纳米二氧化硅与聚乙烯醇纤维增强地质聚合物砂浆力学与耐久性能研究及其在严苛环境下的应用前景

本研究针对传统混凝土在严苛环境下耐久性不足的问题，由研究人员开发了飞灰(FA)与偏高岭土(MK)基地质聚合物砂浆，通过引入纳米二氧化硅(nano-SiO2)和聚乙烯醇(PVA)纤维增强体系。研究显示优化配比（0.8% PVA+1% nano-SiO2）使抗压强度(CS)达63.8 MPa，断裂韧性0.61 MPa·m1/2，并构建了预测精度达99.5%的FEINN模型，为恶劣环境工程建设提供创新材料解决方案。

　　

作为最具应用广度的建筑材料，传统混凝土虽具有强度与经济性优势，但地质聚合物(Geopolymer)正逐渐成为其可持续替代方案。本研究通过飞灰(Fly Ash, FA)与偏高岭土(Metakaolin, MK)复合体系，引入纳米二氧化硅(nano-SiO₂)和聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol, PVA)纤维协同改性，系统评估了地质聚合物砂浆的力学性能与耐久性(Durability Properties, DP)。研究结果表明：当掺入0.8% PVA纤维与1% nano-SiO₂时，材料获得63.8 MPa抗压强度(Compressive Strength, CS)、10 MPa抗折强度(Flexural Strength, FS)及4.1 kN峰值荷载，断裂韧性(Fracture Toughness)达0.61 MPa·m^1/2，但工作性降低26.4%。基于MATLAB开发的有限元插值神经网络模型(Finite Element Interpolated Neural Network, FEINN)展现出卓越预测能力，其精度达99.5%，均方根误差(RMSE)为0.05，平均绝对误差(MAE)0.06，确定系数(R²)值为0.95，性能显著优于长短期记忆网络(LSTM)、深度神经网络(DNN)等传统算法。该研究为严苛环境下高性能建筑材料的开发提供了理论与技术支撑。