楊成 熊凌鑫 游俊杰 吉鑫民 胡瑞青

DOI：?10.11835/j.issn.2096-6717.2023.107

收稿日期：2023?07?28

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（2021YFB2600501）；四川省自然科學基金（2022NSFSC0458）；中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司科研開發(fā)項目（院科20-53，院科20-21）

作者簡介：楊成（1977-?），男，博士，副教授，主要從事低碳建材研究，E-mail：yangcheng@swjtu.edu.cn。胡瑞青（通信作者），E-mail：1145074849@qq.com。

Received： 2023?07?28

Foundation items： National Key Research & Development Program （No. 52278178）; Natural Science Foundation of Sichuan Province （No. 2022RC1176）; Research and Development Project of China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.（Nos. 20-53， 20-21）

Author brief： YANG Cheng （1977-?）， PhD， associate professor， main research interest： low carbon building materials， E-mail： yangcheng@swjtu.edu.cn.

corresponding author：HU Ruiqing （corresponding author），?E-mail：?1145074849@qq.com.

（1. 西南交通大學?a.陸地交通地質(zhì)災害防治技術(shù)國家工程研究中心；?b. 土木工程學院，成都?610031；?2. 佛山市巖琉智慧城市科技發(fā)展有限公司，廣東?佛山?528051；?3. 中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安?710043）

摘要：既有研究表明，在粉煤灰地聚物混凝土（FGC）中摻入少量普通硅酸鹽水泥顆粒，能夠增強其在常溫養(yǎng)護后的力學性能，但這個結(jié)果尚未與早期接受高溫養(yǎng)護且不含普通硅酸鹽水泥的FGC進行力學特征對比，以驗證其可實用程度。為更加貼近實際工程需求，將不含水泥顆粒且接受熱固化的FGC與含有少量水泥顆粒僅接受室溫固化的FGC進行了包括泊松比在內(nèi)的基本力學性能測試和比較。為了從微觀機制上解釋力學性能的測試結(jié)果，進行了包括SEM、EDS、XRD、FTIR、Micro-CT等的分析。結(jié)果表明：常溫養(yǎng)護下含有少量水泥顆粒的FGC各項力學性能與不含水泥顆粒并接受熱固化的FGC相近，臨破壞前的試件橫向應變與縱向應變之比均接近1.0，均有突出的橫向變形能力；摻量8%的水泥顆粒在室溫條件下對FGC聚合反應的促進效果接近FGC接受高溫養(yǎng)護，在形成更為合理的微觀孔隙結(jié)構(gòu)方面，改進后的FGC在常溫養(yǎng)護條件下優(yōu)于高溫養(yǎng)護FGC。

關(guān)鍵詞：抗壓強度；微觀結(jié)構(gòu)；聚合反應；水化產(chǎn)物；不對稱伸縮振動

中圖分類號：TU528.41 ????文獻標志碼：A ????文章編號：2096-6717（2024）03-0207-09

Mechanical properties and microscopic characteristics of fly ash geopolymer concrete containing ordinary portland cement

YANG Cheng^1a，?XIONG Lingxin^1b，?YOU Junjie^1b，2，?JI Xinmin^1b，?HU Ruiqing³

（1a. National Engineering Research Center of Geological Disaster Prevention Technology in Land Transportation; 1b. School of Civil Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， P. R. China; 2. Foshan Youngnos Smart City Technology Development Co.， Ltd.， Foshan 528051， Guangdong， P. R. China; 3. China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xian 710043， P. R. China）

Abstract： Previous studies show that the fly ash geopolymer concrete cured at room temperature can be significantly improved if mixed into a small dosage of ordinary Portland cement. However， this modified material has rarely been compared with the traditional fly ash geopolymer concrete， cured at high temperature and not mixed with any ordinary Portland cement. In order to meet the needs of practical engineering applications， the basic mechanical properties， including Poisson，s ratios， were tested and compared between two different materials， i.e.， the thermally cured fly ash polymer concrete without cement and the room temperature cured fly ash geopolymer concrete with a small dosage of cement particles. Also， to clarify the mechanism in results of the mechanical tests， the microscope and chemical elements tests， including SEM， EDS， XRD， FTIR and CT， are performed. The results show that the mechanical properties of room-temperature cured fly ash polymer concrete containing a little cement are close to those of thermal cured FGC without cement particles. Before compressive failure of prism specimens， the lateral to the vertical strain ratio is close to 1.0， exhibiting a significant lateral deformation capability. After adding 8% cement particles， the degree of polymerization reaction at room temperature is close to that of high temperature curing measures without cement. In forming a more reasonable microscopic pore structure， the samples cured at room temperature are better than those cured at high temperatures.

