地聚合水泥简介

地聚合物水泥

GeopolymericCement

材料科学与工程学院李宁对APEC蓝的思考

APEC给整个北京带来了蓝天，给材料行业带来了什么？

“雾霾”是可以治理成功的

为了实现“APEC蓝”，北京、天津、河北、山西、内蒙六省市从本月开始对炼钢、水泥等重污染产业停产限产。瑞士信贷银行估计，这次会议中国13%的水泥产量受到了停产限产的影响。那么，作为“雾霾”的罪魁祸首之一，污染大户，华北地区的那些水泥企业，又会遇到怎样的“治理”？

希望通过不懈的努力，APEC蓝能够保持下去。一、今后水泥回转窑的设计：1.降低每吨熟料的资金费用2.降低热耗3.环境问题二、低能耗低污染的胶凝材料取代传统的硅酸盐水泥熟料

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。地聚合水泥材料是一种化学键合陶瓷，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。地聚合水泥材料的产生人们对地聚合水泥材料科学的研究源自于科学家们对水泥硬化机理研究的成果。

20世纪30年代，美国的Purdon在研究波特兰水泥(普通硅酸盐水泥)的硬化机理时发现，少量的NaOH在水泥硬化过程中可以起催化剂的作用，使得水泥中的硅、铝化合物比较容易溶解而形成硅酸钠和偏铝酸钠，再进一步与Ca(OH)2反应形成水化硅酸钙和水化铝酸钙矿物，使水泥硬化并且重新生成氢氧化物(NaOH)，再催化下一轮反应，如图1-1所示。因此他提出了所谓的“碱激活”理论。

关于地聚物的形成机理主要有以下几种认识，如下表所示：主要原材料及生产工艺过程

地质聚合水泥的主要原材料为含钙量低的具有潜在活性的铝硅酸盐矿物或工业固体废弃物和碱性激发剂。硅铝的原料来源可以为:火山浮石、火山灰、粉煤灰、珍珠岩、玄武岩、硅灰、高岭土等铝硅酸盐矿物。对于地质聚合水泥来说,主要被激发出的离子是Al和si,碱液浓度较高,激发剂可以是氢氧化物、水玻璃等强碱性物质。地聚物的制备硅铝酸盐材料如：偏高领土、粉煤灰、矿渣如：氢氧化物、水玻璃碱性溶液地聚物制备地质聚合水泥的主要工艺流程为:碱激发类胶凝材料具有生产工艺简单、投资小、生产能耗低、能有效利用工业副产品和废渣、生产过程排放的温室气体少(约为普通水泥的10％)、综合技术性能特别是耐久性优良等特点，其开发利用符合社会经济持续发展战略。地聚物优点地聚合物具有以下优点

(1)高强、耐高温(2)耐久性优良

(3)具有较好的快硬固化性。（4）可回收再利用

(5)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。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。Why？Malinouski，Davidovits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，并认为这是使那些古建筑能够屹立几千年的主要原因。近代人类利用地聚合物材料作为建筑材料始于20世纪60年代，这些建筑是否能像那些古建筑一样存在几千年，只能由历史来见证了。耐久性优良对于节约资源和保护环境具有深远的意义。

目前存在问题原料的局限性为了得到高性能的地聚合水泥材料，往往使用偏高岭土、硅灰石或类似的高活性物质以形成缺陷较少的网络结构。常温养护下强度较低从国内外目前的研究成果来看，在以粉煤灰和高岭土为原材料的地聚合水泥材料中，在较高的温度下养护才能得到满足一定要求的强度。在常温养护下合成的地聚合水泥材料所具有的抗压强度和抗折强度偏低。

需进一步探讨微观结构对材料性能影响的规律虽然，国外近两年有部分论文论述了微观结构对地聚合水泥材料性能的影响，但是只是作了些定性的探讨，还没有确切揭示微观结构如何影响性能。至今仍没有关于地聚合水泥材料与外来相之间界面相互作用机理的研究报道。更没有数学模型的建立。

地聚合反应的过程还没有成熟的理论基础人们还不能确定对最终地聚合物的各种性能起决定性的因素是什么；更没有能够定量的预测地聚合物强度的研究。

世界水泥工业中心课题依托技术进步因地制宜采用先进技术减少能耗提高质量降低成本