LDHs材料固化氯離子機理及其在水泥基材料中的應用.pdf

1、現(xiàn)代海洋工程混凝土長期暴露在海水侵蝕的環(huán)境中，由此帶來的混凝土鋼筋銹蝕導致的混凝土劣化問題一直威脅著混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，所以提高混凝土抗氯離子侵蝕能力對于現(xiàn)代混凝土環(huán)境友好化和長壽命化十分關(guān)鍵。提高混凝土抗氯離子侵蝕能力的重點是延緩外部氯離子向混凝土內(nèi)部傳輸?shù)乃俾剩瑴p小混凝土孔溶液中氯離子的濃度，只有當孔溶液中的氯離子濃度達到某個閾值時，鋼筋才開始銹蝕。因此，如果能在氯離子滲透過程中吸附氯離子，對其加以固化，同時增加混凝土密實度，控制其

2、滲透速率，從這兩方面入手，則可以限制氯離子在混凝土內(nèi)部的濃度，進而實現(xiàn)增強混凝土抗氯離子侵蝕性能的目的。
　　本文選用CaAl-NO3 LDHs為主要研究對象，將其作為一種氯離子固化劑加入到水泥基材料中，研究其對水泥混凝土抗氯離子滲透性能的影響。CaAl-NO3 LDHs作為一種層狀雙金屬氫氧化物（Layered Double Hydroxide，簡稱LDHs），具有離子交換特性，能夠在水泥基材料中選擇性吸附氯離子，從而降低自由氯

3、離子濃度，延緩其在混凝土內(nèi)部的傳輸。本文簡要介紹了LDHs材料的合成與表征方法以及LDHs的結(jié)構(gòu)特點，并從水泥基材料體系的角度出發(fā)，考察LDHs在模擬孔溶液中的化學性質(zhì)以及與水泥漿體的相互作用規(guī)律，并進一步闡明LDHs材料提升混凝土抗離子侵蝕性能的機理。本文得到的研究結(jié)果表明：
　　（1）實驗室共沉淀法合成的CaAl-NO3 LDHs材料結(jié)晶狀態(tài)良好，晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系，XRD圖譜顯示晶胞參數(shù)為a=b=0.305nm，c=2.58

4、7nm。CaAl-NO3 LDHs的層間距為0.827nm。CaAl-NO3 LDHs材料具備離子交換能力，氯離子能交換出層間的硝酸根離子，得到氯離子插層的Ca-Al LDHs晶體結(jié)構(gòu)，其層間距減小為0.7827nm，這是由于氯離子的離子半徑（0.168nm）比硝酸根的離子半徑（0.200nm）更小的緣故。
　?。?）定量分析了CaAl-NO3 LDHs在水溶液和模擬孔溶液中的氯離子吸附能力，表明CaAl-NO3 LDHs吸附等溫

5、線符合Langmiur模型，同時表明在LDHs層間存在特定的吸附位，由Langmiur吸附等溫線計算出的最大氯離子吸附量為3.38mM/g，與理論氯離子最大吸附量基本一致（3.26mM/g），在水泥凈漿中的吸附行為同樣符合Langmiur模型。
　　（3）CaAl-NO3 LDHs與模擬孔溶液反應后，生成的主要產(chǎn)物為CaAl-(NO3,OH) LDHs固溶體，CaAl-(NO3,OH) LDHs的形貌不規(guī)則，層間結(jié)構(gòu)不規(guī)整。CaA

6、l-NO3 LDHs在模擬氯離子侵蝕之后，生成的主要產(chǎn)物為CaAl-(Cl,NO3,OH) LDHs，其中氯離子占據(jù)大部分層間吸附位。LDHs形貌恢復六角形層狀結(jié)構(gòu)，晶型完整，結(jié)晶度好。
　?。?）在水泥凈漿中摻入CaAl-NO3 LDHs粉末會加快水泥的初凝和終凝時間。CaAl-NO3 LDHs能夠增加硬化水泥漿體的早期強度，但對后期強度的增加并不明顯。適量CaAl-NO3 LDHs的摻入能改善水泥基材料抗氯離子滲透性能，但過量