不足以完全激活粉煤灰的活性，產生的膠凝性產物減少，導致膠體結構變得松散，網絡的致密性降低，保水率降低。若Ca（OH）2過量則會破壞水玻璃與NaHCO3形成的Si-O 鍵，導致膠體結構變得松散，網絡的致密性降低，保水率降低。

2.1.3 凝膠的黏度

不同配比的11 組膠體在1～15 min 內的黏度變化規律如圖10。由圖10 可以看出，水玻璃、粉煤灰、鈉基膨潤土以及Ca（OH）2含量的增加都會使膠體的黏度增加，但若粉煤灰含量過量則膠體黏度會下降；而NaHCO3含量減少引起膠體黏度增大。

圖10 膠體黏度隨時間的變化規律Fig.10 Variation of colloid viscosity with time

綜上，結合各組分含量對高聚態復合膠體的成膠時間、抗壓強度、高溫保水性和黏度的影響，確定復合膠體的最佳配比為水玻璃1.6 g、NaHCO30.8 g、粉煤灰1.5 g、鈉基膨潤土4.5 g、Ca（OH）21.6 g，即在固料中，水玻璃占16%、NaHCO3占8%、粉煤灰占15%、鈉基膨潤土占45%、Ca（OH）2占16%。

2.2 高聚態復合膠體的性能

凝膠防滅火材料注入巷道后，很快形成凝膠體并充填在煤層裂隙內，通過控制漏風通道、隔絕煤與氧氣、吸熱降溫等作用實現對煤自燃的有效防治，因此，礦井防滅火用凝膠材料除了必須具備成膠時間可控的特點，還要具備吸水保水性，失水再生性以及一定的抗壓強度。在最優的組分配比條件下，對高聚態膠體的性能進行了分析研究。

2.2.1 寬固水比

凝膠材料普遍具有一定的吸水性和保水性，固水比對凝膠的成膠時間有著較大影響，若凝膠適應較大范圍的固水比，通過改變固水比便可在較大范圍內調控成膠時間，滿足了煤礦現場近距離充填和遠距離輸送堵漏的“寬比例”需要。利用前面優化得到的復合膠體固料，在不同固水比條件下的成膠時間，制備得到了一系列復合膠體，測試了其成膠時間和固化10 d 的抗壓強度。不同固水比凝膠的成膠時間和抗壓強度如圖11。

由圖11 可以看出，該復合膠體在固水比為1∶8至1∶16 之間都可以形成穩定的膠體，隨固水比的增大，膠體的成膠時間從30 s 不斷延長至15 min，且抗壓強度逐漸降低。這是因為膠體中含水量增大，稀釋了反應體系中活性單體的質量分數，減慢了聚合反應過程，也減弱了抗壓強度。實驗結果也表明，可以通過調整固水比來調控成膠時間，解決了膠體成膠時間不可控這一缺點，且控制方便。

圖11 不同固水比凝膠的成膠時間和抗壓強度Fig.11 Gelling time and compressive strength of gels with different solid/water ratios

2.2.2 復合膠體的穩定性和抗壓強度

現有水玻璃凝膠承壓能力差，且在空氣中易失水粉化干裂，對礦井防滅火效果造成不利影響，研制的高聚態復合膠體通過引入膨潤土凝膠和粉煤灰凝膠改善了傳統水玻璃凝膠的這一缺陷。放置時間對抗壓強度的影響如圖12。

圖12 放置時間對抗壓強度的影響Fig.12 Effect of placement time on compressive strength

圖12 為固水比為1∶10 的高聚態復合膠體在室溫固化10、20、30、40 d 后的抗壓強度。實驗結果表明，隨著時間的延長，試樣逐漸失水固化，抗壓強度逐漸增大，固化10、20、30 d 的抗壓強度分別為0.011、0.025、0.045 MPa；當水分完全失去后，試樣承壓能力達到最大，試樣被壓成鼓狀承壓25 MPa 也不破碎。同時發現該高聚態復合膠體即使放置40 d，表面也不會開裂粉化，而且這些失水后的凝膠都具有較好的復吸水能力，能夠將第1 次失水量的90%完全吸收，且凝膠強度沒有任何變化。由此可見，該復合膠體有很強的抗壓性能和吸水再生性，解決了水玻璃凝膠粉化、抗壓強度差等缺點。復合膠體試樣受壓前后對比圖如圖13。

