玄武岩沸石合成及其在水溶液和水泥浆体中固化氯离子性能研究

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基于氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀从而引发钢筋混凝土结构耐久性不足的工程背景,本研究从掺入具有氯离子吸附性能的材料来提高混凝土结构抗氯离子侵蚀性能的角度着手,做了一系列相关研究。本研究以玄武岩粉末为原料,分别利用传统水热法和碱熔-水热法制备沸石,考察了酸洗、碱料比、煅烧温度和晶化温度对沸石合成的影响,并通过XRF,XRD,SEM,FTIR和BET等多种表征手段对合成产物进行表征,探究其合成机理。再将合成沸石用于水溶液中对氯离子吸附,研究了吸附温度、pH值、初始氯离子浓度、接触时间及吸附剂投量对沸石吸附性能的影响,并进一步分析其吸附等温线和动力学,探究其吸附机理。最后将合成沸石掺入水泥净浆,探究沸石在水泥浆体中对氯离子的吸附性能,并考察不同掺比及龄期对氯离子固化效果的影响。实验结果表明:1、以玄武岩粉末为原料,利用碱熔-水热法合成X型沸石,具有较高结晶度和纯度,比表面积高达486.46m2·g-1。酸洗、碱料比、煅烧温度和晶化温度均在沸石合成过程中扮演着重要角色。酸洗可以提高合成沸石的产量及质量;煅烧温度(550-750℃)影响沸石的结晶度,但不影响合成沸石的类型;碱料比和晶化温度不仅影响合成沸石的结晶度且影响其类型。最适宜的合成条件为:质量比5%的盐酸酸洗,1:1的碱料比,650℃的煅烧温度及120℃的晶化温度。2、合成沸石在水溶液中对氯离子有良好的吸附性能,其吸附容量达11.29mg·g-1。Langmuir等温线模型与实验数据吻合度最高,且计算求得的最大吸附容量为14.835mg·g-1。吸附动力学研究表明第一吸附动力学模型最适合描述本吸附过程。合成沸石在水溶液中吸附氯离子的适宜条件为:pH值为7,吸附温度为35℃,吸附剂投加量为16.7g·L-1,接触时间为3h,初始氯离子浓度为354.5mg·L-1。3、水泥净浆中掺入沸石能有效固化掺入型氯离子及渗入型氯离子。沸石掺比提高,能显著增加氯离子固化量。在一定掺比范围内,掺比越高,沸石性能越能充分得以发挥,使其吸附容量达到最大;但当超过该掺比时,吸附容量随氯离子固化量增加而降低。内掺沸石对氯离子的固化受龄期影响,且早期固化过程进展较快,后期固化速率趋缓,直至达到吸附动态平稳。
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