地聚物混凝土长期时变变形研究进展

杨世玉 赵人达 曾宪帅 靳贺松 李福海

(西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031)

地聚物(GP)是由激发剂溶液(NaOH溶液、Na2SiO3等)激发富硅铝质固废材料(如偏高岭土、粉煤灰、矿渣粉)而合成的无机胶凝材料。除了具备与普通硅酸盐水泥相当的粘合性外，它还有优异的耐热性、耐火性、耐化学侵蚀性，并且其生产过程中的CO2排放量仅为硅酸盐水泥的1/6[1]。因此，它被认为是一种绿色环保的水泥替代品。

混凝土的收缩和徐变是工程界长期密切关注的话题[2- 10]。混凝土收缩是指混凝土材料在卸载下的变形，可以简单地分为4种类型——塑性收缩、自收缩、碳化收缩和干缩。徐变通常可简单地计算为试件的总变形与在相同条件下相同时间段卸载试件的收缩变形之差。然而，值得一提的是，收缩和徐变实质上并不是可以应用叠加原理的独立现象。影响收缩、徐变的因素很多，如混凝土强度、骨料的弹模、最大骨料粒径、环境温湿度、孔隙水含量、加载龄期、应力水平等。

从理论上来讲，地聚物比水泥基材料具有更高的收缩率，这是因为水不直接参与地聚物的生产合成。相当多的水不受化学约束，因此更容易蒸发。2017年，Mastali等[11]归纳了影响地聚物收缩的有效参数，比如温度、相对湿度、前驱体材料的组成和固化制度等。相较而言，近两年的成果更多地关注地聚物收缩的程度、机理解析及改善措施。因此，这部分内容可以看作前者的补充和继续。但在碱活化混凝土的性能中，徐变是一个较少被研究和探索的特性。然而，这并不意味着这一特性不重要，特别是作为一种结构材料的混凝土。因此，本文系统地归纳了近几年地聚物混凝土收缩徐变的研究成果，并对今后需进一步研究的相关问题提出了建议。

1 收缩性能

1.1 粉煤灰地聚物的收缩

1.1.1 粉煤灰来源和配比的影响

Gunasekera等[12]比较了多种粉煤灰地聚物(AAFA)混凝土的干缩。如表1所示，Gladstone和Pt.Augusta地聚物混凝土在1年期的干缩应变分别为175 με和190 με，而Tarong地聚物和普通硅酸盐水泥(OPC)混凝土1年的干缩应变分别为615 με和475 με。通过对比粉煤灰的化学成分，笔者发现Tarong粉煤灰中的Si/Al质量比、Si/Fe质量比和Si/Ca质量比均远大于其他两种，这可能直接导致了该地聚物干缩的增大。Charoenchai等[13]用75%(质量分数，下同)的高钙粉煤灰(C类)和25%的低钙粉煤灰(F类)混合，制备了AAFA，试样分别在25和60 ℃下固化24 h时，该AAFA的干缩应变比纯低钙粉煤灰地聚物分别大了6倍和12倍。Neupane等[14]测试了坍落度为100～120 mm与坍落度为166～191 mm的AAFA混凝土在室温下固化后的干缩应变，结果表明，前者的干缩应变跟同一强度等级的OPC混凝土基本相同。由于高水胶比、高含水率和高细骨料含量“三高”的影响，后者的干缩应变较高，但其在56 d时的干缩应变依然小于1 000 με。此外，如文献[15]所示，掺入适量硅灰可将粉煤灰基地聚物混凝土的干缩应变从原来的159 με减小为140 με，这初步说明硅灰对控制粉煤灰基地聚物混凝土的干缩应变是有利的。

表1 不同前驱体材料制备的地聚物混凝土的收缩特性Table 1 Shrinkage of geopolymer concrete prepared from different precursor materials

1)此处为1年的干缩应变;2)RH为相对湿度。

由上述分析可见，F类粉煤灰地聚物混凝土的干缩应变与普通硅酸盐水泥混凝土相当，甚至更小。由于含钙量较高，C类粉煤灰地聚物的干缩应变较大，且远大于普通混凝土的干缩应变。与普通混凝土相似，较高的水胶比和含水率将大大增加地聚物混凝土的干缩应变。

