新型材料-----无机矿物聚合材料

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1、新型材料-----无机矿物聚合材料作者：不详　更新时间：2012-9-1622:27:28摘　要：无机矿物聚合材料是近些年发展起来的一种新型无机非金属材料，本文探讨了无机矿物聚合材料在国内外的发展历史和研究现状，并总结了聚合反应的机理，最后说明了这类新型材料存在的问题。关键词：矿物聚合材料；无机非金属材料无机矿物聚合材料属于碱激发胶凝材料。这类材料的应用可追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分Na2CO3、草木灰成分K2CO3以及硅石的混合物，加水拌和后产生强碱NaOH和KOH，与其它组分发生反应，生成矿物聚合粘结剂而制成人造石。1.国外研究现状　　1972年，法国

2、的JosephDavidovits教授申请了第一篇关于用高岭土通过碱激活反应制备建筑板材的专利。随后J.Davidovits开始对地聚合物材料的内部结构进行了细致的研究，并于随后几年里申请了大量的专利。之后不久，他又在另一篇美国专利中采用了一个更加通俗的名称“无机矿物聚合物(Geopolymer)[1]”。1981年，Dr.BengtFross获得利用火山灰制造胶凝材料的专利；法国Davidovits获得利用粘土制备胶凝材料专利；Davidovits与Legrand获得利用压力制备地聚合物专利；DavidovitsNicolas获得了纤维增强地聚合物的专利。　　1993年年初

3、，VanDevente首次制得了无机矿物聚合物。随后，vanJaarsveld和VanDeventer等致力于由粉煤灰等工业固体废物制备地质聚合物及其应用的研究，包括固化有毒金属及化合物等[2]。他们也对16种天然硅酸盐矿物制备地质聚合物进行了研究，证明了粉煤灰中较高的CaO含量和含有部分超细颗粒是合成高强度无机矿物聚合物的有利条件。　　2007年DanielL.Y.Kong，JayG.Sanjayan，KwesiSagoe-Crentsil在对偏高岭土无机矿物聚合物暴露在高温下性能影响因素的研究中发现，硅/铝比对暴漏在高温下性能的损失具有重大影响。2.国内研究现状　　国内虽

4、有中国科学院兰州化学物理研究所、中国地质大学、清华大学、哈尔滨工业大学深圳研究生院、华南理工大学和东南大学等多家单位开始对矿聚物进行研究，但仍处于以矿聚物代替传统水泥作新型建筑材料或粘结剂等初级阶段，在高性矿聚物基复合材料等方面仍末涉足。无机矿物聚合物材料的研究在我国尚属起步阶段。　　在无机矿物聚合材料应用方面，东南大学对粉煤灰基无机矿物聚合材料作了一些具体试验，以强度为指标寻求基体的最佳配比[3]。随着养护温度的升高、热养护时间的延长，无机矿物聚合物的强度也随之增长。掺入粉煤灰后无机矿物聚合物的3d强度出现了下降。相对来说，掺入30%粉煤灰时强度较高。与普通水泥基材料相比，

5、该材料在抗碳化能力方面显示出明显优势。对粉煤灰基无机矿物聚合物混凝土耐久性进行了研究。试验结果表明：粉煤灰基无机矿物聚合物混凝土抗渗性能优于相同强度的硅酸盐水泥混凝土，极限冻融次数为相同强度等级硅酸盐水泥混凝土的2.2倍，抗碳化性能良好。　　中国地质大学的王刚和马鸿文教授矿物聚合材料基体相的形成过程研究，研究结果表明，在基体相的形成过程中，没有新的结晶相产生，说明基体相为一种半晶质到非晶质物相;随着固化时间的变化，其自身[SiO4]4-四面体发生解聚又重新聚合，聚合后基体相形成了致密完整的块体[4]。矿物聚合材料基体相在形成过程中，表现为自身[SiO4]4-四面体在碱的作用下

6、发生解聚又重新聚合的变化过程。聚合后的基体相在结构上呈现为非晶质相，并形成了致密的块体　　2006年河海大学材料科学与工程系的李克亮，蒋林华，黄国泓，唐修生等对无机矿物聚合物复合水泥混凝土性能进行了研究[5]。试验结果表明，无机矿物聚合物复合水泥混凝土的干缩小于普通混凝土，抗裂性能高于普通混凝土，具有较好的抗硫酸盐侵蚀性能，比普通混凝土具有更强的抗氯离子扩散性能，其水溶性氯离子有效扩散系数只有普通混凝土的17%。3.聚合机理　　无机矿物聚合材料不存在硅酸钙的水化反应，其终产物以离子键以及共价键为主，范德华尔斯键为辅，而传统水泥则以范德华尔斯键以及氢键为主，因此其性能优于传统水

7、泥，无机矿物聚合材料的聚合机理不同于硅酸盐水泥的水化，而且和有机高分子聚合物的聚合机理也有所差别。　　矿聚物可以分为未完全反应型和完全反应型未完全反应的矿聚物，天然矿物粒子表面生成反应层阻止了反应的进一步进行，各粒子靠表面的反应层连接在一起，内部未反应的部分以填充相形式存在，起到增强作用。完全反应的矿聚物则由偏高岭石制备，具有非晶网状结构，其组成单元是[AlO4]和[SiO4]。矿聚物的晶态和显微组织较为复杂，为包括晶态、玻璃态、胶凝态及气孔等的多晶态和多相聚集体。　　无机矿物聚合材料的聚合反应机理，无