姜天華，胡宇成，張秀成

(1.武漢科技大學 城市建設學院， 湖北 武漢 430065；2.東南沿海工程結構防災減災福建省高校工程研究中心， 福建 莆田 351100)

隨著人口增長和全球現(xiàn)代化建設標準的不斷更新，關于綠色可持續(xù)建筑材料的研究越來越受到人們的關注。據(jù)統(tǒng)計趨勢估計，全球水泥產(chǎn)量將從2015年的約43億t增加到2050年的約61億t[1]。普通硅酸鹽水泥(OPC)的高產(chǎn)量面臨著石灰石儲量的破壞、大量的二氧化碳排放(約占全球二氧化碳排放的7%)[2]。此外，OPC對侵蝕性環(huán)境條件的抵抗力較低，這是影響自然環(huán)境中結構構件耐久性和使用壽命的最重要問題之一。為了減少溫室氣體排放和能源消耗，開發(fā)一種環(huán)境可持續(xù)且性能優(yōu)異替代OPC的膠凝材料至關重要。

相比于OPC，地質聚合物的生產(chǎn)與制備可以減少約80%的CO2氣體排放和60%的能耗[3]。此外，許多研究分析了地聚合物復合材料(GPC)的性能，結果顯示其具有優(yōu)異的性能，如高早期強度[4]、高表面硬度[5]、耐化學侵蝕[6]和高耐火性[7]。然而， GPC由于自身較低的抗拉強度，受力時會導致微裂紋的進一步擴展，最后可能導致其脆性破壞[8]。目前，大多數(shù)研究人員克服這一缺陷的方法是在混凝土中加入纖維，形成纖維增強地聚物復合材料(FRGC)。纖維的加入通過橋接裂紋來提高其拉伸和彎曲強度、韌性和能量吸收能力[9]。由于纖維的存在，F(xiàn)RGC的耐久性也能通過裂縫控制得到增強。

由于纖維種類數(shù)目的繁多，不同纖維其物理性能、與基體粘結性以及適應環(huán)境各不相同，同時對地聚合物增強效果各異，因此本文綜合國內外關于FRGC的研究進展，綜述增強FRGC的纖維種類、各種纖維的優(yōu)缺點以及纖維在地質聚合物中的物理性能、機械性能和熱性能等方面的研究進展，最后評述了地質聚合物在工程應用中所面臨的問題，為FRGC后期的發(fā)展提供參考。

1 纖維種類

在纖維增強地質聚合物復合材料的性能方面，纖維的材料特性往往是最重要的。為了說明材料性能的重要性，本節(jié)總結了前人的研究成果，歸納了纖維增強地聚物膠凝材料(FRGC)的研究進展，將纖維分為四大類：鋼纖維、無機非金屬纖維、合成纖維和天然纖維。

表1 常見纖維的力學性能

1.1 鋼纖維

鋼纖維(ST)因其較高的機械強度、柔韌性和可用性，能夠顯著提高混凝土材料的抗拉、抗彎和斷裂延伸率，特別是提高混凝土的韌性和抗沖擊性，常用于水泥基復合材料中[42]。趙秋紅等[43]在鋼纖維增強地聚物單軸受壓實驗中，研究發(fā)現(xiàn)最佳鋼纖維摻量為1.5%，其抗壓強度、峰值應變以及受壓韌性指標分別增加15%、11%和170%。張偉杰[44]通過在地聚合物中摻入定向鋼纖維，發(fā)現(xiàn)其斷裂能提高55倍，盡管ST有一些實際優(yōu)勢，但其主要問題是腐蝕,為了限制腐蝕，ST通常以不銹鋼合金或者表面涂層的方式投入到使用生產(chǎn)中去[45]。

1.2 無機非金屬纖維

無機非金屬纖維是添加到地聚合物復合材料中的最常見的纖維增強材料，由氧化鋁和二氧化硅的混合物組成，由于熔點高，通常用于耐火材料等高熱領域應用[46]。此外，這些纖維具有低成本、高抗拉強度、化學穩(wěn)定性和優(yōu)異的絕緣性能[47]。