1.1.2 养护制度的影响

典型养护制度下AAFA混凝土的干缩应变如表2所示。Chi等[16]指出，在相同养护时长的前提下，养护温度越高，AAFA砂浆的干缩应变越大。AAFA在60 ℃下干固化或者蒸汽固化24 h后1年期的干缩应变在100 με左右。同样，具有高含量再生细骨料(RFA)的AAFA砂浆[17]的干缩应变也随着固化温度的升高而增大。不同热固化类型获得的不同强度等级的AAFA混凝土的干缩应变没有显著差异[18]。Sagoe-Crentsil等[19]在长达1年的研究中发现，AAFA混凝土的干缩应变均小于同等级的OPC混凝土。蒸汽固化(23 ℃和100%的RH)的AAFA混凝土的干缩应变约为350 με，低于OPC混凝土(约为500 με)。这归因于AAFA基体中不连通的毛细管网分布和早期强度发展。

Wallah等[20]测得的热固化AAFA混凝土在1年期的干缩应变约为100 με(23 ℃，RH为40%～60%)，室温固化试样3个月后的干缩应变约为1 300 με。这个数值比热固化后的试件大得多，且大部分发生在前几周。无独有偶，Tempest[21]在试验中发现48 h热处理的地聚物混凝土的干缩应变(约120 με)明显低于室温固化的。Fernández-Jiménez等[22]测得在85 ℃中固化20 h后的AAFA混凝土的干缩应变终值约为200 με(21 ℃，RH：50%)。虽然室温固化导致干缩增大，但这种固化条件导致粉煤灰的反应程度较低。Ma[23]发现，室温固化的AAFA具有较低的自收缩。

表2 不同养护条件对AAFA收缩的影响Table 2 Effect of different curing conditions on drying shrinkage of AAFA

如表3和图1所示，Hojati等[24]指出，在低于85%的RH下，AAFA才会发生干缩。与同等孔隙率的OPC相比，在85%～70% 的RH下，AAFA的干燥速率快，且干缩应变也更低，在试验中后期，AAFA基体中的孔隙率也更低。而在小于80%的RH时，AAFA与OPC的干缩速率-时间曲线基本相同。

表3 AAFA和OPC的配合比方案和养护制度[24]Table 3 AAFA and OPC mix ratio scheme and curing system

可见，固化温度和时长对地聚物混凝土的干缩具有显著的影响。养护湿度条件和地聚物混凝土的强度等级对其干缩影响很小，这与普通混凝土的干缩特性完全不同。室温固化的粉煤灰地聚物混凝土的干缩远远高于普通混凝土，这可能是由室温下粉煤灰的反应程度低、自由水含量高导致的。相较于85 ℃，在65 ℃的固化条件可以更有效降低地聚物混凝土的干缩，这一反常结果还有待进一步验证。此外，固化时长的增加可以促进地聚物的反应程度，降低基体材料的孔隙率，进而降低地聚物的干缩，这与普通混凝土极为相似。

1.1.3 碱性激发剂浓度的影响

如图2所示，有学者研究了激发剂浓度对AAFA干缩的影响[25]，结果表明降低激发剂中的NaOH质量分数时，高钙AAFA的干缩应变明显变小了。而Na2SiO3/NaOH质量比对AAFA的影响较为复杂，在质量比为0.5或1.0时制备的AAFA的干缩应变相对最小。Darshan等[26]指出，激发剂中Na2O含量和SiO2模数越大，高钙AAFA砂浆的干缩应变也越大，且明显高于OPC砂浆。Ling等[27]进行的基于高钙AAFA的约束收缩试验表明，AAFA浆料的干缩应变随激发剂模数和浓度的增加而增加，AAFA混凝土的开裂倾向小于OPC混凝土，OPC混凝土的收缩虽然不大，却先开裂。

由上述分析可见，较高的钙和钠含量均会增大地聚物的收缩，最终导致AAFA混凝土的干缩大于普通混凝土。然而，AAFA在约束收缩时出现裂缝的时间更晚，这可能是由AAFA中水化硅铝酸钠(N-A-S-H)的蠕变模量较普通混凝土中的水化硅酸钙(C-S-H)低导致的。

