CN104945010A

CN104945010A - 一种泡沫混凝土框架及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN104945010A
Application number: CN201510315394.4A
Authority: CN
Inventors: 冯博; 朱建国; 曹万春
Original assignee: JIANGSU INSTITUTE OF URBAN PLANNING AND DESIGN
Current assignee: Jiangsu Urban Planning And Design Institute Co ltd
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: CN104945010B

Abstract

本发明公开了一种泡沫混凝土框架及其制备方法和应用，由以下组份按质量份数配比制成：硅酸盐水泥40~55份、矿渣25~35份、粉煤灰8~15份、泡沫8~16份、碳-二氧化钛3~8份、水13~22份、减水剂1~4份。泡沫混凝土孔隙较多，能够较好的吸附污染物，在雨天时随地表径流流向河道的面源污染物如杀虫剂、化肥等均可被吸附在泡沫混凝土中，且在晴天光照条件下，污染物在混凝土中的碳-二氧化钛催化下可被降解成小分子化合物，因此该生态复合护坡系统对面源污染控制起到积极作用。

Description

一种泡沫混凝土框架及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种建筑材料领域，尤其涉及一种泡沫混凝土框架及其制备方法和应用。

背景技术

水是人类和一切生物赖以生存的基本要素，也是保障工农业和维系自然生态健康必不可少的资源。水资源在自然界循环中总量保持不变，但其水质却发生复杂的变化，只有水质达到一定的要求时才能成为可以利用的水资源。随着人口的增加、工农业生产的发展及水环境污染程度的日趋严重，许多地区的可用水资源相继出现了危机，严重制约了社会、经济的发展。水危机及其所引发的生态问题不仅将严重束缚和制约经济发展，而且可能引发重大的社会危机。因此，必须在充分节约用水的基础上，进一步研究和开发受污染水源的治理技术和方法，以缓解因水资源紧张带来的一系列严重问题。

面源污染是水体污染的一个重要因素，由于其排放点多变、不可追踪等特点，成为污染控制的新挑战。在面源污染中，农业面源污染因其可对河道产生重大污染影响，近年来引起广泛关注。农业面源污染是指在农业生产生活中，农田中的营养盐、农药和化肥等，在降水和灌溉过程中通过地表径流等方式进入水体而引起水质恶化。要解决这类污染，除了使用生态农肥等措施外，可以考虑在地表径流的过程中对面源污染进行控制。

传统的护坡技术主要为单纯的硬质结构，如采用混凝土固结或块石垒砌等方式，虽然在固土和稳定结构等方面具有良好的表现，但同时也破坏了河岸生态系统的物质循环，但忽略了其自然属性对污染物的净化作用以及娱乐美学价值。

因此，本发明以污染物吸附、降解为出发点，构建了复合式的生态护坡系统，确保复合生态护坡能够为提供河道中水生动植物的栖息场所的同时，吸附污染物，利用碳-二氧化钛的光催化特性，降解污染物，从而能够弥补现有护坡技术的不足，能够取得很好的环境效益和经济效益。

发明内容

本发明的目的是：本发明提供一种泡沫混凝土框架及其制备方法和应用，通过多孔泡沫混凝土框架结构来吸附降雨过程中地表径流所携带的污染物，并通过掺杂在泡沫混凝土框架内的碳-二氧化钛对污染物进行氧化分解；此外，本发明提供了一种泡沫混凝土框架的应用方式。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种泡沫混凝土框架，由以下组份按质量份数配比制成：硅酸盐水泥40～55份、矿渣25～35份、粉煤灰8～15份、泡沫8～16份、碳-二氧化钛3～8份、水13～22份、减水剂1～4份；其中，碳-二氧化钛由以下方法制得：(1)将叔丁醇钛、葡萄糖和水按质量比420～490:1～3:220～265混合，搅拌25～32分钟制成混合溶液；(2)将步骤(1)制得的混合溶液转移至高压反应釜中，封闭反应釜，搅拌加热至195～205℃，维持10～12小时；(3)将高压反应釜自然降温至25～28℃，所得溶液离心分离，在75～85℃条件下干燥2.5～3小时即可获得碳-二氧化钛。

作为本发明的一种优选方案，所述泡沫由以下方法制得：(1)将动物蛋白混合型发泡剂2～6份、十二烷基硫酸钠1～3份、亚硫酸氢钠0.5～2份和水80～120份搅拌混合均匀；(2)向步骤(1)制得的混合溶液中添加氢氧化钠2～4份，转速为2800～3200转/分钟，搅拌8～12分钟即可获得泡沫。

