达姆施塔特工业大学的研究人员提出了将地聚合物作为水泥替代品的方案。这些矿物粘合剂不仅环保，而且它们更耐化学品和高温。
在讨论温室气体的时候，通常会遇到一个很糟糕的问题：建筑用混凝土影响气候，它每年释放出的二氧化碳比全球空中交通还要多。究其原因在于水泥（一种建筑行业最流行的粘合剂）的生产过程。水泥是由石灰石、粘土和泥灰岩碾磨、烧制而成的。
这个过程需要消耗大量能源，而且也从石灰石中去除了二氧化碳。全球5%以上的二氧化碳排放来自水泥的生产。达姆施塔特建设和建筑材料研究所所长，土木工程师，Eddie Koenders教授认为，这种情况是可以改变的。他的团队正在研究将地聚合物作为水泥的一个很有前景的替代品。
地聚合物是双组份系统，由反应性固体（含有硅和氧化铝）和碱金属氢氧化物的活化液或碱硅酸盐溶液组成。固体是天然石头或矿物，这就是为什么地聚合物这个单词的前缀是“地质”（geo）。当活化溶液与固体粉末混合时（总量和各物质组成，根据应用目的不同而变化），得到一种像岩石一样坚硬的无机聚合物。分子组成、单体，是氧原子在四个角，硅或铝原子在内部的一个四面体结构。
“地聚合物”这个名字是70年代法国化学家约瑟夫戴维德维茨提出的，到目前为止，该材料还没有进入大众市场，但是持续进行的气候问题争论，给地聚合物的研究提供了机会。“有一个巨大的国际利益驱动” Koenders说，他与来自西班牙、法国、奥地利和英国的企业与研究机构一起合作，正在制定该材料在欧盟项目中的应用。
首个地聚合物是以偏高岭土为原料，一种热处理的高岭土。当加热到600摄氏度时，高岭土改变了结构，变得更具有反应性，而且与活化液接触的时候凝结很快。问题是，预热处理也会消耗大量能源。
但是，由于高岭土在加热过程中不会释放出二氧化碳，而且点火温度比烧制水泥的时候要低的多，因此它的碳足迹更少。
偏高岭土是一种极好的材料，与用它制成的地聚合物密切合作，效果与它和水泥浆体的合作完全不同。例如，它们具有触变性：当你搅拌或摇晃它们时，它们能够溶解，像番茄酱一样，最初它们粘着在瓶子里，然后突然涌出。活化液使地聚合物具有粘性，这就是为什么很难将它从模板上去除。
Koenders强调，如果它们有相同的可使用性，地聚合物会替代混凝土和水泥。他的工作人员，Neven Ukrainczyk博士和Oliver Vogt正在测试不同的原材料，改善处理方法。不太纯的高岭土，含铁的氧化物和其他矿物质，是更适合的原材料，而且更具成本效益。
粉煤灰，一种来自烟道气体的废物和天然石材火山土是偏高岭土的一种可能混合物或替代品。研究人员采集了来自艾费尔高原的火山土，它是火山喷发之后形成的。挖掘之后，火山土经过研磨，可以直接使用。另一个优点是它富含碱。
这样可以降低碱性活化液溶液的浓度，从而降低成本。本研究不仅聚焦于地聚合物的组成，也在寻找新的混合物（能够赋予新的建筑材料特殊的性质）。例如，传统的高效减水剂，在自密实混凝土中与粘合剂颗粒分离，在地聚合物中就没有效果，因为地聚合物有不同的化学组成，因此必须重新设计它们。
Vogt 和 Ukrainczyk非常胜任这项研究工作，因为作为一个合格的土木工程师，Vogt总能着眼于实际应用，而化学工程师Ukrainczyk，是分子基础和理化分析专家。2014年当他加入达姆施塔特工业大学的时候，Koenders认为可以建立一个微观实验室，用于在微观到纳米尺度上研究地聚合物和其它建筑材料。新材料发生反应需要多少水？它的分子结构是什么？它在不同温度下表现如何，如在零下60摄氏度和超过100摄氏度时？
热量计、X射线折射仪、粘度计和其它特殊设备都可以在微观实验室里加以利用，用来回答类似问题。将来还会采购大气扫描电子显微镜，可以在不同湿度、温度以及不同机械载荷下研究建筑材料。传统的扫描电子显微镜，只能在高度真空环境下工作，不能反映建筑材料应用的环境条件下的真实情况。
水泥是世界上最常用的建筑材料，但地聚合物在某些特殊应用方面，有潜力与水泥一争高下。不仅它们的碳足迹更少，而且它们也有技术优势。地聚合物的热稳定性比混凝土更高，发生火灾时，混凝土中的水会产生蒸汽压力，导致混凝土剥落或开裂。地聚合物也更具耐化学性，因为它们不含水化产物（遇酸或其他腐蚀性物质会溶解）。值得一提的是，地聚合物只需一天时间就可以形成与高性能混凝土相同的抗压强度。
它们可以快速脱膜，这个特性使它们适合预制建筑元素的批量生产。研究团队目前正忙于制作地聚合物污水管，它们具有耐生物化学性。直到现在，新的建筑材料都比传统的混凝土或水泥更贵，Koenders说，但是它们的耐用性证明了它们值这么多钱。“我们正在寻找更经济的解决方案。我们希望能让地聚合物尽快得到实际应用。”（张微编译）
以下为英文原文：
Geopolymers as a climate-friendly cement alternative
Researchers at TU Darmstadt are proposing geopolymers as an alternative to cement. These mineral binders are not only more environmentally friendly, they are also more resistant to chemicals and high temperature.
When discussing greenhouse gases, there is usually one aspect that comes off badly: building with concrete is affecting the climate by releasing more carbon dioxide per year than global air traffic. The reason lies in the production of the cement, the most popular binder in the construction industry. Cement is made by grinding and burning limestone, clay and marl.
This requires a lot of energy and also removes the carbon dioxide from the limestone. More than 5% of global carbon dioxide emissions come from cement production. This does not have to be the case, thinks Professor Eddie Koenders, civil engineer and Head of the Institute of Construction and Building Materials at TU Darmstadt. His group is working with geopolymers as a promising alternative to cement.
