CN110845165A - 一种自清洁混凝土用光催化改性骨料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑混凝土用骨料技术领域，公开了一种自清洁混凝土用光催化改性骨料及其制备方法。所述自清洁混凝土用光催化改性骨料由骨料清洗后浸泡于微硅粉、纳米二氧化钛、水泥、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂形成的自清洁光催化悬浮浆体制得。光催化悬浮液对混凝土中结构的天然矿物骨料进行整体改性，研发一种具有光催化作用的改性混凝土骨料，可以大幅度提高后期骨料对混凝土光催化作用的贡献，持续有效的改善自清洁性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑混凝土用骨料技术领域，更具体地，涉及一种自清洁混凝土用光催化改性骨料及其制备方法。
背景技术
随着社会快速发展，工业与汽车的高速发展使得全球的氮氧化物和硫化物排放量逐年剧增，全球环境大气污染变得越发严重，严重影响人类正常生活与健康。如何有效的净化解决大气污染物成为国内外研究热点，其中光催化技术能够利用太阳能直接将空气中氮氧化物等污染物氧化还原成为无毒害物质，该技术具有制备成本低、污染小等特点，是目前公认的自清洁最佳手段之一。
混凝土材料是城市建设与发展中使用量最大的基础建设材料，自清洁混凝土的使用可有效缓解当前城市环境与能源污染问题，据意大利研究每100平方光催化混凝土对环境的贡献相当于种植28棵树木，可为人们提供较为安全洁净的环境。但目前自清洁混凝土制备中一般采用光催化剂与水泥混合或者将光催化剂喷涂在混凝土表面，使用转化过程中受到水泥进一步水化对光催化剂形成包裹、以及表面涂层摩擦损失、混凝土碳化、酸蚀等原因造成的表面掺有光催化剂混凝土浆体流失而露出不具有光催化效果的骨料影响，不能持续有效地发挥光催化自清洁功能。
传统混凝土中骨料比例是浆体比例的3～4倍，整体表面占比占总体积的60％以上，因此骨料是否具有自清洁功能对混凝土能否有效和持续发挥自清洁功能具有重大的意义，而现在的传统自清洁混凝土采用的都是天然矿物骨料，不具备自清洁功能属性，因此，对自清洁混凝土中的骨料改性使其具备自清洁功能可进一步有效提升混凝土的持续有效自清洁效果。
发明内容
有鉴于此，本发明为克服上述现有技术所述的至少一种不足，提供一种自清洁混凝土用光催化改性骨料，可以大幅度提高后期骨料对混凝土光催化作用的贡献，持续有效的改善自清洁性能。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种自清洁混凝土用光催化改性骨料，由骨料清洗后浸泡于微硅粉、纳米二氧化钛、水泥、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂形成的自清洁光催化悬浮浆体制得。
进一步地，所述自清洁光催化悬浮浆体中水泥、微硅粉、纳米二氧化钛、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂的质量比为1：0.05～0.15：0.05～0.10：0.10～0.20：0.05～0.15：0.003～0.006：0.005～0.02：0.25～0.4：0.0001～0.0003。
进一步地，所述骨料的颗粒直径不小于2.35毫米，可以为河沙、机制砂、石英砂、石子等非多孔结构骨料；所述微硅粉的二氧化硅含量不小于85％，活性指数大于100％，平均颗粒直径为0.18um；所述纳米二氧化钛为锐钛晶体型，平均颗粒直径为0.13um；所述水泥要求42.5等级以上；所述微珠粉活性指数大于75％，细度大于300目；所述石英石粉细度在800目以上，二氧化硅含量93％；所述分散剂包括六偏磷酸钠、聚丙烯酸、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；所述缓凝型减水剂减水率大于30％，缓凝时间为2～4小时；所述增稠剂为甲基纤维素。
进一步地，所述自清洁光催化悬浮浆体制成试件28天抗压强度不低于80兆帕，抗拉强度不低于3.5兆帕，吸水率低于1％。
进一步地，所述骨料清洗后使其表面pH值不低于10再浸泡于自清洁光催化悬浮浆体，使骨料表面与自清洁光催化悬浮浆体亲和力更好，并能发挥碱激发作用，提高骨料与水化产物界面粘结强度。
进一步地，所述自清洁混凝土用光催化改性骨料表面浆体包裹平均厚度不小于100um不大于800um，包裹面积不低于95％，骨料表面包裹浆体中的增稠剂可以起到自养护作用，提高骨料的强度。
上述自清洁混凝土用光催化改性骨料的制备方法，包括以下步骤：
S1、骨料用水冲洗除去泥及泥块等杂物直至排出清澈的水；
S2、将步骤S1处理后的骨料用pH值2～4醋酸溶液清洗表面风化物或腐蚀物，循环两次；
S3、用pH值10-12氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液浸泡步骤S2处理后的骨料，自然堆积晾干；
S4、将微硅粉、纳米二氧化钛、水泥、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂加入搅拌机搅拌形成自清洁光催化悬浮浆体；
