综述：纤维增强地质聚合物与3D打印及纳米混凝土在可持续建筑中的进展

这篇综述系统评估了纤维增强混凝土(FRC)、地质聚合物混凝土(GRC)、3D打印混凝土(3DRC)和纳米混凝土(NBC)的力学性能与可持续性，揭示了纳米地质聚合物(NBC)在抗压强度(95 MPa)、弹性模量(42 GPa)和裂缝韧性(2 MPa·m0.5)方面的卓越表现，为绿色建筑提供了低CO2排放的创新解决方案。

　　

引言

传统波特兰水泥混凝土存在高碳排放和低抗拉强度等缺陷，而纤维增强地质聚合物(GRC)与纳米混凝土(NBC)通过结合工业废料和纳米技术，实现了80%的CO₂减排。本文通过分析100+篇文献，采用核密度图、Q-Q图和威布尔分析，揭示了这些材料的性能优势。

力学与耐久性表现

纤维长度的影响：25–40 mm的纤维长度和3–5%的掺量可显著提升GRC的抗拉应变能力。当飞灰-粘结剂(F/B)比为0.65–0.70时，GRC的 tensile strain strength 达到峰值，而水-粘结剂(W/B)比在0.22–0.28时抗压强度最优。

强度参数对比：NBC的抗压强度(60–95 MPa)和 flexural strength (6–14 MPa)均优于3DRC。威布尔分析显示，NBC的弹性模量(η=15.59 GPa, β=1.23)具有更高的可靠性。

统计验证：Q-Q图证实NBC的强度数据符合正态分布，其 tensile strength 中位数达5.92 MPa，远超3DRC的4.97 MPa。

3D打印与纳米地质聚合物的较量

3DRC因层间粘结弱表现出各向异性，而NBC通过纳米二氧化硅(nano-SiO₂)填充孔隙，使热导率降至0.5–1.5 W/m·K。密度分析显示，NBC在2350–2600 kg/m³范围内实现了轻量化与高强度的平衡。

纤维与地质聚合物的界面行为

剪切性能：钢纤维使GRC梁的 shear capacity 提升30%，裂纹宽度控制在0.1 mm以下。冻融循环测试中，含膨润土的NBC经500次循环后强度保留率达95%，远超普通混凝土。

抗硫酸盐侵蚀：膨润土的阳离子交换容量(CEC)可吸附SO₄^2?，减少地质聚合物凝胶的分解。SEM显示，10%硫酸钠溶液中NBC的界面过渡区(ITZ)无明显腐蚀。

结论与展望

NBC和GRC通过协同纤维增强、地质聚合反应和纳米技术，实现了联合国SDG 9（产业创新）和SDG 13（气候行动）目标。未来需聚焦多尺度建模和实时结构健康监测，以推动其在抗震建筑和海洋工程中的应用。