CN108546054A - 一种高强自清洁透水面层砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强自清洁透水面层砂浆及其制备方法，该砂浆包括以下重量份的原料：水泥80‑120份、机制砂350‑400份、减水剂0.5‑1.5份、氨基化的纳米二氧化硅0.5‑2份、纳米二氧化钛0.5‑2份、水20‑30份。本发明纳米二氧化钛以颗粒较大的氨基化的纳米二氧化硅作为载体，使得纳米二氧化钛能够在砂浆材料中更好的分散，从而更有利于光催化特性的发挥；本发明中氨基化的纳米二氧化硅和纳米二氧化钛与其它原料组份协同作用，使得制得的面层砂浆的抗压强度高、透水性能好、光催化效果好。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料的技术领域，具体涉及一种高强自清洁透水面层砂浆及其制备方法。
技术背景
水泥混凝土是现代使用最为广泛的建筑材料。透水混凝土是针对城市道路的路面的缺陷，开发使用的一种能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等等的一些城市环境问题。同时，是保护地下水、维护生态平衡、能缓解城市热岛效应的优良的铺装材料；其有利于人类生存环境的良性发展及城市雨水管理与水污染防治等工作上，具有特殊的重要意义。透水混凝土一般由面层砂浆和底层大孔混凝土构成，面层砂浆在使用的过程中有力学性能差，耐久性不能满足要求的情况，改善透水混凝土的面层砂浆成为了迫切解决的问题。同时随着城市的发展，工业聚集使得城市空气的污染问题越来越严重，汽车使用频率和数量的增加使得空气污染更加严重，寻求一种新的解决环境污染的方法至关重要。
光触媒是一类以TiO2为代表的具有光催化性能的半导体材料的总称。目前可作为光催化剂的半导体材料主要有TiO2、CdS、ZnO、SnO2等化合物，但是由于TiO2相对其他半导体材料具有光催化活性高、稳定性好、价格低等优势而备受青睐。光触媒能在太阳光或荧光灯的照射下产生类似光合作用的催化反应，将空气中的氧气和水分子激发，形成氧化能力极强的羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(-O2-)。这些氧化力极强的自由基可将浮游在空气中的细菌杀死，并把有机污染物不断降解成水和二氧化碳等，从而达到净化环境和保持材料自身清洁而不被污染的目的。
纳米二氧化硅作为一种高火山灰活性的纳米颗粒，应用到水泥基材料中可以促进水泥的水化、与氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶、填充水泥石空隙密实微观结构和改善界面过渡区。纳米材料比表面积大、活性高，因此在水泥基材料中早期就能够发挥出填充效应、晶核作用和火山灰活性，促进水泥的水化、优化孔结构、提高C-S-H凝胶的含量、降低氢氧化钙含量和取向度，从而可以有效的提高混凝土的界面过渡区，因此可以有效的提升水泥基材料的力学性能和耐久性。
因此，研究一种以纳米二氧化硅和纳米二氧化钛为主要原料，且具有良好的力学性能及净化空气作用的面层砂浆，具有重要的研究意义。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种高强自清洁透水面层砂浆及其制备方法，该方法可以有效地增加面层砂浆的力学性能，同时也其具备了光催化自清洁的功能。
本发明所采用的技术方案是：
一种高强自清洁透水面层砂浆，该砂浆包括以下重量份的原料：水泥80-120份、机制砂350-400份、减水剂0.5-1.5份、氨基化的纳米二氧化硅0.5-2份、纳米二氧化钛0.5-2份、水20-30份；
其中，氨基化的纳米二氧化硅由以下方法制备得到：将纳米二氧化硅放入无水乙醇中，边搅拌边超声波分散；然后在密封的情况下逐滴加入氨水，再逐滴加入硅烷偶联剂，搅拌后超声波分散；将溶液离心后所得固体用无水乙醇离心洗涤，烘干后即得。
本发明中的纳米二氧化硅和纳米二氧化钛带有少量的负电荷，将纳米二氧化硅氨基化后，使得纳米二氧化硅带有正电荷，带有正电荷的氨基化的纳米二氧化硅与带负电荷的纳米二氧化钛通过离子键结合，有利于纳米二氧化钛的分散性，使纳米二氧化钛能更好的发挥光催化效果。
需要进一步说明的，水泥为P.O 52.5水泥，其比表面积大于280m2/kg。
进一步的，机制砂的粒径为2.36-4.75mm，机制砂中石粉的含量不超过0.5％。
进一步的，减水剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
进一步的，氨基化的纳米二氧化硅的粒径为50-100nm、纳米二氧化钛的粒径为25nm。
进一步的，将纳米二氧化硅放入无水乙醇中，边搅拌边超声波分散5-10min，然后逐滴加入氨水和硅烷偶联剂后，搅拌12-18h，超声波分散4-6min。
