剥离层状双氢氧化物增强水泥基材料早期水化及力学性能的机理研究

针对水泥早期强度发展缓慢的问题，研究人员通过合成Ca-Al/PMMA LDH微纳米复合材料，系统研究了其作为水泥添加剂对水化进程和力学性能的调控作用。结果表明，该材料通过提供成核位点和填充孔隙的双重机制，显著加速C3 S水化，提升72小时抗压强度达40%，为快速施工场景提供了新型环保加速剂方案。

　　

在建筑行业，普通波特兰水泥(OPC)的早期强度发展缓慢始终是制约快速施工的瓶颈。喷射混凝土、紧急修复等场景亟需能在数小时内提供足够强度的材料。传统化学加速剂如CaCl₂
虽能促进C₃
S水化，却存在钢筋腐蚀、热裂纹等副作用。如何开发兼具高效与环保特性的新型加速剂，成为材料科学领域的重要命题。

日本Taiheiyo Cement Corporation的研究团队独辟蹊径，将目光投向层状双氢氧化物(LDH)这一具有独特层状结构的纳米材料。通过将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)插入Ca-Al LDH层间，成功制备出剥离型LDH(ExLDH)微纳米复合材料。研究发现，这种材料在水泥基质中既能作为水化产物的成核位点，又能填充微孔隙，双重作用使72小时抗压强度提升40%，相关成果发表于《Materials Research Bulletin》。

研究采用X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)确认材料结构，通过动态光散射(DLS)测得600 nm的平均粒径。采用等温量热法监测水化放热，结合QXRD定量分析水化产物。力学测试采用ISO标准的抗压/抗折强度试验，微观结构通过扫描电镜(SEM)和氮气吸附(BET)表征。

【Physico-chemical investigation】章节显示，Ca-Al/PMMA LDH的比表面积达31.0 m²
/g，FTIR谱中2920 cm^-1
处的特征峰证实PMMA成功插层。TEM图像清晰显示约50 nm的剥离薄片，XRD的(003)晶面衍射角位移验证层间距从0.78 nm扩大至1.24 nm。

【Hydration characteristics】部分揭示，掺入3 wt.% ExLDH的样品72小时累积放热增加23%，QXRD显示C-S-H凝胶含量提升18%。水蒸气吸附实验证实，材料使毛细孔体积减少34%，孔径分布向<10 nm的凝胶孔迁移。

【Mechanical properties】数据显示，掺2% ExLDH的试样3天抗压强度达42.5 MPa，较对照组提升40%。SEM观察到水化产物呈致密交织结构，未掺样品的孔隙率降低61%。

该研究创新性地将高分子插层技术应用于水泥添加剂领域。ExLDH通过"成核-填充"协同机制，突破传统加速剂的性能天花板：一方面，纳米片层为C-S-H凝胶提供异相成核位点，加速C₃
S水解；另一方面，PMMA的疏水性可调控水化动力学，避免早期开裂。这种"一材双效"的设计思路，为开发新一代智能建材提供了范式。研究团队特别指出，该材料中不含氯离子和铝酸盐，从根本上解决了传统加速剂的耐久性问题，在海洋工程等严苛环境中具有独特优势。未来通过优化PMMA聚合度，有望进一步降低材料成本，推动产业化应用。