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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划有机物胶凝材料地聚合物胶凝材料研究现状摘要：地聚合物胶凝材料是一类新型的高性能无机聚合物材料，它与水泥基胶凝材料相比具有更高的强度、更优良的耐久性、无污染等特点。本文详细介绍了地聚合物胶凝材料的发展状况、反应机理和结构、性能研究现状，以及地聚合物胶凝材料的应用前景，最后提出了研究中存在的一些问题及建议。关键词：地聚合物，胶凝材料，聚铝硅酸盐，理化性能0前言地聚合物概念最早是由法国科学家JosephDavidovits于1985年在其专利中提出来的。这类化合物与地壳中大量存在的沸石类物
2、质结构相似，因而命名为地聚合物材料，其原意是指由地球化学作用或人工模仿地质合成作用而制造出的铝硅酸盐矿物聚合物。地聚合材料在国内还被称为：人造矿物聚合物、高强矿物聚合物、土壤聚合物、土聚水泥等。地聚合物胶凝材料是以烧粘土或其它以硅、铝、氧为主要元素的硅铝质材料、碱激活剂为主要原料，经适当的工艺处理，在较低的温度条件下通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一种新型胶凝材料，它具有有机高聚物、陶瓷、水泥的优良性能，又具有原料来源广泛、工艺简单、能耗少、环境污染小等优点。由于地聚合物胶凝材料性能独特，其在冶金、土木工程、环境工程等领域都有较好的应用前景，因此地聚合物胶凝材料的研究和应用已经受到的广泛
3、关注。本文对地聚合物的研究和应用现状以及目前存在的问题进行重新梳理，以为该研究领域的发展提供参考。1地聚合物的发展过程地聚合物材料属于碱激发胶凝材料，这类材料的应用可以追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分碳酸钠、草木灰成分碳酸钾以及硅石的混合物，加水拌和后产生强碱氢氧化钠和氢氧化钾，与其它组分发生反应，生成矿物聚合粘结剂而制成人造石。地聚合物胶凝材料自诞生以来，经历了一个从初级到高级的发展过程。最初生产的地聚合物制品必须在一定温度下养护，甚至需要压蒸工艺，所用原材料比较单一。随着研究的进展，地聚合物在常温下也能实现快硬高强的优异性能，所用原材料也比较丰富，目前一些工业废渣在地聚合物
4、中也被广泛应用。地聚合物的碱激发剂也由单一的碱金属、碱土金属的氢氧化物扩展到氧化物、卤化物、有机基组分等。地聚合物的增韧、增强途径以及制备工艺手段也日趋发展，材料的性能得到大幅度提高4,-。国外有关地聚合物胶凝材料方面的专利、论文数量每年大幅度增加，研究内容已经进入实用化阶段，而国内在这一领域的研究起步相对较晚，目前发表了一些基础性研究论文和综述，下面就国内外地聚合物形成机理与微观结构方面的研究现现状进行论述。胶凝材料分类根据化学组成的不同，胶凝材料可分为无机与有机两大类。石灰、石膏、水泥等工地上俗称为“灰”的建筑材料属于无机胶凝材料；而沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料。无机胶凝材料按其
5、硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类。1、水硬性胶凝材料和水成浆后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化、保持和继续发展其强度的称水硬性胶凝材料。这类材料通称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。2、气硬性胶凝材料非水硬性胶凝材料的一种。只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。胶凝材料水玻璃无色正交双锥结晶或白色至灰白色块状物或粉末。能风化。在100时失去6分子结晶水。易溶于水，溶于稀氢氧化钠溶液，不溶于乙醇和酸。熔点4048。低毒，半数致死量(大鼠，经口)
