Ca-Al-LDHs改性透水混凝土骨料的性能研究

摘 要：本文通過鈣鋁層狀雙氫氧化物（Ca-Al-LDHs）改善骨料的除磷性能， 以期提高透水混凝土凈化徑流能力。 Ca-Al-LDHs改性骨料除磷率達到了71%～90%， 松散容重增加了1%～7%， 1h吸水率增加了2%～4%。

關鍵詞：多孔骨料；雙氫氧化物；透水混凝土文章編號：2095-4085（2024）04-0076-03

0 引言

在現代城市建設和環境治理中，透水混凝土因其優異的透水性能和環保特性，成為城市地面鋪裝材料的重要選擇之一［1］。盡管透水混凝土在促進城市可持續發展方面有著不可忽視的貢獻，但過濾和凈化徑流水的能力有待提高，特別是對城市徑流中常見的磷的去除［2］。Ca-Al-LDHs由于其獨特的層狀結構和優異的吸附特性被廣泛用于去除水體中的磷［3］。本文制備一種具有除磷能力的Ca-Al-LDHs改性骨料來彌補透水混凝土的不足，以期提高透水混凝土在環境治理和城市建設中的綜合性能。

1 實驗設計

以硫鋁酸鹽水泥作膠凝材料制備改性骨料，具體的配合比如表1所示。

根據GB/T17431.2-2010《輕集料及其試驗方法 第2部分：輕集料試驗方法》測定骨料的松散容重和筒壓強度。根據《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB11893-89）測定污水的總磷濃度［4］。

2 結果與分析

2.1 松散容重

圖1為不同摻量Ca-Al-LDHs改性骨料的松散容重。從圖1可以看出，Ca-Al-LDHs的摻加能增加改性骨料的松散容重。L1、L2、L3的松散容重分別為533kg/m3、556kg/m3、565kg/m3，相較于L0分別增加了1%、6%、7%。

2.2 吸水率

本文對骨料1h和24h吸水率進行了測試，結果如圖2所示。骨料1h的吸水率隨著Ca-Al-LDHs摻量的增變大。L1、L2、L3的1h吸水率分別為38.5%、 39.2%、 39.1%，相較于L0增加了2%、4%、4%。骨料24h的吸水率隨著Ca-Al-LDHs摻量的增減小。L1、L2、L3的24h吸水率分別為42.1%、 41.3%、 40.9%，相較于L0分別降低了3%、5%、5%。

2.3 除磷性能

本文對骨料進行了除磷能力測試，如圖3所示。污水初始總磷濃度為4mg/L。隨浸泡時間的延長，總磷濃度降低。這說明改性骨料具有持續除磷的能力。在24d浸泡后，L0的除磷率為63%，這主要歸因于發泡骨料固有的孔隙結構，通過物理吸附和靜電吸引等方式吸附了部分磷。經L1、L2、L3處理的污水的總磷濃度分別降至1.2mg/L、 0.9mg/L、 0.4mg/L，除磷率分別為70%、78%、90%，明顯高于L0。這是因為Ca-Al-LDHs分散在骨料的孔表面，其天然的高比表面積和層狀結構，為磷吸附提供了大量的活性吸附位點，促進磷離子的吸附［5］。此外，Ca-Al-LDHs中的Ca2+、Al3+可以與磷酸根反應，通過化學沉淀進一步除磷，反應方程式如式（1）和式（2）所示。

Ca2++HPO2-4→CaHPO4（1）

PO3-4+Al3+→Al（PO4）↓（2）

3 結論

Ca-Al-LDHs的摻加使改性骨料的松散容重增加了1%～7%，使得改性骨料1h的吸水率增加了2%～4%，24h的吸水率降低了3%～5%。隨著Ca-Al-LDHs摻量的增加，污水的總磷去除率從63%提升到89%，表明了Ca-Al-LDHs改性骨料能夠顯著提升骨料的除磷能力。

參考文獻：

［1］朱宏松.生態修復護坡工程（生物基質混凝土）施工技術研究［J］.治淮，2022（10）：53-54.

［2］方德新.基于動力學優勢構建LDHs吸附膜反應器及深度除磷研究［D］.重慶大學，2020.

［3］王君.多孔生態混凝土在農田排水溝渠護砌中的應用研究［J］.水利技術監督，2022（8）：194-197.

［4］戴靖.基于吸附等溫式/動力學擬合的輕骨料組成、結構設計及其混凝土除磷性能評價［D］.濟南大學，2023.

［5］韓培.鋁鈣鐵復合氧化物除磷吸附.劑的制備及其性能研究［D］.西安建筑科技大學，2014.