Keywords： compressive strength；?microstructure；?polymerization reaction；?hydration products；?asymmetric stretching vibration

粉煤灰基地質(zhì)聚合物是由粉煤灰硅鋁酸鹽和液態(tài)的堿性激發(fā)劑反應生成的新型無機膠凝材料^[1]，主要原料粉煤灰通常來自燃煤發(fā)電殘余物。作為燃煤發(fā)電大國，中國近年粉煤灰（FA）年生成量已經(jīng)超過6億t，粉煤灰填埋和灰壩的規(guī)模正在快速擴大，對地下水和空氣質(zhì)量環(huán)境的不利影響日益嚴重^[2]。能否有效降低建筑行業(yè)與火力發(fā)電對碳排放和環(huán)境的不利影響，是目前影響中國能否實現(xiàn)雙碳達標的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，拓寬粉煤灰在建材領(lǐng)域的應用途徑，以更快的速度消耗燃煤發(fā)電殘余物，已經(jīng)成為低碳建材領(lǐng)域的重要課題^[2]。

地質(zhì)聚合物是由AlO₄和SiO₄四面體結(jié)構(gòu)單元組成的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在，具有良好的力學性能、早強快硬性、良好的耐腐蝕性和耐高溫性，有望在許多的場合取代傳統(tǒng)水泥^[3]。Soutsos等^[4]、Assi等^[5]、Nikoli?等^[6]對影響粉煤灰地聚物混凝土（FGC）性能的因素進行了研究，包括粉煤灰的來源、混凝土固化的環(huán)境、活化劑和添加劑的類型都可能對粉煤灰地聚物混凝土的強度產(chǎn)生影響。為了使粉煤灰地聚物混凝土能夠在力學性能上替代普通硅酸鹽混凝土，需要對粉煤灰地聚物混凝土進行早期高溫養(yǎng)護，以提升聚合反應的程度并促進地聚物凝膠的形成，從而提高其早期強度^[7-8]。而完整的高溫養(yǎng)護條件往往只能在工業(yè)化預制構(gòu)件生產(chǎn)中提供，在需要現(xiàn)澆施工的大型戶外建造場景中，早期階段的高溫養(yǎng)護的實施困難，不易推廣。因此，Nath等^[9]提出在FGC中摻入少量的普通硅酸鹽水泥（OPC）以改善其室溫養(yǎng)護下的早齡期強度，并與室溫養(yǎng)護且不含硅酸鹽水泥的FGC進行了對比^[9]，但后者強度很低，工程適用性欠佳。

筆者將摻入少量硅酸鹽水泥僅接受常溫養(yǎng)護的FGC與未摻入水泥但接受早期高溫養(yǎng)護的FGC進行了對比分析，二者均有工程適用性^[9]。以往在FGC中摻入硅酸鹽水泥的研究大多集中在抗壓強度測試分析，對于其泊松比研究少見報道。而事實上，以一些常見的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件為代表，受約束的核心區(qū)混凝土其軸心抗壓強度要有所提高，核心區(qū)材料的泊松比是重要的影響因素^[10]，而摻入少量硅酸鹽水泥后，F(xiàn)GC泊松比是否有顯著變化尚需驗證。筆者針對4種不同配比和養(yǎng)護條件的FGC試件，對包括抗壓強度、彈性模量、應力應變曲線、泊松比在內(nèi)的基本力學性能進行了比較。既有研究大多從靜態(tài)化學分析的角度揭示FGC性能形成，但考慮齡期的變化，對摻入硅酸鹽水泥的FGC與普通FGC的化學和微觀結(jié)構(gòu)演化過程進行比較的研究很少，尤其二者間粉煤灰顆粒堿性侵蝕發(fā)展程度和材料孔洞分布差異尚未明確。為了對摻入硅酸鹽水泥且受常溫養(yǎng)護的FGC性能給出實質(zhì)性解釋，對不同齡期和配比的FGC內(nèi)粉煤灰的堿性侵蝕、石英相的特征峰值、地聚物反應形成的官能基團、微觀結(jié)構(gòu)孔洞分布等進行了比較和量化分析。