1.2.1 玻璃纖維

玻璃纖維(GF)因其耐高溫、防火、耐腐蝕和絕緣等優(yōu)點，常常運用于電絕緣材料、絕熱保溫材料和電路基板等領域，同時可以顯著提高材料的抗折能力和降低干燥收縮及自收縮，但缺點是不耐磨、脆性大[48]。郭正超[49]研究不同體積分數(shù)的GF對粉煤灰基地聚合物的抗壓強度影響。實驗結果表明抗壓強度隨GF摻量增加而呈現(xiàn)先增大后突然減小的趨勢,但均高于空白組，且確定GF的最佳摻量為0.3%。

1.2.2 碳纖維

與其他材料[50-52]相比，碳纖維(CF)在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的抗拉強度、極低的熱膨脹率以及較高的電導率和導熱系數(shù)。此外，CF具有完美的彈性，加載-卸載循環(huán)過程中疲勞變形影響較小，可以提高結構的抗震性和抗疲勞特性[53-54]。朱靖塞等[55]進行了碳纖維增強地聚物混凝土的沖擊壓縮試驗，實驗結果表明：CF體積分數(shù)為0.3%時能發(fā)揮出明顯的沖擊增韌優(yōu)勢，同時CF對于FRGC而言具有一定的增韌效果。由于CF的脆性，CF摻入FRGC容易受到應力集中的影響[56]。主要缺點是生產(chǎn)成本高。復合材料碳纖維增強塑料中的弱點和脆性問題可以通過雜交技術來解決，即用韌性纖維代替碳纖維層，這會帶來成本效益，同時改善物理和機械性能[57]。

1.2.3 玄武巖纖維

另外一種應用較廣的無機非金屬纖維是玄武巖纖維(BF),具備優(yōu)異的強度、耐久性和熱性能,同時來源廣泛，易于加工和綠色環(huán)保。但玄武巖是一種惰性纖維,與其他材料復合時粘著性能較差[58]。李建[59]將不同長度、體積分數(shù)的BF摻入地質聚合物中，發(fā)現(xiàn)BF能顯著提高FRGC的抗折強度和劈裂抗拉強度,但對于抗壓性能提升不大。同時SEM和MIP分析結果顯示:當BF纖維體積摻量為0.2%，各項力學性能最佳，且與基體界面黏結性較好,能夠有效抑制裂紋的產(chǎn)生和擴展。

1.3 合成纖維

合成聚合物纖維是從原材料或塑料廢料中回收，因綠色、環(huán)保和可降解等特點在建筑中廣受研究者的青睞，同時使用合成纖維是處理全球塑料再利用的一個有效的解決方案[60]。FRGC中使用最多的合成纖維是聚丙烯纖維(PPF)、聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯(PE)。

1.3.1 聚乙烯醇纖維

聚乙烯醇(PVA)纖維因高強度、高彈模、酸堿腐蝕性強和綠色環(huán)保等優(yōu)點而成為使用率最高的合成纖維[61]。然而PVA價格昂貴，不經(jīng)濟[62]。此外，PVA纖維的高化學鍵合與低橫向電阻復合會導致纖維斷裂，從而限制復合材料的拉伸應變能力[63]。張云升等[64]利用擠壓技術成功制備出高彎曲強度、大延性的高性能PVA短纖維增強地聚合物基復合材料，尤其在PVA纖維高摻量情況下，顯著提高了FRGC的延性，導致破壞模式由原來的脆性破壞模式變成延性破壞。同時發(fā)現(xiàn)其最佳摻量為2%，其撓度增長幅度高達17.6倍。

1.3.2 其他合成纖維

聚丙烯纖維(PPF)因其成本低、易于處理，在OPC和GPC中提高了力學性能和耐久性，而備受關注。在各種纖維中，PPF是最常用的保溫材料和輕質材料，同時具備經(jīng)濟優(yōu)勢和對環(huán)境侵蝕的良好抵抗。Korniejenko等[65]研究了PPF、PPE和聚乳酸纖維增強地聚合物的力學性能。研究表明，PPF的加入提高材料的機械性能，當纖維摻量為0.5%時，抗壓強度最佳，與不含纖維的參考樣品相比，增長167%；當纖維添加量為0.75%時，試樣的抗彎強度最佳，增長100%。

