堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮影響因素及其抑制方法研究進(jìn)展

孫浩洋,張秀芝*,陶文宏,閆孝偉,侯杰,鄭沛祺,豐曙霞,杜鵬

（1.濟(jì)南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南 250022；2.山東正珩新材料科技有限責(zé)任公司，濟(jì)南 250014；3.濟(jì)南大學(xué)山東省建筑材料制備與測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250022）

泡沫混凝土因其在漿體中引入大量氣孔而具有密度低、隔熱隔音、耐火耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于預(yù)制裝配式自保溫墻體、狹窄空間建筑、路橋工程等工程領(lǐng)域[1]。長期以來，泡沫混凝土的生產(chǎn)以普通硅酸鹽水泥(Ordinary portland cement，OPC)為主要膠凝材料，但OPC生產(chǎn)過程會(huì)伴隨著大量CO2的產(chǎn)生，加劇溫室效應(yīng)，使全球生態(tài)環(huán)境更加惡劣[2]。因此，尋求低碳型膠凝材料以替代OPC生產(chǎn)制備輕質(zhì)多孔的泡沫混凝土具有非常重要的意義。

堿激發(fā)材料是一種以硅鋁質(zhì)廢棄物(粉煤灰、礦渣和鋼渣等)為原料的低碳膠凝材料[3]，具有良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性[4]。據(jù)報(bào)道，相比于OPC，堿激發(fā)材料的生產(chǎn)能耗降低約40%，CO2排放降低60%～80%[5]。因此，將堿激發(fā)材料和泡沫混凝土相結(jié)合生產(chǎn)堿激發(fā)泡沫混凝土在推進(jìn)綠色建筑、節(jié)能減排、減小能源壓力等方面都有著重要意義。

盡管堿激發(fā)材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是其高收縮仍是需要解決的問題之一，特別是在泡沫混凝土這樣高孔隙率材料中[6]。膠凝材料收縮的主要形式有化學(xué)收縮、塑性收縮、自收縮、干燥收縮、碳化收縮等。因在泡沫混凝土制備過程中通常會(huì)采用較高的水灰比，并且泡沫中也會(huì)含有大量的水分，因此干燥收縮對(duì)泡沫混凝土影響較大，容易造成產(chǎn)品的開裂，成為外界有害物質(zhì)侵蝕的途徑[7]。特別是當(dāng)密度降低至非結(jié)構(gòu)材料水平時(shí)，孔隙之間的壁更薄，開裂風(fēng)險(xiǎn)也更高，從而顯著影響材料的力學(xué)性能和耐久性[8-9]。因此，在關(guān)注堿激發(fā)泡沫混凝土強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能的同時(shí)，其干燥收縮性能應(yīng)被重視[10]。本文基于國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，對(duì)堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮影響因素、產(chǎn)生機(jī)制及減小干燥收縮的方法進(jìn)行了總結(jié)與分析，以期為堿激發(fā)泡沫混凝土的研究與工程應(yīng)用提供理論參考。

1 堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮機(jī)制

孔徑分布對(duì)干燥收縮的大小有重要影響[11-12]，但對(duì)于孔徑的劃分不同文獻(xiàn)中的分類標(biāo)準(zhǔn)不同。本文以國際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)標(biāo)準(zhǔn)，按孔尺寸大小定義孔的類別為微孔(小于2 nm)、中孔(2～50 nm)和大孔(大于50 nm)。Shi[13]曾對(duì)比了OPC和堿激發(fā)礦渣砂漿的孔徑分布，發(fā)現(xiàn)堿激發(fā)砂漿的孔隙不連續(xù)。Collins等[14]研究了這種不連續(xù)孔徑分布與堿激發(fā)礦渣混凝土干燥收縮之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)水玻璃激發(fā)礦渣混凝土中含有74%～82%的中孔(2～50 nm)，與OPC混凝土相比毛細(xì)應(yīng)力更大，故在干燥過程中收縮更大。Palacios等[15]在研究聚丙烯醇減縮劑對(duì)水玻璃激發(fā)礦渣砂漿收縮性影響中發(fā)現(xiàn)：減縮劑改變了孔結(jié)構(gòu)，增加了直徑在100～1 000 μm孔的百分比，最高可將收縮降至與OPC相近，此范圍的孔毛細(xì)管應(yīng)力遠(yuǎn)低于其他孔徑，可能與干燥收縮值無不利影響。

干燥收縮的機(jī)制有毛細(xì)管張力理論、表面張力理論、分離壓力理論和層間水遷移理論[16]，如圖1所示。其中，圖1(a)表示毛細(xì)管中的液面降低形成的彎月面使孔壁承受較大的應(yīng)力，稱為毛細(xì)管張力理論，可通過下式Laplace方程[16-17]計(jì)算：

圖1 堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮機(jī)制圖示：(a)毛細(xì)管力；(b)表面自由能；(c)分離壓力；(d)層間水運(yùn)動(dòng)[12]Fig.1 Diagram of alkali-activated foam concrete drying mechanism: (a) Capillary force; (b) Surface free energy; (c) Separation pressure;(d) Interlayer water movement[12]

式中：σ為收縮應(yīng)力；γ為孔隙溶液的表面張力；HR為毛細(xì)管內(nèi)的相對(duì)濕度；r為毛細(xì)管彎月面的臨界曲率半徑；M為水的摩爾質(zhì)量；ρ是水的密度，取0.018 kg·mol-1；R為通用氣體常數(shù)，一般取8.314 J·mol-1·K-1；T為溫度。毛細(xì)管張力理論適用于相對(duì)濕度高于50%的高濕度環(huán)境已經(jīng)基本取得共識(shí)，但是最低適用相對(duì)濕度仍存有爭議，35%～50%不等[18]。

圖1(b)為表面張力理論，表示材料表面吸附水層消失后表面分子引力不均衡所引起的收縮。隨凝膠表面吸附水的脫離，比表面自由能提高，材料將有減小表面積的趨勢，因而產(chǎn)生收縮[19]。這種力與顆粒尺寸有關(guān)，當(dāng)顆粒大時(shí)就等于0，但對(duì)于比表面積較大(1 000 m2/kg)的細(xì)微顆粒，表面張力引起的體積收縮不容忽視。若是相對(duì)濕度較高時(shí)，表面吸附水層收縮應(yīng)力也會(huì)減小，因此表面張力理論一般適用于解釋相對(duì)濕度40%以下的情況。