1 試驗內(nèi)容

1.1 試驗材料

試驗采用符合中國國家標準^[11]的Ⅰ級粉煤灰和P·O 42.5的普通硅酸鹽水泥，兩者的化學成分見表1，主要成分為SiO₂和Al₂O₃，占比為81.91%，同時含有少量的CaO、Fe₂O₃等成分。通過掃描電鏡儀觀察發(fā)現(xiàn)，粉煤灰以顆粒微珠形式存在于樣品中（圖1）。通過對粉煤灰在2θ=5°～80°范圍進行X射線衍射儀掃描，可以觀察到晶體相組成主要為石英、莫來石和赤鐵礦的結(jié)晶峰，同時，2θ=20°～40°之間出現(xiàn)不定型的非晶相的寬峰，可能是具有活化潛力的玻璃相。堿性激發(fā)劑由氫氧化鈉和硅酸鈉混合而成。細骨料選用河沙，粗骨料則選用粒徑為5～20 mm的粉碎花崗巖。

1.2 配合比設(shè)計及試件制備

1.2.1 配合比

共設(shè)置4個試驗組，分別為早期熱養(yǎng)護（FGC-T）、常溫養(yǎng)護（FGC-NT）、摻入4%OPC僅常溫養(yǎng)護（FGC-4O）和摻入8%OPC僅常溫養(yǎng)護（FGC-8O），用以說明普通硅酸鹽水泥摻入量和初始養(yǎng)護條件對粉煤灰地聚物混凝土性能的影響。由于FGC-NT已被證明力學性能欠佳，故僅做化學和微觀結(jié)構(gòu)分析。各組用料配合比見表2。

1.2.2 地聚物的制備工藝

按照表2中的配合比對原材料和堿性激發(fā)劑進行配置，其中NaOH溶液的摩爾濃度為12 mol/L，NaSiO₃和NaOH溶液的質(zhì)量比為2.5。將NaOH加入水中配置成所需濃度后，與NaSiO₃溶液混合攪拌均勻，然后將混合液置于通風良好的環(huán)境中自然冷卻至室溫。冷卻時間因溶液體積等條件不同而有所差異，一般需要2～4 h。待溶液冷卻后按各試驗組的要求加入粉煤灰、水泥、細骨料、粗骨料進行混合，混合均勻后按要求制備試件。對不同的試驗組進行不同條件的養(yǎng)護。先將所有試件放入溫度為25～28 ℃和濕度為60%±10%的條件下養(yǎng)護6 h固化后進行脫模；隨后將FGC-T置于60 ℃的溫度下進行高溫養(yǎng)護24 h，最后放入室溫環(huán)境下養(yǎng)護至設(shè)定齡期；作為比較組的FGC-NT、FGC-4O、FGC-8O則在試件脫模后，直接放入室溫環(huán)境下養(yǎng)護至設(shè)定齡期。

1.3 測試方法

1.3.1 FGC的宏觀性能

根據(jù)《混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB∕ T 50081—2019）^[12]，對齡期為3、7、14、28 d的固體樣品進行立方體抗壓強度、棱柱體抗壓強度、彈性模量和泊松比的測試。所有樣品都是在室溫環(huán)境（25 ℃，60%RH）下進行測試。立方體抗壓強度試驗和棱柱體應力-應變關(guān)系試驗均在YAW-2000型壓力試驗機上進行，在正式加載前預壓3次，加載過程緩慢均勻。預壓后，試樣在應力比分別設(shè)置為0.1～1的10個不同荷載水平下加載，直至試樣被壓碎和破壞。每個加載水平保持3 min，以精確測量和記錄線性和非線性行為的應變。使用標距為100 mm、阻值為120 Ω的電阻式應變片測量應變，采用TST3827EN系統(tǒng)采集應變測量數(shù)據(jù)并初步處理。

1.3.2 微觀結(jié)構(gòu)及成分表征

通過XRD、SEM、FTIR和Micro-CT測試物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和官能基團表征，分析研究養(yǎng)護參數(shù)對地聚物的影響；利用X射線衍射儀（XRD）研究其晶體的物質(zhì)和非晶體的特征峰；以掃描電子顯微鏡（SEM）表征樣品微觀結(jié)構(gòu)及其表面特征，并結(jié)合能譜儀（EDS）分析微區(qū)元素成分；以傅里葉變換處理紅外吸收光譜儀（FTIR）獲取分子內(nèi)部的相對振動和分子轉(zhuǎn)動的信息，以確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)。測試分析分別用于表征3、28 d齡期的FGC樣品特性。最后，通過GE Vtomex CT掃描儀觀察28 d齡期時樣品孔隙率及孔隙分布。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 單軸受壓力學性能比較

