多孔颗粒的制备及其对混凝土中氯离子渗透性能的研究

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提高混凝土结构的耐久性,一直以来都是人们所深入探讨的问题。而导致混凝土结构耐久性破坏的主要原因之一就是氯离子的侵蚀。现今对抗混凝土中氯离子侵蚀主要的方法是掺入外加掺合料,而外加掺合料主要分为矿物掺合料和其他掺合料。矿物掺合料主要是从混凝土内部对氯离子的传输进行遏制,而其他掺合料则是从物理吸附、化学吸附和内部固化氯离子的角度进行深入探索。外加多孔材料作为一种新型吸附多孔材料,在化学吸附领域应用十分广泛,有孔径大、孔道多、比表面积大和尺寸可控等特点。但它在混凝土中吸附氯离子尚属少见,针对目前混凝土中氯离子吸附剂的不足,为了探索在混凝土中氯离子的吸附材料,所以本文主要研究外加多孔材料在混凝土中吸附氯离子的应用。首先本文利用水热合成法制备了两种新型氯离子吸附材料:含钙硅多孔材料和含铝硅多孔材料。通过对其进行材料配比优化、制备条件优化和性能测试优化,含钙硅多孔材料制备最佳条件为:氢氧化钙最佳添加量为6%,反应温度为160℃,选取水热反应时间为11 h,固液比为1∶4;含钙硅多孔材料制备最佳条件为:反应温度为110℃,反应时间为5 h,陈化室内温度为30℃,陈化时间为30 min。最终合成了两种吸附离子性能优异、比表面积较大和孔隙特征明显的两种硅多孔材料。其次本文主要测试了这两种硅多孔材料在水溶液中对氯离子的吸附性能,优选出吸附性能最好的材料,并分析了其吸附动力学模型和吸附等温线。其中含钙硅多孔材料在水溶液中最大吸附量为319.42 mg/g;含铝硅多孔材料在水溶液中最大吸附量为423.74 mg/g;探究了材料质量浓度、p H值、吸附温度和氯离子浓度对氯离子性能的影响;含钙硅多孔材料最佳质量浓度为0.8 g/L,p H值为6,吸附温度为50℃,氯离子浓度最佳吸附量为1500 mg/g,在210 min左右达到吸附平衡;含铝硅多孔材料最佳质量浓度为0.4 g/L,p H值为6,吸附温度为50℃,氯离子浓度最佳吸附量为2000 mg/g,在300 min左右达到吸附平衡。对于准动力学模型来说,含钙硅多孔材料分别为R 1 ~2=0.93978,R 2 ~2=0.99892,含铝硅多孔材料分别为R 1 ~2=0.9773,R 2 ~2=0.99728,因此硅多孔材料对氯离子的吸附动力学模型用准二级动力学模型描述更加合适。对于Langmuir方程拟合曲线图,含铝硅多孔材料(R~2=0.98427)和含钙硅多孔材料(R~2=0.98275)相比,含铝硅多孔材料要优于含钙硅多孔材料。而对比Freundlich方程拟合曲线图:含铝硅多孔材料(R~2=0.89983)和含钙硅多孔材料(R~2=0.90904)相比,含钙硅多孔材料要优于含铝硅多孔材料。但是两者相比,发现吸附等温线更符合Langmuir方程。最后研究了这两种硅多孔材料在不同龄期和不同水灰比下,对混凝土力学性能和混凝土电通量的影响;并通过扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段,探究了混凝土掺入了这两种硅多孔材料后的孔结构以及水化产物的变化,对混凝土的宏观性能变化进行了微观机理分析。当含钙硅多孔材料掺量为6%时,强度提高最为明显,28d龄期的抗压强度提高了12%,抗折强度提高了13%;当含铝硅多孔材料掺量为6%时,强度提高最为明显,28d龄期的抗压强度提高了17%,抗折强度提高了14%。通过电通量实验发现混凝土电通量随着硅多孔材料掺量的增加先降低后保持稳定,当含钙硅多孔材料掺量为8%,养护龄期为56d时,混凝土通过的电通量最小,电通量为511.64 C;当含铝硅多孔材料掺量为8%,养护龄期为28d时,混凝土通过的电通量最小,电通量为253.64 C。而混凝土电通量随着水灰比的增加有先降低后增加的趋势,两种硅多孔材料中掺入含铝硅多孔材料通过的混凝土电通量更小。
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