地質(zhì)聚合物由硅鋁酸鹽原料（硅鋁酸鹽礦物或含硅鋁鈣質(zhì)的固體廢棄物）與堿激發(fā)溶液（硅酸鉀/硅酸鈉與氫氧化物的混合物）通過地質(zhì)聚合反應(yīng)形成，它是具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Si−Al無機(jī)高分子聚合物，且具有特殊的無定形-半晶態(tài)復(fù)合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)異的綜合性能，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

力學(xué)性能：地質(zhì)聚合物的主要力學(xué)性能均比玻璃、水泥優(yōu)異，并可與鋁合金、陶瓷等材料相媲美，其性能對比參數(shù)如下表。

耐腐蝕性：地質(zhì)聚合物中的Si−O和Al−O有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此室溫條件下，該材料不論在有機(jī)溶劑、酸性溶液、堿性溶液還是其他鹽溶液中都很穩(wěn)定。

界面粘結(jié)性能：地質(zhì)聚合物可以引起混凝土表面的黏附力、范德華力、界面摩擦力以及引起混凝土表面骨料引起的機(jī)械聯(lián)鎖作用，從而產(chǎn)生界面粘結(jié)性能。

阻燃隔熱：地質(zhì)聚合物本身是由無機(jī)氧化物組成網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)體系，在1000~1200 ℃不分解、不燃燒，并且其導(dǎo)熱系數(shù)為0.24~0.38 W/(ｍ·K)，具有良好的隔熱性。

早強(qiáng)快硬：地聚物材料在強(qiáng)堿激發(fā)的作用下可迅速發(fā)生反應(yīng)，在較短的時(shí)間內(nèi)迅速聚合生成穩(wěn)定的三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有快凝早強(qiáng)的優(yōu)異性能，例如地聚物膠凝水泥在4 h之后其抗壓強(qiáng)度可達(dá)20 MPa，而普通水泥則需要數(shù)天的時(shí)間。

二、地質(zhì)聚合物在建筑涂料中的應(yīng)用

1. 混凝土防腐

鋼筋混凝土屬于鋼筋增強(qiáng)類水泥基復(fù)合材料，由于混凝土本身多孔結(jié)構(gòu)，容易遭受氯離子和硫酸鹽腐蝕。許多研究者發(fā)現(xiàn)，在保護(hù)鋼筋免受腐蝕時(shí)，地質(zhì)聚合物混凝土比普通硅酸鹽水泥混凝土具有更好的性能，在實(shí)驗(yàn)?zāi)M酸堿或海洋條件時(shí)，使用地聚物涂層的混凝土在強(qiáng)度維持、粘結(jié)穩(wěn)定性、防離子滲透等方面均明顯更優(yōu)。

然而在實(shí)際工程應(yīng)用中，地聚物涂層仍面臨兩大挑戰(zhàn)：其一，現(xiàn)有研究多基于短期暴露實(shí)驗(yàn)（如6個(gè)月），而混凝土結(jié)構(gòu)的服役周期常達(dá)數(shù)十年，涂層在長期干濕循環(huán)、凍融作用下的性能退化機(jī)制尚不明確。其二，地聚物與混凝土的界面結(jié)合強(qiáng)度受基體表面粗糙度、含水率等施工條件影響顯著，但當(dāng)前文獻(xiàn)對施工工藝的標(biāo)準(zhǔn)化探討不足。未來研究需結(jié)合加速老化實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測，并建立涂層施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，以推動(dòng)其工程化應(yīng)用。

2. 鋼結(jié)構(gòu)防火

鋼結(jié)構(gòu)因其自重輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、承載能力強(qiáng)、施工方便周期短、抗變形能力強(qiáng)、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于房屋、橋梁和隧道等現(xiàn)代建筑建造。雖然鋼結(jié)構(gòu)本身不燃，但由于其良好的導(dǎo)熱性能，火災(zāi)環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)表面溫度急劇上升，其機(jī)械性能隨著溫度升高而逐漸失效。基于地質(zhì)聚合物固有的耐火、優(yōu)異的抗腐蝕性和高黏附性，它能夠很好地解決鋼結(jié)構(gòu)防火涂層在應(yīng)用中存在的問題。有團(tuán)隊(duì)用樹脂和硅灰分別對偏高嶺土地質(zhì)聚合物進(jìn)行了改性，得到了防火防腐功能一體化地質(zhì)聚合物基涂層材料，涂層經(jīng)1 h火焰沖擊后，鋼板背面穩(wěn)定溫度最高為243 ℃，低于鋼結(jié)構(gòu)材料失效溫度，且該涂層材料能保護(hù)鋼材料暴露在露天環(huán)境中180天不被腐蝕。