圖1(c)表示的是分離壓力，分離壓為兩個(gè)界面之間與界面距離相關(guān)的應(yīng)力，是范德華引力、雙電層斥力和結(jié)構(gòu)斥力的綜合體現(xiàn)[20]。在一定的濕度條件下，水分子吸附于凝膠表面，此過程會(huì)產(chǎn)生分離壓，而吸附水膜的厚度隨相對(duì)濕度的增加而增大。凝膠粒子之間通過范德華力相互吸引，當(dāng)分離壓大于范德華力時(shí)，會(huì)迫使凝膠粒子相互分離，從而導(dǎo)致膨脹。當(dāng)分離壓小于范德華力時(shí)，凝膠粒子兩個(gè)表面之間的距離減小，即收縮。一般適用于解釋相對(duì)濕度40%～100%的收縮情況[15]。

圖1(d)為層間水遷移理論的解釋示意圖，其歸因于水泥水化產(chǎn)物水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠的特殊層狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)相對(duì)濕度小于11%時(shí)，凝膠的層間水流失引起基體收縮[15]。堿激發(fā)材料的反應(yīng)產(chǎn)物多為水化硅鋁酸鈣(C-A-S-H)凝膠和水化硅鋁酸鈉(N-A-S-H)凝膠，如圖2的凝膠結(jié)構(gòu)模型所示[21]。C-A-S-H的結(jié)構(gòu)與C-S-H(I)相似，但是NA-S-H與天然沸石的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相似，因此，此機(jī)制不常用于解釋堿激發(fā)材料的收縮。

圖2 凝膠結(jié)構(gòu)模型[21]Fig.2 Gel structure model[21]

綜上所述，干燥收縮本質(zhì)是凝膠孔和毛細(xì)管內(nèi)的收縮，相對(duì)濕度的不同，主導(dǎo)干燥收縮的機(jī)制不同[22]。影響堿激發(fā)材料干燥收縮的因素通過對(duì)相對(duì)濕度和孔隙尺寸與結(jié)構(gòu)的影響，引起的干燥收縮程度不同。影響堿激發(fā)材料干燥收縮的因素可以分為外部因素和內(nèi)部因素。外部因素指環(huán)境條件，包括溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等因素對(duì)材料表面水分蒸發(fā)速率的影響；內(nèi)部因素決定材料本身的特征包括水化產(chǎn)物的種類、數(shù)量及孔隙率、孔結(jié)構(gòu)等，這主要由前驅(qū)體、激發(fā)劑、水膠比、泡沫含量和外加劑影響。

2 堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮影響因素

堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮的影響因素包括前驅(qū)體、激發(fā)劑、水膠比、發(fā)泡方式與泡沫量和環(huán)境養(yǎng)護(hù)條件等的影響。

2.1 前驅(qū)體

堿激發(fā)材料中前驅(qū)體作為原料主要提供硅、鋁、鈣等元素，通過激發(fā)劑加快這些元素的氧化物在硬化過程中的解聚縮聚反應(yīng)，最終生成由硅氧四面體[SiO4]4-和鋁氧四面體[AlO4]5-通過橋氧鍵連接的類沸石結(jié)構(gòu)的膠凝材料[23]。與水泥基材料不同，堿激發(fā)材料的具體反應(yīng)機(jī)制隨原料組成的不同而不同，圖3為堿激發(fā)材料反應(yīng)過程示意圖[24]。根據(jù)鈣含量的不同，制備堿激發(fā)材料的原料可分為以下兩類：低鈣體系和高鈣體系。

圖3 堿激發(fā)反應(yīng)過程[24]Fig.3 Alkali activated reaction process[24]

礦渣是高鈣體系的典型代表，礦渣的主要化學(xué)組成為CaO和無定形SiO2，主要活性組分是玻璃相，在堿性激發(fā)劑的作用下，玻璃體中共價(jià)鍵會(huì)發(fā)生斷裂、溶解并進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，生成C/S=0.9～1.2、類似托貝莫來石的C-S-H凝膠和無定性態(tài)C-A-S-H凝膠[25-27]。

對(duì)于低鈣體系(如偏高嶺土和粉煤灰)，前驅(qū)體需要高堿環(huán)境才能活化，其主要水化產(chǎn)物N-AS-H凝膠為硅氧四面體與鋁氧四面體通過共享氧原子相連形成高度交聯(lián)的多孔凝膠結(jié)構(gòu)，堿性陽離子(Na+、K+、Ca2+)存在框架腔內(nèi)，與框架中帶負(fù)電的氧相連，起到平衡電荷的作用[28]。當(dāng)原料中鈣含量增加時(shí)，水化產(chǎn)物中N-A-S-H凝膠量減少，C-A-S-H凝膠量增多，這有利于材料致密性和力學(xué)性能的提高[29]。由于堿激發(fā)材料反應(yīng)產(chǎn)物中結(jié)晶相比OPC反應(yīng)產(chǎn)物少，沒有鈣礬石等晶體物質(zhì)；并且，Ye等[30]發(fā)現(xiàn)堿激發(fā)材料的前驅(qū)體反應(yīng)產(chǎn)物本身的結(jié)構(gòu)具有黏彈性，這均會(huì)使收縮持續(xù)時(shí)間更長。

前驅(qū)體的細(xì)度也是影響干燥收縮的原因之一。前驅(qū)體顆粒越細(xì)，材料強(qiáng)度越高，但同時(shí)也會(huì)引起更大的干燥收縮值，使體積穩(wěn)定性下降[31]。周世華等[32]研究了水泥細(xì)度對(duì)硬化漿體干燥收縮的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明硅酸鹽水泥越細(xì)，砂漿體積穩(wěn)定性越差，尤其是當(dāng)水泥比表面積超過340 m2/kg時(shí)，水泥細(xì)度對(duì)砂漿體積穩(wěn)定性的影響非常顯著。由于顆粒的比表面積越大，表面水消失速率越快，導(dǎo)致比表面自由能提高越大，材料的收縮增大。

一些研究中將堿激發(fā)材料收縮大歸因于比水泥材料更精細(xì)的孔結(jié)構(gòu)[27-34]。由圖4可以看出，當(dāng)水膠比為0.5 (w/b=0.5)時(shí)，與OPC漿體相比，堿激發(fā)材料中孔(1.25～25 nm)含量更高。據(jù)Adesanya等[35]測定，堿激發(fā)礦渣(AAS)漿體的中孔(2～50 nm)百分比為74.0%～82.0%，而OPC漿體的中孔百分比僅為24.7%～36.4%。因此，與水泥基材料相比，堿激發(fā)材料因水化產(chǎn)物不同所造成的高細(xì)孔結(jié)構(gòu)是引起干燥收縮的重要原因。