6、1280mg/kg(无结晶水)。用途：水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。在经济发达国家，以硅酸钠为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已应用于高、精、尖科技领域；在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗涤剂中不可缺少的原料，也是水质软化剂、助沉剂；在纺织工业中用于助染、漂白和浆纱；在机械行业中广泛用于铸造、砂轮制造和金属防腐剂等；在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等；在农业方面可制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的
7、硅铝催化剂、肥皂的填料、瓦楞纸的胶粘剂、实验室坩埚等耐高温材料、金属防腐剂、水软化剂、洗涤剂助剂、耐火材料和陶瓷原料、纺织品的漂、染和浆料、矿山选矿、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制胶粘剂等?分类介绍：1硅酸钠分两种，一种为偏硅酸钠，化学式Na2SiO3，式量。另一种为正硅酸钠，化学式Na4SiO4，相对分子质量。2正硅酸钠是无色晶体，熔点1291K(1088)，不多见。水玻璃溶液因水解而呈碱性。因系弱酸盐所以遇盐酸，硫酸、硝酸、二氧化碳都能析出硅酸。保存时应密切防止二氧化碳进入，并应使用橡胶塞以防粘住磨口玻璃塞。工业上常用纯碱与石英共熔制取Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2，制
8、品常因含亚铁盐而带浅蓝绿色。用为无机粘接制剂，肥皂填充剂，调制耐酸混凝土，加入颜料后可做外墙的涂料，灌入古建筑基础土壤中使土壤坚固以防倒塌。3偏硅酸钠是普通泡化碱与烧碱水热反应而制得的低分子晶体，商品有无水、五水和九水合物，其中九水合物只有我国市场上存在，是在上世纪80年代急需偏硅酸钠而仓促开发的技术含量较低的应急产品，因其熔点只有42，贮存时很容易变为液体或膏状，正逐步被淘汰，但由于一些用户习惯和一些领域对结晶水不是很在意，九水偏硅酸钠还是有一定市场。3、胶凝材料石灰石灰一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。石灰是用石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的原料，经9001100煅烧而
9、成。石灰是人类最早应用的胶凝材料。石灰在土木工程中应用范围很广，在我国还可用在医药用途。为此，古代流传下以石灰为题材的诗词，千古吟颂。石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，颗粒极细(粒径约为1m)，比表面积很大(达1030m2/g)，其表面吸附一层较厚的水膜，可吸附大量的水，因而有较强保持水分的能力，即保水性好。将它掺入水泥砂浆中，配成混合砂浆，可显着提高砂浆的和易性。石灰依靠干燥结晶以及碳化作用而硬化，由于空气中的二氧化碳含量低，且碳化后形成的碳酸钙硬壳阻止二氧化碳向内部渗透，也妨碍水分向外蒸发，因而硬化缓慢，硬化后的强度也不高，1：3的石灰砂浆28d的抗压强度只有MPa。在处于潮湿环境时，石灰中的
10、水分不蒸发，二氧化碳也无法渗入，硬化将停止；加上氢氧化钙易溶于水，已硬化的石灰遇水还会溶解溃散。因此，石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用。石灰在硬化过程中，要蒸发掉大量的水分，引起体积显着收缩，易出现干缩裂缝。所以，石灰不宜单独使用，一般要掺人砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并能节约石灰。石灰具有较强的碱性，在常温下，能与玻璃态的活性氧化硅或活性氧化铝反应，生成有水硬性的产物，产生胶结。因此，石灰还是建筑材料工业中重要的原材料。石灰质量要求石灰中产生胶结性的成分是有效氧化钙和氧化镁，其含量是评价石灰质量的主要指标。石灰中的有效氧化钙和氧化镁的含量可以直接测定，也可以通过氧
