1.  绪论

1.1地聚合物介绍

1.1.1 简介

地质聚合物胶凝材料的制备有着很久的历史，根源可以说到万年前的古时代，人类用碳酸钙、或高岭土以及植被灰烬和二氧化硅及三氧化碳搅拌和匀，从而得到NaOH、KOH等强碱。高温煅烧下，强碱与硅铝酸盐继续发生碱激发反应最终得到地聚合物。后来试验发现，适量的泡花碱拌入其中，对于聚合反应物的强度有着很大的提升。另外还发现，地聚合物的原材料除了煅烧高岭土产生的偏高岭土外，含有很高氧化性的铝硅氧化物的工厂生产的废渣均是很好的原材料，如高矿物废料、粉煤灰、钢铁渣、和火山灰等。地聚合物由于是利用工业废料为原材料，因此在地聚合物的制备过程中没有用的气态和固态的废物排放量很低，另外使用完的原料还可以在重新回炉二次循环，做到无公害符合人类可持续性发展的新型节能减排材料。他与一般的硅酸盐水泥存在部分共同的性质，也存在部分比一般硅酸盐水泥更好的性能，在将来在很大部分会将波兰特水泥换掉，同时展示出超越一般水泥的特性。

上世纪三十年月初，Purdon摄入了硅铝酸盐矿物与泡花碱和氢氧化钠的发生体系，并得出了碱活性理论^[3]，他阐述了浸入氢氧化钠等强碱溶液的硅铝酸盐会快速的得到和的沉积物，其后得到强碱性溶液，其中包含绝大部分的OH^-，固然其发生效率较为减缓，然其发生过程不曾中断。

在上个世纪中后期，欧洲研发者J. Davidovits^【1，2】即地质聚合物的发明人，研究了古代房屋结构的制作原料，他发现从其试验中可以得出地聚合物除了囊括了普通波兰特水泥已有的C-S-H结构之外，还存在大量的沸石^[5]，然这些成分都是低聚反应的得到物。次种类的房屋建筑在耐腐蚀性能、耐低温冻融性能、耐疲劳性方面都很出色。J.Davidovits以此为契机出发尽心于地聚合物的微观内部结构组成及其发生的机理，获得了大量的专利^[6]。

上世纪末，M.Roy教授通过区分比对普通硅酸盐混合物与地聚合物，出版了详细介绍的报道^[7]。在其所写的章节中详尽的阐述了地聚合物比普通波兰特水泥在特性上更优的方面，同时预判了以后地聚合物的开发情况，导致了人类能够真实的用地聚合物替换传统胶凝材料的真实意义。现在，在地聚合物的化学发生机理及化学得成物的流程测量上已经更加成熟，研究人员的涉猎也更近一步深层次，制造出来的地聚合物的各项性能更加符合现代材料的要求，使得其在社会各领域的应用越来越广，应用范围也越来越宽。

1.1.2地聚合物基本性能

因为地聚合物金属离子组成的特殊网状结构，导致其在大多数情况下的质能好过陶涌、一般水泥等。另外，在材料的做工制造流程中，废水、废气、废料等的产生量均小得多，使用完没用的“废料”可重新回炉在次使用，是生态友好型材料。所以，其具备有取材范围宽、资源需求量低、加工便易及生态友好等优势，具体的在下面所示：：

①地聚合物的物理力学力学性能突出、硬化快、强度高，在力学性能这一特性上满足建筑结构材料。另一方面，地聚合物刚开始的强度非常高，平常的地聚合物一天的强度能够接近20～30Mpa, 28d 强度可接近40～60兆帕。在地质聚合物结构的里面通常认为是用共价键之间连接的展示出与另外矿物或废弃料颗粒有优秀的亲和性质^[22]，因此抗折强度非常大。跟同性能的普通波兰特水泥比较，拥有更优良的抗折强度。于合适的养护因素下，地聚物其强 度会跟从时间的增加而加大，优化的度量高于普通硅酸盐水 泥。胶结固化过程中的前，其强 度就能够抵制最终硬化强度的75%，

②耐酸碱、腐蚀性强。在强碱、强酸、部分NaCl等盐溶液中，它的稳定性都能表现出来，但是如果在盐酸溶液中，它的稳定性会略低^{【20, 21】}。在5%的HCl溶液中， 地聚物其分解率只能达一般波 兰特水泥的1/12，于相同浓度的 H₂SO₄溶液中，它的 分解率只是达一般水泥的1/13，如表1-2。

③渗透率低、固定核废料和有毒金属。地聚合物材的料有着隔离重金属 离子溢出这个很好的特性。地聚物拥有类沸石方面组成特点，正是应因为这种结构所以它对有毒金属和核废料有着很好的处理能力。J.Davidovits教授试验找出^[1]，地聚合物在Mn, Co, Fe等重金属离子的固定率>950/ 14。大量的学者认为，地聚合物能够吸附并固定重金属有毒离子是物理方面的性能，化学上只是非主要的。工业生产会产生大量毒害的金属离子，其同地聚合拌合反应后，立刻密封保存，封存于里面，这对解决工业毒害废料及环境改善有恨大的好处。

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