1.1.4 AAFA的收缩机理和改善措施

Wallah[18]指出常温固化的AAFA混凝土的孔隙体积较大，且在化学反应过程中释放的水在随后一段时间内蒸发，引起了显著的干缩应变，特别是在最初的两周内。这很好地解释了文献[28]中所述AAFA混凝土中出现了较大的早期收缩应变。Ridtirud等[29]指出液灰比和Na2O的增加或固化温度的降低均可显著增大AAFA的收缩，这与地聚物的低强度发展有关。此外，Gunasekera等[12]认为孔径为50 nm～1 μm范围内的硅铝酸盐凝胶基质的均匀度和致密度决定了AAFA混凝土的干缩程度。

Ma等[30]指出，与水泥浆相比，AAFA浆料的自收缩机理是不同的。AAFA的自收缩不是由水泥浆中众所周知的自干燥过程引起的，而是与硅铝酸盐凝胶结构的连续重组和聚合有关。具有更细孔径分布的AAFA样品表现出更大的自生应变。在AAFA砂浆中，干缩越大的质量损失反而越小，这与OPC砂浆完全相反。这意味着质量损失不是AAFA砂浆高收缩的唯一因素。事实上，相对于OPC砂浆，AAFA砂浆中孔隙溶液的表面张力更大，孔隙尺寸分布更细，毛细管应力更显著。

试验证明，高温固化或延长AAFA的固化时间可有效减轻干缩，这可能是由于地聚物孔隙细化，孔隙率降低，抗压强度增大导致的[31- 32]，这种效应与OPC混凝土相似。在AAFA中掺入纤维可以有效减轻地聚物的收缩，其中聚丙烯(PP)纤维比聚烯烃(PO)纤维[26]更为有效，长纤维比短纤维效果更显著[31]，这主要取决于纤维的掺量、弹性模量和纤维-基体界面的粘结。除此之外，由于玄武岩纤维具较高的钙含量，它有利于水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)与水化硅铝酸钠(N-A-S-H)的合成，并引起孔隙网络的细化，进而降低了AAFA的干缩[33]。再者，有文献研究表明，纳米TiO2[34]、氧化钙(CaO)和生物燃烧灰(BFA)[35]、减缩剂(SRA)均可有效降低AAFA的干缩。添加氧化铝和硅灰石填料还可以减少AAFA的热收缩[36]。

1.2 矿渣地聚物的收缩

1.2.1 AAS收缩的影响因素

大量文献研究表明，与OPC相比，硅酸钠活化的矿渣地聚物(AAS)具有更高的强度、更低的孔隙率和水化热，但干缩率却变大了，AAS的干缩应变比OPC的收缩高6倍左右[37- 41]。通常，激发剂的种类和剂量对AAS的干缩有一定影响。如图3所示，随着激发剂中Na2O浓度的增加，AAS的干缩率也增加。当Na2SiO3中Na2O的含量(质量分数)分别为2.5%、3.5%和4.5%(即图3中2NS、3NS和4NS)时，AAS砂浆在7 d的干缩应变分别为1 249.9 με、4 804.8 με和8 206.2 με。AAS的干缩和自收缩都很高。大部分的干燥发生在早期(前7 d)，且逐步干燥比直接干缩得更多[42]。

随着激发剂用量的增加，自收缩也变大，这是由于激发剂的增多导致水合程度增加、总孔隙率降低和孔径细化，因此，自干燥导致非常高的化学收缩和高毛细管压力。在这种情况下，即使与OPC的孔隙率相当，AAS的自干燥也可能会更厉害。

图3 AAS砂浆的干缩应变[39]Fig.3 Drying shrinkage of AAS mortars

Hu等[43]进一步指出，随着液态硅酸钠模数从0增加到0.5，AAS砂浆的自收缩增大，模数超过1.5后，自收缩反而减小，这与内部相对湿度和孔隙溶液表面张力的变化趋势相似。

此外，Jiao等[44]研究了用Na2CO3和NaOH激发矿渣地聚物的干缩，他们发现，当Na2O质量分数为4%时，随着Na2CO3与NaOH物质的量比的增加，AAS浆料的干缩应变增加。干缩应变与砂浆的中孔(孔径为2.5～50 nm)体积呈正相关[45]。