2.1.1 抗壓強度和彈性模量分析

在齡期相同的條件下，未摻硅酸鹽水泥試件FGC-T立方體抗壓強度略高（圖2（a））。雖然立方體試件的抗壓強度隨著齡期時間的增長遞增，但早齡期提升明顯更快。各試驗小組在齡期3 d時的立方體抗壓強度均保持在25 MPa的左右，在齡期28 d時，3組都達到最高值且均大于40 MPa，而在高溫養(yǎng)護的條件下的立方體抗壓強度最大為50.2 MPa。

由圖2（a）、（b）可以看出，在不同條件下，立方體抗壓強度與軸心抗壓強度有相似的增長趨勢。在早齡期，各試驗組的強度均在15 MPa左右，而在標準齡期時，軸心抗壓強度均大于24 MPa。通過FGC-4O和FGC-8O的比較可以發(fā)現(xiàn)，隨著硅酸鹽水泥含量的增加，軸心抗壓強度會降低。這主要是因為FGC凝結(jié)緩慢，硅酸鹽水泥聚合不足。不過，二者的差異未超過5 MPa。

所有的試驗組在早齡期時的彈性模量均大于9 GPa（圖2（c））。雖然標準齡期彈性模量均達到了25 GPa，但FGC-4O和FGC-8O在28 d的彈性模量均低于FGC-T。

2.1.2 應力-應變曲線分析

圖3為軸向受壓時的軸向和橫向應力-應變曲線，其中壓應變?yōu)檩S向應變，拉應變?yōu)闄M向應變?？梢钥闯觯S著齡期的增長，受壓應力-應變曲線的斜率逐漸增大，極限壓應變和橫向拉應變總體上呈逐漸降低的趨勢，表明地聚物混凝土的延性隨著齡期的增長而不斷降低。齡期28 d時，3組試驗組的極限壓應變分別為-2 200×10^-6、-2 133×10^-6和-1 887×10^-6。

普通混凝土極限壓應變大約為2 000×10^-6，盡管普通硅酸鹽水泥的加入會對水化作用有一定促進，但缺乏熱養(yǎng)護可能會削弱了微觀層面交聯(lián)作用發(fā)展，最終導致壓應變的輕微損失。相比之下，各試驗組在28 d的橫向正應變最大值分別為2 100×10^-6、2 034 ×10^-6和1 800×10^-6，粉煤灰地聚物混凝土展示出了較好的橫向變形能力^[13]。這主要是由于地聚膠凝材料中特殊的無機高分子聚合物結(jié)構(gòu)有利于力學性能提升。

2.1.3 泊松比

按照《混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB∕ T 50081—2019）^[12]的規(guī)定進行泊松比測試。由于混凝土在軸壓作用下會產(chǎn)生橫向膨脹，可以用材料達到極限強度前的非線性泊松比，即非線性的橫向和縱向應變之比，反映其橫向變形能力。有顯著橫向變形能力的水泥基材料如果受到有效的環(huán)向約束，軸向抗壓強度往往顯著提高。從不同齡期的泊松比隨軸向壓應力發(fā)展曲線可以看出，彈性泊松比范圍在0.1～0.2（圖4），與普通混凝土較為接近。

齡期3 d，應力比為0.6時，F(xiàn)GC-T試件的泊松比急劇增加，達到破壞時的非線性泊松比超過了1.2，曲線中的拐點通常定義為臨界應力比。對于7、14、28 d的臨界應力比約為0.8且泊松比為0.3，到試件破壞時，泊松比約為1.0。同時在FGC-4O和FGC-8O的測試結(jié)果中也發(fā)現(xiàn)了類似的情況。FGC-4O在破壞狀態(tài)下的泊松比與FGC-T非常接近，F(xiàn)GC-8O則比其他試驗組略低，泊松比在0.8～1.0之間。

