LDHs-MK復(fù)合防御體系改性混凝土及其機(jī)理研究.pdf

1、增強(qiáng)混凝土材料的耐久性是延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)服役壽命、提高結(jié)構(gòu)可靠度的重要途徑，也是混凝土材料性能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。混凝土材料的腐蝕反應(yīng)多與外部環(huán)境提供的陰離子侵入過(guò)程有關(guān)，涉及侵蝕性離子在材料內(nèi)部的傳輸、滲透、遷移、吸附等多種作用。增強(qiáng)混凝土耐久性的關(guān)鍵在于降低外部陰離子向材料內(nèi)部滲入的速率，降低混凝土孔溶液中陰離子的濃度。因此，如果提高混凝土密實(shí)度，并且在陰離子侵入過(guò)程中對(duì)其加以固化，則可以控制其滲透速率，并且降低孔溶液中侵蝕性離子的濃度，從

2、而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)混凝土耐久性的目的。
　　 層狀雙氫氧化物(Layered Double Hydroxide，簡(jiǎn)稱(chēng)LDHs)是一種新型功能材料，它具有層間陰離子可交換性與結(jié)構(gòu)記憶的特點(diǎn)，在混凝土中可功能化吸附外界侵入的陰離子，從而控制其在混凝土內(nèi)部的傳輸。偏高嶺土(Metakaolin，簡(jiǎn)稱(chēng)MK)是一種新型、優(yōu)質(zhì)的混凝土礦物摻合料，其火山灰活性和填充效應(yīng)可優(yōu)化混凝土的孔結(jié)構(gòu)，改善混凝土的抗?jié)B透性能。將LDHs材料與MK材料復(fù)合，可以建

3、立一種疊加效應(yīng)體系，在提高混凝土密實(shí)度的同時(shí)控制陰離子侵入混凝土的過(guò)程，全面增強(qiáng)混凝土的耐久性。
　　 本文主要針對(duì)LDHs與MK材料在混凝土中應(yīng)用的復(fù)合疊加效應(yīng)開(kāi)展研究，表征分析了LDHs材料的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)和顆粒形貌等材料特性，測(cè)試論證了其固化各類(lèi)陰離子的能力，并研究探討了LDHs改性混凝土的耐久性能。在以上研究基礎(chǔ)上，復(fù)合偏高嶺土(MK)發(fā)展了一種LDHs-MK基混凝土復(fù)合改性劑，構(gòu)建了LDHs-MK復(fù)合防御體系，對(duì)其

4、性能和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　 論文的主要研究成果包括：
　　 (1)針對(duì)不同層間陰離子的LDHs材料進(jìn)行了煅燒和再水化處理，并對(duì)其結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行了分析。層問(wèn)陰離子不同的LDHs材料特征衍射峰有明顯差別，在經(jīng)過(guò)煅燒后LDHs材料的層板結(jié)構(gòu)被破壞，但在OH-存在的環(huán)境下外部C032-和OH-可重新插入層間重建層狀結(jié)構(gòu)。
　　 (2)分析了LDHs材料及其煅燒和再水化產(chǎn)物固化CO32-的能力，并針對(duì)其固化機(jī)理進(jìn)

5、行了研究。未煅燒和再水化結(jié)構(gòu)重建的LDHs材料固化CO32-為陰離子交換固化的過(guò)程，而經(jīng)過(guò)煅燒后的LDHs材料(LDOs)固化CO32-為結(jié)構(gòu)重建固化的過(guò)程。試驗(yàn)研究了摻不同LDHs材料混凝土的碳化反應(yīng)過(guò)程，表明LDHs材料可延緩CO2在混凝土內(nèi)部的滲透，改善混凝土的抗碳化性能。
　　 (3)試驗(yàn)研究了鎂鋁硝酸根LDHs與LDOs在氯鹽環(huán)境下固化氯離子的反應(yīng)機(jī)理，表明氯離子可通過(guò)置換LDHs材料中的NO3-或直接進(jìn)入層間以形成M

6、g-A1-C1類(lèi)LDHs層狀結(jié)構(gòu)。摻入混凝土中的LDHs材料可固化侵入混凝土內(nèi)部的氯離子，顯著改善了混凝土的抗氯離子滲透能力。
　　 (4)試驗(yàn)針對(duì)摻加不同LDHs材料混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能進(jìn)行了研究，表明LDOs可固化外部侵入的SO42-而增強(qiáng)混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力，但未煅燒鎂鋁碳酸根LDHs與再水化重建結(jié)構(gòu)LDHs吸附SO42-能力顯著較弱。
　　 (5)以偏高嶺土為主體制備了MK基改性劑，并對(duì)其在混凝土中的作用

7、機(jī)理進(jìn)行了研究。偏高嶺土與粉煤灰、石灰石粉的復(fù)合可有效補(bǔ)償因偏高嶺土需水量高而造成的工作性損失，減小混凝土內(nèi)部孔隙率，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和抗氯離子滲透性能，并改善其體積穩(wěn)定性。
　　 (6)在MK基改性劑的基礎(chǔ)上建立了LDHs-MK復(fù)合防御體系，研究了在LDHs-MK復(fù)合作用下陰離子在混凝土內(nèi)部的傳輸機(jī)理。LDHs材料與MK基改性劑的疊加效應(yīng)可在優(yōu)化混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，延緩陰離子在混凝土內(nèi)部的滲透，進(jìn)一步改善混凝土的抗?jié)B性能

8、。
　　 (7)研究了LDHs-MK復(fù)合體系作用下混凝土的體積穩(wěn)定性，分析了偏高嶺土與LDHs材料在水泥水化過(guò)程中儲(chǔ)水效應(yīng)對(duì)混凝土收縮的影響。LDHs-MK復(fù)合體系可減少水化過(guò)程中產(chǎn)生的體積變形，優(yōu)化混凝土內(nèi)部的顆粒級(jí)配，顯著改善了混凝土的體積穩(wěn)定性。
　　 論文的研究工作表明，LDHs-MK復(fù)合防御體系作為一種綜合、高效的混凝土耐久性增強(qiáng)技術(shù)，可以一方面改善混凝土密實(shí)度，提高強(qiáng)度，另一方面控制侵蝕性離子在混凝土材料內(nèi)部