进一步的，超声波的频率为40khz。
进一步的，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本发明还提供了一种制备所述的高强自清洁透水面层砂浆的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将上述重量份的纳米二氧化钛和氨基化的纳米二氧化硅放入到水中，超声波分散5-10min，得到光催化功能粉体分散液；
(2)将水泥、机制砂、减水剂放入混凝土搅拌机中混合搅拌3-5min；
(3)将光催化功能粉体分散液加入搅拌机中混合搅拌4-8min，得到所述高强自清洁透水面层砂浆；
进一步的，该方法还包括以下步骤：将所得面层砂浆放入到模具中成型，一天后拆模，并按照标准要求养护。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明中氨基化的纳米二氧化硅可以吸收混凝土界面过渡区的氢氧化钙生成C-S-H凝胶，从而减少对界面过渡区有害成分增加有利成分，同时氨基化的纳米二氧化硅能够密实微观结构，使得砂浆的力学性能提高；本发明将纳米二氧化钛应用到砂浆材料中一方面使得面呈砂浆具备了光催化的特性，同时纳米二氧化钛可以促进水泥的水化，填充微观结构使得面层砂浆的性能提升；
(2)本发明纳米二氧化钛以颗粒较大的氨基化的纳米二氧化硅作为载体，使得纳米二氧化钛能够在砂浆材料中更好的分散，从而更有利于光催化特性的发挥；
(3)本发明氨基化的纳米二氧化硅和纳米二氧化钛与其它原料组份协同作用，使得制得的面层砂浆的抗压强度高、透水性能好、光催化效果好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述。
下述实施例中，如非特别说明，所用试剂和材料均为常规市售可得，原料中所使用的添加剂的用量均不超过国家标准规定的范围。
实施例1
一种高强自清洁透水面层砂浆包括以下重量份的原料：水泥100份、机制砂360份、减水剂1.0份、氨基化的纳米二氧化硅1.0份、纳米二氧化钛1.0份、水25份；其中，水泥为P.O52.5水泥，其比表面积大于280m2/kg；机制砂的粒径为2.36-4.75mm，机制砂中石粉的含量不超过0.5％；减水剂为萘系减水剂；氨基化的纳米二氧化硅的粒径为50-100nm，纳米二氧化钛的粒径为25nm。
其中，氨基化的纳米二氧化硅由以下方法制备得到：将10g纳米二氧化硅放入200ml无水乙醇中，边搅拌边超声波分散6min，在密封的情况下逐滴加入1ml氨水，再逐滴加入3ml硅烷偶联剂—γ-氨丙基三乙氧基硅烷，然后搅拌15h，超声波分散5min后将溶液放入到离心管中离心5min，然后将所得固体加入到无水乙醇中，重复离心洗涤4次，然后将所得固体放入到烘箱中烘干，得到氨基化的纳米二氧化硅。
上述高强自清洁透水面层砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将氨基化的纳米二氧化硅和纳米二氧化钛放入到水中，超声波分散6min后，得到光催化功能粉体分散液；
(2)然后水泥、机制砂、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌4min，使得所述原料能够混合均匀；
(3)然后将光催化功能粉体分散液加入搅拌机中搅拌6min，直到获得均匀的砂浆拌合物；
(4)将砂浆拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
其中，上述方法中超声波的频率均为40khz，超声波的电源均为50w。
实施例2
一种高强自清洁透水面层砂浆包括以下重量份的原料：水泥80份、机制砂350份、减水剂0.5份、氨基化的纳米二氧化硅0.5份、纳米二氧化钛0.5份、水30份；其中，水泥为P.O52.5水泥，其比表面积大于280m2/kg；机制砂的粒径为2.36-4.75mm，机制砂中石粉的含量不超过0.5％；减水剂为聚羧酸减水剂；氨基化的纳米二氧化硅的粒径为50-100nm，纳米二氧化钛的粒径为25nm。
其中，氨基化的纳米二氧化硅由以下方法制备得到：将10g纳米二氧化硅放入200ml无水乙醇中，边搅拌边超声波分散5min，在密封的情况下逐滴加入1ml氨水，再逐滴加入3ml硅烷偶联剂—环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，然后搅拌12h，超声波分散4min后，将溶液放入到离心管中离心5min，然后将所得固体加入到无水乙醇中，重复离心洗涤4次，然后将所得固体放入到烘箱中烘干，得到氨基化的纳米二氧化硅。