作为本发明的一种优选方案，所述矿渣比表面积至少为4000cm²/g；所述粉煤灰粒径为0.05～0.15mm。

作为本发明的一种优选方案，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

一种泡沫混凝土框架的制备方法，包含以下步骤：

(1)将硅酸盐水泥、矿渣、粉煤灰、减水剂和水加入混凝土搅拌器中，80～120转/分钟，搅拌10～12分钟，制成混凝土浆料；

(2)将泡沫和碳-二氧化钛加入步骤(1)的混凝土浆料中，80～120转/分钟，搅拌12～15分钟，形成掺碳-二氧化钛的泡沫混凝土浆料；

(3)将掺碳-二氧化钛的泡沫混凝土浆料浇注到模具中，并放在振动台上振动8～12分钟，振动频率为180～220次/分钟；然后置于标准养护室中养护25～35天，养护条件为：温度18～22℃，相对湿度95～98℃，拆模后即可获得泡沫混凝土框架。

一种泡沫混凝土框架的应用，一种复合生态护坡，包括石笼格滨网箱、泡沫混凝土框架；所述石笼格滨网箱设于泡沫混凝土框架的底端，且在装满块石和/或卵石后沉入近岸河床底部；所述泡沫混凝土框架在石笼格滨网箱的基础上依次顺序铺设于护坡上，且在泡沫混凝土框架内种植护坡植物。

优选的，所述泡沫混凝土框架为长宽相等的中空结构。

优选的，所述泡沫混凝土框架外框架尺寸为：长15～30厘米、宽15～30厘米、高8～16厘米；中空部分的尺寸为：长11～26厘米、宽11～26厘米、高4～12厘米。

进一步的，所述泡沫混凝土框架外框架尺寸为：长20厘米、宽20厘米、高15厘米；中空部分的尺寸为：长16厘米、宽16厘米、高15厘米。

优选的，所述泡沫混凝土框架为正多边形。

其中，泡沫混凝土框架的尺寸和形状可根据护坡的地质特点作相应变化。

根据河道所在地污染物的类型以及当地适合生长的植物种类选择性的在泡沫混凝土框架中种植植物，相关研究表明，对于轻度和中度富营养化水体，种植藨草对水体的净化具有优势，而对于重度富营养化水体，种植菖蒲和芦苇等对水体净化更有优势。综合考虑，在泡沫混凝土框架内种植的植物可选择千屈菜、花叶芦竹、野茭白、菖蒲、芦苇、香蒲、美人蕉、鸢尾和藨草中的任意一种或几种进行组合，种植密度为60～100株/平方米。

此外，泡沫混凝土框架中掺入的碳-二氧化钛在光照条件下可将复杂污染物光催化降解为小分子有机物、水、二氧化碳和无机盐，混凝土中空部分种植的植物一方面能吸收利用碳-二氧化钛的光催化降解产物，另一方面能过量吸收水体中的氮磷等营养物质，并通过光合作用释氧，增加水中溶解氧含量、改善水质。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)泡沫混凝土孔隙较多，能够较好的吸附污染物，在雨天时随地表径流流向河道的面源污染物如杀虫剂、化肥等均可被吸附在泡沫混凝土中，且在晴天光照条件下，污染物在混凝土中的碳-二氧化钛催化下可被降解成小分子化合物，因此该生态复合护坡系统对面源污染控制起到积极作用；

(2)泡沫混凝土由于其强度高，能够起到固土防蚀、稳固堤岸的作用；

(3)混凝土框架内可根据景观需要和当地生态特点选择不同植物进行种植，种植的植物不仅能够吸收氮磷等营养盐，还能为水生动物和两栖动物提供繁衍和栖息的场所，对生物多样性的保持起到促进作用。

附图说明

图1是复合生态护坡结构示意图；

图2是泡沫混凝土框架俯视图；

图3是泡沫混凝土框架左视图；

其中，1、石笼格滨网箱，2、护坡植物，3、泡沫混凝土框架。

具体实施方式

实施例1

一种泡沫混凝土框架，制备方法如下：

原料准备：

碳-二氧化钛按以下原料及工艺制得：将叔丁醇钛、葡萄糖和水按质量比420:1:220比例混合，搅拌约30分钟使溶液混合均匀；将混合均匀后的溶液转移至高压反应釜中，封闭反应釜，搅拌并加热至200℃，持续12小时，将高压反应釜自然降温至25℃，所得溶液离心分离后，在80℃干燥3小时得到碳-二氧化钛。