聚乙烯纖維(PE)是在地聚合物中研究最多的第三種合成纖維(僅次于PPF和PVA)。Nematollahi等[66]研究了不同體積分數(shù)的聚乙烯纖維對地聚合物材料拉伸、彎曲和壓縮性能影響，發(fā)現(xiàn)其最佳摻量為1%，超過最佳值后會降低抗壓強度。

1.4 天然纖維

天然纖維具有低成本、低密度、可用性、可回收性和自然降解等優(yōu)點[67]，然而天然纖維作為增強材料有一些缺點：吸濕性高，吸水會導致尺寸變化，從而導致微裂縫產(chǎn)生、纖維膨脹和熱穩(wěn)定性差，在纖維-基體界面區(qū)域形成空隙和微裂紋，從而降低復合材料的力學性能。天然纖維主要分為三種:植物纖維、動物纖維和礦物纖維[68]。

Sarmin[69]在粉煤灰和偏高嶺土基地質聚合物中添加固體含量為10%的木屑、木粉和木纖維作為增強材料，研究發(fā)現(xiàn), 土聚物復合材料的密度隨木材集料的加入而降低，這可能是因木材纖維團聚而導致分散性差造成的。Zulfiat等[70]將菠蘿纖維摻入地質聚合物中發(fā)現(xiàn)：隨著纖維摻量增加，其抗彎強度越高?？箯潖姸鹊脑黾邮怯奢^大的復合材料尺寸產(chǎn)生的。使用的纖維越多，復合材料的尺寸就越大。然而，如果纖維使用百分比與基體體積不平衡，則可能導致抗彎強度減弱。Alzeer[41]用羊毛纖維開發(fā)了新型纖維增強地聚物復合材料，與基準組對比,其抗彎強度提高了約40%，羊毛纖維的存在使基質的重量損失減少了約5%，反映出復合材料的熱穩(wěn)定性增加。

在天然纖維中，植物纖維是首選。一方面研究者從動物身上收集纖維較為困難，同時與動物纖維相比，植物纖維具有更高的強度和剛度[71]。另一方面纖維素基植物纖維因其密度低、高拉伸性能和特殊的微觀結構，使水泥基混凝土復合材料能夠成為一種方便的增強劑[72]。

2 纖維對地聚物性能影響

纖維增強地質聚合物的物理性能，包括彈性模量、密度和干縮；機械性能，包括抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度、能量吸收、和韌性；以及其他性能，包括耐高溫性能和耐久性能。

2.1 纖維含量對地聚物力學性能的影響

除了不同纖維各自化學和物理性能外，整個纖維網(wǎng)絡的整體效應、纖維含量以及它們在基體中的是否均勻分布也是控制復合材料整體性能的重要因素。纖維含量的增加導致形成多條微裂紋，而不是少量的宏觀裂紋，因此基體的整體延性會顯著提高。

纖維含量通常表示為體積分數(shù)(vol%)或重量百分比(wt%)，對于相同的體積分數(shù)，幾何形狀較小的纖維比幾何形狀較大的纖維產(chǎn)生更多的纖維。Mukhallad等[9]研究了不同纖維類型對粉煤灰基地聚合物的力學性能和微觀結構的影響，發(fā)現(xiàn)當纖維含量處于0.4 vol%～1.2 vol%時，ST纖維隨著含量的增加，其抗彎強度也增加；PPF與之相反；而PVA纖維隨著纖維含量增加，其抗彎強度先增加后減少。這是由于使用低纖維含量時，可以產(chǎn)生均勻的基體，因此纖維身相當高的抗拉強度提高了復合材料的抗彎強度。此外，高含量的纖維會導致基體壓實不良，以及孔隙結構非常疏松，纖維-基體相互作用不均勻，因此，當PVA纖維含量高于1.2 vol%時，抗彎強度降低；而當纖維含量在0.4 vol%～1.2 vol%范圍內時，復合材料仍然是多孔的，并具有異質結構，但纖維-粘結劑的相互作用足以克服多孔結構的缺點。因此，每種纖維增強復合材料都存在一個各自最佳的纖維含量，以獲得最高的機械強度。

