第一章 引言

地质聚合物是近年来新发展起来的一种新型无机非金属胶凝材料，其发展起源于前苏联科学家在20世纪五六十年代对碱激活矿渣的富有成效的研究。而在20世纪七八十年代，法国科学家Davidovits对这类材料进行深入系统的研究，发现在碱激活的条件下以煅烧粘土为主要原料合成的新材料具有优异的性能[1-4]。20世纪90年代以后，不断有新的研究组加入研究这类材料的行列。

”Geopolymer”一词原意指地球化学作用或地质合成作用而形成的硅酸盐矿物聚合物[5]，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聚体[6]。

地质聚合物的现状：地质聚合物的生产能耗极低，只有正常水泥生产能耗的30%。如采用活性的固体废弃物，其能耗只有正常水泥能耗的10%。除此之外，每生产1t普通硅酸盐水泥约向大气中排放1000kg的CO2、1kg的SO2、2kg的NOx和大约10kg的粉尘。而地质聚合物的生产由于不用烧制水泥孰料，上述各种污染可减少90%以上，或是基本无污染。我国在这方面的研究甚少，均为探索性研究，没有国家级课题或地方政府重点经费的支持[7]。目前的研究主要集中在材料性能和开发方面，缺乏深入的理论研究[6]。

第二章 地质聚合物的性能

地质聚合物具有如下一些性能：

(1) 地质聚合物具有良好的早强特性，一般24h强度可达到15MPa~30MPa，28d强度可达到30MPa~60MPa[11]。如果养护适当，其强度还会随着龄期延长继续增长，其增长幅度大于一般水泥基材料的增长幅度。由于地质聚合物与一般矿物颗粒或废弃物颗粒具有良好的界面亲和性（大多情况下是化学键结合，并具有过度层结构），因此这类材料的抗折强度较高。与水泥基材料相比，当抗压强度相同时，地质聚合物材料具有更高的抗折强度。碳纤维增强地质聚合物的抗折强度可达245MPa，抗拉强度可达327MPa[6]。

(2) 地质聚合物为非晶质至半晶质的铝硅酸盐体系，与常见的天然矿物颗粒和许多工业废渣都具有很好的结合性。在掺加比例适宜时，掺有矿物颗粒或工业废渣颗粒的地质聚合物材料要比聚合物基体本身具有更高的强度。

(3) 地质聚合物具有良好的耐酸性。其在质量分数为5%硫酸溶液中的分解率只有硅酸盐水泥的1/13；在质量分数为5%盐酸溶液中的分解率只有硅酸盐水泥的1/12[11]。由于地质聚合物制备时都要加入大量活性铝硅酸盐细粉（如轻烧高岭土、粉煤灰、高炉水渣等），地质聚合物形成后能够吸纳大量的碱金属离子，这种吸纳过程只要活性成分还没有耗尽就可以不断进行下去，因此在很大程度上弱化了碱-骨料反应。再加上地质聚合物具有很高的抗拉强度和弹性论上说可以避性模量，所以从理论上说可以避免碱-骨料反应。这一点已被很多的实验所证实[6]。

(4) 地质聚合物在凝结硬化和使用过程中具有良好的体积稳定性。其7d线收缩率只有普通水泥的1/5~1/7，28d线收缩率只有普通水泥的1/8~1/9[11]。地质聚合物与普通水泥相比具有极好的高温体积稳定性，其400℃下的线收缩率为0.2%~1%，800℃下的线收缩率为0.2%~2%，可以保持60%以上的原始强度。此外，地质聚合物具有比水泥更好的抗冻融性[12]。