泡沫按以下原料及工艺制得：(1)将4份动物蛋白混合型发泡剂、3份十二烷基硫酸钠、1份亚硫酸氢钠和水120份搅拌混合均匀；(2)向步骤(1)制得的混合溶液中添加氢氧化钠2份，转速为3000转/分钟，搅拌10分钟即可获得泡沫。

制作过程：

泡沫混凝土框架由以下原料按质量份数配比制成：硅酸盐水泥50份，矿渣30份、粉煤灰10份，泡沫10份，减水剂2份，水15份和碳-二氧化钛4份；

矿渣比表面积为4500cm²/g，粉煤灰粒径为0.1mm，减水剂为聚羧酸减水剂；

将硅酸盐水泥，矿渣，减水剂，水和粉煤灰加入混凝土搅拌器中，100转/分钟，搅拌10分钟，制成混凝土浆料，将泡沫和碳-二氧化钛加入到混凝土浆料中，在搅拌速度为100转/分钟下搅拌12分钟，形成掺碳-二氧化钛的泡沫混凝土浆料；

将掺碳-二氧化钛的泡沫混凝土浆料浇注到模具中，并放在振动台上振动10分钟，振动频率为200次/分钟；然后置于标准养护室中养护30天，养护条件为：温度20℃，相对湿度96℃，拆模后即可获得泡沫混凝土框架。

实施例2

与实施例1的区别在于：碳-二氧化钛制备过程中，叔丁醇钛、葡萄糖和水按质量比450:1:245比例混合，其余均与实施例1相同。

实施例3

与实施例1的区别在于：碳-二氧化钛制备过程中，叔丁醇钛、葡萄糖和水按质量比490:3:265比例混合，其余均与实施例1相同。

实施例1～3制备获得的泡沫混凝土框架对敌百虫农药的吸附和降解效果检测：

(1)对敌百虫的吸附效果

取5g掺杂碳-二氧化钛的泡沫混凝土放入150mL的锥形瓶中，再加入50mL浓度为200mg/L的敌百虫溶液，然后将锥形瓶密封放在恒温振荡箱中，100转/分钟、25℃振荡24h，然后用离心机对敌百虫溶液以每分钟5000转离心10分钟，分离出的上清液用钼酸铵分光光度法测定磷浓度，溶液中磷减少的量就是被复合泡沫混凝土吸附的量。

(2)对敌百虫的降解效果

取100mL浓度为200mg/L的敌百虫溶液，将10g掺杂碳-二氧化钛的泡沫混凝土加入敌百虫溶液中，无光照条件下震荡48小时后以确保吸附饱和，100W的日光灯为光源，反应8h，用离心分离器分离10min以除去沉淀，然后用液相色谱，型号为Agilent1260，色谱柱为Agilent Eclipse Plus C18，检测液为水/乙腈混合溶液，体积比6:4，流速1mL/min，检测离心液中敌百虫浓度。

具体结果如表1所示：

表1 敌百虫的吸附与降解效果

	实施例1	实施例2	实施例3
				吸附效果	1.09mg/g	1.13mg/g	1.11mg/g
降解率	52.4％	61.3％	49.7％

实施例4

如图1所示，一种复合生态护坡，包括石笼格滨网箱1、泡沫混凝土框架3；所述石笼格滨网箱1设于泡沫混凝土框架3的底端，且在装满块石和/或卵石后沉入近岸河床底部；所述泡沫混凝土框架3在石笼格滨网箱1的基础上依次顺序铺设于护坡上，且在泡沫混凝土框架3内种植护坡植物2。

其中，所述泡沫混凝土框架3按实施例2的方法制成，且为长宽相等的中空结构，其外框架尺寸为：长20厘米、宽20厘米、高15厘米；中空部分的尺寸为：长16厘米、宽16厘米、高15厘米。如图2和3所示，所述泡沫混凝土框架为正四边形。

