碱激发地质聚合物的研究进展

地聚合物胶凝材料研究现状摘要：地聚合物胶凝材料是一类新型的高性能无机聚合物材料，它与水泥基胶凝材料相比具有更高的强度、更优良的耐久性、无污染等特点。

本文详细介绍了地聚合物胶凝材料的发展状况、反应机理和结构、性能研究现状，以及地聚合物胶凝材料的应用前景，最后提出了研究中存在的一些问题及建议。

关键词：地聚合物，胶凝材料，聚铝硅酸盐，理化性能0 前言地聚合物（Geopolymer）概念最早是由法国科学家Joseph Davidovits于1985年在其专利[ ]中提出来的。

这类化合物与地壳中大量存在的沸石类物质结构相似，因而命名为地聚合物材料，其原意是指由地球化学作用（Geochemistry）或人工模仿地质合成作用（Geosynthesis）而制造出的铝硅酸盐矿物聚合物。

地聚合材料在国内还被称为：人造矿物聚合物、高强矿物聚合物、土壤聚合物、土聚水泥等[ ]。

地聚合物胶凝材料是以烧粘土（偏高岭土）或其它以硅、铝、氧为主要元素的硅铝质材料、碱激活剂为主要原料，经适当的工艺处理，在较低的温度条件下通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一种新型胶凝材料[ ]，它具有有机高聚物、陶瓷、水泥的优良性能，又具有原料来源广泛、工艺简单、能耗少、环境污染小等优点。

由于地聚合物胶凝材料性能独特，其在冶金、土木工程、环境工程等领域都有较好的应用前景，因此地聚合物胶凝材料的研究和应用已经受到的广泛关注。

本文对地聚合物的研究和应用现状以及目前存在的问题进行重新梳理，以为该研究领域的发展提供参考。

1 地聚合物的发展过程地聚合物材料属于碱激发胶凝材料，这类材料的应用可以追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分碳酸钠、草木灰成分碳酸钾以及硅石的混合物，加水拌和后产生强碱氢氧化钠和氢氧化钾，与其它组分发生反应，生成矿物聚合粘结剂而制成人造石[ ]。

地聚合物胶凝材料自诞生以来，经历了一个从初级到高级的发展过程。

最初生产的地聚合物制品必须在一定温度（50℃-180℃）下养护，甚至需要压蒸工艺，所用原材料比较单一。

工业技术66 2015年53期地质聚合物制备机理及原料研究进展罗书亮中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山243000摘要：综述了地质聚合物的制备机理及原料研究进展，并提出了地质聚合物发展的限制因素及建议。

关键词：地质聚合物；机理；原料中图分类号：TB383.3 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）53-0066-01Geopolymer是近年发展起来的一类新型无机高聚合胶凝材料，由法国科学家Joseph Davidovits教授于20世纪70年代首先发现并命名[1]。

Geopolymer一词原意指由地球化学作用或地质合成作用而形成的铝硅酸盐矿物聚合物[2]，而这一概念发展到现在则包括了所有采用天然矿物或固体废弃物制备成的以硅氧四面体与铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体[3]。

它以其独特的性能已成为世界各国材料科学工作者关注的目标之一。

1 地质聚合物的反应机理关于地质聚合物的反应机理仍然是一个尚未完全解决的问题，尤其是对不同体系及组成相对复杂的体系更是如此。

目前针对不同体系具有代表性的地质聚合物反应机理模型有以下几个。

（1）法国科学家Joseph Davidovits[4]为代表的研究者所提出的利用氢氧化钠/氢氧化钾激发偏高岭土制备地质聚合物的机理模型：偏高岭土等活性材料在高碱性溶液中裂解为类似有机高分子单体的低聚硅氧四面体和铝氧四面体，这些低聚物在高碱环境下发生聚合反应作用，形成三维网状结构的无机高聚物。

根据反应产物中硅铝比（Si/Al）之间的比例关系，可将地质聚合物分为3种类型：PS型（-Si-O-Al-）、PSS型（-Si-O-Al-O-Si-）、PSDS型（-Si-O-Al-O-Si-O-Si-），基于此可将地质聚合物的分子式表达为：Mn{-（SiO2）z-AlO2-}n·mH2O，式中z为1、2或3；M为碱金属离子（Na+、K+等），n为聚合度，m为结合水量。