圖4 普通硅酸鹽水泥(OPC)和堿激發(fā)礦渣(AAS)的干燥收縮與孔徑關(guān)系(水膠比w/b=0.5)[33]Fig.4 Relationship between drying shrinkage and pore size of ordinary portland cement (OPC) and alkali-activated slag (AAS)(Water-binder ratio w/b=0.5)[33]

2.2 激發(fā)劑

激發(fā)劑為前驅(qū)體的解聚提供堿性環(huán)境，是促使其加快反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)[22]。目前常用的激發(fā)劑主要是能夠提供OH-、SiO2、CO32-、SO42-的化合物，有苛性堿(MOH)，弱酸鹽(MF、M2CO3、M2PO4、硅酸鹽(M2OSiO2)等)(M為一價(jià)金屬元素)，其中應(yīng)用廣泛的主要有NaOH、水玻璃、水泥、硅酸鹽水泥熟料等[36]。

在堿激發(fā)材料中，堿激發(fā)劑的種類和摻量將直接影響反應(yīng)產(chǎn)物的組成和硬化后的孔隙分布，最終影響材料的收縮和力學(xué)性能，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)水玻璃作為激發(fā)劑比氫氧化鈉具有更優(yōu)良的性能[37]。因最后形成凝膠與第一步溶出的硅氧單體和鋁氧單體的量相關(guān)，而影響前驅(qū)體溶解的主要因素包括堿激發(fā)劑溶液的濃度、離子種類、濃度等[38]。程國東等[39]發(fā)現(xiàn)眾多影響因素中對(duì)材料性能影響程度最低是水玻璃模數(shù)。

激發(fā)劑是堿激發(fā)材料與水泥基材料有較大區(qū)別的一個(gè)參數(shù)，因此，使用時(shí)可以根據(jù)產(chǎn)品性能要求，基于激發(fā)劑種類、模數(shù)、堿當(dāng)量等參數(shù)對(duì)各性能的影響進(jìn)行調(diào)控。

2.3 水膠比

水膠比會(huì)影響膠凝材料內(nèi)部濕度，與微觀結(jié)構(gòu)中化合物固體的形態(tài)密切相關(guān)，因此對(duì)混凝土的干燥收縮有顯著影響。由于干燥收縮一般在前7天發(fā)展較快，因此早期失水引起的干燥收縮是影響其耐久性的關(guān)鍵參數(shù)[40]。

泡沫混凝土為了獲得更好的和易性，一般使用較高水膠比，這會(huì)導(dǎo)致泡沫混凝土易產(chǎn)生由于物理失水引起的干燥收縮。在水泥基材料中，超過反應(yīng)所需的水留在基體的孔隙內(nèi)用于后續(xù)反應(yīng)及維持內(nèi)部相對(duì)濕度，防止因基體的凝膠失水導(dǎo)致強(qiáng)度下降，這時(shí)的水含量被稱為初始含水率。賈興文等[41]發(fā)現(xiàn)隨著初始含水率降低，試件的干燥收縮值近似線性下降；但此時(shí)自生收縮值將會(huì)增加，這也會(huì)導(dǎo)致材料總收縮增大。但若水膠比增大，過稀的漿體黏度下降，增加了材料內(nèi)部孔隙連通性，過多的水分生成更多的毛細(xì)水分蒸發(fā)通道，造成更大收縮[42]。柴大霞等[43]制備了不同水膠比的堿礦渣泡沫混凝土，通過SEM觀察了微觀形貌，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度不同主要是由于微裂紋造成的。王洪飛等[44]研究了水膠比對(duì)堿礦渣泡沫混凝土力學(xué)性能影響，當(dāng)水膠比為0.43時(shí)，通過對(duì)SEM圖像的觀察發(fā)現(xiàn)泡沫混凝土各微孔壁相對(duì)完整、大小均勻，能夠形成良好的微孔堆積和級(jí)配，此時(shí)力學(xué)性能最佳。因此，適宜的水膠比不僅有利于泡沫混凝土的和易性，同時(shí)有利于控制孔徑分布及減少孔的連通性，減少其體積收縮。

2.4 發(fā)泡方式與泡沫量

目前堿激發(fā)泡沫混凝土的發(fā)泡方式有化學(xué)發(fā)泡法和物理發(fā)泡法[45]?；瘜W(xué)發(fā)泡技術(shù)主要是以鋁粉、Zn粉、H2O2或Si等作為發(fā)氣劑，與堿激發(fā)材料漿體一起攪拌均勻，漿料中的部分物質(zhì)與發(fā)氣劑反應(yīng)產(chǎn)生H2或O2等氣體，然后注模成型，最后養(yǎng)護(hù)得到堿激發(fā)泡沫混凝土材料。物理發(fā)泡法，是將泡沫劑利用快速機(jī)械攪拌，通過引入空氣形成預(yù)制泡沫，然后將預(yù)制泡沫與預(yù)先制得的漿料混合，注模成型，最后養(yǎng)護(hù)到一定齡期后得到堿激發(fā)泡沫混凝土。

不同發(fā)泡方式形成的孔隙結(jié)構(gòu)差異影響了泡沫混凝土的密度和性能。Zhang等[46]發(fā)現(xiàn)機(jī)械發(fā)泡生產(chǎn)的泡沫混凝土中孔隙尺寸比化學(xué)發(fā)泡混凝土中的孔隙尺寸更細(xì)、圓度更高、孔徑分布范圍更窄、孔尺寸更均勻；并且，孔隙的連通性與混合物的密度有關(guān)，與發(fā)泡方法無關(guān)。Zhao等[47]的研究中，化學(xué)發(fā)泡中所用發(fā)泡劑(例如H2O2)含量增加會(huì)增大孔徑，并導(dǎo)致出現(xiàn)不規(guī)則形狀的孔，孔隙連通率也較物理發(fā)泡的更大，水分更容易逸出。

采用物理發(fā)泡時(shí)，泡沫摻量也會(huì)影響材料的收縮，這與泡沫混凝土中孔隙含量相關(guān)。如圖5所示，隨著泡沫摻量(Foam volume，F(xiàn)V)從10wt%增加到50wt%，28天收縮值在逐漸下降。一些研究認(rèn)為，泡沫混凝土中泡沫量越多收縮值越低，這可能是由于體系中漿體占比減少的緣故[48-49]。Rezaei等[50]以粉煤灰為硅鋁酸鹽前驅(qū)體，制備澆筑密度在600 kg/m3至1 100 kg/m3之間的泡沫混凝土，發(fā)現(xiàn)隨著密度降低，堿激發(fā)泡沫混凝土的干燥收縮率下降，其原因亦如是。