2.2 纖維對地聚物彈性模量和泊松比的影響

彈性極限內每單位應變承受誘導應力的能力定義為彈性模量。通常，給定強度的混凝土彈性模量值越高，表明其質量越好。當引入纖維時，復合材料的彈性模量主要受纖維剛度和孔隙率的影響[73]。

當使用少量ST纖維(1 vol%)時，彈性模量從13.70%增加到64.92%，這與ST相當高的剛度和與纖維-粘合劑相互作用有關[74]。由于復合材料的誘導孔隙率，添加高達0.2 vol%的PPF會降低復合材料的彈性模量[75]。對于納米或顆粒纖維增強地質聚合物，能否均勻分布是影響彈性模量高低的一個重要因素。然而，只有當向地質聚合物中添加的碳納米管少于0.2 wt%時，才能觀察到這種增加，并且纖維含量的進一步增加表現(xiàn)出相反的效果，這歸因于纖維的不完美分布和均勻化[76]。然而，關于地聚物泊松比的實驗數(shù)據(jù)鮮有報道，僅使用水泥基復合材料可用的一些方程進行估算，還需要更多的研究來估計纖維增強地質聚合物的泊松比。

2.3 纖維對地聚物密度影響

Bashar等[77]把不同長徑比和體積分數(shù)ST添加到地聚物中，發(fā)現(xiàn)纖維的長徑比增加不會對密度產(chǎn)生很大影響，但增加纖維摻量會導致其密度增加。Ranjbar等[78]發(fā)現(xiàn)微鋼纖維含量的增加會導致FRGC的密度幾乎呈線性增加，添加4 vol%的微鋼纖維使密度增加了10%。Abdullah等[79]發(fā)現(xiàn)與不含纖維的普通地質聚合物相比，對于摻量為7 wt%鉤狀鋼纖維的地質聚合物，密度從2 466 kg/m3增加到2 501 kg/m3。這是由于加入了密度更高的材料，復合材料的密度也會隨之升高。而Mehrali等[80]實驗表明：隨著PPF摻量的增加，地質聚合物密度降低，添加5 vol%PPF，其密度降低20%(見圖1)。但這種減少是由于復合材料的高孔隙率，導致材料添加纖維后壓實困難。在所有種類纖維中，ST纖維增強的FRGC密度最高，這歸因于ST纖維密度(7 800 kg/m3)遠高于普通地聚合物密度(2 345 kg/m3)。

圖1 纖維含量對纖維增強地質聚合物復合材料體密度的影響[77-79]

2.4 纖維對地聚物干燥收縮的影響

從理論上講，GPC比OPC具有更高的收縮率，水在地質聚合物凝膠形成過程中不起作用，在該過程中，水被添加以提供可行的混合物并調解反應。隨著時間的推移，多余水分的蒸發(fā)會導致GPC顯著收縮[81]。收縮導致內部產(chǎn)生裂紋。FRGC中的纖維可以抵抗這種應力，并減少裂紋尖端的應力集中，以控制其發(fā)展[82]。

Baradaran等[83]通過從收縮變化和機械性能等方面評估了PPF增強的粉煤灰基地聚合物。在地聚合物漿料中摻入高達3 vol%的PPF可降低收縮率并增強復合材料的能量吸收。同時發(fā)現(xiàn)PPF可能會降低材料的極限彎曲和抗壓強度，具體取決于纖維摻量，見圖2。Aydn等[84]在研究ST長度對地質聚合物收縮影響時，觀察到纖維的摻入使粉煤灰地聚物干縮值下降24%。當纖維含量相同的情況下，ST長度的變化對地聚物的干燥收縮率影響不大。Vilaplana等[85]研究發(fā)現(xiàn)CF是控制地質聚合物干燥收縮的有效添加劑。在100%相對濕度有利的環(huán)境中，含有0.2 wt%的3 mm或6 mm長纖維的CF足以將最大應變降低到1.5 mm/m以下。但無機非金屬纖維增強FRGC的抗收縮率還是遠低于合成纖維增強FRGC，這可能是由于與合成纖維相比，無機非金屬纖維在地聚合物基體中的分布較差，難以實現(xiàn)理論上的抗收縮效果增強。

