何清平
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摘要：地质聚合物是一种高性能的胶凝材料，随着我国科学技术的不断发展，越来越多新型材料在土木工程中都得到了广泛应用，可以有效提升工程的耐久性，延长土木工程使用寿命。本文对地质聚合物的土木工程的耐久性能进行了分析。
关键词：地质聚合物；土木工程；耐久性能
随着我国经济的发展，以及城镇化建设脚步的加快，土木工程数量和规模都呈现上升趋势。但是在工程进行时，同样也会对环境造成较大破坏，根据有关数据调查显示，水泥工业的二氧化碳排放量涨了全世界二氧化碳总排放量的7%。混凝土作为工程中最常用的材料，其抗拉性能不足，很容易出现形变或裂缝问题，如何解决原有材料耐久性不强的缺陷，是需要思考和关注的重点。出于这一点，技术人员加大了对地质聚合物的研究，旨在提升工程的使用寿命。因此，对土木工程中地质聚合物进行研究具有重要意义。
1 地质聚合物的特点
1.1环境友好型建材
地质聚合物主要由高岭土、粉煤灰、矿物废渣等固体废弃物作为原料，能够对不可再生资源进行重复利用，在使用时可以减少二氧化碳的排放。以往工程多使用硅酸盐水泥材料，该类型的材料在和水进行反应之后会排放大量二氧化碳，而二氧化碳也被认为是引起“温室效应”的罪魁祸首。而地质聚合物的应用，可以减少80%以上的二氧化碳排放，有助于实现生态平衡。
1.2力学性能好
地质聚合物可以在短时间内凝结，和混凝土材料相比，其凝结时间更快，有助于提升施工效率。研究表明，利用高岭土制得的地质聚合物在25℃下的抗压强度可达到87.5MPa，7天强度达到了137.6MPa，硬度很高，能够满足土木工程的基本承载要求。
1.3良好的结合能力
以往混凝土中的硅酸盐水泥在和骨料进行反应时，其结合面很容易出现质量问题，强度不够高。地质聚合物并未使用到硅酸盐水泥材料，可以有效避免水化反应，和前者相比，其结合面、过渡区的强度更高。
1.4耐高温隔热效果好
裂缝是混凝土最常见的质量问题之一，主要就是因为内外部温差过大，以及材料本身的抗形变能力不强导致的。地质聚合物多由不同材料制作而成，例如在高温炎热的地区，可选择耐高温性能更好的材料，其收缩率更低，不会因为温度过高而分解，且拥有较好的隔热效果。
2 地质聚合物的性能
2.1吸水性
混凝土在使用过程中，很容易受到外界因素的影响，包括环境温度，施工人员专业水平等，其质量问题多和水以及其他有害物质有关，例如路面积水无法及时排除，就会增加混凝土工程出现裂缝的可能性。有关研究显示，混凝土吸水率越低，水以及其他腐蚀性物质就越不容易进入。而由部分特殊材料制作而成的地质聚合物拥有着更低的吸水率，例如碱激发矿渣砂浆的吸水率就比OPC砂浆更低，将其应用于土木工程中，可以有效延长工程使用寿命，使其避免受到积水影响，提升耐久性能。
2.2碳化
碳化可以被理解为一种化学反应，二氧化碳和混凝土中的某些物质反应之后会生成碳酸钙以及其他物质，虽然会增加混凝土的硬度，但是也会更脆，在大型车辆的反复碾压作用下，很容易出现裂缝或其他质量问题。地质聚合物也会发生碳化，但是和硅酸盐水泥的碳化机理有着本质区别，在低钙的地质聚合物中，凝胶并不会发生脱钙，因此在微观结构上没有太大改变，整体强度也并不会因为碳化而受到影响。
2.3硫酸盐侵蚀