2.2.3 復合膠體的微觀形貌

采用掃描電子顯微鏡觀測了復合膠體的微觀形貌，不同放大倍數下膠體的SEM 圖如圖14。

圖14 不同放大倍數下膠體的SEM 圖Fig.14 SEM images of colloids at different magnifications

在600 倍的放大倍率下觀測，發現膠體多為膠粒堆積而成，分布較為均勻，這是鈉基膨潤土吸收大量水分體積膨脹而形成的膠粒或凝膠塊；在2 500倍的放大倍率下，發現膠體中含有一些形狀圓潤的球形顆粒，這是由反應生成的水化產物沉積在未完全反應的粉煤灰顆粒上所形成的；在10 000 倍的放大倍率下，發現膠體表面有互相聯鎖的網狀結構，這是Al-O-Si 三維網狀結構與水化硅酸鈣（C-S-H）和水化硅酸鋁（A-S-H）等膠凝性產物相互交聯而形成的網絡結構。可見，在該復合膠體中含有多重交聯的凝膠網絡結構。

2.3 高聚態復合膠體的成膠原理

復合凝膠成膠機理示意圖如圖15。

圖15 凝膠成膠機理Fig.15 Gelling mechanism

鈉基膨潤土具有片狀硅酸鹽結構，層與層之間的作用力因鈉離子的交換作用而減弱，在水中容易分散且通過靜電作用形成卡房式的凝膠結構；粉煤灰中含有大量的硅鋁玻璃相，在堿性環境中（Ca（OH）2和水玻璃的作用下），硅鋁相解聚成活性單體［SiO4］和［AlO4］，再聚合形成水化硅酸鈣和水化硅酸鋁等膠凝性產物；同時，水玻璃又在促凝劑碳酸氫鈉的作用下形成以Si—O 鍵為主的硅酸凝膠網絡結構；這些凝膠網絡結構穿插在膨潤土凝膠的卡房式結構中，形成了穩定的三維網絡結構，使得復合凝膠具有較好的吸水保水性和抗壓強度，同時，也增強了Si—O—Al 鍵的穩定性，使其不易斷裂，解決了膠體易干裂粉化的難題。

3 結 語

1）以鈉基膨潤土為主體，引入粉煤灰凝膠和水玻璃凝膠，采用一步混合法制備復合凝膠，通過對不同配比下膠體的成膠時間、抗壓強度和黏度的分析，得到在固料中，水玻璃占16%、NaHCO3占8%、粉煤灰占15%、鈉基膨潤土占45%、Ca（OH）2占16%為最佳配比。制備得到的復合凝膠膠體成膠時間在30 s～15min 之間可控，且固水比適應范圍從1∶8～1∶16，具有寬固水比的特征，抗壓強度最大達到25 MPa。在實際應用中，只需改變固水比即可得到滿足不同的應用需求的凝膠防滅火材料；并且該復合凝膠解決了水玻璃凝膠失水干裂、粉化的問題，是一種性能良好的防滅火材料。

2）使用掃描電鏡對其微觀形貌進行表征，并對起成膠機理進行了分析，該復合凝膠是由粉煤灰凝膠和水玻璃凝膠的網絡結構穿插填充在膨潤土凝膠的卡房式結構中形成相互交聯的三維網絡結構而形成的，增強了Si—O—Al 鍵的穩定性，提高了凝膠的溶脹性和抗壓強度，解決了膠體易干裂粉化的問題。