原位同步辐射X射线衍射

通常用一些间接技术来分析地质聚合物凝结过程，如热量测定或流变学。原位核磁共振和环境扫描电子显微镜也为分析提供了一些帮助。在地质聚合物化早期阶段对地质聚合物胶凝材料生成动力学的直接定量观测还未能实现。通过使用能量鉴别器同步辐射白光形貌术，新开发了一种能在近似地质聚合物合成法实验条件的情况下（即较大试样体积以避免伪表面效果），对地质聚合物化进行原位监测的技术。关于初步交流一书即将出版，书中对该技术及其结果作了简单描述，更进一步的数据可以在J.L.Provis的PhD论文中看到。图4通过一系列硅铝比对硅酸钾/偏高岭土地质聚合物生成初期反应过程（溶解/凝结）作了比较。

图4：不同SiO₂/Al₂O₃比率的K-聚合物试样的反应程度与时间

图4反映了反应率对硅铝比的明显依赖性，硅铝比低的试样的初始固化速度明显快于硅含量高的试样。目前，“相对反应程度”值实际上应该被看作是半量化的，而不是完全量化的，因为在对数据进行量化时，3小时后的反应程度被有效的定在1.0。事实上不同复合物在3小时后的绝对反应程度是不同的，因此绝对反应程度的变化（即溶解和再沉淀，作为地质聚合物凝胶的偏高岭土的比例），作为一种时间功能，将取决于它。然而，目前仍未能准确测定这些绝对反应程度，所以这里的数据仍是以相对反应程度的形式出现。尽管如此，图4所反映的趋势和其他技术人员所观察到的结果是一致的，其中低硅激发溶液的使用使得初凝过程与使用高硅系统的相比更为迅速。

热分析

地质聚合物从加热到高温过程中的物理演变是近期研究工作的一个焦点领域。所有地质聚合物的热收缩和重量损失可分为四个特征区域：区域I中自由蒸发水减少，但收缩很小；区域II中初始收缩出现，重量持续快速减少；区域III中重量和热收缩均逐渐减少；区域IV中发生迅速热收缩和微小的重量损失，因粘性烧结而稠化。图5显示了地质聚合物试样的上述特征组合。

图5：地质聚合物的物理演变，不同特征性能的区域以虚线划分。

在区域II开始阶段，热收缩的发生温度与地质聚合物的杨氏系数密不可分。收缩机制被认为是自由水蒸发引起的毛细收缩。区域II的收缩程度随着水含量而增加。所有样品在区域III的收缩率相似，不受硅铝比的影响。然而，区域III的温度范围因为脱羟基作用与硅铝比相关。由于凝胶Tg的减少，各种碱金属阳离子类型地质聚合物在区域IV的稠化发生温度随着硅铝比的升高而降低。对于硅铝比小于或等于1.65的样品，热收缩程度按照Na＞NaK＞K的顺序逐渐降低。此外，所有高硅铝比（即硅铝比≤1.65）的碱系列试样的热收缩程度非常接近。碱金属阳离子类型对于在不同硅铝比情况下的膨胀数据中观察到的粘性烧结的发生温度有很大影响， K＞NaK≈Na。粘性烧结中观察到的稠化程度按照NaK＞Na＞K的顺序降低，同时这些样品的粘性根据同样的顺序升高。

商业方面

     地质聚合物技术目前面临的挑战是将其确立为一种被认可的、切实可行的、可靠的技术，证明其可以利用多种有商业利用价值的废弃物，并能被广泛应用。也就是说，市场上要有其产品。很多公开发表的研究已经独立地正面核实了材料的性能。然而至今为止，该技术仍未在日常商业领域中被采用，更不用提利用多种原材料来源。由于市场上还没有产品，该技术仍缺乏“现实世界地位”，被认为是一种实验室解决方案。除了以上所提到的地质聚合物技术进一步发展和商业化的动力以外，还存在一些障碍。

     建筑业20世纪以来所取得的成功、成绩和发展有很多地方值得学习，比如质量控制、保守性和长期稳定性。发展地质聚合物行业，必须提高潜在生产商和最终用户对该技术的接受程度，停止对一些学术界关心的、但就商业而言不必要的问题的争论。这些目标只有通过在学术圈内创造团结的气氛才能实现，比如克服产品进入市场前的技术和商业障碍。对地质聚合物理解的转移是一个双向的过程，必须以前后一致的、清晰的方式向行业阐述技术和商业优势。此外，行业伙伴必须欢迎更广泛的创新。这可以通过学术界和行业之间更为公开的对话以及地质聚合物技术基础知识的更为广泛的传播来实现。

结束语

本文介绍了墨尔本大学在地质聚合物技术研究方面的一些最新的技术性、根本性的突破。硅魔角旋转核磁共振谱（MAS NMR）的反褶积帮助加深了对硅和铝在基础结构中的结构配置的理解。不同额定硅率比的地质聚合物的微观结构发展和特点在文中进行了阐述，指明品种的不稳定性及溶液状态的硅铝比对最终微观结构起着很大的作用。而且，溶液化学的这些方面同时控制着反应速度。一种应用同步辐射的新的原位技术已经对此作了说明和解释。对地质聚合物的进一步研究和结构性理解，以及该知识与行业的成功交汇，将是该技术从实验室规模向商业实际应用成功转移的关键。