最为广泛接受的的是法国J.Davidovits提出的解聚和缩聚的理论。他认为地聚物材料的凝结硬化过程就是原材料中硅氧键和铝氧键在碱性催化剂作用下断裂后再重组的反应过程。

J.Davidovits在研究中假设铝硅酸盐地聚合过程是通过一些假设基团逐步发生缩聚过程，这些假设的组成单元进一步缩聚形成三维大分子结构。他将这些低相对分子质量单元（单体、二聚体、三聚体等）称为低聚物。低聚硅铝酸盐指的是单体正硅铝酸盐、二聚体二硅铝酸盐等；类似的，也有低聚硅铝酸盐—硅氧体和低聚硅铝酸盐—二硅氧体。

J.Davidovits提出地聚合物的反应可以如下表述：

（1）铝硅酸盐原料在碱性溶液( NaOH, KOH) 中的溶解。

（2）溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散。

（3）凝胶相M {一(SiO2)z—AlO2}n·wH2O的形成, 导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用;。

（4）凝胶相逐渐排除剩余的水分, 固结硬化成矿物聚合材料块体 。

对于不同原料成分、不同用途的地聚合物材料，其具体反应机理不完全相同，但骨干反应为上述过程。

地聚合物高强、耐高温

地聚合物本身是个氧化物网络结构体系，在1000℃一1200℃之间不氧化、不分解；另一方面，密实的氧化物网络体系可以隔绝空气、保护内部物质不被氧化。经复合改性后．材料的抗压、抗拉、抗弯曲强度都是普通水泥基材的10倍以上，同时高温性能好、不燃、隔热、保温（导热系数：0.24~0.38W/m·k）、没有毒性气体释放。所以可以用来替代金属、陶瓷和水泥应用于航天、航空、土木工程、铸造、装饰 等领域。

地聚合物耐久性优良

地聚合物的优良性能一方面源于其稳定的网络结构，另一方面是因为可以完成避免普通水泥因金属离子迁移与骨料反应而引起的碱集料反应，没有膨胀(普通硅酸盐水泥混凝土在200天后因碱集料反应而膨胀1.5mm/m，是极大的安全隐患)，因而经受自然破坏的能力很强。J.Davidovits在对罗马古竞技场、希腊古Cister混凝土墙、埃及古金字塔等考察后，发现这些古建筑物材料具有“类沸石”结构，并认为这是那些古建筑能够屹立千年的主要原因。

地聚合物功能多样性

硅元素存在稳定的 4价态，因此地聚合物材料中的硅氧四面体显电中性；铝氧四面体中的铝元素是 3价态，但却与四个氧原子结合成键，因此铝氧四面体显电负性，需要吸收体系中的正离子来平衡电荷，总的结果使体系显电中性。铝离子的这一行为以及地聚合物材料本身的结构特点，使得该种材料具备多种功能特性。

固定金属离子

地聚合物的结构是由环状分子链构成的“类晶体”结构。环状分子之间结合形成密闭的空腔(笼状)，可以把金属离子和其他毒性物质分割包围在空腔内；同时骨架中的铝离子也能吸附金属离子；Mallow认为金属离子还参与了地聚合物结构的形成，因此可以更有效地固定体系中的金属离子。J.Davidovits的研究表明，地聚合物基质对Hg、As、Fe、Mn、Ar、Co、Pb的固定率大于或等于90% 。另外网络骨架即使是在核辐射作用下，仍比较稳定。利用这一特点，可将其应用于有毒废料处理、核废料处理 、催化、吸附等领域。

快凝

地聚反应过程中，溶胶的形成和脱水反应速度比较快，网络骨架比较容易形成，另外微波、加热、干燥对反应都有促进作用。 因此可快速制得高强度制品。应用于机场、道路、桥梁和军事设施的快速修建与修复等。

耐酸

地聚合物网络结构中Si—O和Al—O在室温下较难与酸(HF酸除外)反应， 可以用其制造耐酸材料。经试验对比：把波特兰水泥和地聚合物材料浸渍于硫酸(pH=0)中，结果发现60天后，水泥重量损失63%，而地聚合物仅失重3%。

低污染

地聚反应过程是由铝硅酸之间的脱水反应，这个反应在强碱性条件下是可逆的；另一方面，原料变成产物，除了脱水外没有损失其他的物质。所以，地聚合物废料经粉碎后，应该可以直接当作原料再来制各地聚合物材料，这样就节省了大量的原材料、能源并减少对环境的污染。2100433B

人们对地聚物学科的研究源自于科学家们对水泥硬化机理研究的成果。20世纪30年代，美国的Purdon 在研究了波特兰水泥(普通硅酸盐水泥)的硬化机理时发现，少量的NaOH在水泥硬化过程中可以起催化剂的作用，使得水泥中的硅、铝化合物比较容易溶解而形成硅酸钠和偏铝酸钠，再进一步与Ca(OH)2，反应形成硅酸钙和铝酸钙矿物，使水泥硬化并且重新生成NaOH再催化下一轮反应，因此他提出了所谓的“碱激活”理论。