由上述分析可见，钠含量的增加会导致AAS混凝土的干缩应变快速增加，而AAS混凝土早期剧烈的水化反应也致使其自收缩迅速发展。尽管AAS具有优越的力学性能，但AAS混凝土的干缩和自收缩程度均远远大于普通混凝土，这严重限制了它的推广应用。

1.2.2 AAS收缩的机理

OPC和AAS收缩的原因和机理是相同的，但砂浆的内部相对湿度和孔隙溶液的表面张力等影响参数是显著不同的。AAS中，反应产物的空间分布比普通硅酸盐水泥基体系的更均匀，平均孔径也更小。激发剂中较高的Na2O含量和SiO2模量增加了反应程度和孔溶液的表面张力，而基体内部相对湿度降低，致使毛细管应力约为OPC砂浆的4倍，这很好地解释了为什么AAS收缩比OPC的大[46]。Melo和Collins等[39- 40]指出，在相对湿度大于50%时，AAS收缩的主要驱动力是毛细管压力。Ye等[47]认为AAS的高收缩是由于C-A-S-H的徐变模量较低及C-A-S-H中碱金属阳离子的加入，后者降低了C-A-S-H层的堆积规律性并使C-A-S-H在干燥时更容易塌陷和重新分布。

由此可知，相较于OPC，AAS的高收缩一方面是由于AAS具有更加细化的孔隙结构孔溶液的表面张力，另一方面是由于AAS中胶凝材料的低徐变模量和结构性缺陷。

1.2.3 AAS收缩的改善措施

根据AAS的收缩机理，有4种降低AAS干缩的方法：①早期膨胀反应；②高温处理；③减小收缩驱动力的影响；④内部固化。例如，AAS的化学收缩约为硅酸盐水泥的两倍，并随激发剂模量和pH值的增加而增大，这可能是由于膨胀晶相，如钙矾石和氢氧钙石的形成有限。Ye等[48]给出了AAS化学收缩与pH值和模数的量化关系。针对AAS的早期收缩应变，Thomas等[28]指出固化较长时间或在高温下可以有效减轻收缩，这归因于总孔隙率的降低，说明在干燥条件下AAC较大的干缩主要是由于延迟的产物形成和微结构发展。适量加入减缩混合物(SRA)可以将孔隙溶液的表面张力降低一半，从而使AAS的干缩应变也降低一半[49]。减缩剂(SRA)的添加大大粗化了AAS中的孔结构，显著增加了临界孔径d0值，导致干缩减轻。掺入6%的石膏[49]或纳米TiO2[50]都能降低AAS的干缩，前者由于AFt和AFm相的补偿效应，而后者由于纳米TiO2的添加，造成AAS中的1.25～25 nm孔径的孔隙率显著降低。中等反应性的MgO几乎不影响收缩，添加高于5%的高反应性MgO显著降低了AAS的干缩应变，但干燥条件下依然会产生严重的微裂纹[38]。CSAE(硫铝酸钙型膨胀剂)、CE(CaO型膨胀剂)可降低干缩应变，其中CE在干缩控制方面效果更好[51]。改善固化条件对降低AAS的干缩也有明显的效果。其中，高温固化[47]<高温水和CO2固化<水固化<空气固化。相同固化条件下，强度等级为C50的AAS显示出比C30的干缩应变更低[52]。使用饱和的细页岩轻质骨料在降低AASM自收缩方面非常有效[38]。基于氧化烯醇的SRA可以显著降低AAS砂浆的自生和干缩，而MgO膨胀剂相对不太有效[43]。

此外，Ye等[47]评价了高温固化、硫酸盐富集、钙富集对碱激发矿渣(AAS)减缩的效果。结果表明，高温固化可以通过增强和稳定C-A-S-H纳米粒子之间的结合显著降低AAS的收缩。然而，通过早期膨胀反应减缓收缩效果较差，因为AAS干缩的主要原因是C-A-S-H的长期黏弹/黏塑性变形。Li等[53]还尝试研究了偏高岭土(MK)对AAS浆料自收缩的改善作用，结果表明，添加MK阻碍了化学收缩的发展和孔结构的细化，自干燥过程和浆料中产生的孔隙压力显著减小。

