地質聚合物在新型建材中的應用

摘 要：簡單的講述了地質聚合物的含義以及制造的措施，探索研究地質聚合物能否在新興的建筑材料中使用，同時研究了地質聚合物在國內的前進方向。在新世紀最有開發潛力的膠凝物料應該就是地質聚合物了，特別是在使用固體垃圾制造這種物料方面更有優勢。伴隨著地質聚合物生產措施以及使用措施的持續前進和成本的降低，傳統水泥以及有機聚合物的組合會被慢慢的被地質聚合物所替代。

關鍵詞：地質聚合物；固體廢棄物；膠凝材料；新型建材

1 地質聚合物的概念

地質聚合物是在地球化學功能抑或地質合成功能的影響下生成的礦物聚合物制。不過這一含義從最開始到現在主要是包含了全部使用天然礦物質抑或固體垃圾制造生產出來的是由硅氧四面體以及鋁氧四面體通過共用氧原子交替鍵合。地質聚合物擁有很好的強度，普遍在一天左右其抗壓的強度就能夠到十五到三十兆帕斯卡，和普通硅酸鹽水泥相對比，抗壓能力一樣的情況下，其抗折能力更強。在市面上能夠見到的進行買賣的地質聚合物大多是要加入水進行攪拌之后能夠產生地質聚合物功能的粉狀物料，這種商品自身是還沒有聚合的配料。

2 地質聚合物的制備

最開始制造生產的地質聚合物的實驗大多是由高嶺土經過煅燒為基礎材料，把高嶺土加熱到六百到七百攝氏度進行煅燒6h，高嶺土中的水分幾乎全部流失，沒有水分的高嶺土稱之為偏高嶺石。這種物質其實就是半晶態到晶態形狀的氧化鋁和二氧化硅的混合物，構造不緊密，擁有微米級以及次微米級的細度，所以擁有自主性。地質聚合物的生產制造大多使用Na2SiO3抑或K4O4Si調制的水溶液和氫氧化鈉亦或者氫氧化鉀溶合調制為PH值達到12-14，之后再和已經經過煅燒形成的偏高嶺石的粉狀進行調節形成漿狀的形狀澆在模具內，放置在七十攝氏度的室內進行靜養，幾十分鐘到幾個小時后就能夠硬化并且具有強度。國際市場上進行買賣的地質聚合物是粉狀的，包含各種材料，同時已經混合均勻，在運用的過程中添加水就能夠使用。地質聚合物能夠粘結各種狀態的石塊、砂礫、固體垃圾還有能夠抗堿性的有機固體。

國內在探索地質聚合物方面還在剛開始的階段。主要有馬鞍山礦山研究院、蘇州混凝土水泥制品研究院、北京科技大學、中國地質大學、清華大學等單位一起進行研究。位于北京的中國地質大的研究小組使用富鉀板巖提煉到鉀之后的廢物占量百分之三十五、細粉煤灰占量百分之六十、氫氧化鈉占量百分之五，制造生產出的磚樣品其耐壓能夠達到五十二點八兆帕斯卡，每一塊最小的耐壓性能都能夠達到四十六點一兆帕斯卡，別的功能都能夠達到JC/T446-2000規范中優等品的標準。這種物料還擁有很強的抗酸性、抗堿侵蝕性，抗酸性能夠達到百分之九十九點九，完全達到了國家GB8488-87規范中耐酸性能磚的標準；抗堿性能夠達到百分之九十九點九二，完全符合玻璃馬賽克國家規范中GB7697-76中的標準。北科大使用首鋼廢渣以及高爐廢渣生產制造出了力學性能達到42.5級別水泥標準的地質聚合物質，并且生產費用只占前者的一半。現在正在研究更加的參數配比，希望能夠研究出力學性能能夠達到62.5級別水泥標準的地質聚合物質。

3 地質聚合物在新型建材中的應用方向以發展前景

3.1 地質聚合物板材

國內的玻璃纖維增強混凝土在經過了十七年的開發、探索、策劃以及使用，占據的市場規模依舊不大，出現這種現象的主要原因是由于使用水泥以及填料進行制備這種物料工作程序很繁瑣，品質不好掌控并且費用高。水泥在平時的溫度下水化熱比較不快，但是玻璃纖維增強混凝土板材流水式的生產模式也不可能對玻璃纖維增強混凝土板材進行長時間的養護。多以玻璃纖維增強混凝土板材原料中很多水泥對板材的強度起不到作用，導致浪費以及功能的不安穩。不過地質聚合物自身就擁有很快能夠硬化、早期就有高強度的優點，不用特意進行養護就能夠形成高強度。在制造過程中減少了養護的時間，能夠在很大程度上減少了費用的支出、提升生產速度。并且制造地質聚合物主要使用廢物為原料所以生產費用是制造普通水泥的一半，所以能夠在很大程度上減少玻璃纖維增強混凝土板材的生產費用。

