段雄凯斌1,2,3,柯国军1,2,3*,宋百姓1,2,3,邹品玉1,2,3,金丹1,2,3,熊志文1,2,3,罗润泽1,2,3,许欣1,2,3
(1.南华大学土木工程学院,湖南衡阳;2.中国核建高性能混凝土实验室,湖南衡阳;3.高性能特种混凝土湖南省重点实验室,湖南衡阳)
摘要：为了提高混凝土结构抗硫酸盐侵蚀,采用共沉淀法制备钴铁镁铝四元水滑石,采用固相混合法制备钴铁镁铝水滑石-碳纳米管复合材料。将其应用于水泥净浆中,研究了龄期、浓度对固化硫酸根离子性能的影响,结果表明:和普通水泥净浆相比,加入钴铁镁铝水滑石-碳纳米管后,对固化能力得到了明显的提升,在浓度为0.05mol/L时,其固化量由97.46mg/g增加到.11mg/g;CoFeMgAl-LDHs/CNTs本身对固化量随着浓度的增加而增加,在浓度为0.5～1.5mol/L时,固化量增长较为平缓,在1.5～2.5mol/L时,固化量增长较快;固化量随着龄期的增加而增加。
关键词：水滑石-碳纳米管;四元;固化;硫酸根离子
0引言在我国沿海地区，大量的建筑工程，桥梁及水工结构物混凝土因为受到化学侵蚀，未达到设计寿命时发生病害甚至产生严重的安全事故，给我国经济造成了巨大的损失[1]。据调查[2]，中国每年由混凝土侵蚀所造成的经济损失达亿～亿元。因此，加强混凝土耐久性研究，提高结构物的使用寿命显得十分迫切。混凝土耐久性改善的关键在于改善混凝土的抗化学侵蚀性，这主要取决于有害气体和液体等向内部传输的难易程度[3]。混凝土的碳化、硫酸盐侵蚀以及氯离子侵蚀都是因为外部阴离子或者气体传输至混凝土内部所引起。其中硫酸盐侵蚀是引起混凝土膨胀开裂的主要原因，因此，提高混凝土结构抗硫酸盐侵蚀性，对提高混凝土耐久性有十分巨大的现实意义。
水滑石(layereddoublehydroxides，LDHs)材料具有层间离子可交换、层间距大且可调节和比表面积大等特性，大量应用于离子交换和吸附。LDHs组成多样，有二元、三元甚至四元等形式，常见的阴离子容易与LDHs的层间阴离子置换，柯国军等[4]曾以硝酸镁、硝酸铝为原料，尿素为沉淀剂(用于形成稳定性好的插层)，采用水热法通过改变实验条件合成了不同形貌的MgAl二元水滑石，研究表明片状六边形二元水滑石MgAl-LDHs对Cl-吸附性能最好，达24.72mg/g；谭弘俊等[5]以硝酸铝、硝酸镁、硝酸镍为原料，尿素为沉淀剂，采用水热法制备了大比表面积的三元水滑石MgNiAl-LDHs，研究表明三元水滑石对氯离子的最大吸附量为44.78mg/g高于二元水滑石24.72mg/g，具有更好的吸附Cl-性能,这说明组成水滑石的金属元素越多，吸附性能越好，故本研究采用四种金属元素制备四元水滑石，希望提高对的吸附量。
碳纳米管(carbonnanotubes，CNTs)比表面积较大，具有良好的吸附吸能。王可等[6]采用多壁碳纳米管对五种经典的酚进行了吸附试验，研究表明：平衡吸附量的大小主要受多壁碳纳米管与酚所形成的π-π之间相互作用强度有关，其符合准二级动力学模型。张晓民等[7]研究了不同条件下，碳纳米管对铅离子吸附性能的影响，研究表明：在pH为7，温度为25℃，吸附时间为min时，吸附效果最佳，可达38.23mg/g。赵玉敏等[8]研究经硝酸处理后的多璧碳纳米管与单璧碳纳米管对溴酸盐的吸附性能，研究表明：多璧碳纳米碳对溴酸盐的除去率低于单璧碳纳米管，去除率随着温度的升高而升高。
本文利用水滑石和碳纳米管材料各自的优良特性，制备一种新型CoFeMgAl-LDHs/CNTs复合材料，研究其对硫酸根离子的固化性能，并对其机理进行了分析。
1试验1.1试验材料硝酸钴[Co(NO3)2·6H2O]、硫酸钠(Na2SO4)、硝酸铝[Al(NO3)3·9H2O]、氯化钡(BaCl2)、碳酸钠(Na2CO3)、硝酸镁[Mg(NO3)2·6H2O]、氢氧化钠(NaOH)、硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]、硫酸钠,以上均为AR,购自国药集团化学试剂有限公司；去离子水为实验室自制，水泥：P·O42.5级普通硅酸盐水泥，物理性能指标与化学组成如表1，表2。
表1水泥物理性能指标
Table1Cementphysicalperformanceindicator
表2水泥主要化学组成
Table2Chemical