前言

增强混凝土材料的耐久性是延长结构服役寿命、提高结构可靠度的重要途径，也是混凝土材料性能设计的主要内容之一。混凝土材料的腐蚀反应多与外部环境提供的阴离子侵入过程有关，涉及侵蚀性离子在材料内部的传输、渗透、迁移、吸附等多种作用。增强混凝土材料耐久性的关键在于降低外部阴离子向材料内部渗入的速率，降低混凝土孔溶液中阴离子的浓度。因此，如果提高混凝土密实度，并且在阴离子侵入过程中对其加以固化，则可以控制其渗透速率，并且降低孔溶液中侵蚀性离子的浓度，从而实现增强混凝土材料耐久性的目的。

无机插层材料(Layered double hydroxide，LDHs)是一种新型功能材料，它具有层间阴离子可交换性与结构记忆的特点，在混凝土中可功能化吸附外界侵入的阴离子，从而控制其在混凝土内部的传输。偏高岭土(Metakaolin，MK)是一种新型、优质的混凝土矿物掺和料，其火山灰活性和填充效应可优化混凝土的孔结构，改善混凝土的抗渗透性能。将LDHs材料与MK材料复合，可以建立一种叠加效应体系，在提高混凝土密实度的同时控制阴离子侵入混凝土的过程，全面增强混凝土的耐久性。

本书主要针对LDHs与MK材料在混凝土中应用的复合叠加效应开展研究，表征分析了LDHs材料的化学组成、分子结构和颗粒形貌等材料特性，测试论证了其固化各类阴离子的能力，并研究探讨了LDHs改性混凝土的耐久性能。在以上研究基础上，复合偏高岭土(MK)发展了一种LDHs-MK基混凝土复合改性剂，构建了LDHs-MK复合防御体系，对其性能和应用技术进行了系统研究。

本书的主要研究成果如下:

(1)针对不同层间阴离子的LDHs材料进行了煅烧和再水化处理，并对其结构与形貌进行了分析。层间阴离子不同的LDHs材料特征衍射峰有明显差别，在经过煅烧后LDHs材料的层板结构被破坏，但在OH-存在的环境下外部和OH-可重新插入层间重建层状结构。

(2)分析了LDHs材料及其煅烧和再水化产物固化的能力，并针对其固化机理进行了研究。未煅烧和再水化结构重建的LDHs材料固化为阴离子交换固化的过程，而经过煅烧后的LDHs材料(LDOs)固化为结构重建固化的过程。试验研究了掺不同LDHs材料混凝土的碳化反应过程，表明LDHs材料可延缓CO2在混凝土内部的渗透，改善混凝土的抗碳化性能。

(3)试验研究了镁铝硝酸根LDHs与LDOs在氯盐环境下固化氯离子的反应机理，表明氯离子可通过置换LDHs材料中的或直接进入层间以形成Mg-Al-Cl类LDHs层状结构。掺入混凝土中的LDHs材料可固化侵入混凝土内部的氯离子，显著改善了混凝土的抗氯离子渗透能力。

(4)试验针对掺加不同LDHs材料混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行了研究，表明LDOs可固化外部侵入的而增强混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力，但未煅烧镁铝碳酸根LDHs与再水化重建结构LDHs吸附能力显著较弱。

(5)以偏高岭土为主体制备了MK基改性剂，并对其在混凝土中的作用机理进行了研究。偏高岭土与粉煤灰、石灰石粉的复合可有效补偿因偏高岭土需水量高而造成的工作性损失，减小混凝土内部孔隙率，增强混凝土的强度和抗氯离子渗透性能，并改善其体积稳定性。

(6)在MK基改性剂的基础上建立了LDHs-MK复合防御体系，研究了在LDHs-MK复合作用下阴离子在混凝土内部的传输机理。LDHs材料与MK基改性剂的叠加效应可在优化混凝土内部孔结构的基础上，延缓阴离子在混凝土内部的渗透，进一步改善混凝土的抗渗性能。

(7)研究了LDHs-MK复合体系作用下混凝土的体积稳定性，分析了偏高岭土与LDHs材料在水泥水化过程中储水效应对混凝土收缩的影响。LDHs-MK复合体系可减少水化过程中产生的体积变形，优化混凝土内部的颗粒级配，显著改善了混凝土的体积稳定性。

本书的研究工作表明，LDHs-MK复合防御体系作为一种综合、高效的混凝土耐久性增强技术，可以一方面改善混凝土密实度，提高强度，另一方面控制侵蚀性离子在混凝土材料内部的传输过程，提高混凝土抵御外部多种阴离子侵入的能力，从而实现全面增强混凝土材料的耐久性和服役寿命。

作　者

2014年10月