地質聚合物還有一個優點就是在生產制造的過程中達到膏狀時擁有很好的塑性。在利用水泥制造玻璃纖維增強混凝土時，為了加強膠料的塑性可以加入大量的CMC，加入的CMC成本差不多占了整個成本的四分之一到三分之一。運用地質聚合物替代了水泥的位置后幾乎能夠避免使用CMC材料。這樣在很大程度上減少了玻璃纖維增強混凝土的生產費用。和水泥相對比，地質聚合物質其強度更高、硬化更快、耐酸堿腐蝕性更好的優點，所以使用地質聚合物制造出來的墻板非常適合用在新型的墻體外面作為保護構造。并且地質聚合物的耐久性使得墻板能夠使用的時間更長，更穩定更安全。

3.2 建筑用地質聚合物塊體材料

這里建筑用塊體材料主要指建筑用標準磚、各種尺寸的建筑砌塊及鋪路磚等。由于地質聚合物具有快硬早強和不用蒸養的特點，再加上地質聚合物具有良好的粘結性和可塑性，比水泥更適合制備建筑用塊體材料。特別是利用含硅鋁酸鹽類固體廢棄物為粗骨料和細骨料制備建筑砌塊還能發揮固體廢棄物本身的活性，形成聚合物與骨料之間的化學結合及梯度界面，從而達到大幅度降低生產成本和提高產品質量的目的。由于地質聚合物材料具有良好的抗折強度和耐久性，用地質聚合物材料容易制成光澤度較高的彩色屋面瓦制品。根據地質聚合物的性能特點，如果能夠用其代替水泥來生產纖維增強地質聚合物大型薄板狀波形瓦將比傳統的水泥-石棉瓦具有更好的耐久性、更高的強度和更低的成本。

3.3 地質聚合物的其它應用

3.3.1 地質聚合物灌漿材料

灌漿材料按成本和用途可分為中低強度型和高強度型兩類。中低強度型灌漿材料主要用于充填地下溶洞、礦山采空區，以保證在其上面修建公路、鐵路或進行建筑施工以及在今后長期使用中的安全。這類灌漿材料一般用量巨大，但不要求有高的強度，如能使用地質聚合物來膠結就地取材的固體廢棄物、黃土或細砂等材料將會使成本大幅度下降，同時能夠保證有良好的整體強度和耐地下水溶蝕的能力。高強度灌漿材料的主要用途之一是用來加固錨索和錨桿的地下部分。地質聚合物把作為錨索或錨桿的鋼筋或鋼絞線握裹在中心，四周靠地質聚合物與圍巖的粘合力和一定的膨脹壓力，需采用具有一定膨脹功能的地質聚合物-和圍巖結合在一起。這種錨固結構失效的主要方式是內部鋼筋或鋼絞索的銹蝕。由于地質聚合物特有的低孔隙率、高密閉性和高抗溶蝕性，因此具有好的防銹蝕能力。

3.3.2 地質聚合物密封固結材料

地質聚合物特有的降低固體廢棄物內金屬離子溶出的功能，使得地質聚合物成為比水泥更好和成本更低的用于固結高重金屬固體廢棄物及放射性固體廢棄物的固結材料。有些高金屬含量的固體廢氣物如果用普通水泥來固結，會因其重金屬的溶出較高而不能作為建筑材料。使用地質聚合物作為固結材料則有可能作為建筑材料使用。

4 結束語

制造地質聚合物的物料能夠使很多物質，含有鋁硅酸鹽之類物質的固體的廢渣都可以用來生產制造地質聚合物抑或地質聚合物成品。和以往使用的水泥相對比，生產這種物料能夠去掉燒制水泥熟料的過程，生產費用低，并且在很多能夠使用的環境下有著比水泥更好的功能。在新世紀，地質聚合物作為一種綠色的污染低的膠凝材料很有可能會替代了水泥的位置。伴隨著大量的生產制造地質聚合物的措施慢慢的成長發展，生產成本在很大的程度上有所減少，使用措施在慢慢的更加熟練，更多的優秀的性能被研究發現。地質聚合物的普遍使用肯定會使新型材料的功能以及生產價格方面有很大的改變。