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矿物聚合材料——一种新型建筑材料

摘要：矿物聚合材料是近年来发展起来一种新型无机非金属材料，探讨了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，最后展望了这类新型建筑材料的应用前景。

关键词：矿物聚合材料；新型建筑材料；发展前景

古代混凝土、砂浆建筑物(如罗马的大竞技场)具有非常优异的耐久性能，它能在较恶劣的环境中保持几千年，甚至上万年而不破坏。与之相比，在相同的条件下，用硅酸盐水泥制备的现代混凝土平均只有40～50年的寿命，最长的也不超过100年．短的仅几年就遭受严重破坏。究其原因是由于在古代混凝土中存在一种硅酸盐水泥中没有的无定形物质，该物质的结构与有机高分子聚合物的三维网络结构相似，但其主体为无机的[Si04]4一和[A104]s一四面体，法国化学家Davidovits称之为矿物聚合材料(Geopolymer)Ⅲ。

矿物聚合材料含有多种非晶质至半晶质相的三维铝硅酸盐矿物聚合物，是近年来发展起来的一类新型无机非金属材料。这类材料多以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料．与高岭石、粘土以及适量碱硅酸盐溶液充分混合后，在20～120℃的低温条件下成型硬化，属于由铝硅酸盐胶凝成分粘结的化学键陶瓷材料。 1 矿物聚合材料的研究历史与研究现状

矿物聚合材料作为一种碱激发胶凝材料，尽管其应用可追溯到古代，但矿物聚合材料的研究发展比较晚。以1972年为界线可以分为探索期和发展期两个阶段： 探索期：20世纪30年代．美国的Purdon在研究添加矿渣对波特兰水泥的作用时，制得一种更加快凝、高强的高凝材料，并提出了“碱催化”机理，认为材料的凝结过程为：二氧化硅、氧化铝与石灰溶解于氢氧化物：水化硅酸钙与水化铝酸钙的形成：氢氧化物的重新生成。

20世纪50～60年代，前苏联的G1ukhovski进一步系统地研究了矿物聚合材料．他指出：钠的磷酸盐、氟化物与碳酸盐均可作激活剂：固结物中的固相为水合硅酸钙与水合铝硅酸盐；粘土类矿物在碱溶液处理时，反应生成钠的水合硅铝酸盐。发展期：1972年．法国的Davidovits发现硅铝酸盐矿物(如高岭石)，可以在较低的温度下，在极短的时间内生成三维的硅铝酸盐人工岩石。从此，开始了真正意义上的矿物聚合材料的研究。Davidovits等发现。矿物聚合材料的耐久性、抗酸实验，发现各种天然矿物都发生不同程度的聚合反应。

2 矿物聚合材料的研究意义

矿物聚合材料作为一种新型建筑材料，在工艺、性能、用途等方面集高聚物、陶瓷、水泥等材料特性为一体，同时具有其独特的优点：

(1)强度高，其主要力学性能指标优于玻璃与水泥，可与陶瓷及铝、钢等金属材料相当。

(2)具有较强的耐腐蚀性和较好的耐久性，大大优于传统的水泥材料。

(3)具有较好的快硬固化性，传统水泥固结硬化的时间一般在10～12 h。而矿物聚合材料在2～4h就固结硬化了。

(4)材料耐高温，隔热效果好。矿物聚合材料的基体相可能具有类沸石型结构，因而其密度较低，通过加入适量的发泡剂，并采用粉煤灰、膨胀珍珠岩等轻质骨料．进一步降低其体积密度和导热系数．可制备出具有良好保温隔热性能的新型轻质建筑材料。

(5)原料价格低廉，储量丰富。其主要构成元素si、Al、O在地壳中的含量分别为27％、8％、47％。