泡沫混凝土框架3内填充土壤，并种植上千屈菜、花叶芦竹、野茭白、菖蒲、芦苇、香蒲、美人蕉、鸢尾和藨草中的任意一种或几种进行组合，种植密度100株/平方米。

将某村庄河流的水样循环流过该系统，水样中含有的污染物及浓度如表2所示，光照条件遵循自然光周期，9天后测试污水指标，氨氮采用纳氏试剂分光光度法、TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定，TP采用钼酸铵分光光度法测定，CODcr采用重铬酸钾氧化法，具体操作方式参照《水和废水监测分析方法》，碳-二氧化钛在阳光下催化降解敌百虫的反应式为：

结果见表2：

表2 污染物浓度及去除效果

	CODcr	氨氮	TN	TP
					初始浓度(mg/L)	51.2	4.3	6.5	0.35
9天后浓度(mg/L)	32.7	2.1	4.1	0.18
					去除率(％)	36.1	50.2	37.6	48.4

Claims

1.一种泡沫混凝土框架，其特征在于，由以下组份按质量份数配比制成：硅酸盐水泥40~55份、矿渣25~35份、粉煤灰8~15份、泡沫8~16份、碳-二氧化钛3~8份、水13~22份、减水剂1~4份；其中，碳-二氧化钛由以下方法制得：（1）将叔丁醇钛、葡萄糖和水按质量比420~490:1~3:220~265混合，搅拌25~32分钟制成混合溶液；（2）将步骤（1）制得的混合溶液转移至高压反应釜中，封闭反应釜，搅拌加热至195~205℃，维持10~12小时；（3）将高压反应釜自然降温至25~28℃，所得溶液离心分离，在75~85℃条件下干燥2.5~3小时即可获得碳-二氧化钛。

2.根据权利要求1所述一种泡沫混凝土框架，其特征在于，所述泡沫由以下方法制得：（1）将动物蛋白混合型发泡剂2~6份、十二烷基硫酸钠1~3份、亚硫酸氢钠0.5~2份和水80~120份搅拌混合均匀；（2）向步骤（1）制得的混合溶液中添加氢氧化钠2~4份，转速为2800~3200转/分钟，搅拌8~12分钟即可获得泡沫。

3.根据权利要求1所述一种泡沫混凝土框架，其特征在于，所述矿渣比表面积至少为4000cm²/g；所述粉煤灰粒径为0.05~0.15mm。

4.根据权利要求1所述一种泡沫混凝土框架，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

5.权利要求1~4任一所述一种泡沫混凝土框架的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

（1）将硅酸盐水泥、矿渣、粉煤灰、减水剂和水加入混凝土搅拌器中，80~120转/分钟，搅拌10~12分钟，制成混凝土浆料；

（2）将泡沫和碳-二氧化钛加入步骤（1）的混凝土浆料中，80~120转/分钟，搅拌12~15分钟，形成掺碳-二氧化钛的泡沫混凝土浆料；

（3）将掺碳-二氧化钛的泡沫混凝土浆料浇注到模具中，并放在振动台上振动8~12分钟，振动频率为180~220次/分钟；然后置于标准养护室中养护25~35天，养护条件为：温度18~22℃，相对湿度95~98℃，拆模后即可获得泡沫混凝土框架。

6.权利要求1~4任一所述一种泡沫混凝土框架的应用，其特征在于，一种复合生态护坡，包括石笼格滨网箱（1）、泡沫混凝土框架（3）；所述石笼格滨网箱（1）设于泡沫混凝土框架（3）的底端，且在装满块石和/或卵石后沉入近岸河床底部；所述泡沫混凝土框架（3）在石笼格滨网箱（1）的基础上依次顺序铺设于护坡上，且在泡沫混凝土框架（3）内种植护坡植物（2）。

7.根据权利要求6所述一种泡沫混凝土框架的应用，其特征在于，所述泡沫混凝土框架（3）为长宽相等的中空结构。

8.根据权利要求6所述一种泡沫混凝土框架的应用，其特征在于，所述泡沫混凝土框架（3）外框架尺寸为：长15~30厘米、宽15~30厘米、高8~16厘米；中空部分的尺寸为：长11~26厘米、宽11~26厘米、高4~12厘米。

9.根据权利要求6所述一种泡沫混凝土框架的应用，其特征在于，所述泡沫混凝土框架（3）外框架尺寸为：长20厘米、宽20厘米、高15厘米；中空部分的尺寸为：长16厘米、宽16厘米、高15厘米。

10.根据权利要求6所述一种泡沫混凝土框架的应用，其特征在于，所述泡沫混凝土框架（3）为正多边形。