值得一提的是，觀察到的接近1.0的泊松比值并非出現(xiàn)在FGC應力-應變曲線的線彈性階段，而是出現(xiàn)在明顯的非線性階段，已接近試件的極限變形狀態(tài)。Chen等^[14]在其混凝土損傷理論中對這種現(xiàn)象背后的機理已有明確闡述，Darwin等^[15]和Kupfer等^[16]在更早的研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當壓應力超過0.8倍單軸抗壓強度時，體應變方向?qū)l(fā)生逆轉(zhuǎn)，表觀泊松比會快速增大，在試件不穩(wěn)定的壓碎階段，泊松比甚至會超過1.0。而相比普通混凝土，F(xiàn)GC的材料延性更優(yōu)，因為FGC中的C（N）a-s-h凝膠可以形成致密、低孔隙度的三維網(wǎng)狀交聯(lián)凝膠基質(zhì)，這種微觀結(jié)構(gòu)有助于約束材料的橫向膨脹，這使得FGC試件在受到垂直壓縮時具有更穩(wěn)定的側(cè)向變形能力，壓潰階段的受力變形曲線相比普通混凝土更穩(wěn)定，更容易產(chǎn)生接近1.0的非線性泊松比。

圖5為應力比為1時的泊松比隨齡期的變化。盡管各組在早齡期時泊松比之間存在差異，但在齡期28 d時所有試驗組的泊松比幾乎相同。值得注意的是，F(xiàn)GC-T組早齡期的泊松比與FGC-40相近且略高于FGC-8O，說明早齡期普通硅酸鹽水泥對地聚物三維網(wǎng)格微觀結(jié)構(gòu)的促進作用不如高溫養(yǎng)護，但隨著齡期增長，這個差距逐漸減小并消失。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)

2.2.1 微觀形態(tài)

由圖6的SEM圖像可以看出，在早齡期階段，粉煤灰顆粒表面生成了活化反應產(chǎn)物鋁硅酸鈉凝膠^[17]。值得注意的是，不同條件下的產(chǎn)物生成量有所不同，摻入8%硅酸鹽水泥的樣品產(chǎn)生更多沉淀。而經(jīng)過早期高溫熱養(yǎng)護的樣品則會受到堿性侵蝕的影響，導致粉煤灰顆粒的部分外殼發(fā)生溶解。

在標準齡期時，每個試驗組的粉煤灰顆粒都受到堿性溶液的侵蝕，但依舊能看出其原有形態(tài)，其中早期高溫熱養(yǎng)護的樣品侵蝕最為嚴重。

從不同齡期階段觀察結(jié)果看，早期高溫熱養(yǎng)護下FGC-T粉煤灰的堿活化反應最強，常溫養(yǎng)護且摻入8%硅酸鹽水泥的FGC-8O次之，常溫養(yǎng)護未添加硅酸鹽水泥的FGC-NT最弱。這主要是因為FGC-T的高溫熱養(yǎng)護極大地激發(fā)了地聚物之間的反應活性，從而加快了反應速率。相比之下?lián)饺?%硅酸鹽水泥的FGC-8O借助硅酸鹽水泥水化反應有利于激發(fā)地聚物之間的反應活性^[18]?？梢詮臒峄瘜W的角度解釋含硅酸鹽水泥的FGC即便未經(jīng)早期高溫養(yǎng)護也具備充分力學性能的原因。

2.2.2 XRD特征峰

從圖7的XRD結(jié)果看，所有樣品中均存在石英、莫來石和赤鐵礦相，因為在粉煤灰地聚物發(fā)生聚合反應時，上述物質(zhì)呈現(xiàn)惰性，且在堿性條件下它們的反應程度有限。由于地聚物發(fā)生的聚合反應使得物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化，同時伴隨著稀釋效應^[19]，所以不同時期的石英相特征峰值有所差距。由于硅酸鹽水泥的摻入量較少，對抗壓強度和泊松比的增益作用顯然小于水化過程產(chǎn)生的影響。

2.2.3 紅外譜圖

從圖8反映特殊官能基團的紅外光譜分析看，1 650 cm^-1處對應的是O-H不對稱伸縮振動和彎曲振動峰，說明地聚物中的自由水通過水化反應逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合水。光譜中1 250～417 cm^-1區(qū)段為Si—O—T（T=Si或Al）的不對稱振動峰，表明粉煤灰中原有的硅酸鹽和鋁硅酸鹽在持續(xù)發(fā)生解聚反應，這與XRD中觀察的現(xiàn)象一致。其中971 cm^-1和417 cm^-1處分別對應如下現(xiàn)象，即Si—O—Si結(jié)構(gòu)中納入了Al，硅四面體中非橋接氧（NBOs）的數(shù)量增加和Si-O-Si導致的彎曲振動峰^[20-21]。故無論是在早齡期還是標準齡期時，經(jīng)早期高溫養(yǎng)護不含硅酸鹽水泥的樣品FGC-T的反應活性最為劇烈，摻入8%硅酸鹽水泥且常溫養(yǎng)護的樣品FGC-8O次之，最后則是常溫養(yǎng)護未添加硅酸鹽水泥的樣品FGC-NT。

