地聚合物是一種由AlO4和SiO4四面體結構單元組成的無機聚合物，化學式為Mn-(SiO2)zAlO2n·wH2O，屬于非金屬材料。該材料具有良好的機械性能和耐酸堿、耐火、耐高溫性能，有望取代普通波特蘭水泥。此外，地聚合物還可利用礦物廢物和建筑垃圾作為原料，使其在建筑材料、高強材料、固核固廢材料、密封材料、和耐高溫材料等方面具有廣泛應用。
歷史與發展
地聚合物概念最早由法國人Davidovits于1978年提出。該學科的發展源于科學家對水泥硬化機理的研究。20世紀30年代，美國學者Purdon發現氫氧化鈉在水泥硬化過程中的催化作用，從而提出了“堿激活”理論。蘇聯對此進行了深入研究，并在60年代將“新型”膠凝材料應用于建筑工業。1972年，Davidovits教授首次申請了使用白陶土通過堿激活反應制備建筑板材的專利。此后，他對地聚合物的內部結構進行了細致研究，并申請了多項專利。1987年，賓夕法尼亞大學的Roy教授詳細闡述了地聚合物的優異性能，促進了全球對該領域的研究熱情。如今，世界各地有多家研究機構和科學家致力于地聚合物的研究，相關理論和應用成果不斷增長。
反應機理
地聚合物的凝結硬化過程主要涉及原材料中硅土鍵和鋁氧鍵在堿性催化劑作用下的斷裂和重組。Davidovits提出了解聚和縮聚的理論，即鋁硅酸鹽原料在堿性溶液中的溶解、擴散、凝膠相的形成及固化。盡管不同原料和用途的地聚合物的具體反應機理有所不同，但基本過程包括上述步驟。
性能特征
高強、耐高溫
地聚合物因其氧化物網絡結構而在高溫環境下表現出穩定性。經過復合改性，其抗壓、抗拉、抗彎曲強度顯著提高，且具有良好的高溫性能、阻燃性和隔熱性能。因此，地聚合物可用于航空航天、土木工程等多個領域。
耐久性
地聚合物的耐久性得益于其穩定的網絡結構和避免堿骨料反應的能力。Davidovits通過對古代建筑的研究發現，類似沸石的結構可能是這些建筑千年不倒的原因之一。
多功能性
地聚合物的功能多樣性與其結構特點密切相關。其中，硅土四面體顯電中性，而鋁氧四面體顯電負性，這使得地聚合物能夠固定金屬離子、抵抗核輻射，并具有快凝、耐酸和低污染等特點。
參考資料 >
地聚合物 ---原材料、結構、性能特點及應用前景.個人圖書館.2024-08-15
科普丨地聚物膠凝材料.粉煤灰產業聯盟.2024-08-15
地聚合物：替代金屬與陶瓷，開拓材料新領域！.1釣者1愚夫.2024-08-15