圖5 水泥-砂基體10%～50%泡沫摻量的干燥收縮[42]Fig.5 Drying shrinkage of cement-sand matrix with 10%-50% foam content[42]

2.5 環(huán)境影響

環(huán)境條件包括相對(duì)濕度、溫度、風(fēng)速等，這些因素決定了材料的干燥程度。當(dāng)環(huán)境在較低相對(duì)濕度、高溫、高風(fēng)速時(shí)，材料表面到材料底層將形成較大的濕度梯度。濕度梯度使干燥材料表面的收縮受到具有較低收縮率底層材料的限制，導(dǎo)致垂直于干燥表面裂紋的產(chǎn)生，從而降低材料的耐久性[51]。泡沫混凝土內(nèi)部連通的孔隙使其表面積比普通混凝土更大，因此在凝結(jié)硬化過程中更容易失水；而且堿激發(fā)材料干縮比較大，養(yǎng)護(hù)濕度和溫度的變化都會(huì)引起堿激發(fā)材料中水化產(chǎn)物及水分變化。目前，用于泡沫混凝土的外部養(yǎng)護(hù)技術(shù)包括傳統(tǒng)的加水養(yǎng)護(hù)(即噴水、噴霧、蒸汽養(yǎng)護(hù)等)和密封養(yǎng)護(hù)(即通過塑料薄膜、防水覆蓋物、表面涂層等)[27]。蒸汽養(yǎng)護(hù)可以提高堿激發(fā)泡沫混凝土的水化程度，溫度升高水化程度增大，抗壓強(qiáng)度提高的同時(shí)可以降低孔隙的連通性[52]。

材料的最終收縮不僅取決于相對(duì)濕度或質(zhì)量損失，還取決于干燥速率和養(yǎng)護(hù)齡期，最終收縮會(huì)隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長而降低。葉家元等[53]的實(shí)驗(yàn)中，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)或淡水養(yǎng)護(hù)條件下，堿激發(fā)硬化漿體中的游離堿會(huì)隨著水分向外部遷移，從而降低激發(fā)劑的后期激發(fā)效果，同時(shí)由于堿激發(fā)材料的溶解-解聚-縮聚水化過程必須有水的參與，當(dāng)環(huán)境濕度較低時(shí)，水化進(jìn)程自然受到影響。自然養(yǎng)護(hù)條件下，由于膠結(jié)漿體中水分容易蒸發(fā)，漿體干縮增大，水化作用減弱，故多孔混凝土抗壓強(qiáng)度降低。Collins等[14]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相對(duì)濕度(RH)大于50%時(shí)，堿激發(fā)礦渣混凝土360天內(nèi)的干燥收縮值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于OPC混凝土。Collins等[54]在其他研究中，堿激發(fā)混凝土在50%相對(duì)濕度時(shí)，224天的干燥收縮值高于OPC混凝土，而在相對(duì)濕度40%下養(yǎng)護(hù)500天與OPC混凝土之間沒有顯著差異。另外，高溫蒸壓養(yǎng)護(hù)可以減小材料的收縮，詳見3.7節(jié)。

3 抑制堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮的方法

由上述可知，影響堿激發(fā)泡沫混凝土收縮的因素既有外因也有內(nèi)因，因此要抑制其收縮也要從這兩個(gè)方面進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到防止開裂的目的。這一部分將從前驅(qū)體、激發(fā)劑、集料、納米顆粒、纖維、外加劑和養(yǎng)護(hù)制度等方面總結(jié)討論減小堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮的措施和機(jī)制。

3.1 前驅(qū)體

原料中鈣含量高有利于材料致密性和力學(xué)性能提高，但這也增加了材料的收縮率。粉煤灰具有火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)，能起到增強(qiáng)和堵塞混凝土中的毛細(xì)組織的作用，降低總孔隙率，減小收縮。但是粉煤灰過多會(huì)帶來延緩凝結(jié)和強(qiáng)度發(fā)展的副作用[55]。薛恒岳[56]把粉煤灰-礦渣砂漿中粉煤灰的摻量從70wt%提高到90wt%，90天干燥收縮值從7 237×10-6降低至6 503×10-6。

堿激發(fā)材料干燥收縮較大的另一個(gè)原因是水化產(chǎn)物中的結(jié)晶相較少，故含有微量的鈣的偏高嶺土可以促進(jìn)結(jié)晶度良好的斜方鈣沸石相生成，以在一定程度上減小收縮[57]。與其他前驅(qū)體化學(xué)反應(yīng)過程不同，堿激發(fā)偏高嶺土具有沸石的NH4+離子交換性質(zhì)，反應(yīng)產(chǎn)物是無定形類沸石，這種低聚合度的產(chǎn)物使堿激發(fā)偏高嶺土材料在化學(xué)反應(yīng)過程中體積會(huì)發(fā)生膨脹，這一特性也是偏高嶺土可以減小收縮的原因之一[58]。

綜上，前驅(qū)體選擇適量低鈣或無鈣材料(如粉煤灰、偏高嶺土等)，有利于從水化產(chǎn)物種類與結(jié)構(gòu)上減少收縮。但由于低鈣前驅(qū)體會(huì)延長凝結(jié)時(shí)間，應(yīng)用在泡沫混凝土中不但影響早期強(qiáng)度，還會(huì)影響泡沫穩(wěn)定性。因此，堿激發(fā)泡沫混凝土在膠凝材料基體設(shè)計(jì)上應(yīng)綜合考慮凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度與收縮的關(guān)系，對(duì)前驅(qū)體的種類及摻量進(jìn)行調(diào)整與復(fù)合，以提高各礦物在材料中的有效合理利用。

3.2 激發(fā)劑

研究表明，水玻璃作為激發(fā)劑比NaOH、Na2CO3或Na2SO4具有更高的早期強(qiáng)度，也具有更顯著的收縮[59]。這主要是由于水玻璃激發(fā)的漿體水化速率較快，在早期形成低鈣硅比的C-S-H凝膠較多，纖維化程度高，凝膠孔較多，故較大的表面張力引起較大收縮。其最初7天的干燥收縮值幾乎達(dá)到其總干燥收縮值的70%，之后收縮速率逐漸降低。因此導(dǎo)致水玻璃激發(fā)的堿礦渣泡沫混凝土干縮高于NaOH激發(fā)的堿礦渣泡沫混凝土[60]。

