近日，郑州大学材料科学与工程学院罗忠涛教授带领的绿色建筑材料课题组在国际著名期刊《Composites Part B》（IF= 11.322）发表题为《Effect of the prepared barium@hydrogel capsule on chloride ion binding of Portland cement paste》的原创性研究论文。刘晓海直聘副研究员为论文第一作者，郑州大学材料科学与工程学院为论文第一作者单位。
远海地区的工程建设肩负着保障国家领海安全、推动经济发展的重要作用，但在南海岛礁等远海地区却存在原材料匮乏的问题制约了工程建设的发展。因此，借助岛礁当地丰富的珊瑚砂、海砂等资源开发工程建设用混凝土骨料是重要的发展趋势。然而珊瑚砂、海砂中含有高含量的自由氯离子，加入混凝土后易引发钢筋锈蚀，从而形成重大安全隐患。此外，水泥石对氯离子具有固化作用，通过氯离子与层状AFm结构（[Ca2Al(OH)6]+）结合生成水化氯铝酸钙，故降低自由氯离子含量是减小腐蚀风险的有效途径之一。但是，硫酸根离子会比氯离子优先结合在AFm结构中生成水化硫铝酸钙，从而造成氯离子固化效果减弱。因此，在硅酸盐水泥中，如何避免来自石膏成分的硫酸根离子削弱氯离子固化反应是提升水泥石氯离子固化能力的重要难题。
在本研究中，通过引入Ba2+直接干预SO42-的热力学平衡，间接调控Cl-的热力学平衡，并设计制备了一种具有核壳结构的钡@水凝胶胶囊，延缓Ba2+释放时间。结果表明，胶囊释放Ba2+过程被水凝胶壳结构的缓慢溶胀行为所控制。由于Ba2+的释放时间为8小时之后，因此避免了早期阶段Ba2+缩短水泥浆体凝结时间的问题。胶囊释放的Ba2+促进了水化硫铝酸盐向水化氯铝酸盐的转化，从而增强了硅酸盐水泥体系的氯离子固化能力，有助于解决水泥石氯离子的固化能力。这项工作为实现珊瑚砂钢筋混凝土的低锈蚀风险和远海岛礁工程混凝土的就地取材奠定了重要的理论基础。
近年来，该团队围绕绿色水泥基材料、超高性能混凝土、固废资源化利用等方面开展了大量工作，并取得了一系列的创新成果。该工作得到了国家自然科学基金青年科学基金项目（52202029）、硅酸盐建筑材料国家重点实验室（武汉理工大学）开放基金的支持。（供稿人：高金星）
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110314
