地质聚合物的性能与应用发展前景

第5页地质聚合物的性能与应用发展前景摘要地质聚合物是一种新型高性能胶凝材料。由于其特殊的缩聚三维网络结构，使其在众多方面具有高分子材料、水泥和陶瓷等材料的特征。综述了国内外地质聚合物的制备研究及聚合反应机理，概述了地质聚合物具备的性能特点及其在土木工程、快速修补和有毒废料及放射性废料处理等领域广阔的应用发展前景。关键词：地质聚合物聚合反应机理应用发展前景目录1绪论 31.1地质聚合物的简介 31.1.1地质聚合物的概念 31.1.2地质聚合物的结构 31.1.2地质聚合反应机理 42地质聚合物的性能特点 52.1高强度 52.2强的耐腐蚀性和较好的耐久性 52.3快硬早强 52.4耐高温 62.5渗透率低，耐冻融循环 62.6良好的界面结合能力 63地质聚合物的应用发展前景 63.1开发土木工程材料和快速修补材料 63.2开发优质地质聚合物基涂料 73.3开发工业有毒废渣和核废料固封材料 73.4开发化学键合陶瓷 73.5开发地质聚合物复合材料 83.6开发防火和耐高温材料 84结语 8成广泛的网络结构，具有快硬早强的特点，因此受到了人们的广泛重视。2.4耐高温地质聚合物分子是由Al-Si-O键组成的无机高分子结构，其键合方式是共价结合，键与键间的强度大，键能量高，因此不容易被破坏。而且地质聚合物本身是个氧化物网络结构体系，在1000℃一2000℃之间不氧化，不分解。因此地质聚合物材料具有耐高温、不燃、隔热、保温等特点。2.5渗透率低，耐冻融循环地质聚合物能形成致密的结构，强度高，抗渗性能优良；而且孔洞溶液中电解质浓度较高，因而耐冻融循环的能力增强。2.6良好的界面结合能力传统硅酸盐水泥在与骨料结合的界面处容易出现氢氧化钙的富集和择优取向的过渡区，造成界面结合力薄弱。地质聚合物不存在硅酸钙的水化反应，其最终产物主要是以共价键为主的三维网络凝胶体，与骨料界面结合紧密，不会出现类似的过渡区。与水泥基材料相比，当抗压强度相同时，地质聚合物具有更高的抗折强度。3地质聚合物的应用发展前景由于地质聚合物具有优异的高温性能、机械性能等特点，在很多工业领域都能找到其广阔的应用空间，如：交通及抢修工程、冶金、核废料处理等领域。3.1开发土木工程材料和快速修补材料地质聚合物是目前胶凝材料中快硬早强性能最为突出的一类材料。用于土木工程中，可以大大缩短脱模时间，加快模板运转周期，提高施工速度。同时由于地质聚合物具有早期强度高及界面粘结强度高的特点，可用作混凝土结构的快速修补材料。用它修建的机场跑道，1h后可以步行，4h后可以通车，6h后可供飞机起降。3.2开发优质地质聚合物基涂料地质聚合物水化后结构致密，具有良好的防水、防火等性能。利用白色的煅烧高岭土作为硅-铝反应物，用一定模数和浓度的水玻璃作为碱激发剂，并加入适量填料配制出了地质聚合物基涂料。该地聚物基涂料具有耐淡水、海水、盐和稀硫酸等化学侵蚀的特性。与有机涂料相比，地质聚合物基涂料具有耐酸性、防火阻燃性、环保性、防霉菌性等一系列优点。地质聚合物基涂料作为特种涂料将有广阔的应用前景。3.3开发工业有毒废渣和核废料固封材料地质聚合物的最终产物为类沸石相，而沸石是具有骨架（又称三维网状、笼形）结构的含水硅酸铝，沸石材料能吸附有毒化学废料，所以地质聚合物是固化各种化工废料、固封有毒重金属离子及核放射元素的有效胶凝材料。传统水泥不适合固化许多含碱金属的化工废料，也不适合固化最终产品为含高浓度硫酸的金属矿山尾砂。与传统水泥不同，地质聚合物不含石灰，并且在碱金属或硫酸溶液中有很好的稳定性。3.4开发化学键合陶瓷所谓化学键合陶瓷，实质上是区别于高温烧结陶瓷而言的。地质聚合物通过水化反应能达到与高温烧结陶瓷相媲美的结构，而且低温浇注地质聚合物便于成型各种复杂形状的制品。与陶瓷相比，地质聚合物装饰材料或制品不仅免除了高温烧结工艺，而且整体性好。3.5开发地质聚合物复合材料利用地质聚合物特有的快硬早强、高抗折强度、耐腐蚀和导热系数低、可塑性好等特点，可以开发建筑用的地质聚合物GRC板材和块体材料。与水泥制品相比，地质聚合物制品不用湿态养护，养护周期短，原料丰富，成本低廉。同时地质聚合物具有较好的加工性能，其制品具有天然石材的外观，便于成型及制作各种耐久性装饰材料。3.6开发防火和耐高温材料地质聚合物能经受1200℃的高温，可用于制作炉膛、冶金管道、隔热材料等，广泛应用于非铁铸造及冶金行业。4结语地质聚合物具有原材料丰富、工艺简单、节约资源和能源等优点，又兼具有机高分子、陶瓷和水泥等材料的优良性能，使之越来越受到人们的重视。但是高性能地质聚合物的推广应用在国内也受到以下几个条件的限制。（1）地质聚合物的研究时间相对较短，尚缺少包括体积稳定性在内的长期耐久性数据，且脆性较大。（2）缺少相应的标准和规范，对其产品的组成配比、技术指标、施工方法及应用范围等没有详细的说明规定。（3）NaOH和Na2SiO3等碱性激发剂资源有限、价格较贵，其生产与应用给环境带来的负面影响，一定程度上也影响了这