地聚物涂層的防火性雖優(yōu)于傳統(tǒng)膨脹型涂料，但其經(jīng)濟(jì)性與施工便捷性仍需優(yōu)化。一方面，改性過程中添加的樹脂或納米填料（如硅灰）大幅提高了原料成本，可能限制其大規(guī)模推廣。另一方面，地質(zhì)聚合物涂料因其快凝特性，通常需現(xiàn)場配制并快速施工，這對施工人員的技術(shù)水平提出了更高要求。建議未來研究探索低成本固體廢棄物（如粉煤灰）替代硅灰，并開發(fā)預(yù)混干粉涂料以簡化施工流程。

3. 木結(jié)構(gòu)阻燃

木材質(zhì)量輕、抗震性好、美觀和施工速度快，常用于建筑物梁柱、墻體和屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)部分，還可用作永久性裝飾材料或輔助材料，如園林建筑、膠合板和木質(zhì)地板等。然而，木材容易燃燒，導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)受損，釋放有害氣體，這給木材在建筑材料中的廣泛應(yīng)用提出了重大挑戰(zhàn)。將經(jīng)過多種無機(jī)填料摻雜改性的地聚物涂料用作木材阻燃涂層，其遇火會生成致密的殘基層，殘基層能通過膨脹效應(yīng)隔絕熱量與氧氣擴(kuò)散，還可催生吸熱的交聯(lián)反應(yīng)，吸熱過程協(xié)同抑制煙霧釋放，最終實(shí)現(xiàn)高效阻燃。

地聚物涂料在木材上的阻燃性能引發(fā)了廣泛的研發(fā)興趣。但不同于鋼結(jié)構(gòu)，木材的力學(xué)性能往往更容易受到地聚物涂料的影響，例如高摻量無機(jī)填料可能導(dǎo)致涂層硬度增加，降低木材的柔韌性，進(jìn)而影響其在裝飾領(lǐng)域的適用性。這是目前地聚物涂料在木材阻燃涂層上應(yīng)用推廣的主要問題。

4. 墻體反射隔熱

反射隔熱涂料是近幾年發(fā)展的一種新型的節(jié)能材料，通過有效地反射、阻隔、輻射太陽光的能量，能明顯降低建筑物外墻、屋頂和室內(nèi)溫度。地質(zhì)聚合物的基材料導(dǎo)熱系數(shù)低，不易老化，具有較高太陽反射率，非常適合作為無機(jī)外墻建筑涂料基體。不同的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將二氧化鈦、中空玻璃微珠、硫酸鋇、納米二氧化硅等多種無機(jī)填料進(jìn)行配比后摻雜，所制得的地聚物隔熱涂層能實(shí)現(xiàn)90%以上的反射率和高達(dá)20 ℃的隔熱溫差。

地聚物涂層的反射隔熱性能已接近商業(yè)化產(chǎn)品水平，但其環(huán)境適應(yīng)性研究仍存在空白。例如高濕度地區(qū)涂層表面易滋生微生物（如藻類），導(dǎo)致反射率衰減；而紫外線長期照射可能引發(fā)填料的光催化分解，影響耐久性。建議研究地質(zhì)聚合物在不同環(huán)境中的服役老化性能，為實(shí)際應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

三、展望

地質(zhì)聚合物涂料憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能、界面粘結(jié)性、耐腐蝕性、耐久性、阻燃隔熱性能以及早強(qiáng)快硬的特點(diǎn)，在建筑防護(hù)領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，為混凝土防腐、鋼結(jié)構(gòu)防火、木材阻燃、墻體反射隔熱提供了新的解決方案。不過當(dāng)前地質(zhì)聚合物涂料的研究仍受限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，在實(shí)際工程應(yīng)用中面臨較多挑戰(zhàn)：其一，材料的脆性大、易開裂特性限制了涂層的長期可靠性；其二，施工工藝復(fù)雜、成本較高阻礙了規(guī)模化推廣；其三，示范工程項(xiàng)目數(shù)量較小，缺乏實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)。

關(guān)于地質(zhì)聚合物未來在建筑涂料板塊的發(fā)展，需注重以下幾個(gè)方面：

材料創(chuàng)新：開發(fā)固廢協(xié)同利用技術(shù)（如粉煤灰、礦渣），優(yōu)化硅鋁比以提升抗裂性；探索有機(jī)-無機(jī)雜化改性（如丙烯酸乳液、納米纖維增強(qiáng)），平衡涂層韌性與功能性。

工藝升級：研發(fā)預(yù)混干粉涂料或環(huán)境友好型固化劑，簡化施工流程，提升涂層均勻性與附著力。

應(yīng)用深化：建立全生命周期評估體系，通過加速老化實(shí)驗(yàn)，量化涂層耐久性，積累實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)。

此外，地質(zhì)聚合物涂料的多功能集成與標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)（如施工規(guī)范、性能檢測標(biāo)準(zhǔn)）將是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地的關(guān)鍵。隨著綠色建筑需求的增長，地質(zhì)聚合物基涂料有望成為可持續(xù)建筑防護(hù)材料的核心選擇之一，為行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型注入新動(dòng)力。