1.3 二元地聚物的收缩

1.3.1 粉煤灰-矿渣地聚物的收缩

Lee等[54]发现在0～30%(质量分数)范围内增加粉煤灰-矿渣地聚物(AFS)中的矿渣组分导致更密实的基质，但是自收缩[55]和干缩均变大，且AFS的干缩应变高于OPC水泥[56]。AFS浆料在初凝前的自收缩主要归因于化学收缩引起的体积收缩，这种现象与OPC体系中的发现一致。根据Li等[57]的研究，AFS混凝土(粉煤灰∶矿渣质量比为1∶1)在1 d龄期开始干燥，则AFS的干缩应变远高于OPC的。如果AFS混凝土在干燥前于密封条件下储存28 d，则随后的AFS和OPC的干缩幅度是相当的。而当AFS混凝土中粉煤灰∶矿渣质量比为2∶1时，在6个月后的干缩很小，且远低于OPC混凝土的报道值[58]。

由此可见，矿渣含量对AFS的收缩率有显著的影响：AFS的早龄期收缩较大，在矿渣含量低于30%时，AFS可获得与OPC水泥相当的或者更低的收缩率。利用粉煤灰和适量的矿渣制备的地聚物混凝土既可以满足强度的要求，又可以较好地控制其收缩率，是一种前景广阔的建筑材料。

1.3.2 粉煤灰-矿渣地聚物的收缩机理和改善措施

1.3.3 其他典型二元地聚物的收缩

Chang等[72]用偏高岭土替代30%的矿渣，发现地聚物砂浆在50%的RH(25±2 ℃)条件下28 d龄期的干缩应变在450～760 με之间，在70%的RH下降至270～340 με。但取代率为70%时，干缩反而增大。

Yang等[73]指出，用0～30%的粉煤灰取代偏高岭土降低了前驱体的平均反应性，导致偏高岭土-粉煤灰地聚物聚合阶段时间延长。这促进了凝胶的致密化，形成了更紧凑的N-A-S-H凝胶相。虽然此过程增加了自收缩，但也限制了水分从孔隙网络中蒸发，导致干缩应变减小。后者在偏高岭土地聚物中起主导作用。

还有一些其他二元地聚物的收缩特性被研究。如，Yusuf等[74]研究了磨碎的钢渣(GSS)与超细棕榈油燃料灰(UPOFA)组合的碱性活化粘合剂(AAGU)的干缩，结果表明，钢渣组分具有较大的孔体积，它提供的Ca2+增强了基体骨架网络(C-(A)-S-H)的体积模量，改善了微观结构密度和强度，降低了AAGU的干缩率。而采用低NaOH/Na2SiO3质量比对降低AAGU的干缩率有利[75]。

相较于粉煤灰地聚物而言，偏高岭土地聚物的干缩率较大，并且在改善矿渣地聚物的收缩率方面相对乏力；降低钠含量可以降低AAGU的干缩率。综合前文可见，在地聚物混凝土中严格控制钠含量对减小收缩具有显著意义。

1.4 其他地聚物的收缩

Matalkah等[76]的研究表明，碱活化粉煤灰-矿渣-钠长石地聚物(AAC)的干缩率为OPC的两倍，但添加2.5%(质量分数)的硅灰能使AAC水泥的干缩显著降低，并与OPC水泥相当。Nguyen等[77]指出，减缩混合物(SRA)可以在不降低地聚物砂浆强度的情况下减轻地聚物砂浆的收缩，并随着掺量增加效果越来越好。

Kani等[78]研究了天然火山灰地聚物粘结剂，发现聚合反应导致了较大的体积收缩。收缩性能受化学成分和固化条件的影响较大，其中Si/Na物质的量比为影响最显著的化学成分因素，潮湿环境中的水热养护能有效地降低收缩。

Kuenzel等[79- 81]研究了MK在室温下的干缩。结果表明，地聚物中阳离子的电荷密度、阳离子的总量是MK在室温下干缩的主要敏感性影响因素；同时，Vidal等[82]发现添加钼酸铵可以控制MK地聚物的缩聚反应，并降低其收缩；Xiang等[83]用细砂替代不同含量的偏高岭土可以改善偏高岭土基地聚物灌浆材料(MGGM)的颗粒堆积和致密性，干缩应变可降低65%；此外，Li等[84]系统研究了MK的化学收缩，结果表明，MK的化学变形与反应过程之间存在明显的相关性。MK最初表现为化学收缩，第2阶段为化学膨胀，最后阶段又为化学收缩，这与只存在单调化学收缩的普通硅酸盐水泥完全不同。

