解析土壤聚合物的構(gòu)成

時間：2014-05-07 10:16:33

作者：世邦機器

土壤聚合物：古代混凝土、砂漿建筑物(如埃及的金字塔、羅馬的大競技場)具有非常優(yōu)異的耐久性能，它能在比較惡劣的環(huán)境中保持幾千年，甚至上萬年而不破壞。與之相比較，在相同的環(huán)境條件下，用硅酸鹽水泥制備的現(xiàn)代混凝土平均僅有40〜50年的壽命，較長的也不超過100年，短的僅幾年就遭受嚴重破壞。20世紀70年代末，法國的J.Davidovits教授在對古建筑的研究過程中發(fā)現(xiàn)，耐久性好的古建筑物中有架狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽化合物，與構(gòu)成地殼的物質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，即為含有大量硅鋁鏈的“無機聚合物”，并稱之為土壤聚合物(geopolymer),在此基礎上，Davidovits(1988)采用將偏高嶺土加工用堿激活的方法開發(fā)了一類新型膠凝材料，即土聚水泥(geopolymericcement)。迄今，地聚合物及其混凝土在市政、橋梁、道路、水利、地下、海洋以及軍事等領域具有非常廣闊的應用前景，將成為硅酸鹽水泥的替代產(chǎn)品，這已成為當今各國材料工作者關(guān)注的熱點之一。

土聚合物混凝土及其性能：

(1)土聚合物及其特點土聚合物(地聚合物)是由適量偏高嶺土和少量堿性激活劑溶液與大量天然或人工硅鋁質(zhì)材料相混合，在低于150℃下甚至常溫條件下養(yǎng)護，得到不同強度等級的無水泥熟料膠凝材料。

土聚合物是以偏高嶺土和堿性激活劑為主要原料，采用適當工藝，通過溶解一單體重構(gòu)一聚縮反應得到的一種新膠凝材料。根據(jù)地聚合物的分子結(jié)構(gòu)可將其分成3類(Davidovits，1988)：PS型(-Si-O-A1-)、PSS型(-Si-O-A1-O-Si-)和PSDS型(-Si-O-A1-O-Si-O-Si-)。地聚合物的分子式可表達為Mn[-(SiO2)2―AlO2―]n?ωH2O[式中，M為堿金屬離子(Na+、K+等);n=1,2，3，為聚合度;ω為結(jié)合水量]。

(2)土壤聚合反應的機理土聚水泥的聚合機理不同于硅酸鹽水泥的水化，與有機高分子聚合物的聚合機理也有所差別。高嶺土經(jīng)較低溫度煅燒(500〜900℃)，發(fā)生反應。

該反應使A1的配位數(shù)從六配位轉(zhuǎn)化為四或五配位，高嶺石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為無定形結(jié)構(gòu)的偏高嶺土，有較高的火山灰活性。處于介穩(wěn)狀態(tài)的偏高嶺土等無定形硅鋁化合物經(jīng)堿性激活劑及促硬劑的作用，硅鋁氧化合物經(jīng)歷了一個由解聚到再聚合的過程，形成了類似地殼中一些天然礦物的鋁硅酸鹽網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外學者通過SEM、EDS、差熱及熱重綜合分析以及核磁共振等方法對土聚水泥及其反應產(chǎn)物進行了詳細的研究。對比土聚水泥和堿礦渣水泥各齡期反應產(chǎn)物的特點后，發(fā)現(xiàn)土聚水泥的反應產(chǎn)物明顯不同于堿礦渣水泥的反應產(chǎn)物。

土聚水泥隨反應齡期的延長，生成了更多的類沸石礦物――土壤聚合物，它是一種微觀形貌呈層疊片狀的無定形硅鋁酸鹽，具有較大的內(nèi)比表面積，有較強的自由水吸附能力。土聚水泥隨著反應齡期的延長，構(gòu)成土壤聚合物的氧化物摩爾比Na2O/Al2O3、SiO2/Al2O3、Na0O/SiO2均呈下降趨勢，而且結(jié)構(gòu)水含量減少，這可能是因為更多的硅氧四面體及鋁氧四面體參與了聚合使土壤聚合物的聚合度有所增加的結(jié)果。因此，土聚反應產(chǎn)生的過程即偏高嶺土的用途堿性激活劑的作用下解體后再聚合的過程。