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1、礦物聚合材料一一一種新型建筑材料摘要：礦物聚合材料是近年來發(fā)展起來一種新型無機(jī)非金屈材料，探討了礦物聚 合材料在國內(nèi)外的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，并總結(jié)了聚合反應(yīng)的機(jī)理，最后展望了 這類新型建筑材料的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：礦物聚合材料；新型建筑材料；發(fā)展前景占代混凝土、砂漿建筑物(如羅馬的大競(jìng)技場(chǎng))具有非常優(yōu)異的耐久性能，它能在 較惡劣的環(huán)境屮保持幾千年，其至上萬年而不破壞。與Z相比，在相同的條件下, 用硅酸鹽水泥制備的現(xiàn)代混凝土平均只有4050年的壽命，最長(zhǎng)的也不超過100 年.短的僅幾年就遭受嚴(yán)重破壞。究其原因是由于在古代混凝土屮存在-種硅酸 鹽水泥中沒冇的無定形物質(zhì)，該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與冇機(jī)高分子聚合物2、的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 相似，但其主體為無機(jī)的Si044和A104s四面體，法國化學(xué)家Davidovits 稱之為礦物聚合材料(Geopolymer) IIL礦物聚合材料含有多種非晶質(zhì)至半晶質(zhì)相的三維鋁硅酸鹽礦物聚合物，是近年來 發(fā)展起來的一類新型無機(jī)非金屬材料。這類材料多以天然鋁硅酸鹽礦物或工業(yè)固 體廢物為主要原料.與高嶺石、粘土以及適量堿硅酸鹽溶液充分混合后，在20 120C的低溫條件卜成型硬化，屬于由鋁硅酸鹽膠凝成分粘結(jié)的化學(xué)鍵陶瓷材料。 1礦物聚合材料的研究丿力史與研究現(xiàn)狀礦物聚合材料作為一種堿激發(fā)膠凝材料，盡管其應(yīng)用可追溯到古代，但礦物聚合 材料的研究發(fā)展比較晚。以1972年為界線可以分為探3、索期和發(fā)展期兩個(gè)階段： 探索期：20世紀(jì)30年代.美國的Purdon在研究添加礦渣對(duì)波特蘭水泥的作用時(shí)， 制得一種更加快凝、高強(qiáng)的高凝材料，并提出了“堿催化”機(jī)理，認(rèn)為材料的凝 結(jié)過程為：二氧化硅、氧化鋁與右灰溶解于氫氧化物：水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣 的形成：氫氧化物的重新生成。20世紀(jì)5060年代，前蘇聯(lián)的Glukhovski進(jìn)一步系統(tǒng)地研究了礦物聚合材料.他 指出：鈉的磷酸鹽、氟化物與碳酸鹽均口J作激活劑：固結(jié)物中的固相為水合硅酸 鈣與水合鋁硅酸鹽；粘土類礦物在堿溶液處理時(shí)，反應(yīng)生成鈉的水合硅鋁酸鹽。 發(fā)展期：1972年.法國的Davidovits發(fā)現(xiàn)硅鋁酸鹽礦物(如高嶺右)，可以在較低 的4、溫度下，在極短的時(shí)間內(nèi)生成三維的硅鋁酸鹽人工巖石。從此，開始了真正意 義上的礦物聚合材料的研究。Davidovits等發(fā)現(xiàn)。礦物聚合材料的耐久性、抗酸 實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各種天然礦物都發(fā)生不同程度的聚合反應(yīng)。2礦物聚合材料的研究意義礦物聚合材料作為一種新型建筑材料，在工藝、性能、用途等方而集高聚物、陶 瓷、水泥等材料特性為一體，同時(shí)具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1) 強(qiáng)度高，其主要力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)于玻璃與水泥，可與陶瓷及鋁、鋼等金屬材 料相當(dāng)。