地聚合物是由硅铝质原料在碱激发条件下发生地聚合反应,由硅氧四面体和铝氧四面体共用氧原子形成的具有三维网络结构的绿色无机胶凝材料。目前对于地聚合物的研究主要集中在纤维增韧,实现工业固体废弃物利用以及探究辅助胶凝材料的作用等,通过添加有机聚合物来增韧和使用微纳米材料改性地聚合物并探究耐高温性能的研究相对较少。本课题以偏高岭土、矿物微粉以及碳纳米管为原料,在碱激发条件下制备了微纳米材料改性偏高岭土基地聚合物。通过力学性能、物相分析以及核磁共振谱分析等方法研究了矿物微粉替换偏高岭土对地聚合物性能和微观结构的影响,探讨了单掺硅烷偶联剂和单掺碳纳米管以及复掺硅烷偶联剂和碳纳米管对地聚合物的作用,进一步分析了地聚合物材料的耐高温性能。本文的主要结论如下:(1)以矿物微粉部分代替偏高岭土制备的地聚合物性能得到了改善,矿物微粉对偏高岭土基地聚合物的力学性能、微观结构以及水化放热产生显著影响。当矿物微粉的掺量达到30 wt%时,矿物微粉/偏高岭土基地聚合物(G7MP3)试样具备最优的力学性能。矿物微粉的掺加缩短了地聚合物的凝结时间,且适量的矿物微粉可促进早期地聚合物的水化放热和C-(A)-S-H凝胶的形成,凝胶相的发展优化了地聚合物的结构。(2)碳纳米管在硅烷偶联剂的协同作用下可以提高偏高岭土基地聚合物的性能,从力学性能角度来看,碳纳米管TNMC3的性能优于TNM3,随着碳纳米管掺量的增加,地聚合物试样的抗压和抗折强度先增大后减小。当硅烷偶联剂掺量为0.1wt%,碳纳米管TNMC3掺量为0.05 wt%时,28 d的抗压强度和抗折强度分别达到了64.3 MPa和13 MPa,与单掺TNMC3相比提高了15.6%和13%。(3)复掺硅烷偶联剂和碳纳米管没有改变地聚合物的物相组成,反而细化了地聚合物的孔径,使地聚合物的总孔隙率降低,促进了地聚合物的结构致密。结合核磁共振谱分析来看,复掺硅烷偶联剂和碳纳米管提高了地聚合物的聚合度,这主要得益于碳纳米管的填充效应和桥联作用以及硅烷偶联剂与地聚合物的结合,使地聚合物凝胶相得到发展。(4)碳纳米管在硅烷偶联剂的协同作用下可以降低地聚合物在高温暴露下的热收缩,200℃煅烧后力学性能的增加主要是因为温度的升高促进了地聚合反应的进行以及碳纳米管的填充效应和桥联作用,使得地聚合物在热暴露前期的结构变得更有序。经1000℃高温煅烧后,地聚合物的孔隙变小,性能下降,这主要是碳纳米管和硅烷偶联剂在高温下氧化消失,造成空隙破坏结构,但是由于发生高温烧结,形成致密的类陶瓷体使地聚合物在高温暴露后仍保持一定的强度,改善了其高温稳定性。图[53]表[14]参[112]