2 徐变性能

通常，徐变与载荷、骨料类型和比率、空气温湿度及加载龄期等密切相关。已发表的研究表明，地聚物的配合比和固化条件对徐变的贡献也是至关重要的[85]，典型粉煤灰地聚物混凝土的徐变系数或徐变比的研究结果汇总于表4。Lee等[86]进一步指出液固比的增加导致AAFA混凝土产生更大的徐变，胶/砂比对AAFA的徐变影响很小。Wallah等[20]采用干燥和蒸汽两种方式固化AAFA混凝土，按7 d龄期抗压强度的40%加载，结果表明，AAFA的徐变比OPC混凝土的小。Sagoe-Crentsil等[87]指出，干燥养护的AAFA的徐变小于蒸汽养护的。Wallah[18]研究了抗压强度为40、47、57 MPa的热固性GP混凝土的徐变，发现这3种强度的混凝土的1年期的徐变系数在0.6～0.7之间，而67 MPa的GP混凝土徐变系数仅为0.4。地聚物混凝土在14～28 d的强度发展较低，但徐变随加载龄期的变化显著[88]，这一点与OPC混凝土有所不同。Hardjito等[89]也观察到，中等强度地聚物混凝土的徐变比同等等级的OPC混凝土低。Hanif等[90]的研究表明，24 h热处理(60 ℃)粉煤灰地聚物混凝土的徐变率为OPC混凝土的50%。Wallah等[20，91]对AAFA混凝土进行了长达1年的徐变性能研究,结果表明，AAFA混凝土的徐变率较低，约为澳大利亚AS3600—2009标准预测中OPC徐变率的50%。

Sagoe-Crentsil等[19]指出，40 MPa级GP混凝土的基本徐变系数(0.1)比相应的OPC混凝土低40%～60%。Gunasekera等[12]讨论了3种不同来源的低钙粉煤灰地聚物混凝土的徐变发展,结果表明，Gladstone和Pt.Augusta地聚物混凝土在整个试验周期内与OPC混凝土的徐变应变基本相当。这两种地聚物混凝土的徐变应变在1年后达到了约700 με，相当于OPC混凝土的总徐变应变。然而，

表4 典型地聚物的徐变Table 4 Creep of typical geopolymer

Tarong地聚物混凝土的徐变应变在1年后达到约1 900 με。笔者发现，Tarong粉煤灰中的Si/Al质量比、Si/Fe质量比和Si/Ca质量比均远大于其他两种，这可能影响了地聚物的徐变性能，但还有待进一步验证。

Noushini等[31]发现，0.5%的PP和PO纤维增加了AAFA混凝土的抗压徐变，它的徐变应变分别提高了约19%和30%。这可能是由于PP纤维的弹性模量较低，同时纤维的掺入在地聚物基体中引入了初始缺陷。

由上述分析可见，影响AAFA混凝土徐变的有效参数与OPC混凝土的基本一致。大部分研究都表明AAFA混凝土的徐变较OPC混凝土要低。但个别文献却获得了完全相反的结论，这可能是由于粉煤灰的品质和化学成分差异较大所导致的，这也对地聚物混凝土徐变机理的研究提出了更高的要求。

此外，Ma等[93]指出密封和未密封条件下的AAS混凝土的徐变系数均高于OPC混凝土的徐变系数，文献[94]也获得了相同的结论。尽管AAS混凝土中的C-S-H胶凝比OPC混凝土的结晶级更高(这可能会降低AAS混凝土的徐变)，但它的低Ca/Si物质的量比又增强了徐变效应。从测试结果来看，增强效应似乎占主导地位[93]。Castel等[60]研究了两种养护方式下矿渣-粉煤灰地聚物混凝土试件的徐变,结果表明，3 d、40 ℃(40 ℃烘箱中保存3 d，下同)和7 d、80 ℃固化试验的早期徐变系数与Eurocode 2规范中的预测结果相似，但徐变发展50 d后，其徐变系数似乎小于Eurocode 2中的计算值。这与文献[18,91]的结论一致。它还表明添加少量BFS对AAFA混凝土的徐变影响不大。