11、化钙与氧化镁的总量和二氧化碳的含量反映，生石灰还有未消化残渣含量的要求；生石灰粉有细度的要求；消石灰粉则还有体积安定性、细度和游离水含量的要求。石灰应用石灰在土木工程中应用范围很广主要用途如下：石灰乳和砂浆消石灰粉或石灰膏掺加大量粉刷。用石灰膏或消石灰粉可配制石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆，用于砌筑或抹灰工程。石灰稳定土将消石灰粉或生石灰粉掺人各种粉碎或原来松散的土中，经拌合、压实及养护后得到的混合料，称为石灰稳定土。它包括石灰土、石灰稳定砂砾土、石灰碎石土等。石灰稳定土具有一定的强度和耐水性。广泛用作建筑物的基础、地面的垫层及道路的路面基层。硅酸盐制品以石灰(消石灰粉或生石灰粉)与硅质材料(砂、
12、粉煤灰、火山灰、矿渣等)为主要原料，经过配料、拌合、成型和养护后可制得砖、砌块等各种制品。因内部的胶凝物质主要是水化硅酸钙，所以称为硅酸盐制品，常用的有灰砂砖、粉煤灰砖等。胶凝材料石膏石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。其品种主要有建筑石膏、高强石膏、粉刷石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏等。其中，以半水石膏为主要成分的建筑石膏和高强石膏在建筑工程中应用较多，最常用的是建筑石膏。建筑石膏是以型半水石膏-CaSO41/2H2O）为主要成分，不添加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。建筑石膏色白，杂质含量很少，粒度很细，亦称型石膏，也是制作装饰制品的主要原料。由于
13、建筑石膏颗粒较细，比表面积较大，故拌合时需水量较大，因而强度较低。建筑石膏的技术性质1.凝结硬化快。石膏浆体的初凝和终凝时间都很短，一般初凝时胶凝材料分类有机：沥青，树脂等无机a水硬性：拌水后在空气中或水中硬化。如：各种水泥、化学溶胶凝胶b非水硬性：又称气硬性，只在空气中硬化，不在水中硬化。如：石灰、石膏、耐酸胶结料水泥分类通用水泥：Portland等各种硅酸盐水泥专用水泥：油井、砌筑水泥、大坝水泥等特性水泥：快硬、抗硫酸、膨胀、自应力水泥等。硅酸盐水泥分类：1、硅酸盐水泥：熟料石灰石或炉渣石膏即波特兰水泥：P为不掺混合料型P为掺混合料时：SM=/()SM过高，熟料煅烧困难，C3S不易形成；若
14、CaO过高则熟料易粉化；SM过低，则液相过多，熟料易结块。IM=Al2O3/Fe2O3一般：IM=1.7或IM=/C4AF(A/F时)IM过高液相黏度大，凝结快；IM过小则烧结范围窄，易结块。KH=/SiO2当IM时它表示熟料中SiO2被饱和成C3S的程度。在实际熟料中有的C2S形成，所以会有游离CaO。KH=/SiO2当IMC4AFC3AC2S；C2S可增加水泥的晚期强度。游离氧化钙含量高会降低水泥强度。细度：水泥颗粒越细早期强度越强，但太细对后期强度不利。结构：水化程度越高，水泥强度越大。石膏和混合料的掺合量：石膏过多形成的钙矾石体积膨胀，造成水泥强度下降。混合料掺量太多，水泥强度也会下降
15、。但适量掺入可增加后期强度。由于C3S水解形成水化硅酸钙后体积会减小，所以水泥-水总体积会减缩，但固相体积会增大。即熟料水化后形成的水化硅酸钙及氢氧化钙的总体积与熟料矿物总体积相比会增大。单矿物的体积减缩作用大小：C3AC4AFC3SC2S熟料矿物水化时产生的热量及放热速度大小：C3AC3SC4AFC2S有人研究认为，不掺混合料的水泥的水化热具有加和性，水泥的侵蚀一、淡水作用水泥遇到水后硅酸钙水化会形成Ca2。如果流水不断，Ca2会不断溶出，水泥就会形成孔隙，渗透加强，CaO首先溶出，其次是高碱性水化硅酸盐溶出，水泥强度下降二、酸和酸水作用当溶热PH为主，含莫来石、石英等。但过多的在水泥中掺入粉煤灰会降低水泥强度，并引起金属材料腐蚀等。提高水泥强度1提高熟料中的C3S和C3A；2控制混合料的质量和掺入量；3提高水泥的粉磨细度；4适当增加石膏的掺入量；5加入早强剂和减水剂。快硬水泥早期强度高，用于抢修工程。和C3A含量高2.原料中加入铝矾土和石膏形成含硬石膏的水泥，称为快硬硫铝酸盐水泥。3.原料中加入萤石形成氟铝酸钙称为快硬氟铝酸盐水泥抗硫酸盐水泥由于Ca2是造成硫酸盐侵蚀水泥的主要因素，而C4AF的耐腐性较强。所以在熟料中可提高C4AF的含量。中低热水泥水化热低的水泥，适用于大坝和大体积混凝土