圖2 纖維含量對纖維增強地質聚合物復合材料體收縮率的影響[80-81]

2.5 纖維對地聚物抗壓強度的影響

在脆性材料中，壓縮會導致非彈性體積剪脹，從而形成與施加荷載方向平行的軸向劈裂微裂紋。這些微裂紋尖端的橫向拉伸應力的后續(xù)發(fā)展促進了其在壓縮載荷方向上的增長，從而導致局部斷裂[86]。局部裂縫區(qū)域更容易在“薄弱點”附近生長，如孔隙或大空隙。因此，在準脆性材料中，抗壓強度主要取決于其脆性、微裂紋分布、密度和孔隙結構[45]。

Guo等[8]掃描電鏡(SEM)結果表明：纖維可以緩解基體中的應力集中現(xiàn)象，防止裂紋擴展和基體開裂，使其在拉伸過程中需要消耗更多的能量。纖維在一定程度上改變了地聚物的孔結構，同時交錯復雜的孔結構有助于提高地聚合物砂漿的力學性能。Su等[82]發(fā)現(xiàn)無論是混雜纖維還是單一纖維，在一定程度上都能抑制GPC裂縫的發(fā)展。Gülsan等[87]觀察到ST纖維的加入略微提高了地聚物試樣的抗壓強度。體積分數(shù)0.5%和1%的ST纖維的地聚物抗壓強度分別提高了5%和7%以上，見圖3。但是當超過其最佳值后，其抗壓強度會下降。這是由于多余的纖維不會均勻地分散在基體中，纖維簇團會導致結構不均勻，從而降低抗壓強度。

圖3 纖維含量對纖維增強地質聚合物復合材料體抗壓強度的影響[30,38,45,67,81]

2.6 纖維對地聚物抗拉強度的影響

地質聚合物復合材料的基本和重要性能之一是抗拉強度。由于其脆性，當?shù)刭|聚合物受到拉伸應力時，裂紋迅速發(fā)展[88-89]。Abbass等[39]研究報告中發(fā)現(xiàn)：摻入椰子纖維的FRGC的抗拉強度從3.32 MPa提高到3.98 MPa。隨著纖維含量的增加，F(xiàn)RGC的拉伸強度先增加后降低。強度的提升是由于纖維的高韌性；其降低可歸因于過多的纖維造成基體內較高的空隙率。Ganesh等[21]將摻入GF的FRGC與未摻纖維的普通地聚物做比較，研究結果表明，纖維的加入提高了抗拉強度。其抗拉強度提高了36.8%。其強度的提高除了GF自身的較高抗拉強度外，纖維還能將拉壓力分散到復合材料中的未開裂區(qū)域。Karimipour等[90]在實驗中發(fā)現(xiàn)PPF含量對FRGC的抗拉強度有積極影響，將纖維摻量從1 vol%增加到3 vol%， FRGC的抗拉強度從10.7 MPa增加到15.1 MPa，同時減少了裂紋寬度和裂紋擴展。Wang等[28]在研究不同長度的纖維對FRGC的影響中發(fā)現(xiàn)，將BF長度超過最佳值會導致復合材料的拉伸強度降低。當纖維長度從3 mm增加到6 mm時，F(xiàn)RGC的拉伸強度增加了8%。然而，將纖維長度增加到18 mm會使強度降低12%。這種減少可能是由于較長纖維的聚集導致基體異質性和粘結強度降低，從而阻礙機械和機械性能提高斷裂性能。

2.7 纖維對地聚物抗彎強度的影響

作為一種膠凝材料，地質聚合物表現(xiàn)出較高的準脆性行為和相對較低的抗彎性能。在基質中引入纖維后，堿激發(fā)材料的準脆性特征可以轉變?yōu)轫g性特征[91]。纖維可以提高水泥基復合材料的彎曲強度、斷裂韌性和抗沖擊性，因為纖維橋接可以控制裂縫的開裂和發(fā)展[18,92]。