S5、将步骤S3处理后的骨料放置于步骤S4得到的浆体中浸泡形成包裹后捞出铺开、自然堆积，待表面浆体终凝轻微震动打散成颗粒后堆积洒水养护7天即得光催化改性骨料。
步骤S3中，控制骨料表面pH值不低于10。
步骤S4中，控制浆体浓度在75～85％。
本发明与现有技术相比较有如下有益效果：本发明采用一种光催化悬浮液对混凝土中结构的天然矿物骨料进行整体改性，研发一种具有光催化作用的改性混凝土骨料，可以大幅度提高后期骨料对混凝土光催化作用的贡献，持续有效的改善自清洁性能。
附图说明
图1是光催化改性骨料制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种自清洁混凝土用光催化改性骨料，由经过清洗和处理的表面pH值不低于10的骨料浸泡由微硅粉、纳米二氧化钛、水泥、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂形成的自清洁光催化悬浮浆体制得；制得的光催化改性骨料表面浆体包裹平均厚度不小于100um不大于800um，包裹面积不低于95％。
其中，所述骨料的颗粒直径不小于2.35毫米，可以为河沙、机制砂、石英砂、石子等非多孔结构骨料。所述自清洁光催化悬浮浆体中水泥、微硅粉、纳米二氧化钛、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂的质量比为1：0.05：0.05：0.10：0.05：0.0003:0.005：0.25：0.0001。所述微硅粉的二氧化硅含量不小于85％，活性指数大于100％，平均颗粒直径为0.18um；所述纳米二氧化钛为锐钛晶体型，平均颗粒直径为0.13um；所述水泥要求42.5等级以上；所述微珠粉活性指数大于75％，细度大于300目；所述石英石粉细度在800目以上，二氧化硅含量93％；所述分散剂包括六偏磷酸钠、聚丙烯酸、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；所述缓凝型减水剂减水率大于30％，缓凝时间为2～4小时；所述增稠剂为甲基纤维素。所述自清洁光催化悬浮浆体制成试件28天抗压强度不低于80兆帕，抗拉强度不低于3.5兆帕，吸水率低于1％。
上述自清洁混凝土用光催化改性骨料的制备方法，包括以下步骤：
S1、骨料用水冲洗除去泥及泥块等杂物2～5分钟，直至排出清澈的水；
S2、将步骤S1处理后的骨料用pH值2～4醋酸溶液清洗表面风化物或腐蚀物3-5分钟，循环两次；
S3、用pH值10-12氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液浸泡步骤S2处理后的骨料4～10分钟，控制骨料表面pH值不低于10，自然堆积晾干；
S4、将微硅粉、纳米二氧化钛、水泥、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂依照比例加入搅拌机搅拌5～15分钟形成自清洁光催化悬浮浆体，控制浆体浓度在75～85％；
S5、将步骤S3处理后的骨料放置于步骤S4得到的浆体中浸泡3～5分钟形成包裹后骨料捞出铺开、自然堆积，经过8～12小时表面浆体终凝，将骨料上振动筛轻微震动打散成颗粒后堆积洒水养护7天就可以用于自清洁混凝土的制备。
将上述自清洁混凝土用光催化改性骨料用于制备C50自清洁混凝土，所述C50自清洁混凝土包括以下重量份数的各组分：
42.5普通硅酸盐水泥35份；
上述光催化改性骨料60份；
粒径小于2.5mm的河砂40份；
纳米二氧化钛1份；
减水剂0.1份；
水胶比0.2。
上述C50自清洁混凝土的制备包括以下步骤：
S6将上述重量份的水泥、河砂、纳米二氧化钛、水和减水剂投入搅拌机搅拌1-3分钟，得到搅拌好的砂浆；
S7将上述重量份的光催化改性骨料投入搅拌机，搅拌1-2分钟，得到C50自清洁混凝土。
实施例2
本实施例除自清洁光催化悬浮浆体的重量份组成外，其他同实施例1。所述自清洁光催化悬浮浆体中水泥、微硅粉、纳米二氧化钛、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂的质量比为1：0.15：0.10：0.20：0.15：0.006：0.02：0.4：0.0003。
实施例3
本实施例除自清洁光催化悬浮浆体的重量份组成外，其他同实施例1。所述自清洁光催化悬浮浆体中水泥、微硅粉、纳米二氧化钛、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂的质量比为1：1：0.075：0.15：0.10：0.0045：0.0125：0.325：0.0002。
对比例1
本对比例除光催化改性骨料制备方法不包括步骤S2外，其他同实施例1。
对比例2
本对比例除光催化改性骨料制备方法步骤S3中骨料表面pH值低于10外，其他同实施例1。
对比例3
本对比例除光催化改性骨料制备方法步骤S4中浆体浓度低于75％，浆体流动度小于250mm外，其他同实施例1。
对比例4
本对比例除C50自清洁混凝土中的骨料采用粒径2.5mm～15mm的普通碎石外，其他同实施例1。
对比例5
本对比例除光催化改性骨料制备方法中自清洁光催化悬浮浆体替换为纳米二氧化钛分散液外，其他同实施例1。
