LDHs调控水泥混凝土水化硬化过程及抗氯离子-硫酸盐侵蚀的机理研究

Served in the marine environment with multiple factors including erosive ions, concrete materials face to more threatens in terms of durability aspects. It is vital to explore multifunctional modified materials for the inhibition of chloride ion corrosion and sulfate attack. This project aims to develop new modified material and reveal its modification mechanism, therefore, mechanism research on controlling cement hydration process and resistance to chloride ion corrosion and sulfate attack by layered double hydroxides (LDHs) is proposed. It is to explore thermodynamic stability of anion immobilization by LDHs and the relationship between structure regeneration and thermal decomposition mechanism, to reveal the mechanism of controlling cement hydration process by LDHs using combination of experiments and computer simulation technology, and to interpretation the influence law and controlling mechanism of resistance to chloride ion corrosion and sulfate attack by LDHs. This project will innovatively demonstrate the feasibility of anion immobilization by LDHs from the perspective of thermodynamics stability, and establish the relationship between thermal evolution and structural regeneration, and uncover the essence on controlling cement hydration process and resistance to chloride ion corrosion and sulfate attack by LDHs from the perspective of microstructure evolution and the thermodynamic. Research results are expected to solve technology bottleneck of chemical erosion resistance of concrete from the perspective of of exchange and adsorption of anion, and to provide new approach for the design of efficient performance modification materials for concrete.

海洋工程混凝土材料一般服役于各种离子侵蚀的多因素环境下，其耐久性问题十分突出。因此，探索抑制混凝土氯离子、硫酸盐侵蚀的多功能改性材料至关重要。本项目旨在开发混凝土改性新材料并揭示其改性机制，为此，拟开展LDHs材料调控水泥水化过程和混凝土抗离子化学侵蚀性能的微观机制研究，探明LDHs 材料固化阴离子的热力学稳定性及其结构重建与热分解机制，利用实验结合计算机模拟技术的手段揭示LDHs材料调控水泥水化硬化过程的微观机理，阐释LDHs材料调控混凝土抗氯离子和硫酸盐化学侵蚀的作用规律与抑制机制。本项目将创新性地从热力学稳定性角度对LDHs材料固化阴离子的可行性进行论证，构建LDHs材料热演变与结构重建机制，从微结构演变与热动力学角度揭示LDHs材料调控水泥水化硬化与混凝土离子侵蚀的微观本质。研究成果将从阴离子交换与吸附的角度解决混凝土抗化学侵蚀的技术瓶颈，为混凝土性能高效调节材料的设计提供新途径。

建立和发展抑制混凝土碳化、氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀破坏的新技术是保证大掺量矿物掺合料现代混凝土具有良好耐久性的关键。本项目以功能材料LDHs为切入点，针对以下内容开展创新性研究：LDHs 固化阴离子的热力学稳定性与机理分析；LDHs 结构重建与热分解机制；基于实验和计算机模拟技术的LDHs调控水泥水化机制；LDHs材料改性混凝土的离子化学侵蚀抑制机理；LDHs调控混凝土抗离子化学侵蚀的作用规律及复合改性的探索研究。项目在LDHs材料调控水泥水化硬化过程和混凝土抗离子化学侵蚀的机理方面取得了重要突破，获得了如下研究结果：.（1）建立了生成焓等热力学函数与阴离子在层间结合强度的关系，论证了LDHs材料层间阴离子交换的选择性与稳定构型。.（2）构建了LDHs结构重建与热历史的关系，确定了LDHs的极限煅烧温度及热分解临界转变温度分别为600°C和252°C。.（3）揭示了LDHs调控水泥水化及微结构的微观本质，分析了LDHs对水泥凝结硬化过程及孔溶液离子浓度的作用规律。.（4）阐释了LDHs调控混凝土抗阴离子侵蚀的抑制机理，阐明了LDHs改性混凝土孔溶液中阴离子浓度的时变规律与吸附热动力学本质，LDHs对阴离子的吸附是自发、吸热、熵增的过程，符合Langmuir与准二级动力学模型。.（5）系统分析了LDHs调控混凝土抗离子化学侵蚀的作用规律与效能，探索了复合防御体系的建立及应用前景，LDHs对耐久性能的提升作用主要来自于离子交换和基于结构重建的吸附，LDHs-MK复合改性体系对氯离子渗透有较好的改善作用。.基于项目研究成果，发表学术论文23篇（SCI检索论文22篇，EI检索论文1篇）；申报国家发明专利8项，授权1项；培养博士研究生2名，硕士研究生4名。本项目发展了阴离子交换材料在水泥化学和混凝土科学领域应用的理论基础，为混凝土性能高效调节材料的设计提供了新途径，研究成果具有广阔的应用前景。