Kavipriya等[93]將劍麻纖維按不同比例添加到地聚物試樣中。發(fā)現(xiàn)其抗彎強度隨著纖維摻量增加先上升后下降，纖維摻量在0.75vol%到達最高，添加更多纖維會影響FRGC的聚合過程，從而降低其強度。Bernal等[94]觀察到，隨著ST纖維摻量的增加，F(xiàn)RGC的抗壓強度有所下降，但劈裂抗拉強度和抗彎強度有很大提高，其抗彎強度從3.75 MPa增加到8.86 MPa。纖維起到止裂或屏障的作用，增加了發(fā)展中裂紋的彎曲度，提高了壓裂過程的能量需求。Celik等[27]研究了含有不同纖維類型的FRGC的彎曲性能，發(fā)現(xiàn)幾乎所有纖維復合材料的彎曲性能都有所提高，尤其是含有PVA纖維的FRGC的彎曲強度增加了27.28%，裂紋后延展性也有顯著改善，這可能歸于PVA纖維與FRGC強粘結性以及自身的高彈性，見圖4。

圖4 纖維含量對纖維增強地質聚合物復合材料體抗彎強度的影響[27,93-94]

2.8 纖維對地聚物能量吸收的影響

與普通地質聚合物不同，F(xiàn)RGC在單個裂縫定位后不會失效。通常，當裂紋開始時，該位置的整個張力由纖維承擔。如果可以承受的力增加，而裂紋位置的纖維沒有斷裂或拔出，則會在不同位置出現(xiàn)新裂紋[95]。因此，該區(qū)域的纖維將被激活，力將被轉移。這一過程會導致多次開裂，但不會出現(xiàn)較大裂縫，直至纖維失效或從基體中拔出[96]。

Saranya等[97]發(fā)現(xiàn)與普通OPC相比，使用ST纖維可以有效地提高FRGC的峰值荷載和軸向撓度，峰值荷載和撓度系數(shù)分別增加15%～32%和18%～45%，在無纖維的OPC中觀察到更寬的裂紋。同時發(fā)現(xiàn)極限載荷隨著ST摻量增加而增加，這是由于ST阻止了裂紋擴展，見圖5。因此，進一步裂紋擴展需要更多的能量[98]。Al-Majidi等[99]發(fā)現(xiàn)含有3 vol%長ST纖維在峰值荷載下的撓度大約是含有短ST纖維的FRGC的4倍，幾乎是普通地質聚合物的20倍。Wan等[100]發(fā)現(xiàn)含有PVA的FRGC的撓度約為普通地質聚合物的50倍。同時PVA纖維增強FRGC的延展性、初始斷裂韌性和不穩(wěn)定斷裂韌性均高于普通復合材料。Guo等[8]發(fā)現(xiàn)含0.3 vol%BF的FRGC的最大荷載和最大位移分別比普通GPC高45.8%和32.3%。然而，當纖維摻量超過0.4 vol%會對FRGC性能產(chǎn)生不利影響。Xu等[101]研究表明：含有長SY纖維的FRGC比短纖維復合材料的韌性指數(shù)高得多，含有SY纖維的FRGC的斷裂韌性是普通地質聚合物的7.6倍[102]。

圖5 FRGC的荷載-位移曲線[8]

2.9 纖維對地聚物耐高溫性能的影響

暴露于高溫后，地質聚合物強度的降低是由于基質中的水脫水和蒸發(fā)所致。高溫也會導致纖維發(fā)生降解，加入纖維可改善地質聚合物復合材料暴露于高溫后的殘余性能[103],造成這種情況的主要原因是纖維在高溫影響下保持了完整性，纖維材料的均勻分布對其物理和工作性能有積極影響[104]。

Shaikh等[105]研究發(fā)現(xiàn)：在400℃、600℃和800℃處，ST纖維增強FRGC的殘余抗壓強度分別為普通試樣的42%、50%和100%以上。此外，纖維含量從0.5 vol%增加到0.75 vol%并沒有顯示FRGC在高溫下的強度有任何增強[106]。當暴露于高溫時，含有CF的FRGC會形成一層保護性氧化層。Sim等[107]發(fā)現(xiàn)在暴露于1 200℃持續(xù)2 h，CF完全熔融并失去體積穩(wěn)定性，GF部分熔融，而BF保持其形狀，似乎沒有失去機械完整性。由于BF的孔隙填充效應，形成了致密的微觀結構，BF增強的FRGC顯示出較高的殘余強度[108]。在纖維增強地聚合物復合材料中，無機非金屬纖維能夠在高溫條件下更好的保護FRGC,使其工作性能依舊得到保持。

