碱基地质聚合物是一类将含有硅铝酸盐的原材料(包括:天然产物、人工合成粉体和工业废弃物等),在常温或高温条件下通过碱性物质进行激发从而制备具有[AlO4]和[SiO4]四面体的三维网络无机胶凝材料。碱基地质聚合物相比其它无机聚合物,具有性能优异、制备工艺简单、能耗低、环境友好等优点。目前,关于碱基地质聚合物的研究报道主要是在常温和高温条件下,很少见到碱基地质聚合物在低温(<25℃)和真空条件下的报道。由于矿渣基地质聚合物在常温下反应非常迅速,通过低温条件可以将其解聚和缩聚过程适当的分离开,有利于研究碱基地质聚合物的反应过程和机理。同时,探究了碱基地质聚合物在真空和冻融循环条件下的性能,实现了水分的可回收重复利用。本论文从化学反应的本质出发,研究原材料的化学组成、硅铝的配位形式,不同激发剂种类、碱度、用水量和缓凝剂对地质聚合物凝胶体结构的影响,以及养护温度对反应过程中离子的溶出速率、固化速率和凝胶量的影响。实现以碱激发技术对不同固体废弃物的高效利用,获得具有节能环保、高附加值的建筑材料。(1)采用干粉水玻璃、液体水玻璃和氢氧化钠三种不同激发剂对矿渣进行激发,研究不同类型阴离子、不同种类硅酸根离子对地质聚合物反应过程中凝胶体结构的影响。结果显示在n(Na2O)/n(Al2O3)和n(H2O)/n(Na2C)相同的情况下,三种激发剂初凝时间的变化趋势随着激发剂添加量的减少而降低;液体水玻璃终凝时间的变化趋势与其它两者不同。通过其抗压强度、收缩率、SEM和DSC的表征分析,干粉水玻璃和液体水玻璃相比氢氧化钠激发生成的地质聚合物凝胶结构更加致密;由XRD表征可知矿渣在氢氧化钠的激发下主要产物为X型分子筛,而在干粉水玻璃和液体水玻璃激发的产物主要为无定形结构;三种激发剂的FT-IR数据结果基本一致。最终选取干粉水玻璃为碱激发剂,当矿渣与干粉水玻璃的质量之比为5:1时,可以获得较好的力学性能。(2)固定矿渣与干粉水玻璃质量比为5:1,探究不同水含量对碱基地质聚合物力学性能的影响,结果显示在水含量为粉体总质量的25%即n(H2O)/n(Na2O)=21.16时获得较好的力学性能。并探究其在低温条件下的反应过程,通过凝胶量表征和SEM/EDX分析可知,凝胶量随温度降低呈现出先增大后减小的趋势,在0℃时生成量最大为37.8wt%;通过27Al,29Si魔角旋转核磁共振光谱图分析可知随着温度的降低出现了六配位Al(Ⅵ),而高配位Qn(mAl)结构含量变化与凝胶量变化趋势一致;采用ICP和电导来分析低温下的反应过程,并通过阿伦尼乌斯公式拟合计算出解聚过程的表观活化能为-17.55kJ/mol。(3)固定矿渣与干粉水玻璃质量比为5:1,加水量为总粉体质量的25%,探究粉煤灰和缓凝剂添加量对碱基地质聚合物反应过程的影响,并选取干粉水玻璃添加量、缓凝剂添加量、粉煤灰添加量和加水量这四个因素的较优添加量,测试其在真空和冻融循环条件下的抗压强度;并通过正交实验得出干粉水玻璃添加量对抗压强度影响最大,缓凝剂添加量对抗压强度影响最小,最佳实验配比为矿渣和干粉水玻璃的质量比为5:1,缓凝剂添加量为7%,粉煤灰添加量为10%,水量为28%。(4)使用雷公墨(玻璃陨石)模拟月壤探究其碱激发活性,来制备一种可以在月球表面环境下使用的建筑材料,通过真空和冻融循环处理发现氢氧化钠溶液相比硅酸钠溶液激发的玻璃陨石地质聚合物具有更好的稳定性,在浓度为5M的氢氧化钠溶液添加量为42%时,其抗压强度为26.50 MPa满足月球表面的施工环境,并且水分回收率可以达到99.14%,实现水分的可回收重复利用;通过电导显示该反应主要分为解聚和缩聚两个过程,利用阿伦尼乌斯公式拟合计算的表观活化能分别为40.52 kJ/mol和59.17 kJ/mol。(5)采用和月壤成分更为接近的火山灰来研究其碱激发活性,利用氢氧化钠为激发剂来制备月球建筑材料。当Na20/A1203=1.25,水灰比为0.27,养护温度为90 ℃,养护时间为7d获得最佳抗压强度为50.36 MPa,经过真空和冻融循环处理后抗压强度分别为45.53和44.95 MPa,相比玻璃陨石地质聚合物的力学性能更佳优异,而且也获得了 98.61%的水分回收率;通过XRD表征可知有新的物相羟基方钠石Na8(AlSiO4)6(OH)2·4H20生成;结合电导数据,用阿伦尼乌斯公式计算出解聚、缩聚和脱水过程的表观活化能分别是 20.63 kJ/mol、59.66 kJ/mol 和 3.99 kJ/mol。