LDHs-MK復合防御體系改性混凝土及其機理研究.pdf

1、增強混凝土材料的耐久性是延長結構服役壽命、提高結構可靠度的重要途徑，也是混凝土材料性能設計的主要內容之一?；炷敛牧系母g反應多與外部環(huán)境提供的陰離子侵入過程有關，涉及侵蝕性離子在材料內部的傳輸、滲透、遷移、吸附等多種作用。增強混凝土耐久性的關鍵在于降低外部陰離子向材料內部滲入的速率，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度，并且在陰離子侵入過程中對其加以固化，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、而實現(xiàn)增強混凝土耐久性的目的。
　　 層狀雙氫氧化物(Layered Double Hydroxide，簡稱LDHs)是一種新型功能材料，它具有層間陰離子可交換性與結構記憶的特點，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部的傳輸。偏高嶺土(Metakaolin，簡稱MK)是一種新型、優(yōu)質的混凝土礦物摻合料，其火山灰活性和填充效應可優(yōu)化混凝土的孔結構，改善混凝土的抗?jié)B透性能。將LDHs材料與MK材料復合，可以建

3、立一種疊加效應體系，在提高混凝土密實度的同時控制陰離子侵入混凝土的過程，全面增強混凝土的耐久性。
　　 本文主要針對LDHs與MK材料在混凝土中應用的復合疊加效應開展研究，表征分析了LDHs材料的化學組成、分子結構和顆粒形貌等材料特性，測試論證了其固化各類陰離子的能力，并研究探討了LDHs改性混凝土的耐久性能。在以上研究基礎上，復合偏高嶺土(MK)發(fā)展了一種LDHs-MK基混凝土復合改性劑，構建了LDHs-MK復合防御體系，對其

4、性能和應用技術進行了系統(tǒng)研究。
　　 論文的主要研究成果包括：
　　 (1)針對不同層間陰離子的LDHs材料進行了煅燒和再水化處理，并對其結構與形貌進行了分析。層問陰離子不同的LDHs材料特征衍射峰有明顯差別，在經過煅燒后LDHs材料的層板結構被破壞，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構。
　　 (2)分析了LDHs材料及其煅燒和再水化產物固化CO32-的能力，并針對其固化機理進

5、行了研究。未煅燒和再水化結構重建的LDHs材料固化CO32-為陰離子交換固化的過程，而經過煅燒后的LDHs材料(LDOs)固化CO32-為結構重建固化的過程。試驗研究了摻不同LDHs材料混凝土的碳化反應過程，表明LDHs材料可延緩CO2在混凝土內部的滲透，改善混凝土的抗碳化性能。
　　 (3)試驗研究了鎂鋁硝酸根LDHs與LDOs在氯鹽環(huán)境下固化氯離子的反應機理，表明氯離子可通過置換LDHs材料中的NO3-或直接進入層間以形成M

6、g-A1-C1類LDHs層狀結構。摻入混凝土中的LDHs材料可固化侵入混凝土內部的氯離子，顯著改善了混凝土的抗氯離子滲透能力。
　　 (4)試驗針對摻加不同LDHs材料混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能進行了研究，表明LDOs可固化外部侵入的SO42-而增強混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力，但未煅燒鎂鋁碳酸根LDHs與再水化重建結構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，并對其在混凝土中的作用

7、機理進行了研究。偏高嶺土與粉煤灰、石灰石粉的復合可有效補償因偏高嶺土需水量高而造成的工作性損失，減小混凝土內部孔隙率，增強混凝土的強度和抗氯離子滲透性能，并改善其體積穩(wěn)定性。
　　 (6)在MK基改性劑的基礎上建立了LDHs-MK復合防御體系，研究了在LDHs-MK復合作用下陰離子在混凝土內部的傳輸機理。LDHs材料與MK基改性劑的疊加效應可在優(yōu)化混凝土內部孔結構的基礎上，延緩陰離子在混凝土內部的滲透，進一步改善混凝土的抗?jié)B性能

8、。
　　 (7)研究了LDHs-MK復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材料在水泥水化過程中儲水效應對混凝土收縮的影響。LDHs-MK復合體系可減少水化過程中產生的體積變形，優(yōu)化混凝土內部的顆粒級配，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復合防御體系作為一種綜合、高效的混凝土耐久性增強技術，可以一方面改善混凝土密實度，提高強度，另一方面控制侵蝕性離子在混凝土材料內部