解析土壤聚合物的構成

土壤聚合物：古代混凝土、砂漿建築物(如埃及的金字塔、羅馬的大競技場)具有非常優異的耐久性能，它能在比較惡劣的環境中保持幾千年，甚至上萬年而不破壞。與之相比較，在相同的環境條件下，用矽酸鹽水泥製備的現代混凝土平均僅有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教授在對古建築的研究過程中發現，耐久性好的古建築物中有架狀結構的矽鋁酸鹽化合物，與構成地殼的物質結構相似，即為含有大量矽鋁鏈的“無機聚合物”，並稱之為土壤聚合物(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，將成為矽酸鹽水泥的替代產品，這已成為當今各國材料工作者關注的熱點之一。

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矽鋁質材料相混合，在低於150℃下甚至常溫條件下養護，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一聚縮反應得到的一種新膠凝材料。根據地聚合物的分子結構可將其分成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為結合水量]。

(2)土壤聚合反應的機理土聚水泥的聚合機理不同於矽酸鹽水泥的水化，與有機高分子聚合物的聚合機理也有所差別。高嶺土經較低溫度煆燒(500〜900℃)，發生反應。

該反應使A1的配位數從六配位轉化為四或五配位，高嶺石結構轉化為無定形結構的偏高嶺土，有較高的火山灰活性。處於介穩狀態的偏高嶺土等無定形矽鋁化合物經堿性激活劑及促硬劑的作用，矽鋁氧化合物經曆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矽酸鹽網絡狀結構。國內外學者通過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物的特點後，發現土聚水泥的反應產物明顯不同於堿礦渣水泥的反應產物。

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矽鋁酸鹽，具有較大的內比表麵積，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，而且結構水含量減少，這可能是因為更多的矽氧四麵體及鋁氧四麵體參與了聚合使土壤聚合物的聚合度有所增加的結果。因此，土聚反應產生的過程即偏高嶺土的用途堿性激活劑的作用下解體後再聚合的過程。

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