综述：纤维增强地质聚合物复合材料的最新进展：优化策略的系统性回顾

本综述系统探讨了纤维增强地质聚合物复合材料（FRGCs）在纤维类型、含量及固化条件（温度与时间）上的优化策略，及其对机械与热性能的影响。作为传统建材的可持续替代品，FRGCs凭借高强度、耐久性及优异耐火性（高温下性能稳定），展现出显著环保优势（CO2排放降低80-90%）。文章通过定量分析指出：优化纤维比例（如玄武岩纤维10wt%提升抗压强度37%）与固化控制（如28天养护）可显著提升力学性能，为工程应用提供关键技术支撑。

　　

纤维增强地质聚合物复合材料：优化策略与应用前景

引言

全球水泥需求持续增长，但传统波特兰水泥（OPC）生产伴随高能耗与显著CO₂排放（占全球7%）。地质聚合物（Geopolymer）作为碱激活粘结剂，以其低碳特性（较OPC减少80-90%碳排放）和优异热稳定性成为可持续建材的新选择。然而，纯地质聚合物存在脆性高、抗弯强度低（1.7-16.8 MPa）等局限，通过纤维增强可有效改善其力学性能与耐久性。

纤维类型与性能优化

纤维类型分为天然纤维（椰壳、棉、竹纤维）与合成纤维（玄武岩、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar等）。研究表明：

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  玄武岩纤维（10wt%）使飞灰基地质聚合物抗压强度提升37%；
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  碳纤维（1.5wt%）通过预混工艺改善分散性，电阻率降低17%；
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  玻璃纤维（0.01-0.03%）显著增强机械强度；
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  天然纤维如碱处理罗麻纤维拉伸强度提高136.10%，混合碳纤维与Borassus Flabellifer petiole（15%+15%）实现抗拉强度135.26 MPa、抗弯强度109.82 MPa。
  纤维含量需精确优化，过量会导致工作性下降与界面粘结减弱。

固化条件的影响

固化温度与时间显著影响FRGCs最终性能：

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  高温固化促进地质聚合反应，但需避免过度脱水；
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  延长固化时间（至28天）可持续提升强度，因碱性激活剂与硅铝前驱体的反应更充分；
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  环境温度固化样品亦表现出应变率敏感性，动态增强因子（DIFs）随应变率线性增加。

机械与物理性能

FRGCs的机械性能包括抗压、抗拉与抗弯强度，均通过纤维桥接与裂纹偏转机制增强。物理性能如热导率与耐火性使其适用于高温环境：

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  地质聚合物在750°C下保持稳定，而OPC在450°C即分解；
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  纤维添加提升韧性，避免陶瓷式脆性断裂；
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  动态性能（阻尼能力、抗冲击性）显著优于传统混凝土，如GPC梁具有更高粘性阻尼比。

技术经济与社会效益

FRGCs生产利用工业废料（如飞灰、矿渣），降低原材料成本与环境负担。技术挑战包括：

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  缺乏标准化配比与固化协议；
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  纤维分散性与界面粘结优化；
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  高温下性能一致性保障。
  但其低碳足迹与耐火特性支持其在绿色建筑与高温工业应用中的竞争力。

应用前景

FRGCs适用于：

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  承重结构（如梁、柱），因其高强度与抗蠕变性；
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  防火材料（隔热板、耐火涂料），耐温可达1000°C；
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  太空建筑（模拟月壤地质聚合物），利用地外硅铝资源构建栖息地。
  未来需攻克纤维-基质界面优化、大规模生产工艺标准化等挑战。

结论

纤维增强地质聚合物复合材料通过优化纤维类型、含量与固化条件，实现了机械性能与热稳定性的协同提升。其低碳、耐火及废料再利用特性契合可持续建筑需求，有望在高温工业、基础设施及太空探索中替代传统材料。进一步研究应聚焦于界面工程、标准化生产及长期耐久性验证。