对以上实施例1～3、对比例1～5所制备的C50自清洁混凝土制作成标准试件进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1 C50自清洁混凝土性能检测结果
从表1来看，对比例1光催化改性骨料制备方法中清洗后的骨料不用pH值2～4醋酸溶液清洗表面风化物或腐蚀物3-5分钟，与实施例1对比，抗压强度略有下降，光诱导超亲水性下降较多，光催化活性下降较少；对比例2光催化改性骨料制备方法步骤S3中骨料表面pH值低于10，与实施例1对比，抗压强度略有下降，光诱导超亲水性下降较多，光催化活性下降较少；对比例3光催化改性骨料制备方法步骤S4中浆体浓度低于75％，浆体流动度小于250mm，与实施例1对比，抗压强度略有下降，光诱导超亲水性和光催化活性均下降较多；对比例4C50自清洁混凝土中的骨料采用粒径2.5mm～15mm的普通碎石，与实施例1对比，抗压强度基本没变化，光诱导超亲水性和光催化活性均下降较多；对比例5光催化改性骨料制备方法中自清洁光催化悬浮浆体替换为纳米二氧化钛分散液，与实施例1对比，抗压强度略有下降，光诱导超亲水性和光催化活性均下降较多。通过大量试验，在本发明选取的自清洁光催化悬浮浆体浓度和流动度是最佳的，光催化改性骨料能大幅度提高自清洁混凝土的自清洁性能；清洗后的骨料用pH值2～4醋酸溶液清洗表面风化物或腐蚀物3-5分钟，循环2次，可以减少风化物质或腐蚀物对骨料强度的影响；光催化改性骨料表面pH值不低于10，使多孔骨料表面与自清洁光催化悬浮浆体亲和力更好，并能发挥碱激发作用，提高骨料与水化产物的界面粘结强度；骨料表面包裹浆体中的增稠剂可以起到自养护作用，提高多孔骨料的强度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种自清洁混凝土用光催化改性骨料，其特征在于，由骨料清洗后浸泡于微硅粉、纳米二氧化钛、水泥、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂形成的自清洁光催化悬浮浆体制得。
2.根据权利要求1所述的自清洁混凝土用光催化改性骨料，其特征在于，所述自清洁光催化悬浮浆体中水泥、微硅粉、纳米二氧化钛、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂的质量比为1：0.05～0.15：0.05～0.10：0.10～0.20：0.05～0.15：0.003～0.006：0.005～0.02：0.25～0.4：0.0001～0.0003。
3.根据权利要求2所述的自清洁混凝土用光催化改性骨料，其特征在于，所述骨料为颗粒直径不小于2.35毫米的非多孔结构骨料；所述微硅粉的二氧化硅含量不小于85％，活性指数大于100％，平均颗粒直径为0.18um；所述纳米二氧化钛为锐钛晶体型，平均颗粒直径为0.13um；所述水泥要求42.5等级以上；所述微珠粉活性指数大于75％，细度大于300目；所述石英石粉细度在800目以上，二氧化硅含量93％；所述分散剂包括六偏磷酸钠、聚丙烯酸、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；所述缓凝型减水剂减水率大于30％，缓凝时间为2～4小时；所述增稠剂为甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的自清洁混凝土用光催化改性骨料，其特征在于，所述骨料清洗后使其表面pH值不低于10再浸泡于自清洁光催化悬浮浆体。
5.根据权利要求1所述的自清洁混凝土用光催化改性骨料，其特征在于，所述光催化改性骨料表面浆体包裹平均厚度不小于100um不大于800um，包裹面积不低于95％。
6.一种如权利要求1～5任一项所述自清洁混凝土用光催化改性骨料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、骨料用水冲洗除去泥及泥块等杂物直至排出清澈的水；
S2、将步骤S1处理后的骨料用pH值2～4醋酸溶液清洗表面风化物或腐蚀物，循环两次；
S3、用pH值10-12氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液浸泡步骤S2处理后的骨料，自然堆积晾干；
S4、将微硅粉、纳米二氧化钛、水泥、微珠粉、石英石粉体、分散剂、缓凝型减水剂、水、增稠剂加入搅拌机搅拌形成自清洁光催化悬浮浆体；
S5、将步骤S3处理后的骨料放置于步骤S4得到的浆体中浸泡形成包裹后捞出铺开、自然堆积，待表面浆体终凝轻微震动打散成颗粒后堆积洒水养护7天即得光催化改性骨料。
7.根据权利要求6所述的自清洁混凝土用光催化改性骨料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，控制骨料表面pH值不低于10。
8.根据权利要求6所述的自清洁混凝土用光催化改性骨料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，控制浆体浓度在75～85％。
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