前苏联投入了大量的人力、物力对碱激活材料进行了大量的、系统的研究。他们发现除了氢氧化钠以外，碱金属的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、硅酸盐和铝硅酸盐等都可以作为反应的激活剂 ，较大程度地丰富了碱激活剂的种类，并于60年代就把这种“新型”胶凝材料应用于建筑工业，同时提出了“碱液反应机理”；到了1972年，法国的Davidovits教授申请了地聚合物历史上的第一篇关于用高岭土通过碱激活反应制备建筑板材的专利。

随后J.Davidovits开始对地聚合物材料的内部结构进行了细致的研究，并于随后几年里申请了大量的专利。他以硅铝比(Si/Al)为依据，将地聚物材料的结构大致分为三类：PS(Si/Al=1)、PSS(Si/Al=2)和PSDS(Si/Al=3)。1987年，宾州大学的Della.M.Roy教授，以水泥为对比，详细阐述了化学碱合陶瓷(碱激活聚铝硅酸盐材料)的优异性能 ，并对其应用前景进行了乐观的预测，进一步提高了各国争相研究地聚合物材料的热情。世界上有许多专门研究机构如法国的“GeopolymerInstitute”和美国的“WaterwaysExperimentStation”等和许多其他科学家们”“在致力于地聚物材料的研究工作，国内外有关地聚物科学的理论和应用研究成果正在快速增长。

水泥生产具有严重的高耗能和高污染问题，另外我国每年产生大量工业废渣得不到充分利用。利用工业废渣赤泥制备地聚合物材料部分替代水泥，对于我国这样一个能源紧缺和环境污染比较严重的国家具有重要意义。本项目以制备性能优良的赤泥地聚合物材料为目标，通过研究材料组成对赤泥地聚合物材料物理力学性能的影响，剖析铝硅酸盐聚合反应动力学过程与材料力学性能发展之间的关系，探索赤泥地聚合物材料结构性能设计的基本原理和方法，建立地聚合物强度发展的定量预测模型。在上述研究的基础上，利用人工气候的加速试验方法实现赤泥地聚合物基钢筋混凝土的加速老化；分析赤泥地聚合物混凝土原材料配合比、赤泥的用量、矿物掺合料的品种和用量、碱激发剂溶液浓度与比例等对赤泥地聚合物混凝土碳化、氯离子传输和钢筋锈蚀速率的影响，分别建立赤泥地聚合物混凝土的碳化、氯离子传输和钢筋锈蚀的速率预计模型，为赤泥地聚合物基钢筋混凝土结构的使用寿命预计奠定基础。

地聚合物是一类以无机[SiO4]、[AlO4]四面体为主要骨架，由离子键、共价键键合而成的无机硅铝酸盐。地聚合物具有绝热、耐燃、高强度、抗酸碱腐蚀、生产能耗低等特点。由于其原材料来源广泛、制备方便、能耗小、基本不排放 CO2，因此工程应用前景非常广泛。本项目以碱激发理论为基础，通过对烧结法赤泥的物理、化学性质分析，研究赤泥活性激发的有效措施，制备出高强、高赤泥掺量、良好的施工性能、高耐久性的碱激发赤泥基地聚合物胶凝材料。并通过微观检测方法分析了赤泥地聚合物胶凝材料的水化硬化过程，研究了碱激发赤泥基胶凝材料的微观结构、基体相的物相组成和结构对材料物理力学性能的影响。在上述研究的基础上，利用人工气候的加速试验方法实现赤泥地聚合物基钢筋混凝土的加速老化；分析赤泥的用量、碱激发剂种类、溶液浓度与比例等对赤泥地聚合物混凝土抗渗、抗碳化、抗硫酸盐侵蚀、氯离子传输和钢筋锈蚀速率的影响。本项目的研究成果将为赤泥地聚合物基钢筋混凝土结构的使用寿命预计奠定基础。本项目共发表相关学术论文28篇，其中SCI收录论文8篇， EI收录11篇；参加国际会议2次，发表会议论文2篇；获得国家发明专利5项、实用新型专利1项，申请受理发明专利3项。 2100433B

本书针对在役黄土公路隧道结构病害问题，在总结已有黄土公路隧道相关研究成果的基础上，详细研究黄土围岩浸水恶化后隧道衬砌结构性能演化特征和劣化机理，并选取适用于围岩浸水恶化情况下黄土隧道衬砌结构的相关评价指标，建立相应的隧道健康评级体系。同时，选取适用于隧道衬砌结构裂缝修补的地聚合物胶凝材料的最佳配合比，并研究地聚合物胶凝材料在两种状态下的黏结性能和修补效果，论证了地聚合物胶凝材料作为衬砌裂缝修补材料的可行性。