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1、地聚物混凝土小组成员：简思敏、曹亮、闫佳、肖永波、海啸指导老师：蔡健、左志亮地聚物定义地聚物的国内外研究现状地聚物混凝土的性能地聚物定义地聚合物材料是近年来国际上研究非常活跃的材料之一。它是以粘土（偏高岭土）、工业废渣或矿渣，碱激发剂为原料,采用适当的工艺处理,在较低的温度条件下( 50 ~ 180 ℃),通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一种新材料。地聚物的制备硅铝酸盐材料如：偏高领土、粉煤灰、矿渣如：硅酸钠、硅酸钾碱性溶液地聚物一、地聚物混凝土发展历程与现状使用普通硅酸盐水泥建造的现代混凝土建筑的寿命一般在50年左右，然而许多古代的建筑：如古罗马的斗兽场，埃及
2、的金字塔等却能千年屹立不倒。J.Davidovits经过大量调查和研究发现古埃及金字塔所用的石材是人工合成的，而这种人工合成的材料正是所谓地聚物。接着通过X光(XR)、X光衍射(XRD)、核磁共振(NMR)、电子衍射等手段证实了这一观点。地聚物(Geopolymer)最早于1978年由法国科学家J.Davidovits提出，在对耐久性优异的古埃及金字塔等的研究中发现了网状的硅铝化合物，而该化合物的结构与地壳中的沸石类结构非常类似，因此被称为地聚物。发展历程国外研究澳大利亚的J.Temuujin,A.vanRiessen研究了火山灰初步煅烧对地聚物性能的影响，印度尼西亚
3、SotyaAstutingsih和HenkiWibowoAshadi等组成的科研团队，研究了利用制备地聚物胶凝材料的课题，新西兰的Jona混凝土废料thanTaiby、Kennth、J.D.MacKenzie对硅铝地聚物与波特兰水泥复合材料的结构和物理性能、以及其内含物质进行了研究。国内研究最有代表性的是张云升博士和孙伟教授的研究团队以及香港科学与技术大学的李宗津教授，早在2000年就开始了对地聚物的形成机理、结构特征、配比设计、工艺体系、物理性能、耐久性及其在土木工程中的应用进行了研究，此外，杨巧、杨晓鸿研究了利用偏高岭土制备地聚物胶凝材料的工艺和特性；孙家瑛首次讨
4、论了地聚物与粉煤灰复合灌浆材料的物理力学性能，并对其制备工艺进行了研究。关于地聚物的形成机理主要有以下几种认识，如下表所示：J.Davidovits观点目前，最为认可的就是J.Davidovits提出的解聚和缩聚理论，认为地聚物材料的凝结硬化过程就是原材料中硅氧键和铝氧键在碱性催化剂作用下断裂后再重组的反应过程。以偏高岭土为原材料，NaOH和KOH为激活剂制备(Na，K)—PSS为例对其反应机理进行说明：首先，摩尔比为1:2的偏高岭土和无定型二氧化硅在强亲核试剂NaOH和KOH以及水的作用下，发生Si—O和AI—O共价键的断裂反应。可以这么说，在水溶液中生成了硅酸和氢
5、氧化铝的混合溶胶，溶胶颗粒之间部分脱水缩合生成正铝硅酸。其次正铝硅酸在碱性或干燥环境下不稳定，会进一步脱水聚合形成聚铝硅氧缩聚大分子链。J.Davidovits观点地聚物的结构地聚物缩聚大分子的通式为：Mx[–(Si–O)w–Al–O–]n•zH2O其中，M代表碱金属元素，x代表碱离子个数，–表示化学键，w表示硅铝比，n表示缩聚度，z表示化学结合水的数目(0≤w≤4)。地聚物优点地聚合物具有以下优点(1)强度高,主要力学性能指标优于玻璃与水泥。(2)具有较强的耐腐蚀性与较好的耐久性,大大优于传统水泥材料。(3)具有较好的快硬固化性。(4)材料耐高温,隔热效果好。(5)
6、原料价格低廉,储量丰富,其主要构成元素硅、铝、氧在地壳中储量分别为27%,8%,47%。(6)生产能耗低,其能耗只有陶瓷的1/20,钢的1/70,塑料的1/150。(7)增韧、增强外添加剂选择范围广。地聚物混凝土地聚物胶凝材料是一种高性能的碱激活水泥,不同于普通硅酸盐水泥。地聚物混凝土研究发现,地聚合物具有许多硅酸盐系列水泥难以达到的优异性能,在土木工程、固核固废、高强、密封及高温材料等方面均显示出很好的开发应用前景。由于偏高岭土价格较高,近年来采用各种工业废渣,如粉煤灰、矿渣、炉渣、尾矿等铝硅酸盐材料部分或全部取代偏高岭土，制备碱激发复合胶凝材料再次成为国内外的研究
7、热点。混凝土拌合物和易性研究发现,对硅酸盐水泥具有良好减水作用的减水剂对碱激发胶凝材料效果往往很差。此外，随NaOH和水玻璃浓度增加,碱激发粉煤灰砂浆流动度下降。碱激发胶凝材料-集料界面特性在硅酸盐系列水泥混凝土中,通常集料与水泥石间存在界面过渡区,对强度和耐久性影响较大,但碱激发胶凝材料与集料间不存在类似界面过渡区。原因：石灰石砂与胶凝材料间存在化学作用,石英砂和花岗岩砂中铝硅成分则在碱激发作用下,也参与聚合反应,从而在碱激发胶凝材料与集料之间不存在界面过渡区。抗化学侵蚀性研究表明,虽然矿渣含钙量较高,但与硅酸盐系列水泥相比,碱矿渣水泥仍具有良好的