水玻璃模數(shù)和堿當(dāng)量也會(huì)直接影響堿激發(fā)材料的收縮特性[22]。圖6為堿激發(fā)礦渣砂漿長達(dá)6個(gè)月中激發(fā)劑變化對(duì)孔徑分布和干燥收縮的影響[61]。如圖6(a)所示，與水玻璃激發(fā)的礦渣砂漿相比，水玻璃模數(shù)MS=0 (NaOH激發(fā))砂漿具有相當(dāng)多的大孔(50～10 000 nm)和中孔(2～50 nm)。對(duì)于水玻璃激發(fā)的砂漿，MS=0.4砂漿的中孔量約為MS=1.2砂漿的一半。MS=0.4砂漿的大孔數(shù)量也低于MS=1.2砂漿。圖6(b)顯示，隨著MS增大干燥收縮明顯增加，在MS=0.4以上，干燥收縮也隨著Na2O含量的增加而增加[55]。Ye等[30]也發(fā)現(xiàn)適當(dāng)增加堿當(dāng)量可以增加反應(yīng)程度，細(xì)化孔結(jié)構(gòu)，增加中孔(10～100 nm)的占比。

圖6 堿激發(fā)礦渣砂漿：(a) 孔徑分布；(b) 水玻璃模數(shù)；(c) 堿當(dāng)量對(duì)干燥收縮的影響[61]Fig.6 Alkali-activated slag mortar: (a) Pore size distribution;(b) Influence of sodium silicate modulus; (c) Alkali equivalent on drying shrinkage[61]

因此，與NaOH作為激發(fā)劑相比，水玻璃作為激發(fā)劑在帶來更高強(qiáng)度的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致干燥收縮增加。當(dāng)堿激發(fā)泡沫混凝土應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)材料時(shí)可以適當(dāng)降低堿當(dāng)量或水玻璃模數(shù)來平衡試件的強(qiáng)度和干燥收縮。若需要較高干密度，則可以考慮加入集料來提高物理性能，減小干縮。

3.3 集料

無論是在硅酸鹽水泥混凝土還是泡沫混凝土中，集料對(duì)收縮的抑制作用都是不可取代的。集料減少收縮的本質(zhì)是其具有一定的硬度從而限制了材料的整體變形。集料在承受應(yīng)力時(shí)通常不會(huì)表現(xiàn)出明顯的蠕變，而且由于集料自身的低滲透性低，體積不會(huì)因失水而發(fā)生變化。在泡沫混凝土中，集料與膠凝材料比越高，膠凝材料體積分?jǐn)?shù)越小，材料收縮就越減小。

集料粒徑增大會(huì)使泡沫混凝土干燥收縮值增加，因此為了避免泡沫大面積破裂，泡沫混凝土所用集料粒徑一般不超過3 mm[62]。毫米級(jí)玻璃粉也可以代替細(xì)砂，而且玻璃粉中無定形二氧化硅含量較高，具有火山灰性質(zhì)，隨著時(shí)間推移，玻璃粉顆粒表面會(huì)和漿體反應(yīng)形成更致密的凝膠從而使兩者結(jié)合更緊密。Ailar等[63]將玻璃粉摻到30wt%發(fā)現(xiàn)：56天收縮值為1 500 μm/m，比對(duì)比組降低了40%以上，強(qiáng)度比砂集料泡沫混凝土提高了77%。由于玻璃的密度比砂小，要使加砂的樣品與加玻璃粉的樣品達(dá)到相同的密度，需要加入更多的泡沫來平衡。以玻璃粉作為集料的泡沫混凝土其強(qiáng)度比加砂的高出許多，其中一個(gè)原因就是相同干密度加砂的泡沫混凝土泡沫量更大，增加了孔隙的連通性，并且加玻璃粉組的孔隙圓度更高，提高了強(qiáng)度。

超過膠凝材料細(xì)度的玻璃粉作為集料也可以顯著降低基體的干燥收縮[64]。龔建清等[65]發(fā)現(xiàn)在干密度為800 kg/m3堿激發(fā)泡沫混凝土中，當(dāng)玻璃粉摻量為20wt%時(shí)，干燥收縮值最低，由于玻璃粉活性低于礦渣，前期未反應(yīng)顆粒起到集料的骨架支撐作用；并且玻璃粉早期水化反應(yīng)比礦渣緩慢，反應(yīng)產(chǎn)物減少，從而引起的收縮較?。浑S著玻璃粉的溶解和水化的進(jìn)行，玻璃粉的高二氧化硅含量和高堿含量，可以促進(jìn)C-(N-)A-S-H 凝膠的形成，有利于細(xì)化孔隙并減少連通孔，增加了漿體中水分遷移難度，降低了后期的收縮[66]。

堿激發(fā)泡沫混凝土中所摻入集料的種類、尺寸和數(shù)量與砂漿和混凝土中的要求不同，為了保證泡沫的穩(wěn)定性，集料尺寸最好不要超過3 mm，集膠比不超過0.5。另外，像玻璃粉這樣的活性集料可能與基體發(fā)生堿集料反應(yīng)導(dǎo)致膨脹破壞[67]。

3.4 納米顆粒

納米顆粒在堿激發(fā)材料中可以起到填充孔隙密實(shí)結(jié)構(gòu)、作為晶核誘導(dǎo)晶體形成、阻滯孔隙內(nèi)水分的蒸發(fā)與滲流等作用，使收縮得以控制并增強(qiáng)漿體的抗壓強(qiáng)度[68]。Yang等[69]證實(shí)了在堿激發(fā)礦渣基材料中使用納米TiO2不僅可以降低干縮，還提高了試樣的抗壓強(qiáng)度。這與納米TiO2可以加速堿激發(fā)礦渣的水化進(jìn)程、提高水化反應(yīng)度、形成致密的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)[70]。楊凌艷[71]研究了摻量為礦粉質(zhì)量的0.5%的金紅石型納米TiO2可使28天堿激發(fā)礦渣總孔隙率降至基準(zhǔn)組的69.5%，孔尺寸在1.25～25 nm的含量降低至59.6%，收縮減小。

如圖7所示，高活性的納米MgO (MgOH)同樣可以促進(jìn)堿激發(fā)礦渣膠凝材料早期水化反應(yīng)，所形成的物質(zhì)可填充孔隙(其中，MgOM為中等活性的納米MgO)[72]。Huang等[73]將高活性的MgO應(yīng)用于高爐礦渣基地聚物的收縮控制，發(fā)現(xiàn)當(dāng)高活性MgO摻量低于8wt%時(shí)，可減少堿激發(fā)礦渣材料的收縮率。甘戈金等[74]發(fā)現(xiàn)，S85級(jí)的MgO摻量為30wt%的試塊28天斷面形貌可以觀察到大量由MgO轉(zhuǎn)化生成的Mg(OH)2與MgCO3晶體，對(duì)漿體的收縮有顯著的補(bǔ)償作用。