2.2.4 CT圖像

由圖9所示的標準齡期切片CT圖像可見，F(xiàn)GC-T分布孔隙的尺寸和數(shù)量都大于FGC-8O和FGC-NT。經(jīng)CT量化分析，F(xiàn)GC-T的孔隙率為5.77%，而FGC-NT和FGC-8O的孔隙率分別為2.01%和1.46%，因此，F(xiàn)GC-8O與FGC-T之間的差異顯著。

圖9顯示的現(xiàn)象說明早齡期熱養(yǎng)護不僅能促進地聚物的聚合反應，同時也改變了混凝土的孔結(jié)構(gòu)。雖然早期孔結(jié)構(gòu)對泊松比有所提升，但對混凝土的力學性能和抗?jié)B性能有一定負面影響，進而影響混凝土的耐久性。當摻入8%硅酸鹽水泥，可以為地聚物混合物之間的聚合反應過程提供了穩(wěn)定的熱源，從而促進聚合反應的發(fā)生。因此，與FGC-T和FGC-NT相比，F(xiàn)GC-8O的孔隙數(shù)量和孔徑大小更加均勻且密實。

2.3 硅酸鹽水泥對試件橫向變形能力的影響機制討論

經(jīng)過早期高溫熱養(yǎng)護的樣品，雖然存在相當數(shù)量的孔隙，但在早期強度沒有完全發(fā)展的情況下，橫向變形能力受孔隙影響較大。由于高溫養(yǎng)護促進聚合反應從而抵消了孔隙所帶來的負面影響，所以無論在任何時期，F(xiàn)GC-T都展現(xiàn)出更好的抗壓強度。

在未經(jīng)早期高溫熱養(yǎng)護的樣品中加入8%硅酸鹽水泥后，發(fā)生地聚物聚合反應的同時也進行著硅酸鹽水泥的水化反應，水化反應為聚合反應持續(xù)提供一定的熱源和水化產(chǎn)物，這促進了聚合反應發(fā)展，也優(yōu)化了孔隙結(jié)構(gòu)，使得試件更加密實。因此，隨著齡期增加，F(xiàn)GC-T與FGC-8O的抗壓強度和泊松比的差異在不斷縮小。在28 d時，與進行了熱養(yǎng)護的FGC-T相比，未經(jīng)熱養(yǎng)護的FGC-8O雖然強度略有不足，但它們的泊松比幾乎一致，這對于常溫養(yǎng)護條件下的FGC作為約束混凝土構(gòu)件核心材料時有顯著的工程意義。

3 結(jié)論

為了拓展FGC的工程應用，對兩類有實際工程意義的FGC材料進行比較，一種是室溫養(yǎng)護時摻入少量普通硅酸鹽水泥的FGC，另一種是不含普通硅酸鹽水泥但接受早期熱養(yǎng)護的FGC。完成了力學性能測試（包括泊松比）、化學成分、晶體相變、化學鍵振動和微觀結(jié)構(gòu)等方面的觀察，結(jié)論如下：

1）在FGC中摻入少量普通硅酸鹽水泥且在常溫條件下養(yǎng)護，其力學性能與早期高溫熱養(yǎng)護的FGC相近，有利于節(jié)省早齡期熱養(yǎng)護的成本，并減少碳排放，可用于施加熱養(yǎng)護難度較大的現(xiàn)澆大型或復雜混凝土工程中。

2）由于具有獨特的三維微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使FGC具備良好的橫向變形能力和反膨脹特征特性。在臨近軸向受壓承載能力極限時，F(xiàn)GC試件泊松比遠高于普通混凝土試件。其中，不含普通硅酸鹽水泥且接受熱養(yǎng)護的FGC孔隙率更高，它的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成更充分，故其早齡期非線性泊松比也更高。但隨著齡期的增加，這種差距逐漸縮小并接近消失。

3）在達到標準齡期時，摻入少量普通硅酸鹽水泥且在常溫養(yǎng)護的FGC，其聚合反應程度與經(jīng)過早期熱養(yǎng)護但不含普通硅酸鹽水泥的FGC相差不大。二者的Si—O—Si或Si—O—Al不對稱拉伸振動幾乎處于同一水平。摻入OPC并進行溫室養(yǎng)護的FGC，還可減少高溫養(yǎng)護所帶來的孔隙負面影響。

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（編輯??胡玲）