摘要
采用SiO2气凝胶改性地聚合物，分析了矿渣掺量和气凝胶掺量对抗压强度、尺寸稳定性、失水量以及微观结构的影响，为解决地聚合物干燥收缩问题提供指导.结果表明：由于气凝胶保水作用，矿渣掺量较低的试件28 d强度提升较大；矿渣掺量为30%时，气凝胶掺量越高，试件尺寸稳定性越强；试件7 d内失水量远大于7 d后，且随着气凝胶掺量的增加，矿渣掺量较低的试件失水量先减少后增加，而矿渣掺量较高的试件失水量先增加后减少；当矿渣掺量为30%、气凝胶掺量为8%时，试件微观结构最为致密.
与水泥相比，地聚合物具有较低的能源消耗和CO2排
近年来，国内外学者对地聚合物干燥收缩进行了系列研究.Yang
SiO2气凝胶具有三维网络结构，且孔隙率极
矿渣（S95级）来自河北石航建材有限公司，粉煤灰（F级）来自巩义市元亨净水材料厂，两者的化学组
| Material | CaO | SiO2 | Al2O3 | MgO | K2O | Fe2O3 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Slag | 42.73 | 32.93 | 14.47 | 6.59 | 0.48 | 0.24 |
| Fly ash | 2.67 | 50.51 | 31.53 | 0.60 | 6.65 |
Bulk density/ (kg· | Grain size/ mm | Porosity(by volume)/% | Specific surface area/ ( | Pore range/ nm | Thermal conductivity/ (W· |
|---|---|---|---|---|---|
| 40 | 0.1-5.0 | >90 | 800-1 000 | 20-40 | 0.018 |
首先，选取适量矿渣和粉煤灰为原材料，在水胶比为0.48，碱掺量（激发剂中Na2O与原材料的质量比）为16%条件下，制备地聚合
| Specimen | SiO2 aerogel | Fly ash | Slag | Water glass | NaOH | Water |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 90.0 | 10.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 2 | 4.0 | 90.0 | 10.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 3 | 8.0 | 90.0 | 10.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 4 | 12.0 | 90.0 | 10.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 5 | 0 | 70.0 | 30.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 6 | 4.0 | 70.0 | 30.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 7 | 8.0 | 70.0 | 30.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 8 | 12.0 | 70.0 | 30.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 9 | 0 | 50.0 | 50.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 10 | 4.0 | 50.0 | 50.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 11 | 8.0 | 50.0 | 50.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
| 12 | 12.0 | 50.0 | 50.0 | 22.5 | 10.0 | 48.0 |
试件制备过程：（1）将矿渣和粉煤灰倒入搅拌机中低速搅拌均匀，加入激发剂先低速搅拌1~2 min后高速搅拌3~5 min；再加入SiO2气凝胶，低速搅拌1~2 min后高速搅拌直至混合均匀；注入尺寸为25 mm×25 mm×280 mm的干燥收缩试件模具和40 mm×40 mm×160 mm的强度测试试件模具，振实.（2）将试件放入标准养护箱中，24 h后取出脱模，并用游标卡尺测量干燥收缩试件的初始长度.（3）将干燥收缩试件安装至比长仪，与强度测试试件一起放入干燥养护箱内（22~24 ℃，相对湿度49%~51%），一定龄期后进行测试.
干燥收缩参照GB/T 29417—2012《水泥砂浆和混凝土干燥收缩开裂性能试验方法》测试.抗压强度参照GB/T 17671—2021《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》测试.失水量通过对干燥收缩试件进行追踪称重测定，以质量日损失量表示.微观结构采用蔡司SIGMA500扫描电子显微镜（SEM）观察.
图1 试件的抗压强度
Fig.1 Compressive strength of specimens
图2 试件的长度变化率
Fig.2 Length change rate of specimens
图3 7 d内试件的质量日损失量
Fig.3 Daily mass loss of specimens within 7 d
图4 7 d后试件的质量日损失量
Fig.4 Daily mass loss of specimens after 7 d
由上述性能分析可知，当SiO2气凝胶掺量为8%时，试件性能最为优越，因此后文重点讨论参照组和添加8%SiO2气凝胶试件的微观结构.图
图5 未添加SiO2气凝胶试件1 d的微观图像
Fig.5 Microscopic images of specimens without SiO2 aerogel at 1 d
图6 添加8% SiO2气凝胶试件1 d的微观图像
Fig.6 Microscopic images of specimens with 8% SiO2 aerogel at 1 d
图7 未添加SiO2气凝胶试件28 d的微观图像
Fig.7 Microscopic images of specimens without SiO2 aerogel at 28 d
图8 添加8%SiO2气凝胶试件28 d的微观图像
Fig.8 Microscopic images of specimens with 8% SiO2 aerogel at 28 d
（1）当矿渣掺量较低时，SiO2气凝胶主要发挥保水作用，原材料继续发生水化反应，试件28 d抗压强度提升较大.当矿渣掺量较高时，气凝胶的影响减弱，产生较多微裂纹，试件28 d抗压强度降低.当矿渣掺量为30%时，随着气凝胶掺量的增加，试件长度变化率降低，尺寸稳定性增强.
（2）随着龄期的增长，试件7 d内失水量远大于7 d后.随着气凝胶掺量的增加，当矿渣掺量较低时试件失水量先减少后增加，当矿渣掺量较高时试件失水量先增加后减少.
（3）在28 d龄期下未添加气凝胶试件内部均存在微裂纹，且矿渣掺量越高，试件内部微裂纹越多.当矿渣掺量为30%，气凝胶掺量为8%时，气凝胶既促进凝胶生成也能发挥保水作用，试件微观结构最为致密.
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