圖7 不同活性的氧化鎂摻量對(duì)堿激發(fā)礦渣干燥收縮的影響[72]Fig.7 Effect of MgO content with different activity on drying shrinkage of alkali activated slag[72]

碳基納米材料包括富勒烯、納米管和納米石墨等，這些納米材料形態(tài)不同，特別是碳納米管可以在納米尺度上提供橋接效應(yīng)，以增強(qiáng)凝膠抵抗變形應(yīng)力。此外，尺寸為20～40 nm的碳基納米材料還可以通過成核效應(yīng)誘導(dǎo)水化產(chǎn)物形成，以增加基體密實(shí)度；并作為填料細(xì)化50 nm以下的孔結(jié)構(gòu)，從而減小毛細(xì)管應(yīng)力和干燥收縮[75]。在水泥基材料中碳納米管對(duì)基體具有增強(qiáng)作用，即使在較小的用量(0.1wt%)下，也能有效增強(qiáng)C-SH凝膠，使干燥收縮率降低15%～21%。在堿礦渣材料中，摻量0.1wt%的碳納米管的樣品比不加的收縮率減少20%[76]。與碳納米管的作用相似，邱軍付等[68]研究發(fā)現(xiàn)納米纖維比普通聚丙烯纖維更能增強(qiáng)泡沫混凝土的韌性，可起到“晶核”作用，吸附周圍的粒子，降低收縮。

3.5 纖維

任何作用于基體的能量都會(huì)轉(zhuǎn)化為裂紋并導(dǎo)致材料的破壞，因此混凝土材料結(jié)構(gòu)不僅需要具有一定耐久性的基體，還包括能夠吸收裂紋擴(kuò)展能量的黏彈性摻雜物。纖維可以作為混凝土材料中的一種黏彈性組分，它的延伸性能可以大量吸收來自外界的能量，最終達(dá)到抑制基體材料中裂縫發(fā)展的效果[77]。

纖維可以有效改善基體的機(jī)械特性，提高基體的抗彎曲、抗拉伸開裂、抗沖擊和抗收縮等性能。纖維對(duì)基體材料的增強(qiáng)性，取決于纖維類型、長徑比和摻量[78]。合成纖維可以增強(qiáng)拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，并消除溫度和收縮裂紋。Amran[79]研究發(fā)現(xiàn)密度為1 000～1 900 kg/m3的不含聚丙烯(PP)纖維的泡沫混凝土150天的干燥收縮應(yīng)變?cè)?00 μm/m～1 250 μm/m之間，加入3vol%摻量PP纖維的收縮降低至400 μm/m左右。Kudyakov等[80]將膠凝材料質(zhì)量2%的石棉纖維加入水泥基泡沫混凝土中，發(fā)現(xiàn)閉口孔的尺寸更均勻，收縮減小50%。Mamun等[81]發(fā)現(xiàn)，摻有0.2vol%的聚丙烯微纖維的泡沫混凝土，不僅可以保持所需的流動(dòng)性，還可以有效地減小了干縮。詹炳根等[82]發(fā)現(xiàn)摻入0.6vol%的耐堿玻璃纖維的泡沫混凝土3天、7天和14天的干燥收縮分別降低了40.5%、33.7%和18.68%。綜上，可以看出纖維對(duì)早期干縮的抑制作用非常明顯。

天然纖維如大麻纖維、亞麻纖維、棕櫚纖維等，具有環(huán)保、可再生、無腐蝕性、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)且來源廣泛。為了更好地適應(yīng)堿激發(fā)材料強(qiáng)堿性的環(huán)境、提高機(jī)械性能和耐久性，需要對(duì)其進(jìn)行改性[83]。在水泥基復(fù)合材料中使用大麻纖維的研究顯示出提高能量吸收能力、降低收縮和提高抗沖擊性能的潛力[84]。

纖維混雜可以結(jié)合不同類型纖維的優(yōu)點(diǎn)。水泥基泡沫混凝土中，摻量為0.30wt%，長度為15 mm的混雜纖維(玄武巖纖維與聚乙烯醇(PVA))收縮值只有基準(zhǔn)組的43%左右，有效降低了干燥收縮[85]。表1中列舉了不同纖維在泡沫混凝土中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果[86-89]?？梢钥闯?，纖維可以有效抑制泡沫混凝土的收縮與開裂，但是纖維的種類、長度及長徑比等參數(shù)影響其效果。體積分?jǐn)?shù)大于0.25vol%的纖維就可以提高抗壓強(qiáng)度[90]，且纖維不宜超過15 mm，過長的纖維可能會(huì)結(jié)團(tuán)，不僅無法起到減縮的目的，反而在基體中形成缺陷，降低材料強(qiáng)度。目前PP纖維和PVA纖維在泡沫混凝土中使用較多，若使用天然纖維，一般要先進(jìn)行預(yù)處理。目前對(duì)于纖維增強(qiáng)堿激發(fā)泡沫混凝土研究中，界面與基體的結(jié)合效果相對(duì)研究較少，如何進(jìn)一步加強(qiáng)纖維與堿激發(fā)材料的界面結(jié)合及纖維在高堿性環(huán)境下的適應(yīng)性還需進(jìn)一步探究。

表1 纖維種類及摻量對(duì)泡沫混凝土干燥收縮的影響Table 1 Effect of fiber type and content on drying shrinkage of alkali-activated foam concrete

3.6 外加劑

由于堿激發(fā)材料體系較高的堿度及復(fù)雜的凝結(jié)硬化過程，大多數(shù)適用于水泥體系的外加劑并不一定能適用于堿激發(fā)材料。但是由于材料進(jìn)一步工程化應(yīng)用的需求，研究者也取得了一定的成果[91-93]。目前常用的化學(xué)外加劑有表面活性劑、膨脹劑、減縮劑和高吸水性聚合物等。這些外加劑可以使膠凝材料的孔結(jié)構(gòu)更致密，降低復(fù)合材料中毛細(xì)管的比例和總孔隙率，并促進(jìn)結(jié)晶相的產(chǎn)生。本節(jié)總結(jié)了多種外加劑對(duì)堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮的作用機(jī)制與影響。

3.6.1 發(fā)泡劑與減水劑

物理發(fā)泡法所用發(fā)泡劑一般為有機(jī)表面活性劑，可以降低孔隙液表面張力。發(fā)泡劑類型不同所制備的泡沫密度有差異，為使泡沫混凝土達(dá)到同一密度所需的泡沫量也不同，從而對(duì)基體的影響程度也不同。發(fā)泡劑通過改變孔隙溶液的表面張力進(jìn)而改變彎月面形成處的孔隙半徑，起到與減縮劑類似的效果，從而影響最終收縮的程度。

