近日，太阳成集团tyc122ccvip许福教授课题组在土木工程领域顶级期刊《水泥和混凝土复合材料》（Cement and Concrete Composites, IF = 13.1）发表题为《碱催化纳米二氧化硅改性地聚物的多尺度表征：对分散性与力学性能的影响》“Multiscale characterization of geopolymers modified with alkali-catalyzed nano-silica: Effects on dispersion and mechanical properties” 的研究成果。太阳成集团tyc122ccvip2024级硕士研究生杨林科、2023级硕士研究生胡昕尧为论文共同第一作者，许福教授和密歇根理工大学的靳东兆博士为论文共同通讯作者，公司为论文的第一完成单位及通讯作者单位。

在全球建筑业亟需降低碳排放的背景下，传统水泥生产带来的高能耗与高排放问题日益凸显。地聚物作为一种新型低碳胶凝材料，因其低排放、高活性及优异耐久性，被视为替代传统水泥的绿色选择。然而，微观结构不均匀、强度发展慢等问题制约了其工程应用。纳米二氧化硅（NS）因其高反应活性与填充效应，被广泛用于提升地聚物性能，然而其制备条件对分散性与反应机制的影响尚不明确。

针对上述问题，许福教授团队系统研究了酸性与碱性催化条件下制备的NS对粉煤灰-矿渣基地聚物性能的影响。研究通过X射线衍射（XRD）与透射电镜（TEM）表征发现，碱性催化NS具有更优的分散性与形貌均匀性（见图）。宏观力学性能测试表明，掺入0.16 wt%碱性NS的地聚物28天抗压强度提升了38.4%，显著优于酸性催化NS组。

碱性催化NS的分散性优势及其改性地聚物的多尺度表征

为深入揭示增强机制，研究进行了系统的扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）与小角X射线散射（SAXS）等多尺度表征。结果显示，碱性NS显著改善了地聚物的微观结构均匀性，模量分布标准差降低70%，表面粗糙度下降约50%，Guinier拟合所得回转半径减小18%，表明其形成了更为致密连续的凝胶网络（见图）。此外，研究还发现高掺量（0.32 wt%）NS易引发团聚，削弱增强效果，提示在实际应用中需控制合理掺量。

该研究首次系统比较了不同催化条件下制备的NS对地聚物性能的影响，揭示了碱性环境在提升NS分散性、优化微观结构与增强力学性能方面的关键作用，为绿色高性能地聚物材料的设计与应用提供了理论依据与技术支撑。

许福课题组长期从事绿色低碳土木工程材料基础理论与应用研究工作，近3年来以公司第一通讯单位在《水泥和混凝土复合材材料》（Cement and Concrete Composites）（2篇）、《建筑材料》（Construction and Building Materials）（7篇）、《美国土木工程师学会-土木工程材料期刊》（ASCE-Journal of Materials in Civil Engineering）（2篇）等权威期刊上发表论文多篇。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2025.106324