地聚水泥

地聚水泥是20世纪70年代法国Davidovits教授开发出的水泥新品种。后来，在英国、美国和加拿大等国都有这类水泥的研究情况报道。

定义地聚水泥是20世纪70年代法国Davidovits教授开发出的水泥新品种。后来，在英国、美国和加拿大等国都有这类水泥的研究情况报道。地聚水泥曾引起我国水泥学术界的重视。一些高等院校对其开展了大量研究工作，还召开过专题报告会，加深了对这种水泥的认识。

该水泥的英文名称叫Geopolymeric Cement，按原意的译名为地质聚合水泥，简称地聚水泥。按主要成分，地聚水泥是无熟料水泥系列中的一个品种。1

成分无熟料水泥组分主要是基础组分和激发剂。基础组分有两种：一种是火山灰质材料，来源于火山灰、煅烧高岭土和粉煤灰等，其活性成分是偏高岭土和硅铝玻璃体；第二种是矿渣材料，来源于粒化高炉矿渣、粒化钢渣和磷渣等，活性成分是钙硅铝玻璃体。无熟料水泥的激发剂也有两种：一种是Ca(OH2型激发剂，如石灰、水泥熟料等；第二种是NaOH型激发剂，如Na0H、水玻璃等。基础组分与激发剂的不同配置可制成各种无熟料水泥品种。石灰火山灰水泥主要由火山灰质材料与Ca(0H)2型激发剂组成；石膏矿渣水泥主要由粒化高炉矿渣与Ca(OH)2型激发剂组成；碱矿渣水泥主要由粒化高炉矿渣与NaOH型激发剂组成；地聚水泥主要由火山灰质材料与Na0H型激发剂组成。在无熟料水泥系列各品种的比较中可看到，地聚水泥与碱矿渣水泥相比，基础组分不同而激发剂属相同类型；与石灰火山灰水泥相比．激发剂类型不同，但基础组分相同。地聚水泥与其他无熟料水泥品种在组成上都有着密切关系，据此将它定位于无熟料水泥系列的一个品种是有充分理由的。1

相关资料据报道，地聚水泥的基础组分大都采用煅烧高岭土、火山灰和粉煤灰等，Na0H型激发剂采用NaOH、Na2C03和水玻璃等。有些报道中基础组分还采用高炉矿渣，这种水泥应属碱矿渣水泥。地聚水泥组成中除基础组分和NaOH型激发剂外还采用增强剂，正如石膏矿渣水泥采用石膏增强剂一样。地聚水泥组成中的增强剂有硅灰、氟硅铝酸钠和低钙硅比水化硅酸钙等。

据介绍，地聚水泥具有很好的强度性能，4d抗压强度达20MPa，28d抗压强度可达100MPa。抗渗性和耐腐蚀性都很优秀，水化热很低。这种水泥已在一些特殊工程中试用，如用于耐腐管道、有害废弃物固化、建筑物保护和抢修工程等。但是在各种文献资料中，尚未见到关于地聚水泥耐久性和用于建筑结构工程上的报道。地聚水泥尚处于研究开发阶段，是否具有像通用硅酸盐水泥那样普遍推广应用的前景尚不明朗。1

反应机理目前最为广泛接受的的是法国J.Davidovits提出的解聚和缩聚的理论。他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。

J.Davidovits在研究中假设铝硅酸盐地聚合过程是通过一些假设基团逐步发生缩聚过程，这些假设的组成单元进一步缩聚形成三维大分子结构。他将这些低相对分子质量单元（单体、二聚体、三聚体等）称为低聚物。低聚硅铝酸盐指的是单体正硅铝酸盐、二聚体二硅铝酸盐等；类似的，也有低聚硅铝酸盐—硅氧体和低聚硅铝酸盐—二硅氧体。

J.Davidovits提出地聚合物的反应可以如下表述：

（1）铝硅酸盐原料在碱性溶液( NaOH, KOH) 中的溶解。

（2）溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散。

（3）凝胶相M {一(SiO2)z—AlO2}n·wH2O的形成, 导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用;。

（4）凝胶相逐渐排除剩余的水分, 固结硬化成矿物聚合材料块体 。

对于不同原料成分、不同用途的地聚合物材料，其具体反应机理不完全相同，但骨干反应为上述过程。2

主要性能高强、耐高温地聚合物本身是个氧化物网络结构体系，在l000℃一1200℃之间不氧化、不分解；另一方面，密实的氧化物网络体系可以隔绝空气、保护内部物质不被氧化。经复合改性后．材料的抗压、抗拉、抗弯曲强度都是普通水泥基材的10倍以上，同时高温性能好、不燃、隔热、保温（导热系数：0.24~0.38W/m·k）、没有毒性气体释放。所以可以用来替代金属、陶瓷和水泥应用于航天、航空、土木工程、铸造、装饰等领域。

耐久性优良地聚合物的优良性能一方面源于其稳定的网络结构，另一方面是因为可以完成避免普通水泥因金属离子迁移与骨料反应而引起的碱集料反应，没有膨胀(普通硅酸盐水泥混凝土在200天后因碱集料反应而膨胀1.5mm/m，是极大的安全隐患)，因而经受自然破坏的能力很强。J.Davidovits在对罗马古竞技场、希腊古Cister混凝土墙、埃及古金字塔等考察后，发现这些古建筑物材料具有“类沸石”结构，并认为这是那些古建筑能够屹立千年的主要原因。

功能多样性硅元素存在稳定的+4价态，因此地聚合物材料中的硅氧四面体显电中性；铝氧四面体中的铝元素是+3价态，但却与四个氧原子结合成键，因此铝氧四面体显电负性，需要吸收体系中的正离子来平衡电荷，总的结果使体系显电中性。铝离子的这一行为以及地聚合物材料本身的结构特点，使得该种材料具备多种功能特性。3

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学