地质聚合物通常以富含硅铝相的原材料通过碱性激发制得，其结构为由共用氧交替键合的[SiO4]4―和[AIO4]5―四面体组成的聚合铝―氧―硅酸盐无定形三维网络。这种网络结构，赋予地质聚合物不同于硅酸盐水泥的特点，如力学性能好，能有效封固重金属离子等。在最初的研究中，地质聚合物的原料主要为偏高岭土，如云斯宁，冯琼等[5，6]以偏高岭土为硅铝相原料，制备了赤泥偏高岭土胶凝材料。但偏高岭土的生产需要煅烧工艺，不适宜大规模使用且不符合环保的理念。目前，对地质聚合物的研究更多地集中在利用固体废弃物，如粉煤灰和矿渣等，其原因在于利用这些原料不但能得到性能较好的地质聚合物，还有利于减小环境负担。如：徐建中、李文娟和郭晓潞等[7-9]以粉煤灰为主要合成材料，分别制备了粉煤灰制革污泥地质聚合物、粉煤灰赤泥地质聚合物和粉煤灰市政污泥地质聚合物。徐子芳、张娟和徐中慧等[10-12]则分别以高钙煤系废物、煤矸石和固硫灰为主合成材料制备了相应的污泥地质聚合物。

1.2 力学性能 地质聚合物的力学性能与硅铝相的反应活性、激发剂的模数以及水胶比等有密切的关系，污泥的掺入对其也具有非常显著的影响。云斯宁等[5，6]以偏高岭土、赤泥为原料，钠水玻璃为激发剂进行了实验研究，发现水玻璃与赤泥共同激发偏高岭土胶凝材料的力学性能较好，其强度的发展与水玻璃模数有关，在固定赤泥加入量时，水玻璃模数为1.0时强度最好。徐建中等以粉煤灰、制革废水污泥和偏高岭土为主要原料，氢氧化钾为激发剂制备了一系列地质聚合物，发现污泥掺量为10%的地质聚合物的抗压强度最好;而当掺量超过10%时，抗压强度有一定幅度的下降;当掺量达到50%时，抗压强度仍能高于不掺污泥的对照试样。李文娟等[8]以粉煤灰、赤泥为胶凝材料，细砂为骨料，水玻璃为激发剂，同时掺入木质素磺酸钙，制备了赤泥/粉煤灰地质聚合物(见图2)，发现其抗压强度随赤泥掺量的增加呈现出先增大后减小的变化，当赤泥掺量为68%左右时，抗压强度最大，达到约16MPa，能够满足非承重墙砖MU10的要求。

郭晓潞等[9]将污泥进行热处理活化，然后掺入高钙粉煤灰中，并用水玻璃进行激发，制得了热活化污泥粉煤灰地质聚合物材料(见图3)，发现900℃是污泥最佳的热活化温度，制得地质聚合物材料强度较高;以10%～30%质量分数的热活化污泥取代高钙粉煤灰时，抗压强度随污泥的质量分数增加而急剧降低;其中，以含10wt%污泥(<45μm，900℃焙烧1h)的热活化污泥/高钙粉煤灰地质聚合物具有较好的力学性能。徐子芳、张娟等[10，11]分别研究了900℃热活化污泥对粉煤灰和煤矸石地质聚合物的性能影响(见图4)，发现热活化污泥促进了地质聚合物的形成，使强度得到提高，在掺量为40%时达到最大值，28d强度均达到货超过40MPa。徐中慧等研究了固硫灰复掺偏高岭土地质聚合物对含铬污泥的固化效应，在复掺20%偏高岭土的条件下，该地质聚合物能获得较好的强度，并随着含铬污泥含量的增加而下降，当含铬污泥掺量为20%时，强度大于20MPa，而当掺量为52%时，强度仅为略大于5MPa。

从以上分析中可以看到污泥对地质聚合物的力学性能影响非常显著，在污泥含量较低时可以一定程度上提高强度，而污泥掺量过大时则会极大地降低强度。此外，污泥的前处理，如污泥的干化工艺和热处理工艺等，以及主合成材料的品种对胶凝材料强度的影响也很大。

1.3 固化重金属 污泥尤其是工业污泥由于含有较多重金属离子，在处理处置中成为影响环境的重要因素。利用水泥处理污泥并固化重金属的研究较多，如Davodovits、van Jaarsveld等[2，3，13]对地质聚合物材料的结构研究表明，这类材料的基质相化学组成与沸石类似，结构呈非晶质或半晶质相，重金属可以有效地被固封在这种类沸石的笼型结构中，因此，地质聚合物材料具有固化重金属的潜在能力和优良性能。徐建中等[7]人以粉煤灰和制革废水污泥制备地质聚合物材料，检测发现重金属主要为Cr、Zn、Pb。该地质聚合物材料中的重金属溶出量符合环境标准规定的要求，且Pb的溶出量最低，Cr其次，Zn最高，而随着固化时间的延长，重金属的溶出量逐渐降低。刘斯凤等[14]将铬污泥与粉煤灰地质聚合物复合，研究地质聚合物对铬的封固机理，发现Cr3+的掺入使粉煤灰中Si和Al的浸出量明显减少，尤以Si的浸出量减少幅度更大。刘斯凤等[15]更进一步在粉煤灰地质聚合物中掺入镍污泥，研究了镍污泥与地质聚合物之间的相互影响，发现：掺镍污泥使硅、铝相浸出量高于未掺镍污泥的情况，且硅、铝浸出量之比减小，说明硅、铝在镍的作用下更加活跃，尤以硅对镍的固封更加显著;当镍掺量为0.25%时，镍的浸出量仅为5.01mg/L，固封率达到99.8%。徐中慧等[12]则以固硫灰来制备地质聚合物用于封固含铬污泥，发现固化体总铬和Cr(VI)浸出质量浓度仅为0.37mg/L和5.93×10-3mg/L，与固化前相比浓度大大降低，且远低于国标规定的浓度限值，表明地质聚合物固化体具有优良抗浸出性能，能有效防止固化体中的铬向环境迁移。

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