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文献速读 Mater. Chem. Phys.：煅烧水滑石对水泥浆体中氯离子的吸附  题目 题目：Chloride adsorption by calcined layered double hydroxides in hardened Portland cement paste 煅烧水滑石对水泥浆体中氯离子的吸附 关键词 复合材料；扩散；腐蚀；吸附作用； 来源 出版年份：2014年 来源：Materials Chemistry and Physics 课题组：美国纽约州立大学斯托尼布鲁克分校机械工程系土木工程专业Juhyuk Moon课题组 研究背景 在钢筋混凝土结构中，钢筋表面会形成一层氧化铁层，从而形成稳定的钝化膜，能够在水泥基材料的高碱性环境下长期保持稳定性。但是，若钢筋混凝土结构暴露于除冰盐、未清洗的海砂或海水等含氯环境中，氯离子则会侵蚀钢筋表面的钝化膜，导致钢筋腐蚀并引发结构性能恶化。为了解决这个问题，研发了多种针对氯离子侵蚀的保护抑制剂，其中层状双氢氧化物（LDHs）具有极高的阴离子交换能力，在混凝土中的应用受到了广泛关注。此外，煅烧的层状双氢氧化物（CLDH）也被作为水溶液中的氯离子吸附剂使用。 研究出发点 CLDH在水溶液中吸附氯离子已被广泛研究，而添加于水泥胶凝材料中对氯离子的吸附还未被深入研究。 研究内容 本文研究了CLDH在水泥浆体中吸附氯离子的平衡动力学，确定了水泥体系的吸附等温线。基于吸附速率和Fickian扩散模型，模拟了氯离子在水泥基体中的吸附过程，并与X射线荧光光谱图（XRF）进行对比，得出在水泥基体中的吸附过程不同于在水溶液中吸附过程。此外，通过使用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了胶凝体系是否影响LDH的结构重建及其形态，其方式类似于CLDH在水溶液中改变其原始层状结构。最后得出，合理使用煅烧层状双氢氧化物（CLDH），可防止氯离子引起的钢筋混凝土结构劣化。  图1 （a）室温下CLDH在水泥浆内去除氯离子的平衡等温线：实验数据（空心）分别用实线和虚线拟合Langmuir和Freundlich模型;（b）拟一级动力学模型;（c）拟二级动力学模型；（d）Elovich方程模型：测量1、3、7和28天获得的实验数据，并拟合（b）、（c）和（d）中的动力学模型  图2 有/无CLDH水泥浆体的强度  图3 显微图像和X射线荧光图显示元素（Mg，Al，Si，Cl，S，K和Fe）按氧化物重量百分比的分布  图4 （a）0天，（b）1天，（c）3天，（d）7天氯离子吸附过程的模拟，（e）显微镜图像的Cl XRF图，（f）在距CLDH颗粒中心的距离方面，从（e）获得的测量值和从（d）获得的预测值之间的比较  图5 CLDH在水泥浆体和水溶液中对氯离子的吸收动力学 主要结论 本研究探讨了煅烧层状双金属氢氧化物（CLDH）在降低水泥浆体中氯离子含量方面的效果。实验数据使用Langmuir和Freundlich方程进行拟合以确定平衡等温线。结果表明，Langmuir模型能够很好地拟合实验数据，表明所有吸附位点等效。使用拟二级动力学模型成功地拟合了动力学数据。基于动力学和Fickian扩散模型的研究，对CLDH在水泥浆体中的吸附过程进行了模拟，并将其与使用XRF测定的Cl曲线进行了比较。模拟结果表明，氯离子在水泥基体中的运输速率是吸附速率的控制因素，而化学吸附是水溶液的主导过程。此外，通过XRD分析和SEM图像发现，CLDH掺入水泥浆体中，不仅重建了与阴离子的层状结构，而且还生长出了不规则形态。基于本研究的结果，CLDH在胶凝材料中的使用在防止氯离子引起的钢筋混凝土劣化方面具有巨大潜力。这些发现为未来开展CLDH在胶凝材料中的应用提供了基础信息，可为暴露于盐水环境的RC结构的耐久性显著改善提供帮助。 本期编者简介 翻译： 刘建伟 硕士生 深圳大学 审核： 于坷坷 硕士生 深圳大学 排版： 赖慈锋 硕士生 深圳大学 本期学术指导 何 闯 博士后 深圳大学 龙武剑 教 授 深圳大学 文献链接： http://dx./10.1016/j.matchemphys.2014.02.026 |
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