硫酸盐侵蚀指的就是在化学反应作用下，产生了钙矾石以及其他物质，水泥因此而体积膨胀，内部应力超过了其形变的最大限度，从而产生裂缝，其他有害物质会随着裂缝进入到工程的深层结构中，对混凝土进行破坏。
和普通的混凝土材料相比，硫酸盐对地质聚合物的侵蚀作用也有着一定区别，地聚物中的硫酸盐可能来自内部，当内部受到侵蚀时，可以保持碱度的平衡，避免结构产生破坏，这也是土木工程耐久性能得到保障的重要原因之一。
2.4酸侵蚀
由于地质聚合物和普通混凝土的水化产物性质存在区别，因此地质聚合物具有更强的抗酸侵蚀性能，在被酸性物质侵蚀时，混凝土会产生化学反应，在结构上留下腐蚀层；而地质聚合物本身的渗透性能就较低，在被脱钙化之后，地聚物的材料仍然会留下硅铝酸盐凝胶致密层，形成了天然的保护层，可以减少酸性物质的进一步腐蚀，对整体工程结构起到保护作用。
2.5碱-集料反应
一般来说混凝土中含有大量的碱性物质，在和硅质材料发生化学反应之后，会生成大量的碱硅酸盐凝胶，和水吸收后会迅速膨胀，增加混凝土内部的体积，让其产生形变以及裂缝，严重影响了土木工程质量。而在碱激发偏高岭土和碱激发粉煤灰混凝土中，其内部并没有充足的游离碱，也正是因为如此，碱性物质的缺乏，并不足以和水发生过于激烈的化学反应，碱硅酸盐凝胶生成数量少，因此地质聚合物拥有比混凝土更高的强度和稳定性。
2.6氯离子渗透
混凝土和钢筋都是土木工程中常会使用到的材料，而氯离子渗透，是引起钢筋生锈的最主要原因之一，一旦锈蚀情况较为严重，钢筋材料的质量和强度就会大受影响，大大缩减工程的使用寿命。地质聚合物的孔隙率更小，和混凝土相比，其孔结构也跟完好，固化的氯离子越多，那么处于游离状态的氯离子就越少，这会提升材料的抗氯离子渗透性能，对钢筋材料的保护，就是提升工程质量和使用寿命的重要手段。
3 地质聚合物的应用发展前景
3.1开发快速修补材料
硬度高、凝结快是地质聚合物最显著的特点，在土木工程施工过程中应用该类型的材料，可以减少脱模时间，提升施工效率。不仅如此，地质聚合物还可以作为混凝土结构的快速修补材料，当混凝土出现裂缝、沉降、坍塌时，能够快速进行修复。
3.2开发优质地质聚合物基涂料
在水化之后，地质聚合物的防水性能可得到大幅度提升，也能够具有较强的防火性能，技术人员可以将煅烧的高岭土作为原材料，利用浓度合适的水玻璃周围碱激发剂，从而让地质聚合物具有更强的耐水、耐侵蚀等特点，可以被用作涂料，提升其应用范围。
3.3开发工业有毒废渣和核废料固封材料
传统水泥不适合固化很多含碱金属的化工废料，也不适合固化最终产品为高浓度硫酸的金属矿山尾砂。而地质聚合物的适应范围就很广泛，其具有更高的稳定性，能够在不同场景下应用。目前核废料的封装方法包括沥青法、玻璃法等，其中水泥法工艺最为简单，但是渗出率偏高，可以将地质聚合物应用其中，解决传统工业废渣和核废料处理中存在的缺陷。
结语：
总而言之，地质聚合物具有资源节约、环境友好、原材料简单等一系列应用优势，在实际应用中，可以根据工程要求，利用不同的材料制作而成。在地质聚合物推广和应用过程中，要加大力度研究其在恶劣环境下的耐久性能，从而更好满足土木工程的实际需要。在未来的发展过程中，要加大技术研发力度，以更高性能的地质聚合物材料，提升工程使用寿命，降低成本和对环境的污染，推动我国工程建设事业的可持续发展。
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