1.2 试样制备

制备多孔地聚物试样的步骤如下：将 K2SiO3、KOH通过搅拌溶解在去离子水中，静置24h，制得碱激发剂溶液，并分别滴加设定添加量的五种表面活性剂；将粉煤灰与溶有表面活性剂的碱激发剂混合在400 r/min转速下搅拌20 min；滴入H2O2溶液后在400 r/min转速下搅拌1 min，使其在浆料中快速混合均匀。上述原料与试剂的配比如表2所示。将搅拌结束后的浆料立即倒入尺寸为40 mm×40 mm的塑料模具中，室温静置12 h；放入烘箱，将温度设置为70℃，固化24 h；将产物脱模，室温养护28 d，制得多孔地聚物试样，并进行后续的测试。

表2 试验配合比

1.3 分析和测试

表面张力测试：使用芬兰Kibron公司生产的抖淫安卓，采用板法（或环法）测试溶有表面活性剂的碱液的表面张力。实验采取单次测量方式，重复次数为10次，时间间隔2 s，每组试样测量三次取平均值。

抗压强度测试：利用万能试验机(WDW-100E，济南新力特试验设备有限公司)测试脱模 28 d 试样的抗压强度，测试方法参照《气泡混合轻质土填筑工程技术规范》(CJJ/T 177-2012)，试件的尺寸为 40 mm × 40 mm × 40 mm，加压位移速度为 0.5 mm/min，每次测试三个试块计算算数平均值。

密度测试：参考《多孔陶瓷显气孔率和体积密度的测定》(GB/T 1966-2024)中的体积密度测试方法测试多孔地聚物的密度。

孔隙率测试：总孔隙率 \(\varepsilon\) 表示多孔地聚物中所有的孔隙所占的比例，根据式(1)计算。

ε = (1 - ρ_b / ρ_t) × 100% (1)

式中：pb为材料质量与几何体积之比确定的体积密度, kg/m3；pt为采用《耐火材料真密度试验方法》(GB/T 5071-2013)中的比重瓶法测得的真密度, kg/m3。

通孔率表示多孔地聚物中能够通过流体或气体的孔隙的比例。参考《多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法》(GB/T 1966-1996)中的真空法测试多孔地聚物的通孔率。

表征分析：采用 X射线衍射仪(XRD, 德国布鲁克 AXS有限公司), 将原料与试样研磨成粉末后进行物相分析。测试条件: Ｃｕ靶Ｋα射线, 陶瓷 X光管, 光管功率为 2.2 kW, 管电压 40 kV, 管电流 30 mA, 扫描速度 8°/min, 扫描范围２θ ＝ １０ ～ ７０°。采用场发射扫描电子显微镜(SEM, Quanta250FEG, 捷克 FEI有限公司)测试粉末或块状试样的微观形貌或孔形貌。采用 NanoMeasurer

1.2软件测量并统计

SEM照片中的孔径大小和分布，每组试样测量的孔不低于 100个。利用红外光谱仪(FTIR, IS5, 美国赛默飞世尔公司), 以 KBr压片法制样, 测试试样粉末的红外光谱图, 波数范围为 1000~4000 cm-1。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂对表面张力和成孔过程的影响

为了分析表面活性剂种类和浓度对碱激发剂溶液表面张力的影响，进行了表面张力测试，结果如图3所示。未添加表面活性剂的碱激发剂溶液表面张力为 66.93 mN/m(低于水的 76.8 mN/m)，这是由于 KOH与水分子形成了胶束结构。添加表面活性剂后，碱液的表面张力先下降后趋于稳定，最低值时分别为：Meap-k 34.2 mN/m, SDS 43.2 mN/m, CTAB 30.1 mN/m, Tween-80 26.2 mN/m 和 APG 50.1 mN/m。不同类型表面活性剂作用机制存在差异：离子型表面活性剂(SDS, Meap-k, CTAB)通过电荷效应显著降张力；非离子型 APG 通过两亲作用平缓降低表面张力；Tween-80 因 -OH 与聚氧乙烯链的氢键作用形成单分子层排列，表现出最优降低表面张力的效果。当浓度超过临界胶束浓度(CMC)时，表面张力趋于稳定。

Fig. 3 不同表面活性剂下碱液的表面张力

多孔地聚物的成孔是在浆料静置过程中完成的。为了分析该过程中不同类型表面活性剂的影响，比较了浆料的体积膨胀率随时间的变化情况，结果如图4所示。未添加表面活性剂的浆料 20 min 内完成发泡，添加表面活性剂后发泡时间延长至 40-50 min。浆料的体积膨胀率从高到低依次为 T2(142.7%), M2(132.1%), S3(126.7%), C4(124.5%), A4(119.4%)，以及 K1(76.0%)，说明加入表面活性剂可以提高浆料的体积膨胀率。表面活性剂延长发泡时间并提高膨胀率的机理可归纳为：在碱性环境中，表面活性剂通过吸附 OH- 抑制其与 H2O2 (二元弱酸)反应，减缓氧气生成速率；表面活性剂分子间的静电斥力增强液膜稳定性，延缓气泡聚并；通过调控地聚物凝胶结构形成致密网络，或增加浆料粘度阻碍气泡生长。此外，表面活性剂可降低碱液表面张力(见图3)，增强气泡稳定性，从而提高体积膨胀率并优化孔结构。

Fig. 4 不同表面活性剂下的气体膨胀率