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地质聚合物的性能与应用开展前景

摘要

地质聚合物是一种新型高性能胶凝材料。由于其特殊的缩聚三维网络构造，

使其在众多方面具有高分子材料、水泥和瓷等材料的特征。综述了国外地质聚

合物的制备研究及聚合反响机理，概述了地质聚合物具备的性能特点及其在土

木工程、快速修补和有毒废料及放射性废料处理等领域广阔的应用开展前景。

关键词：地质聚合物聚合反响机理应用开展前景

目录

1绪论2

1.1地质聚合物的简介2

地质聚合物的概念2

地质聚合物的构造2

地质聚合反响机理2

2地质聚合物的性能特点3

2.1高强度3

2.2强的耐腐蚀性和较好的耐久性4

2.3快硬早强4

2.4耐高温4

2.5渗透率低，耐冻融循环4

2.6良好的界面结合能力4

3地质聚合物的应用开展前景5

3.1开发土木工程材料和快速修补材料5

3.2开发优质地质聚合物基涂料5

3.3开发工业有毒废渣和核废料固封材料5

3.4开发化学键合瓷6

3.5开发地质聚合物复合材料6

3.6开发防火和耐高温材料6

4结语6

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1绪论

1.1地质聚合物的简介

地质聚合物的概念

地质聚合物〔Geopolymer〕原意指由地球化学作用或人工模仿地质合成作

用而制造出的铝硅酸盐矿物聚合物，其根本构造是由硅氧四面体和铝氧四面体

聚合的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体。

1.1.2地质聚合物的构造

地质聚合物具有以硅氧四面体和铝氧四面体为骨架组成的三维网状凝胶构

造，其经历化学式为Mn［-(SiO)-AlO］·wHO。其中M为碱金属和金属阳离

2Z2n2

子等，n为聚合度数，Z为1、2、3等整数。同时，地质聚合物具有类沸石笼状

构造，地质聚合物与沸石在构造上的主要区别在于地质聚合物是一种无定形体，

而沸石是一种结晶态物质。因为有着与沸石类似的构造和制备方法，许多文献

报道了在地质聚合物样品中出现了一定量的沸石相。依据Z值的不同地质聚合

物可以分为PS、PSS和PSDS型，它们的构造如图1所示。

图1地质聚合物PS、PSS和PSDS构造图

通过投射电镜分析〔TEM〕可知地质聚合物具有孔径分布较宽的多孔构造。

地质聚合物凝胶体是由直径为5-10nm的一次凝胶颗粒构成，而这些颗粒又围成

了纳米级孔道，这些孔道成为地质聚合物介孔〔孔径2-50nm之间〕的来源。同

时，地质聚合物还含有大孔〔孔径大于50nm〕和微孔〔孔径小于2nm〕。大孔是

由粉煤灰或高岭土颗粒之间的间隙所形成，而微孔是地质聚合物凝胶的笼状构

造所形成的孔隙。

1.1.2地质聚合反响机理

由于地质聚合物的聚合反响涉及到很多方面的多种因素，其聚合机理尚未

能够完全解释清楚，相关的研究仍在继续。目前，国外学者大都以碱激发机理

为根底来解释地质聚合物的聚合机理，其中以J.Davidovits教授提出的反响机

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理为代表，他把地质聚合反响的机理解释为他把地质聚合反响的机理解释为解聚—缩聚〞的过程，认为地质聚

合物形成过程中，首先硅酸盐原料在碱溶液的作用下促使其硅氧键和铝氧键的

断裂，形成一系列处于低聚状态的硅氧四面体和铝氧四面体单元，这些低聚的

四面体单元随着反响的进展，逐渐脱水重新聚合，从而形成地质聚合物。文献

认为，地质聚合物的形成过程可分为4个阶段：①铝硅酸盐矿物粉体原料在碱

性溶液(NaOH，KOH)中的溶解；②溶解的铝硅配合物由固体颗粒外表向颗粒间隙

的扩散；③凝胶相[M*(AlO)y(SiO)z