減水劑作為一種表面活性劑，吸附于粉料顆粒表面時(shí)可顯示電性能，因而粉料顆粒由于表面帶有相同電荷而產(chǎn)生相互排斥，顆粒分散后將包裹在內(nèi)部的水排出，得以潤滑漿體提高流動(dòng)性能[94]。

Bakharev等[95]觀察到萘系減水劑在高爐礦渣基地聚物體系中失效并會(huì)降低強(qiáng)度，木質(zhì)素磺酸鹽類外加劑使收縮率略有降低。

因此，在硅酸鹽水泥混凝土中使用的減水劑不一定適用于堿激發(fā)泡沫混凝土。可能是減水劑在堿激發(fā)材料的強(qiáng)堿性環(huán)境中化學(xué)結(jié)構(gòu)被破壞，從而降低了使用效果。例如萘系減水劑會(huì)增加堿激發(fā)材料的收縮，聚羧酸減水劑也會(huì)使材料產(chǎn)生大量大孔和連通孔，使材料更易失水，強(qiáng)度下降，收縮增大[15]。另外，減水劑與泡沫劑的相容性在泡沫混凝土中也需考慮。因此，研發(fā)與尋找可適用于堿激發(fā)材料體系的減水劑對(duì)于高強(qiáng)自流平堿激發(fā)泡沫混凝土的生產(chǎn)尤其重要，這也是堿激發(fā)材料發(fā)展應(yīng)用的中急需解決的問題。

3.6.2 膨脹劑與減縮劑

膨脹劑是在膠凝材料水化硬化時(shí)通過體積膨脹來填充孔隙從而達(dá)到減小收縮的目的。這種收縮補(bǔ)償機(jī)制主要?dú)w因于氫氧化鈣和鈣礬石這些晶體的形成。但是蔣俊等[96]研究發(fā)現(xiàn)膨脹組分能降低泡沫混凝土的干燥收縮，但強(qiáng)度有所降低。減縮劑可以降低水表面張力及凹液面的接觸角，當(dāng)減縮劑用量達(dá)3%時(shí)，可使干燥收縮率降低20%～50%。將外加劑與膨脹劑相結(jié)合，協(xié)同效應(yīng)發(fā)揮各自優(yōu)勢，可使干燥收縮減少80%[36]。醇類可以降低干燥收縮并且對(duì)強(qiáng)度、干密度等性能影響很小，可用于堿激發(fā)泡沫混凝土作為減縮劑。但是某些醚類降低表面張力和降低收縮能力非常強(qiáng)會(huì)影響泡沫的穩(wěn)定性，并不適用泡沫混凝土[97]。Palacios等[15]研究了聚丙二醇基減縮劑，發(fā)現(xiàn)其除了可以減小孔隙溶液與骨架之間的表面張力，還可以促使膠凝材料形成更多的大孔隙，使曲液面引起的應(yīng)力減小，使體系產(chǎn)生收縮的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力變小，從而減少材料收縮。同時(shí)，聚丙二醇基減縮劑還可以延緩了高爐礦渣基材料在低濕度養(yǎng)護(hù)下的激發(fā)時(shí)間。Ling等[98]對(duì)比了己二醇基減縮劑應(yīng)用于水泥基材料與堿激發(fā)粉煤灰材料的收縮有效性，結(jié)果表明：己二醇基減縮劑使堿激發(fā)粉煤灰材料在保持強(qiáng)度基本不變的前提下，孔結(jié)構(gòu)變粗，自由干縮與圓環(huán)約束收縮均明顯降低，裂紋萌生時(shí)間明顯延遲，裂紋寬度顯著減小。這些都是基于己二醇基減縮劑使堿激發(fā)粉煤灰材料臨界孔隙半徑增大的結(jié)果。

某些材料可以吸水并在反應(yīng)過程中逐漸釋放所吸附水分，用于維持內(nèi)部反應(yīng)所需的水分，有效降低材料體系的收縮，這種養(yǎng)護(hù)方式稱為內(nèi)養(yǎng)護(hù)，用于內(nèi)養(yǎng)護(hù)的材料稱為內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑。柴大霞等[99]的研究中摻入陶粒的泡沫混凝土在自然養(yǎng)護(hù)下也能減小收縮。聚丙烯酸鈉鹽高吸水樹脂的摻入會(huì)使堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮和自收縮減小。丁慶軍等[62]研究發(fā)現(xiàn)，高吸水樹脂雖然可以有效降低泡沫混凝土的收縮，但是樹脂不斷釋放水分之后會(huì)留下孔隙，大大影響了強(qiáng)度。根據(jù)膠孔比理論，孔隙率每增加1%，混凝土強(qiáng)度就將降低約5%[100]。

綜上，研究者們通過引入外加劑對(duì)堿激發(fā)材料的功能屬性或本征性能進(jìn)行調(diào)控，膨脹劑、減縮劑和高吸水性聚合物均可有效降低堿激發(fā)材料的收縮率，但也會(huì)在一定程度上影響材料的聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，因此材料力學(xué)性能的變化不可忽視。然而，這些外加劑對(duì)力學(xué)性能的影響在文獻(xiàn)中存在諸多矛盾，這可能由于外加劑種類和堿激發(fā)材料的成分差異所引起，其相關(guān)性能演化及作用機(jī)制也需深入研究。

3.7 養(yǎng)護(hù)制度

通過蒸壓養(yǎng)護(hù)的方式可以部分減小收縮。水泥基泡沫混凝土砌塊經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護(hù)可以明顯改善收縮。Nambiar等[49]用50℃固化試樣，發(fā)現(xiàn)在較高溫度下固化的試樣收縮率略有下降。升高養(yǎng)護(hù)溫度可以加速材料的反應(yīng)速率，提高早期強(qiáng)度，這可能是由于高溫會(huì)加速堿活化，因此導(dǎo)致收縮的孔隙水會(huì)減少[101]。

