LDHs材料固化氯离子机理及其在水泥基材料中的应用

发布时间：2018-06-19 20:20

本文选题：LDHs材料 + 离子交换　；参考：《武汉理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：现代海洋工程混凝土长期暴露在海水侵蚀的环境中,由此带来的混凝土钢筋锈蚀导致的混凝土劣化问题一直威胁着混凝土结构的耐久性,所以提高混凝土抗氯离子侵蚀能力对于现代混凝土环境友好化和长寿命化十分关键。提高混凝土抗氯离子侵蚀能力的重点是延缓外部氯离子向混凝土内部传输的速率,减小混凝土孔溶液中氯离子的浓度,只有当孔溶液中的氯离子浓度达到某个阈值时,钢筋才开始锈蚀。因此,如果能在氯离子渗透过程中吸附氯离子,对其加以固化,同时增加混凝土密实度,控制其渗透速率,从这两方面入手,则可以限制氯离子在混凝土内部的浓度,进而实现增强混凝土抗氯离子侵蚀性能的目的。本文选用CaAl-NO3 LDHs为主要研究对象,将其作为一种氯离子固化剂加入到水泥基材料中,研究其对水泥混凝土抗氯离子渗透性能的影响。CaAl-NO3LDHs作为一种层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide,简称LDHs),具有离子交换特性,能够在水泥基材料中选择性吸附氯离子,从而降低自由氯离子浓度,延缓其在混凝土内部的传输。本文简要介绍了LDHs材料的合成与表征方法以及LDHs的结构特点,并从水泥基材料体系的角度出发,考察LDHs在模拟孔溶液中的化学性质以及与水泥浆体的相互作用规律,并进一步阐明LDHs材料提升混凝土抗离子侵蚀性能的机理。本文得到的研究结果表明:(1)实验室共沉淀法合成的CaAl-NO3 LDHs材料结晶状态良好,晶体结构为六方晶系,XRD图谱显示晶胞参数为a=b=0.305nm,c=2.587nm。CaAl-NO3LDHs的层间距为0.827nm。CaAl-NO3 LDHs材料具备离子交换能力,氯离子能交换出层间的硝酸根离子,得到氯离子插层的Ca-Al LDHs晶体结构,其层间距减小为0.7827nm,这是由于氯离子的离子半径(0.168nm)比硝酸根的离子半径(0.200nm)更小的缘故。(2)定量分析了CaAl-NO3 LDHs在水溶液和模拟孔溶液中的氯离子吸附能力,表明CaAl-NO3 LDHs吸附等温线符合Langmiur模型,同时表明在LDHs层间存在特定的吸附位,由Langmiur吸附等温线计算出的最大氯离子吸附量为3.38mM/g,与理论氯离子最大吸附量基本一致(3.26mM/g),在水泥净浆中的吸附行为同样符合Langmiur模型。(3)CaAl-NO3 LDHs与模拟孔溶液反应后,生成的主要产物为CaAl-(NO3,OH)LDHs固溶体,CaAl-(NO3,OH)LDHs的形貌不规则,层间结构不规整。CaAl-NO3 LDHs在模拟氯离子侵蚀之后,生成的主要产物为CaAl-(Cl,NO3,OH)LDHs,其中氯离子占据大部分层间吸附位。LDHs形貌恢复六角形层状结构,晶型完整,结晶度好。(4)在水泥净浆中掺入CaAl-NO3 LDHs粉末会加快水泥的初凝和终凝时间。CaAl-NO3 LDHs能够增加硬化水泥浆体的早期强度,但对后期强度的增加并不明显。适量CaAl-NO3 LDHs的掺入能改善水泥基材料抗氯离子渗透性能,但过量加入CaAl-NO3 LDHs会造成硬化水泥浆体密实度下降,孔隙率增大的负面影响,最佳掺量应控制在1%~2%之间为宜。(5)LDHs-MK复合添加剂能显著改善混凝土的抗氯离子渗透性能。CaAl-NO3 LDHs主要通过化学吸附作用提高混凝土抗氯离子侵蚀性能,而偏高岭土(MK)主要通过提高水泥材料密实度提高混凝土抗氯离子侵蚀性能,两者结合能构建双重防御体系,对水泥混凝土的耐久性提升效果更佳。
[Abstract]:CaAl - NO3LDHs is used as a kind of layered double metal hydroxide ( LDHs ) . ( 3 ) CaAl - NO3 LDHs is the main product of CaAl - ( NO3 , OH ) LDHs solid solution after the reaction of CaAl - NO3 LDHs with simulated pore solution .
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU528

【参考文献】