众所周知，混凝土徐变的主要原因之一是C-S-H的徐变，它受Ca/Si物质的量比的影响。在文献[95]和[96]中，通过纳米/微孔试验获知混凝土的徐变随C-S-H的接触徐变模量的减小而增大。有学者[97- 98]采用纳米压痕技术对Ca/Si物质的量比在0.6～1.5范围合成的C-S-H的接触徐变模量进行了研究，结果表明，Ca/Si物质的量比越低，C-S-H的接触徐变模量越低。Chen等[99]采用纳米压痕技术研究了偏高岭土基地聚物(MKGS)粘合剂的徐变行为，结果表明，通过优化Si/Al物质的量比降低平均孔径时，虽然孔隙率几乎不变，但杨氏模量和徐变模量增加。特别地，当Si/Al物质的量比接近1.0时，存在沸石相；而当Si/Al物质的量比接近2.2时，存在大量残留的偏高岭土颗粒，这些微观结构变化导致粘合剂的孔径增加，徐变模量降低。

鉴于对地聚物混凝土徐变的研究文献较少，要客观地评价地聚物徐变的发展规律、机理和控制方法，还有很多基础研究需要去做。

3 结语

基于对文献的梳理和归纳，主要可以得出如下结论：

(1)粉煤灰来源、配合比和养护温度对AAFA的收缩有显著的影响。大部分情况下，AAFA体系的干缩比OPC的小；相对于高温养护，室温养护下的AAFA干缩较大，但自收缩较低；AAFA在低于85%的RH时才会发生干缩，且AAFA干缩收敛速率较OPC快；高钙粉煤灰制备的地聚物的干缩大于OPC，但开裂较迟；随着水胶比和激发剂浓度的增加，干缩也增大。

(2)AAFA的干缩与孔隙率、50 nm～1 μm孔径的均匀性及试件强度发展有关，但与试件质量损失的相关性较低。高温固化、延长固化时长或掺入弹模较高的玄武岩纤维、纳米TiO2及减缩剂等均可以降低AAFA的干缩。

(3)与OPC混凝土相比，AAS混凝土具有更大的干缩和自收缩，这是AAS基体中孔隙细化、内部相对湿度较低、孔隙溶液表面张力较大的缘故。高温固化，添加适量的减缩剂、石膏、纳米SiO2、高反应性MgO、膨胀剂均可以有效降低AAS的干缩；添加MK和饱和的细页岩轻质骨料等还可以降低AAS的自收缩。

(4)当矿渣占比低于20%时，矿渣-粉煤灰地聚物(AFS)的收缩较小;但掺量超过50%时，自收缩和干燥收缩均较大。降低矿渣组分和激发剂模数，提高养护温度，掺入CaSiO4、细石灰粉及玻璃纤维等可降低AFS的干缩；此外，使用较高pH值的硅酸钠激发剂可以减轻AFS的干缩，但化学收缩却增大了。

(5)AAFA混凝土的徐变较OPC混凝土小，但其值可能受粉煤灰的化学成分影响较大。干燥养护要优于蒸汽养护。加入少量矿渣对AAFA混凝土的徐变影响不大，添加弹性模量较低的纤维可能导致AAFA混凝土的徐变显著增加；纳米压痕技术可以正确评价地聚物混凝土的徐变；混凝土的徐变随着C-S-H的接触模量的减小而增大。

从整理的文献资料来看，粉煤灰-矿渣地聚物混凝土同时具备优良的力学性能和收缩徐变特性，是一种很有潜力的建筑材料。今后应该进一步研究其约束收缩，以评价其开裂性能。地聚物的收缩已经积累了大量的试验数据，下一步应该修正OPC混凝土的收缩发展函数或者建立新的收缩模型，以简便地描述地聚物混凝土的收缩发展，便于工程应用。地聚物混凝土的徐变研究尚不充分，根据我国国情，应该着重研究粉煤灰和矿渣基地聚物混凝土的徐变，以充分掌握这种新型建筑材料的徐变特性、机理和控制方法。