地质聚合物姓名:黄宇文班级BG0906摘要：地质聚合物是一类新发展起来的，兼有有机物、陶瓷、水泥的特点，又具有独特优异性能的新型胶凝材料。

本文介绍了地质聚合物的反应机理、研究进展及开发应用。

关键词：胶凝材料地质聚合物碱激活反应机理地质聚合物（Geopolymer）是近年来国际上研究非常活跃的非金属材料之一。

它是以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，经适当的工艺处理，在较低温度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。

地质聚合物(Geopolymer)的概念在上个世纪70年代末首先由J.Davidovits提出。

该材料是近年来新发展起来的、有可能在许多场合代替水泥，并有着比水泥更优异性能的新型材料。

其英文的同义词还有Mineral Polymer，Geopolymeric Materials，Aluminosilicate Polymer，Inorganic Polymeric Materials等。

中国地质大学的马鸿文教授建议将其译为“矿物聚合材料”。

鉴于在国外Geopolymer一词使用最为广泛和我国早期介绍该材料的一些学者已将其称为“地质聚合物”，本文建议我国使用“地质聚合物”一词作为该材料的正式中文名称，并与Geopolymer 相对应。

地质聚合物被认为是由地球化学作用(Geochemistry)或人工模仿地质合成作用(Geosynthesis)而制造出的、以无机聚合物为基体的、坚硬的人造岩石。

这种人造岩石具有天然岩石一样的硬度、耐久性和热稳定性。

地质聚合物具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀等优于普通硅酸盐水泥的独特性能，同时具有材料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等优点引起了国内外材料专家的极大兴趣。

1 地质聚合物的反应机理法国J. Davidovits提出的“解聚—缩聚”机理，他认为地质聚合物的形成过程为：铝硅酸盐聚合反应是一个放热脱水的过程，反应以水为传质，在碱性催化剂的作用下铝硅酸盐矿物的的硅氧键和铝氧键断裂，发生断裂—重组反应；形成一系列的低聚硅（铝）四面体单元，聚合后又将大部分水排除，少量水则以结构水的形式取代[SiO 4 ]中一个O的位置，最终生成Si—O—Al的网络结构。