(2) 貝有較強(qiáng)的耐腐蝕性和較好的耐久性，大大優(yōu)于傳統(tǒng)的水泥材料。具冇較好的快碩固化性，傳統(tǒng)水泥固結(jié)碩化的時(shí)間一般在1012 h。而礦物 聚合材料在24h就固結(jié)碩化了。(45、) 材料耐高溫，隔熱效果好。礦物聚合材料的基體相可能具有類沸石型結(jié)構(gòu)， 因而其密度較低，通過加入適量的發(fā)泡劑，并采用粉煤灰、膨脹珍珠巖等輕質(zhì)骨 料.進(jìn)一步降低其體積密度和導(dǎo)熱系數(shù)可制備出具有良好保溫隔熱性能的新型 輕質(zhì)建筑材料。(5) 原料價(jià)格低廉，儲(chǔ)量豐富。其主要構(gòu)成元素si、Al、0在地殼中的含量分別為 27%、8%、47%。(6) 增韌、增強(qiáng)外加劑的選擇范圍廣，由于反應(yīng)在較低溫度卜進(jìn)行.避免了高溫 可能導(dǎo)致的添加物變質(zhì)，從而可采用多種外添加劑進(jìn)行增韌、增強(qiáng)，捉高材料性 能。(7) 具有籠型結(jié)構(gòu)，可開發(fā)出許多新的功能用途，譬如用作核放射元素的固封材 料。采用礦物聚合材料處理放射性廢棄物，其6、效果優(yōu)于波特蘭水泥。以上優(yōu)點(diǎn)表明，開發(fā)礦物聚合材料本身就貝有相當(dāng)廣闊的前景。此外，從環(huán)境效 益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益來看，綜合開發(fā)利用礦物聚合材料還具冇以下重要意義: 礦物聚合材料是一種新型的建筑材料，與傳統(tǒng)的建筑材料如水泥相比最大的不同 在于礦聚物的反應(yīng)過程沒有高溫鍛燒條件，成型溫度僅在20100C,能耗大為 降低，這對(duì)于我國這樣一個(gè)能源比較緊張的國家具有特姝重要的意義。另外，礦 物聚合材料可以利用固體廢棄物作為大部分原料來源，如粉煤灰、高爐爐渣、建 筑垃圾、燒粘土、礦山尾礦等。目前我國固體廢物的排放越來越嚴(yán)重，但工業(yè)固 體廢物的利用率不到50%,礦山尾礦的利用率不足5%。制備礦物聚合材料的主7、 要原料為固體鋁硅酸鹽?？刹捎酶鞣N硅鋁質(zhì)礦物和工業(yè)固體廢物。這就為固體廢 物的資源化利用提供了一條冇效的技術(shù)途徑.在我國大力提倡可持續(xù)發(fā)展的今天 更顯示出巨大的應(yīng)用前景。4礦物聚合材料的發(fā)展前景2003年我國水泥的產(chǎn)量為8. 13億t,作為資源依賴性產(chǎn)業(yè)，對(duì)石灰石的需求量是 巨大的。按口前水泥的需求態(tài)勢(shì)，我國的石灰石資源的儲(chǔ)量?jī)H夠用3050年。那 么就必將帶來一個(gè)新的問題，資源用完后水泥的替代品的開發(fā)和利用。其實(shí)這也 是世界上一個(gè)緊迫的問題。礦物聚合材料作為一種新型的建筑材料，在代替?zhèn)鹘y(tǒng) 建筑材料方而冇著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。發(fā)展前景被廣泛看好。目前全世界對(duì)礦物聚 合材料的研究已全面展開。法國和美國的應(yīng)用比較早，做的也較為成熟，目前開 始應(yīng)用于路段和填埋建設(shè)。我國礦物聚合材料的研究?jī)H局限在實(shí)驗(yàn)階段.但離大 面積應(yīng)用還存在段距離。對(duì)礦物聚合材料的反應(yīng)機(jī)理和耐久性方面還冇待于各 國科學(xué)家的進(jìn)一步研究。相信隨著材料工作者的努力和研究的深入.礦物聚合材 料終將在建材方而發(fā)揮重要的作用！