《Cleaner Engineering and Technology》：Elevated-temperature resistance of glass fiber-reinforced geopolymer concrete under different cooling regimes
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地质聚合物混凝土（GPC）作为一种兼具经济、耐久与环境效益的先进复合材料，被视作硅酸盐水泥混凝土（PCC）的环保替代方案。然而其脆性特征及常需热养护的限制仍制约着更广泛应用，且关于玻璃纤维增强GPC（GLFRGPC）在高温抵抗方面，尤其是不同冷却制度下的表现，
地质聚合物混凝土（GPC）作为一种兼具经济、耐久与环境效益的先进复合材料，被视作硅酸盐水泥混凝土（PCC）的环保替代方案。然而其脆性特征及常需热养护的限制仍制约着更广泛应用，且关于玻璃纤维增强GPC（GLFRGPC）在高温抵抗方面，尤其是不同冷却制度下的表现，仍存在显著认知缺口。研究人员开发了一种可在常温实验室条件下硬化的结构型GPC，并考察了玻璃纤维掺量与不同冷却方式对其耐高温性能的影响。试件加热至150、300、450、600和750?°C并保持1?h，随后采用空气冷却或水冷却。通过抗压强度、抗折强度、吸水率、质量损失、外观检查及扫描电镜（SEM）分析评估性能。最佳碱激发条件为12?M NaOH且碱激发剂与胶凝材料质量比（a/b）0.60。抗压与抗折强度在150–300?°C前略有提升，超过450?°C后因脱水与开裂主导而明显下降。空气冷却试件始终保留高于水冷却试件的残余强度，凸显急冷热冲击的不利效应。纤维掺量方面，0.6% GL纤维综合最优，较素GPC在750?°C水冷却下残余抗压强度提升约33%，同时改善抗折行为并减轻开裂。0.3–0.6% GL纤维总体降低吸水率与质量损失，而0.9%因工作性与密实度问题引入孔隙反而提高吸水率。结果表明，设计常温硬化、耐高温结构GPC时须协同考虑纤维含量与灾后冷却条件。
研究背景与立项依据：全球城市化推升混凝土需求，硅酸盐水泥（PC）生产伴随高资源消耗与近7%的全球CO2排放；地质聚合物混凝土（GPC，碱激发材料的一类）以高炉矿渣（BFS）等富铝硅前驱体经NaOH/水玻璃碱激发形成Si-O-Al-O三维凝胶，可减排达80%、节能60%。但GPC固有脆性与常需热养护限制原位浇筑，且玻璃纤维增强GPC（GLFRGPC）在高温及不同冷却制度（空气冷却与水冷却）下的残余性能研究稀缺。为此，Fatih Kantarci与Moncef L. Nehdi在《Cleaner Engineering and Technology》报道了常温硬化结构GPC配合GL纤维与冷却制度协同效应的系统工作。
主要技术方法：研究人员以Hamilton本地BFS（比表类似水泥）为主前驱体，设NaOH浓度10/12/14?M与碱胶比（a/b）0.50/0.60寻优；锁定12?M、a/b=0.60后掺0.3/0.6/0.9%体积率6?mm GL纤维（抗拉1300?MPa、弹性模量72?GPa）。试件常温（23?°C、RH≈55%）养护90?d，以≈2?°C/min升至目标温度150–750?°C保温1?h，分空气自然冷却与室温水中急冷两组；依TS-EN-12390-3等测抗压、ASTM C348测抗折、TS-EN-12390-7测吸水与质量损失，辅以SEM与XRD显微物相分析。
研究结果
3.1 结构GPC最佳制备参数确定：经7/28/90?d抗压筛查，12?M NaOH、a/b=0.60时强度最高；SEM显示该组凝胶致密、微孔少，14?M高碱反抑缩聚并致蒸发孔隙，验证配比最优。
3.2 GL纤维与冷却制度对高温性能影响
3.2.1 抗压强度：GL纤维经凝胶包裹与界面粘结提升基体，0.6%为优；150–300?°C因凝胶缩聚略升，>450?°C脱水、热膨胀失配与玻璃软化致降强；750?°C水冷下GL-0.6较素GPC残压高约33%；空气冷残压始终高于水冷，归咎急冷热冲击。
3.2.2 抗折强度：纤维三维桥接对抗折增益甚于抗压，0.6%全温域最高；水冷因界面损伤抗折更低，空气冷缓冷保形更优。
3.2.3 质量损失：随温升而增，>450?°C陡升；0.6%纤维桥接抑裂减重，水冷热冲击开路促蒸失重更多。
3.2.4 吸水率：≤450?°C密实抑吸水平稳，>450?°C裂纹连通而飙升；0.9%因结团孔隙反升吸水；水冷较空气冷高，因急冷裂纹网发育。
3.2.5 外观：色由浅褐转暗褐黑（gehlenite相析出），600?°C起微裂，750?°C GL未熔、表面白盐析出；水冷表裂多于空气冷，但无碎裂崩解。
3.2.6 微结构：750?°C SEM示空气冷凝胶相完整，水冷素样大裂与球孔多；GL-0.6-A仍较致密，仅存少量热失配微裂。XRD示各组长观物相皆为钙硅/氧化钙/gehlenite/akermanite/ilvaite，水冷素样衍射强度稍弱。
讨论与结论翻译：研究人员成功开发常温硬化结构GPC，系统揭示GL纤维与冷却制度对FRGPC耐高温性的影响，结论如下——碱激发强度敏感，12?M NaOH与a/b=0.60最优；GL纤维改性与补强前后均见效，0.6%（体积）综合最佳且灾后完整性最好；冷却制度关键，空气冷较水保留更高残压与残折，证急冷热冲击损伤更大；高掺未必优，0.9% GL因工作性/分散劣化反增吸水，SEM予以佐证。整体表明GLFRGPC在受控纤维分散下可作耐火可持续结构候选，后续需延拓长期耐久与其他纤维/冷却场景。
