土聚水泥的研究与应用展望

1、土聚水泥的研究与应用展望土聚水泥的研究与应用展望 目录 1 1. .引言引言 2 2. .土聚水泥的物理化学性能土聚水泥的物理化学性能 3 3. .土聚水泥存在问题土聚水泥存在问题 目录结构目录结构 4 4. .应用前景应用前景 引言引言 1.引言引言 土聚水泥是一种高性能的碱激活水泥土聚水泥是一种高性能的碱激活水泥，是一种不是一种不 同于普通硅酸盐水泥的新型胶凝材料。同于普通硅酸盐水泥的新型胶凝材料。20世纪世纪70 年代末，年代末，法国法国Davidovits教授教授开发了一类新型的开发了一类新型的 碱激活胶凝材料碱激活胶凝材料土聚水泥土聚水泥(Geopolymer Cement)，因其水

2、化产物中含有大量与一些构成因其水化产物中含有大量与一些构成 地壳物质相似的化合物地壳物质相似的化合物含硅铝链的含硅铝链的“无机聚合无机聚合 物物”而得名而得名。 反应机理：反应机理：Davidovits认为碱激发偏高岭土的反应是一认为碱激发偏高岭土的反应是一 种聚合模型，而这种聚合产物是强度的主要来源，并种聚合模型，而这种聚合产物是强度的主要来源，并 提出碱激发偏高岭土的最终产物有如下通用分式提出碱激发偏高岭土的最终产物有如下通用分式: Mn-(Si-O2)Z-Al-OnwH2O，式中的，式中的M代表碱原子，代表碱原子， z取取1、2或者或者3，而，而n代表了聚合反应的程度。代表了聚合反应的程

3、度。 2nSi2O5,Al2(OH)4(Si2O5,Al2O2)n+4nH2O 1.引言引言 烧粘土水化浆体主要由一种类沸石的凝胶体产物组烧粘土水化浆体主要由一种类沸石的凝胶体产物组 成成, ,这种产物的微观结构接近于沸石结构这种产物的微观结构接近于沸石结构, ,属于沸石属于沸石 的前驱体的前驱体, ,是一种非晶质体。沸石中的铝离子为四是一种非晶质体。沸石中的铝离子为四 配位配位, ,它占据在硅离子的位置上它占据在硅离子的位置上, ,由于铝离子为三价由于铝离子为三价 离子离子, ,在铝离子的周围带负电荷。为了平衡电价在铝离子的周围带负电荷。为了平衡电价, ,带带 正电荷的钠离子充填在凝胶体的通

4、道中正电荷的钠离子充填在凝胶体的通道中, ,从而获得从而获得 相对稳定的凝胶体结构。由于钠离子的这种特殊结相对稳定的凝胶体结构。由于钠离子的这种特殊结 构构, ,在钠离子与其它离子进行交换时在钠离子与其它离子进行交换时, ,不至于因钠离不至于因钠离 子的失去而导致结构破坏。因此子的失去而导致结构破坏。因此, ,该水化产物形成该水化产物形成 后具有一定的强度和耐久性。后具有一定的强度和耐久性。 1.引言引言 土聚水泥的结构土聚水泥的结构 1.引言引言 土聚反应的最终产物是一种复杂土聚反应的最终产物是一种复杂的的多晶、多相聚集多晶、多相聚集 体，分子式可为体，分子式可为：MnSiO2 Al2O3W

5、H2O，其中其中M 是金属离子，是金属离子，n是聚合度。随着研究的深入和原料是聚合度。随着研究的深入和原料 的更新，的更新，土壤聚合物这一概念发展到现在则包括了土壤聚合物这一概念发展到现在则包括了 采用天然矿物或固体废弃物采用天然矿物或固体废弃物，或掺加各种高火山灰或掺加各种高火山灰 活性材料或潜在水硬性材料及其他活性材料制得的活性材料或潜在水硬性材料及其他活性材料制得的 硅氧四面体和铝氧四面体聚合而成的具有晶态和准硅氧四面体和铝氧四面体聚合而成的具有晶态和准 晶特征的铝硅酸盐三维网络凝胶体晶特征的铝硅酸盐三维网络凝胶体。 2.土聚水泥物理化学性能土聚水泥物理化学性能 (1) (1) 力学性能