雖然高溫養(yǎng)護(hù)可以減小收縮，但是Traven等[102]發(fā)現(xiàn)600℃以上堿激發(fā)材料會(huì)產(chǎn)生熱收縮現(xiàn)象。研究了堿激發(fā)粉煤灰-偏高嶺土泡沫混凝土在高溫下的收縮性能，發(fā)現(xiàn)摻加偏高嶺土可以降低熱收縮，與粉煤灰基體的試樣相比熱收縮減小；并且用鉀類激發(fā)劑比鈉類激發(fā)劑材料熱收縮小(雖然鉀類激發(fā)劑的強(qiáng)度低于鈉類激發(fā)劑的)。Duxson等[103]也得到了相同的結(jié)論，但是硅鋁比增大會(huì)使晶相數(shù)量減少，增加熱收縮率。堿激發(fā)材料耐熱性優(yōu)于水泥基材料，因此堿激發(fā)泡沫混凝土可作為隔熱保溫材料用于更高溫度的環(huán)境，具有更廣的應(yīng)用。

三維聚合的 N-A-S-H 凝膠具有與沸石類似的結(jié)構(gòu)，這為堿激發(fā)膠凝材料用作制備沸石的前驅(qū)體奠定了基礎(chǔ)[104]。近年來，有不少研究堿激發(fā)膠凝材料的學(xué)者表示，在堿激發(fā)材料中發(fā)現(xiàn)了類沸石的晶體結(jié)構(gòu)，特別是在高溫環(huán)境下[105-106]。

蒸壓養(yǎng)護(hù)和高溫養(yǎng)護(hù)更適用于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)，但需要對(duì)溫度進(jìn)行限制，否則干燥收縮減小的同時(shí)熱收縮也會(huì)影響到材料的耐久性。大型構(gòu)件及現(xiàn)場制備的方式則無法采用以上方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可以考慮通過摻入集料、纖維或內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的方式來降低收縮率。

4 結(jié)論與展望

影響堿激發(fā)泡沫混凝土材料干燥收縮的因素最終歸結(jié)為基體的收縮與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。基體是由水化產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和數(shù)量及未水化顆粒構(gòu)成；結(jié)構(gòu)為各組分在材料中的比例、分布狀態(tài)及材料內(nèi)的孔隙率、孔尺寸及孔結(jié)構(gòu)等。

(1) 堿激發(fā)材料水化產(chǎn)物中結(jié)晶相少，本身的結(jié)構(gòu)具有黏彈性。其中高鈣體系主要生成類似托貝莫來石的水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠和無定形態(tài)水化硅鋁酸鈣(C-A-S-H)凝膠，低鈣體系主要生成水化硅鋁酸鈉(N-A-S-H)，因高鈣體系的產(chǎn)物有較大的表面張力，產(chǎn)生更大的干燥收縮；水膠比對(duì)孔隙有更直接的影響，增大水膠比會(huì)增加材料內(nèi)部孔隙連通性風(fēng)險(xiǎn)，過多的水分生成更多的毛細(xì)水分蒸發(fā)通道，造成更大收縮；水玻璃作為激發(fā)劑、堿當(dāng)量的增加在帶來更高強(qiáng)度的同時(shí)也會(huì)增加中孔含量，導(dǎo)致干燥收縮增加。在堿激發(fā)泡沫混凝土中，物理發(fā)泡與化學(xué)發(fā)泡產(chǎn)生的孔結(jié)構(gòu)和孔尺寸不同，材料密度對(duì)孔隙的連通性影響較大，漿體體積減少，密度降低，干燥收縮降低。

(2) 抑制堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮的方法有適當(dāng)引入低鈣原料，可以通過改變水化產(chǎn)物、生成晶體或堵塞孔隙的方式。降低水玻璃模數(shù)和堿當(dāng)量可以粗化孔徑減小干縮。集料可起到減小收縮的作用，但考慮到泡沫穩(wěn)定性，集料的尺寸最好不要超過3 mm，集膠比不超過0.5。玻璃粉作為集料時(shí)前期活性低于前驅(qū)體，起到骨架支撐作用，后期玻璃粉的高二氧化硅含量和高堿含量，可以促進(jìn)C-(N-)A-S-H凝膠的形成，有利于細(xì)化孔隙并減少連通孔，降低收縮。摻加纖維時(shí)長度不宜超過15 mm，使用天然纖維要考慮強(qiáng)堿環(huán)境對(duì)表面的破壞，將纖維進(jìn)行改性和處理；納米顆粒在堿激發(fā)材料中可以起到填充孔隙密實(shí)結(jié)構(gòu)、作為晶核誘導(dǎo)晶體形成、阻滯孔隙內(nèi)水分的蒸發(fā)與滲流等作用，使收縮得以控制。利用外加劑和養(yǎng)護(hù)條件減小堿激發(fā)泡沫混凝土收縮還需進(jìn)一步探索，以得到突破性的結(jié)果。

雖然對(duì)于堿激發(fā)泡沫混凝土干燥收縮及抑制措施已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)某晒?，但以下幾個(gè)方面可能是還需進(jìn)一步深入展開的工作：

(1) 由于堿激發(fā)泡沫混凝土的原料成分和性能波動(dòng)較大，不同來源的原材料會(huì)帶來完全不同的凝結(jié)硬化行為。若原材料理化性質(zhì)的復(fù)雜性無法得到全面的認(rèn)識(shí)，將阻礙相關(guān)研究的進(jìn)一步探索。因此，確立原材料組成與產(chǎn)品性能之間的定量關(guān)系對(duì)堿激發(fā)泡沫混凝土更廣泛的應(yīng)用非常重要；

(2) 由于水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不同和摻入泡沫的原因，堿激發(fā)泡沫混凝土的收縮機(jī)制與硅酸鹽水泥基材料不完全相同。雖然部分應(yīng)用于堿激發(fā)泡沫混凝土的減縮方法與堿激發(fā)混凝土、水泥基材料相同，但是在堿激發(fā)泡沫混凝土中所起作用的程度不同。要厘清堿激發(fā)泡沫混凝土收縮機(jī)制、明確收縮程度及如何抑制干燥收縮的同時(shí)平衡其他各項(xiàng)性能需要結(jié)合堿激發(fā)材料和泡沫混凝土兩方面的特點(diǎn)；

(3) 孔徑和孔隙率均與材料干燥收縮有很強(qiáng)的相關(guān)性，影響堿激發(fā)材料干燥收縮的因素通過對(duì)相對(duì)濕度和孔隙的影響，引起的干燥收縮程度不同。目前堿激發(fā)泡沫混凝土孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)收縮的影響有一定的研究，但是如何有效地調(diào)控孔隙分布及孔尺寸的研究還較欠缺。因此，調(diào)控這些影響因素對(duì)堿激發(fā)泡沫混凝土孔隙形態(tài)的影響需要后續(xù)進(jìn)一步的研究總結(jié)，這將是堿激發(fā)泡沫混凝土未來突破的重要目標(biāo)。