标题：地质聚合物材料：耐酸性测量和建模 Neven Ukrainczyk，德国达姆施塔特工业大学建筑与建筑材料研究所
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欢迎参加今天纳米材料会议的最后一个演讲。在这次演讲中，您将看到纳米材料如何与混凝土等大材料结合，特别是在混凝土结构的生产中。您还会看到地聚合物，它们与沸石类似，因此也可以视为纳米材料。我们将特别讨论如何在耐酸应用中使用这种地聚合物混凝土或砂浆。
我们需要开发这种新材料，采用新的测量方法和数学建模，这就是我今天要讨论的内容。首先，让我们简要介绍一下为什么我们需要耐酸材料。我们的基础设施大多由混凝土构成，它是使用最广泛的材料，仅次于水。我们还面临一些非常恶劣的生物酸诱导环境，例如在下水道、废水处理厂、食品工业、农业以及二氧化碳封存中。因此，我们需要耐酸的基础设施材料，主要由混凝土制成。
在这里，传统材料主要是波特兰水泥基的，而替代材料则是钙铝酸盐基的。但新的趋势是开发地聚合物材料，这也是我们在达姆施塔特的研究方向，已经进行了七年。我们正在开发新的碱硅酸盐基地聚合物砂浆和混凝土。可以看到，经过12到18个月的现场暴露后，钙铝酸盐的性能较好，而地聚合物的性能甚至更好。唯一的问题是它们会浸出。
接下来，我将展示一个关于我们如何在建筑材料研究所制作地聚合物的短片。我们需要的成分是粘土，还可以使用其他废料。它是两组分的，包含碱硅酸盐溶液。我们将其混合。这是我们大约五年前制作的自密实地聚合物混凝土示例。现在我们的工作主要集中在砂浆上。
地聚合物基本上是非晶态的沸石。我们需要铝硅酸盐，使用碱硅酸盐溶液激活它们。通过进一步的聚合反应，我们得到一种非常大的铝硅酸盐聚合物。
接下来，我将谈论不同粘合剂的比较。地聚合物的钙含量非常低。如果激活其他材料并增加钙元素，它们会形成称为碱激活材料的更广泛类别。地聚合物是低钙的，低溶解度，这使得它们非常稳定。
现在我们需要测量和建模地聚合物的浸出和酸攻击。我们有一些标准可以用于水中的浸出，也可以适应酸攻击。关键参数是液体与固体的比例，这将影响我们的测量和建模结果。
现在我们可以看到一些结果。这是浸出时间和浓度的图表，可以看到碱的浸出量。我们观察到在0.1摩尔的醋酸中，以及在纯水中，碱的浸出浓度相差一个数量级。随着pH值的变化，酸的存在会导致更高的浸出率。
接下来，我们将这些测量曲线绘制成对数图，并按浸出时间绘制，发现浸出速率随着时间的推移而降低。
我们还可以利用这些数据应用扩散模型。提出将这种方法适应于地聚合物的浸出。我们需要使用累积浸出分数，因为这个值不能太高，否则无法使用基于一维扩散的模型。扩散模型还包括反应部分，考虑到扩散的影响和反应性。
我们可以看到，在酸中铝和硅的浸出情况，与水中相比，酸中铵的浸出量更高，且两者与扩散模型的结果非常吻合。需要注意的是，实验必须是一维的，以避免出现过多的干扰。
最后，我展示了一些关于不同浓度的纯地聚合物的结果。我们观察到，随着酸浓度的降低，浸出情况也会随之减小。
结果还包括在硫酸中的建模。我将展示从这些剖面中测得的数据。我们发现，在暴露时间的影响下，与扩散模型的拟合显示出一些偏差，这是由于样本的有限尺寸导致的。
我展示了元素映射在研究地聚合物降解中的强大作用。我们观察到钾的逐渐溶解，并且在水和酸中铝和硅的浸出情况也得到了验证。最后，我们总结了多阶段的地聚合物酸攻击机制，包括离子交换反应、剥离反应和盐的沉淀反应。
感谢您的聆听。我现在准备回答问题。
