粉煤灰地聚合物材料及性能研究

粉煤灰地聚合物即Geopolymer,地聚合物是近年来新发展起来的一类新型无机非金属材料，是含有多种非晶质至半晶质相的三维铝硅酸盐的矿物聚合物，其英文同义词还有mineral polymer,geopolymeric materials,alu-minosilicate polymer,铝硅酸盐矿物或工业固体废弃物为主要原料，与高岭石黏土和适量碱硅酸盐溶液充分混合后，在20~120℃的低温条件下成型硬化，是一类由铝硅酸盐胶凝成分粘结的化学键陶瓷材料。

地聚合物材料的应用可追测到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分Na2CO3、草木灰成分K2CO2以及硅石的混合物，加水拌和后产生强碱NaOH和KOH,与其他组分发生反应，生成矿物聚合黏结剂而制成人造石。

20世纪30年代末，Purdon研究了硅铝矿物和玻璃与NaOH溶液的反应，提出了碱激发铝硅酸盐黏结剂的硬化机理，即硅铝组分溶解于NaOH溶液中，然后沉淀出水化硅酸钙和铝酸钙，再产生NaOH,使反应不断进行。70年代，Davidovits等通过对古建筑的研究发现，其所用胶凝材料的耐久性、抗酸性和抗融冻能力极强，其中不仅含有波特兰水泥所具有的C-S-H凝胶组分，而且含大量的沸石相。0年代，Malone等的研究发现，碱激发炉渣水泥的硬化机理为：碱金属、城土金属离子进入溶液，在炉渣颗粒表面形成胶状硅酸钠层；铝氧化物直接溶解于硅酸钠中，形成半晶态托贝莫来石：水化铝酸钙生成并排出水分，最后形成不同组成的沸石及类沸石相。
Geopolymer一词最早由Joseph Davidovits(1978年）提出，其原意指由地球化学作用形成的铝硅酸盐矿物聚合物。此后，Davidovits不断改进矿物聚合材料形成的化学机理和力学性能表征，并证实了这类材料在许多工业领域的应用。Davidovits最初使用高岭石和锻烧高岭石作为制备矿物聚合材料的铝硅酸盐原料。1980年，Mahler以含水碱金属铝酸盐和硅酸为反应物，取代固体铝硅酸盐，制备了类似的铝硅酸盐聚合物材料。此后，Helferich和Shook、Neuschaeffer等先后取得了制备非晶质铝硅酸盐聚合材料的专利，其制备工艺和材料的化学性能、力学性能等与Davidovits的实验相似。Palomo等以锻烧高岭石为原料，加入硅砂作为增强组分，制备了抗压强度高达84.3MPa的矿物聚合材料，而材料的固化时间仅24h。20世纪90年代后期，VanJaarsveld和VanDeventer等致力于由粉煤灰等工业固体废弃物制备矿物聚合材料及其应用的研究，包括固化有毒金属及化合物等。