摘要
地聚合物具有材料来源丰富、凝结硬化快、早期强度高、粘结性能好、耐久性优良及低碳环保的特点，因此在建筑行业具有广泛的应用前景，已引起了广大研究工作者的关注。粉煤灰、矿渣等工业固体废弃物经过碱溶液的激发作用可以制备出这一无机胶凝材料以部分替代水泥，然而韧性不足、高脆性限制了其优异力学性能的进一步发挥，通过在地聚合物基体中掺加高弹性模量的纤维可以显著改善这一不足之处。本文首先探索了水胶比、砂胶比、粉煤灰掺量、钠水玻璃模数、碱掺量、砂子类型和碱激发剂类型这些因素对地聚合物基体力学性能的影响，然后在基体中掺入PVA和PE纤维来对其进行增韧，配制了具有应变硬化和多缝开裂等特征的地聚合物基纤维砂浆材料，最后研究其力学性能以及其与既有混凝土的界面粘结性能，以探索将其应用于混凝土修补领域的可行性。本文主要研究内容与结论如下: (1)随着砂胶比从0增加至0.6，掺加80-120目石英砂砂浆试样的抗压强度整体上呈上升的趋势，其28d抗压强度值高于掺加河砂与120-150目石英砂的试样，砂胶比为0.6时强度分别为82.8MPa、70.2MPa和48.6MPa。对于河砂、机制砂、标准砂和混合砂而言，随着砂胶比从1.5增加至3.0，掺加机制砂的试样抗压强度相对较低，混合砂相对于机制砂在一定程度上提高了试样抗压强度值;粉煤灰可以延长浆体的凝结时间并且改善流动性能，提升地聚合物砂浆后期强度，掺量为30％的试样28d龄期抗压强度值最高，可达90.5MPa;钠水玻璃模数在1.0-1.6、碱掺量在4％-6％时试样抗压强度值较高;Na2SiO3溶液作为碱激发剂相比其它单一或复合型碱激发剂激发效果更优。 (2)提高粉煤灰掺量在一定程度上会降低试样拉伸延性;提高水胶比在一定程度上会降低试样抗拉强度;提高碱掺量在一定程度上会提高试样极限抗拉强度，降低试样拉伸延性。掺加PE纤维的拉伸试样拉伸应变能力整体上优于掺加PVA纤维的拉伸试样。对于掺加PVA纤维的试样，碱掺量为4％、粉煤灰掺量为80％、水胶比为0.26的28d拉伸试样应变硬化特征明显，极限拉应力与拉应变分别为6.46MPa和4.0％。而对于掺加PE纤维的试样，当碱掺量为4％、粉煤灰掺量为20％、水胶比为0.32时，拉伸试样28d的极限抗拉强度和极限拉应变分别为5.41MPa和9.3％，拉伸性能较优。 (3)掺加PVA纤维的试样，随着粉煤灰掺量的提高，界面抗拉强度和剪切强度先增加后减小。粉煤灰掺量增至20％时，界面抗拉强度和抗剪粘结强度最高，分别为1.26MPa和3.24MPa。随着水胶比的增加，试样界面抗拉和抗剪粘结强度稍有提升，分别为1.18MPa和2.91MPa。而对于掺加PE纤维的试样，随着粉煤灰掺量的增加，试样界面抗拉粘结强度整体上逐渐降低，界面抗剪粘结强度先增加后减小。粉煤灰掺量为20％时，粘结强度分别为1.13MPa和2.52MPa。随着水胶比的增大，试样抗拉粘结强度和抗剪粘结强度逐渐降低，水胶比为0.30时试样的界面抗拉与抗剪粘结强度较高，分别为1.10MPa和3.29MPa。 (4)通过对地聚合物基体和纤维砂浆材料的研究，发现地聚合物的快凝、早强、高抗压强度和粘结强度等特点有利于混凝土界面的修补。
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