2.10 纖維對地聚物耐久性的影響

膠凝材料中鋼筋的主要問題是腐蝕，與普通硅酸鹽水泥相比，地聚合物具有強堿性和弱氧化環(huán)境，此外，地聚合物孔隙溶液中的可溶硅酸鹽也能起到抑制鋼筋腐蝕的作用[109]。

Ganesan等[110]研究發(fā)現(xiàn)將鋼纖維含量提高至1 vol%可降低復合材料的吸水率和吸附性，從而降低在酸和硫酸鹽等化學劑存在下抗壓強度的損失。Tennakoon等[111]觀察到地聚合物混凝土中鋼筋的氯含量比OPC混凝土低10倍，而且地聚合物的腐蝕開始明顯較晚，這與氯離子在粉煤灰-礦渣基地聚合物中較低的擴散有關。OPC中較高的氯離子濃度可歸因于形成難溶的含鈣氯鹽。此外，較高的鈉濃度導致氯離子在地聚合物混凝土中的進入和分布減少[112]。鋼纖維增強地聚合物表現(xiàn)出優(yōu)異的抗硫酸鹽侵蝕性能，暴露在3%的H2SO4溶液中6個月后，其重量下降不到2%，而OPC的重量下降約27%。與此同時，地聚合物復合材料的抗壓強度也要比OPC高得多?？梢园l(fā)現(xiàn)，與OPC相比，地聚物自身抗鹽侵蝕性能較好，當摻入合適纖維摻量的時候，其耐久性能夠進一步得到提高。

3 結論與展望

3.1 結 論

(1) FRGC的工作性能取決于纖維的類型、性能、體積分數(shù)、長徑比和纖維與基體的結合強度，而纖維類型在其中起到最重要的作用，例如在FRGC抗收縮方面，鋼纖維表現(xiàn)最佳，其次是合成纖維、無機非金屬纖維、天然纖維；而在耐熱性能方面，BF表現(xiàn)最佳，其次是GF、CF。

(2) 與纖維類型無關的是，增加纖維長度和含量都會影響FPRC基體的流動性。當纖維含量增加時，一般都會增加其抗拉能力和抗折能力，但超過其最佳摻量則會降低，每種FRGC都存在各自最佳的纖維摻量。

(3) 在同一種纖維地質聚合物中，當纖維含量越高時，纖維長度對FRGC力學性能影響越明顯，短纖維在復合材料中更為密集，可以有效控制微裂紋的擴展，而長纖維則可以通過控制宏觀裂紋的擴展來提高極限強度。

(4) 使用不同類型和摻量的纖維可提高FRGC在高溫下的殘余強度，摻入無機非金屬纖維的FRGC比摻入ST纖維的復合材料表現(xiàn)出更好的性能。不同種類的纖維類型對FRGC力學性能和機械性能增強效果各異。

3.2 展 望

(1) 近幾年，人們對地質聚合物材料的開發(fā)和運用越來越感興趣，其應用領域廣泛，例如：快速修補材料、固化污染物和防護涂層等。但是在實際工程中，多是使用實驗指標來投入生產(chǎn)使用當中，目前我國缺乏纖維增強地質聚合物材料的行業(yè)標準和規(guī)范。

(2) 纖維增強地質聚合物材料具備優(yōu)異的力學性能，將不同類型的纖維摻入地質聚合物中，可獲得每個特定應用所需的工作性能。但FRGC不可避免會有凝結速度較快、纖維不易分散均勻等問題，需要進一步的克服尋找改善手段。

(3) 并不是所有的纖維加工完成后都能馬上投入生產(chǎn)實踐中去，例如：鋼纖維需要提前做防腐蝕處理；無機非金屬纖維需要改性之后才能發(fā)揮最優(yōu)異性能；自然纖維需要提前處理加工才能使用。隨著科技的進步和研究的深入，纖維在地質聚合物的應用會越來越廣泛。