膨胀蛭石与粘结剂比例对可持续轻质地质聚合物混凝土防火性能及力学特性的影响研究

《Powder Technology》：Effect of expanded vermiculite and binder ratios on fire resistance and mechanical properties of sustainable lightweight geopolymer concretes

本文系统研究了粉煤灰（FA）替代率（0%、50%、75%）、NaOH摩尔浓度（12 M、13 M、14 M）及膨胀蛭石粒径（细粒[FV]与超细粒[SFV]）对轻质地质聚合物混凝土（LWGPC）性能的影响。通过Taguchi和ANOVA方法优化发现，NaOH浓度主导密度变化，蛭石类型显著影响抗压强度。FA提升力学性能与隔热性（导热系数降低达50%），且所有含蛭石样品均展现优异防火性。微观结构（FE-SEM/EDX）显示完整地质聚合物基质形成。本研究为开发轻质、高强、环境友好的建筑材料提供了重要依据。

　　

Highlight

轻质GPC混合物的流动行为

新鲜砂浆的流动行为是评估其工作性和流变特性的关键参数，因为它直接影响材料的易浇筑性、压实性和整体性能。原材料组成、粒径分布、保水能力和碱激发条件等多种因素显著影响流动直径。在地质聚合物基材料中，碱浓度、粘结剂比例和骨料特性之间的相互作用决定了浆体的流变行为。在本研究中，使用FV和SFV制备的轻质GPC混合物的流动直径测量结果如图所示。一般来说，含有SFV的混合物比含有FV的混合物表现出更大的流动直径。这种差异归因于SFV颗粒更细，比表面积更大，从而改善了颗粒分布并减少了内部摩擦。此外，细颗粒可以更好地填充粗颗粒之间的空隙，从而形成更致密的颗粒堆积，并减少对浆体流动的阻力。结果还表明，随着FA含量的增加，混合物的流动直径减小。FA含量的增加通常会导致浆体粘度增加，因为FA颗粒细且具有高比表面积，需要更多的水来润湿颗粒表面。这会导致可用于润滑颗粒和促进流动的自由水减少。此外，FA颗粒的球形形态虽然通常有助于改善工作性，但在高含量时可能会因颗粒间相互作用增加而增加粘度，特别是在碱激活剂存在的情况下。碱激活剂中的高离子强度会导致颗粒双电层压缩，从而进一步增加浆体粘度并减少流动。此外，NaOH摩尔浓度的增加对流动直径有负面影响。较高的NaOH摩尔浓度意味着碱激活剂中OH^-离子浓度更高，这会加速地质聚合反应，导致浆体更快凝结并降低流动性。高碱度也会促进更多的硅酸盐和铝酸盐物种溶解，从而增加浆体粘度。此外，碱浓度的增加会导致更多的水分子被水合离子束缚，从而减少可用于改善流动性的自由水。因此，优化粘结剂比例、碱浓度和骨料级配对于实现轻质GPC混合物所需的流动性和工作性至关重要。

Conclusion and recommendations

本研究调查了蛭石粒径、不同摩尔浓度水平以及不同FA含量对地质聚合物砂浆的力学、热学和防火性能的影响。

热导率随材料的结构和密度而变化。根据本研究中使用的膨胀蛭石（FV和SFV），样品获得了相应的特性，并且根据这些特性，样品的热导率降低，具体取决于FA含量和碱浓度。