地聚物胶凝材料制备及应用研究现状.pdf

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1、第3期矿产综合利用No．32014年6月MultipurposeUtilizationofMineralResourcesJun．2014地聚物胶凝材料制备及应用研究现状简家成，刘峥，杨宏斌，刘丽荣，虞爱平(1．桂林理工大学化学与生物工程学院，广西桂林541004；2．广西固体废物管理中心，广西南宁530022；3．桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林541004)摘要：本文主要概述了地聚物胶凝材料的定义，结构及其性能优点，并总结了其制备方法及应用情况。地聚物是具一类新型建筑胶凝材料，在建筑行业得到了广泛关注，且在其它领域也得到了一定应用。地聚物可由含有硅铝酸盐的原料加入适量碱激发剂

2、制备得到。它具有三维网状结构，能够固定工业废水废渣中的重金属离子，而且胶凝迅速，早期强度高。地聚物是一种具有良好应用前景的胶凝材料，不久的将来将会取代水泥，成为建筑行业主要原料。关键词：地聚物；三维网状结构；地聚物制备；地聚物应用；碱激活剂doi：10．3969／j．issn．1000-6532．2014．03．OO4中图分类号：TD989；TU528文献标志码：A文章编号：1000—6532(2014)03—0018—05地聚物主要是由含硅铝酸盐的天然矿物或工1．2地聚物结构业废弃物制备得到的。自法国科学家JosephDav—JosephDavidovits教授认为J，地聚物聚合分子i

3、dovits于1985年在其美国专利⋯中提出地聚物的式可写为：M{一(SiO)：一AIO}·wH：0，其中M代概念，地聚物的研究已得到广泛关注。地聚物是一表碱金属元素；X为原子个数；Z表示Si／A1比值；一种碱激活胶凝材料，其性能与水泥相似，但性能优于为化学键；n为聚合度，可取1、2、3；W为化学结合水水泥。随着人们对地聚物的深人研究，地聚物在建数目。根据n值的不同，JosephDavidovits教授将地筑行业得到广泛应用，如钢筋混凝土中用地聚物代聚物分为三类，见表1。替部分水泥，将地聚物与水泥混合起来制备新型地表1地聚物结构分类聚物基建筑材料等。不仅如此，人们还对地聚物进Table1

4、Classificationforgeopolymers行了改性，在地聚物中参加碳纤维、玻璃纤维等，提高地聚物的韧性，使其抗折能力可与金属媲美，因而地聚物复合材料又可应用于航天航空等领域。1地聚物定义及结构1．1地聚物定义地聚物三维网状结构由硅氧四面体和铝氧四面从制备原料及过程等考虑，地聚物可定义为：是体连接组成，其中任意两个铝氧四面体之间不能共以烧粘土(偏高岭土)、碱激发剂为原料，经过适当用同一个桥氧，而是必须以单个形式与四个硅氧四工艺处理，通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一种新材料J。面体通过桥氧结合(在内部)或与1—3个硅氧四面体结合(在表面)加。地聚物结构单元通过侧从空间结

5、构和性能考虑，地聚物是一类新型的具有三维氧化物网络结构的高性能无机聚合材链上的不饱和氧与其他硅、铝四面体结合，架构向三料。维方向伸展，具有一定的结晶形态。从内部化学键连接考虑，地聚物是由si，o，AI地聚物的三维网状结构中，阳离子如Na、等以共价键连接成骨架的无机聚合物]。K、Li、ca“、Ba“、NH和H0等存在其网络结构收稿日期：2013—09—29基金项目：广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻12118023—5)；广西高等学校重点资助科研项目(201202ZD049)作者简介：简家成(1989-)，男，硕士研究生，研究方向为地聚物基保温材料的研究。第3期简家成等：地聚物胶凝材料

6、制备及应用研究现状·19·空隙中，以平衡四配位的A1的负电荷，。地聚物表3地聚物与其他材料强度对比的这一结构使其能够固定一些重金属离子或放射性Table3ThestrengthcomparisionofGeopolymer元素，对于环境保护大大有利。andothermaterials2地聚物胶凝材料的性能及优点2．1地聚物胶凝材料性能2．1．1地聚物胶凝材料物理性能地聚物材料的部分物理性能参数见表213,~21。表2地聚物部分物理性能参数Table2Somephysicalperformanceparametersofgeopolymers碳纤维增强地聚合物材料的抗弯强度可达245MPa

7、，拉伸强度可达327MPa，抗剪强度可达14MPa，在800℃下，可保持其63％的原始抗弯强度引。由表3可知，地聚物的强度明显高于水泥。这是因为地聚物不存在硅酸钙的水化反应，其最终产物以离子键和及共价键为主，范德瓦尔斯键为辅，其性能类似天然沸石矿物，而传统水泥则以范德瓦尔斯键以及氢键为主_2J，所以地聚物强度高于水泥。(4)地聚物具有耐久性地聚合物的优良l生能一方面源于其稳定的网络地聚物物理性能有：结构，另一方面是因为可以完成避免普