6、好力学性能好 2020下其凝结后下其凝结后4h4h的强度即可达的强度即可达151520MPa20MPa，为其最，为其最 终强度的终强度的70%70%左右。左右。 (2) (2) 具有较强的耐腐蚀性和良好的耐久性具有较强的耐腐蚀性和良好的耐久性 土聚水泥水化时不产生钙矾石等硫铝酸盐矿物，因土聚水泥水化时不产生钙矾石等硫铝酸盐矿物，因 而能耐硫酸盐侵蚀。而能耐硫酸盐侵蚀。 (3) (3) 耐高温隔热效果好耐高温隔热效果好 土聚水泥在高温条件下稳定性好，显示较好的高温土聚水泥在高温条件下稳定性好，显示较好的高温 力学强度，其耐火耐热性能优于传统硅酸盐水泥。力学强度，其耐火耐热性能优于传统硅酸盐水泥。

7、 其导热系数为其导热系数为0.240.240.38W/(mK)0.38W/(mK)，可与轻质耐火，可与轻质耐火 粘土粘土(0.3(0.30.4W/mK)0.4W/mK)相媲美，隔热效果好。相媲美，隔热效果好。 (4) 土木工程 土聚水泥是目前胶凝材料中快硬早强性能最为突 出的一类材料，用于土木工程能缩短脱模时间， 加快模板周转，提高施工速度。土聚水泥具备的 优良耐久性也为土木建筑带来了巨大的社会及经 济效益。 (5) 有毒废料及核废料处理 土聚水泥聚合后的终产物具有牢笼型的结构，能 有效的固定几乎所有重金属离子；土聚水泥因具 备优良的耐水热性能，在核废料的水热作用下能 长期保持优良的结构性能，

8、因而能长期的固定核 废料。 2.土聚水泥物理化学性能土聚水泥物理化学性能 3.土聚水泥存在问题土聚水泥存在问题 1.是机理方面的问题 2.是工程技术问题 3.土聚水泥存在问题土聚水泥存在问题 机理方面的问题有机理方面的问题有：人们普遍认为用水量：人们普遍认为用水量 对土聚水泥硬化产物的力学性能影响很大，对土聚水泥硬化产物的力学性能影响很大， 但水但水(包括碱离子包括碱离子)在土聚反应中的作用机在土聚反应中的作用机 理尚待进一步研究。理尚待进一步研究。 工程技术问题有：工程技术问题有：如何提高土聚水泥的性如何提高土聚水泥的性 价比，主要是降低激发剂成本。如何减小价比，主要是降低激发剂成本。如何减

9、小 或控制烧碱、水玻璃等激发剂生产、应用或控制烧碱、水玻璃等激发剂生产、应用 给环境带来的负面影响。比如考虑替代品给环境带来的负面影响。比如考虑替代品 或复合激发。或复合激发。 3.土聚水泥存在问题土聚水泥存在问题 应用前景 海水淡化及废水处理的关键是如何降低成本海水淡化及废水处理的关键是如何降低成本， 由于有机膜化学稳定性差、机械强度低等缺由于有机膜化学稳定性差、机械强度低等缺 点点，引导人们由原来的有机膜向无机膜转变引导人们由原来的有机膜向无机膜转变。 4.土聚水泥应用前景土聚水泥应用前景 海水淡化 土聚水泥因具备优良的耐水热性能，在核废料土聚水泥因具备优良的耐水热性能，在核废料 的水热作用下能长期保持优良的结构性能，因的水热作用下能长期保持优良的结构性能，因 而能长期地固封核废料。而能长期地固封核废料。 4.土聚水泥应用前景土聚水泥应用前景 固封废核料 利用其快凝早强特性用于机场跑道、通讯设施、道路利用其快凝早强特性用于机场跑道、通讯设施、道路 桥梁、军事设施的快速建造与修复；利用其轻质、隔桥梁、军事设施的快速建造与修复