综述：纤维增强自密实地质聚合物混凝土的先进探索与现状分析

本文系统综述了纤维增强自密实地质聚合物混凝土（FR-SCGC）的最新研究进展，重点探讨其以飞灰（fly ash）、矿渣（GGBS）等替代传统水泥的环保优势，通过优化结合材料、摩尔浓度、超塑化剂及纤维类型显著提升工作性与力学性能，为可持续建筑材料开发提供关键理论支撑。

　　

Abstract

水泥产业作为混凝土生产的核心，长期因环境可持续性问题备受关注。传统混凝土虽具备优异抗压强度，但抗拉强度不足易导致开裂。研究表明，均匀分布的纤维能有效抑制裂缝扩展，通过将拉伸应力传递至材料整体，显著提升混凝土综合力学性能。地质聚合物（Geopolymer）作为可持续替代材料，可大幅降低水泥生产中的温室气体排放，其典型成分包括飞灰（fly ash）、磨细矿渣（GGBS）及硅灰（silica fume）。本研究通过调整胶凝材料配比、碱液摩尔浓度、超塑化剂用量、养护温度与纤维参数，优化自密实地质聚合物混凝土（SCGC）的工作性与机械性能。SCGC因自重作用下即可密实，兼具资源高效性与废料利用潜力。复合纤维增强地质聚合物的研究广泛覆盖微观结构、力学特性与物理性质。分析表明，SCGC较普通混凝土更具环境友好性与资源效率，而纤维增强自密实地质聚合物混凝土（FR-SCGC）的深入探索将进一步推动地质聚合物复合材料的性能边界。

纤维增强机制与材料设计

纤维在混凝土中形成三维网络结构，通过桥接作用延缓微裂缝扩展，提升材料韧性与抗拉强度。常用纤维包括钢纤维、聚丙烯纤维及玻璃纤维，其分散均匀性直接影响复合材料的失效模式。地质聚合物基体以硅铝酸盐网络为主，通过碱激活反应（如NaOH或KOH溶液）形成坚固空间结构，替代传统水泥水化过程。研究指出，碱液摩尔浓度（如8–16M）与超塑化剂（如聚羧酸系）协同调控浆体流动度与凝结时间，而高温养护（60–80°C）可加速地质聚合物反应进程。

环境效益与性能优势

SCGC无需机械振捣即实现自密实，降低施工能耗与噪音污染。其成分中工业废料占比可达70%以上，有效减少自然资源消耗与碳排放。力学测试表明，纤维掺量（0.5–2.0%体积分数）显著提升抗折强度与断裂韧性，但过量纤维可能导致工作性下降。微观分析（SEM与XRD）揭示纤维-基体界面过渡区为性能关键，界面结合强度直接影响应力传递效率。

挑战与展望

当前FR-SCGC研究仍面临纤维分散工艺标准化、长期耐久性数据缺乏及成本控制等挑战。未来需聚焦纤维表面改性、多尺度复合增强及低温固化技术，以推动其在大规模工程中的应用。