碱激发胶凝材料的地聚物制备1. 背景介绍地聚物是一种具有优异力学性能的聚合物材料，具有优良的耐热性、耐腐蚀性和抗老化性。

由于其独特的性质，在建筑、汽车、航空航天等领域有着广泛的应用。

2. 碱激发胶凝材料碱激发胶凝材料是一种新型的地聚物，其制备过程中利用了碱性环境对地聚物进行交联，从而提高了其力学性能和耐久性。

由于碱激发胶凝对地聚物性能的提升，其在建筑材料、航空航天材料等领域具有广阔的应用前景。

3. 制备工艺制备碱激发胶凝材料的地聚物需要经过若干步骤：3.1 原料准备：选用高纯度的地聚物作为基础材料，同时选用适合的碱性激发剂。

3.2 溶液制备：将地聚物和碱性激发剂按照一定的比例加入溶剂中，并进行充分搅拌。

3.3 反应控制：在加入碱性激发剂后，需要在一定的温度和时间范围内进行反应控制，以保证地聚物与碱性激发剂的充分反应。

3.4 混合和成型：将反应后的溶液进行混合，并进行成型，形成所需的碱激发胶凝材料。

4. 实验方法为了制备具有优异性能的碱激发胶凝材料的地聚物，需要进行一系列的实验研究：4.1 原料筛选：对地聚物和碱性激发剂进行筛选，选择最优配方。

4.2 溶液制备：确定最佳的溶剂种类和比例，进行溶液制备。

4.3 反应控制：通过调控温度、时间等参数，控制地聚物与碱性激发剂的反应过程。

4.4 性能测试：对制备的碱激发胶凝材料进行力学性能、热性能等方面的测试，评估材料的性能表现。

5. 结论通过上述实验方法，可以得到具有优异性能的碱激发胶凝材料的地聚物。

这些材料不仅具有较高的力学性能和耐久性，同时也具有很好的加工性和工程应用性，可以在建筑、汽车、航空航天等领域得到广泛的应用。

6. 展望随着碱激发胶凝材料的地聚物的制备工艺的不断完善和技术的进步，其在各个领域的应用前景必定会更加广阔。

未来可以进一步研究其在新能源材料、环境材料等方面的应用，为社会和经济的发展做出更大的贡献。

研究进展随着工业技术的不断发展，碱激发胶凝材料地聚物的研究也在取得新的进展。

唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：新型地质聚合物的试验研究系 别：_________________________班 级：_________________________姓 名：_________________________指 导 教 师：_________________________2012年6月8 日刘进强 施红菊 08无机非金属材料（1）班 环境与化学工程系新型地质聚合物的试验研究摘要对工业固体废弃物进行资源化利用，不仅能减少环境污染，还可为建材原料开辟出一条新的途径。

本文以高炉矿渣和粉煤灰为主要原料，改性水玻璃作为碱性激发剂，在适当的水灰比下，制备出高性能的新型地质聚合物。

研究表明：高炉矿渣掺加量为80%，粉煤灰掺加量为20%，添加15%经过加入氢氧化钠调整的模数为1的改性水玻璃，在标准条件下养护制备的新型地质聚合物性能最佳。

其3天抗压强度可达39.38MPa，抗折强度达5.79MPa；7天抗压强度可达51.56MPa，抗折强度达7.02MPa；28天抗压强度可达52.75MPa，抗折强度达7.31MPa；初凝时间为66分钟，终凝时间为332分钟；并且安定性良好。

关键词：高炉矿渣粉煤灰水玻璃碱性激发剂新型地质聚合物Experimental Study of the New GeopolymerAbstractUtilization of industrial solid waste, not only can reduce environmental pollution, but also open up a new avenue for building materials. In this paper, blast furnace slag and fly ash as the main raw materials, modified sodium silicate as the activating agent, prepared in a appropriate water-cement ratio, high-performance new geopolymer is made up. Studies in this paper have shown that: blast furnace slag adds 80%, fly ash adds 20%, and adds 15% by adding sodium hydroxide to adjust the modulus of the modified sodium silicate, and curing under the standard conditions, we will get a new geopolymer, which performances best. Three days compressive strength is up to 39.38MPa, flexural strength can reach to 5.79 MPa; 7 days compressive strength is up to 51.56MPa, flexural strength can reach to 7.02 MPa; 28 days compressive strength is up to 52.75 MPa, and flexural strength can reach to 7.31MPa; initial setting time is 66 minutes and final setting time is 332 minutes; and stability is good.Key words: blast furnace slag; fly ash; sodium silicate; activating agent; newgeopolymer目录1综述 (1)1.1地质聚合物的简介 (1)1.1.1 地质聚合物的发展 (1)1.1.2地质聚合物的反应机理 (2)1.1.3 地质聚合物的性能及应用领域 (3)1.2研究地质聚合物的意义及其存在的问题 (5)1.2.1地质聚合物的研究意义 (5)1.2.2地质聚合物的研究中存在的问题 (6)1.3本文的研究内容 (7)2 试验 (8)2.1 试验原材料 (8)2.1.1矿渣微粉 (8)2.1.2 粉煤灰 (10)2.1.3 碱性激发剂 (12)2.1.4其它原材料 (14)2.2试验方案 (14)2.2.1试验方法 (14)2.2.2水泥胶砂强度的测定 (16)2.2.3标准稠度的测定 (18)2.2.4凝结时间的测定 (19)2.2.5水泥体积安定性的测定 (20)2.3试验结果 (21)2.4数据分析 (23)3 结论 (24)谢辞 (25)参考文献 (26)外文文献 (26)1 综述1.1 地质聚合物的简介地质聚合物（Geopolymer）的概念最早是在上个世纪70年代由法国科学家Joseph Davidovits提出的[1]。