上述高强自清洁透水面层砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将氨基化的纳米二氧化硅和纳米二氧化钛放入到水中，超声波分散5min后，得到光催化功能粉体分散液；
(2)然后水泥、机制砂、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌3min，使得所述原料能够混合均匀；
(3)然后将光催化功能粉体分散液加入搅拌机中搅拌4min，直到获得均匀的砂浆拌合物；
(4)将砂浆拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
其中，上述方法中超声波的频率均为40khz，超声波的电源均为50w。
实施例3
一种高强自清洁透水面层砂浆包括以下重量份的原料：水泥120份、机制砂400份、减水剂1.5份、氨基化的纳米二氧化硅2份、纳米二氧化钛2份、水30份；其中，水泥为P.O52.5水泥，其比表面积大于280m2/kg；机制砂的粒径为2.36-4.75mm，机制砂中石粉的含量不超过0.5％；减水剂为聚羧酸减水剂；氨基化的纳米二氧化硅的粒径为50-100nm，纳米二氧化钛的粒径为25nm。
其中，氨基化的纳米二氧化硅由以下方法制备得到：将10g纳米二氧化硅放入200ml无水乙醇中，边搅拌边超声波分散10min，在密封的情况下逐滴加入1ml氨水，再逐滴加入3ml硅烷偶联剂—甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，然后搅拌18h，超声波分散6min后将溶液放入到离心管中离心5min，然后将所得固体加入到无水乙醇中，重复离心洗涤5次，然后将所得固体放入到烘箱中烘干，得到氨基化的纳米二氧化硅。
上述高强自清洁透水面层砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将氨基化的纳米二氧化硅和纳米二氧化钛放入到水中，超声波分散10min后，得到光催化功能粉体分散液；
(2)然后水泥、机制砂、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌5min，使得所述原料能够混合均匀；
(3)然后将光催化功能粉体分散液加入搅拌机中搅拌8min，直到获得均匀的砂浆拌合物；
(4)将砂浆拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
其中，上述方法中超声波的频率均为40khz，超声波的电源均为50w。
对比例1
一种面层砂浆包括以下重量份的原料：水泥100份、机制砂360份、减水剂1.0份、水25份；其中，水泥为P.O 52.5水泥，其比表面积大于280m2/kg；机制砂的粒径为2.36-4.75mm，机制砂中石粉的含量不超过0.5％；减水剂为萘系减水剂。
上述面层砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将水泥、机制砂、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌4min，使得所述原料能够混合均匀，得到均匀的砂浆拌合物；
(2)将砂浆拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
对比例2
一种面层砂浆包括以下重量份的原料：水泥100份、机制砂360份、减水剂1.0份、纳米二氧化硅1.0份、纳米二氧化钛1.0份、水25份；其中，水泥为P.O 52.5水泥，其比表面积大于280m2/kg；机制砂的粒径为2.36-4.75mm，机制砂中石粉的含量不超过0.5％；减水剂为萘系减水剂；纳米二氧化硅的粒径为50-100nm，纳米二氧化钛的粒径为25nm。
上述面层砂浆的制备方法包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化硅和纳米二氧化钛放入到水中，超声波分散10min后，得到光催化功能粉体分散液；其中，超声波的频率为40khz，超声波的电源为50w。
(2)然后水泥、机制砂、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌4min，使得所述原料能够混合均匀；
(3)然后将光催化功能粉体分散液加入搅拌机中搅拌6min，直到获得均匀的砂浆拌合物；
(4)将砂浆拌合物放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护。
将实施例1-3和对比例1-2得到的面层砂浆试样养护到28天后，按照标准对试样进行力学性能、孔隙率和透水系数的测试，并对光催化效果进行测试。测试结果如表1所示。
表1不同试验组的性能指标
由表1可以得出，本发明实施例制得的面层砂浆的抗压强度高于对比例，实施例中的面层砂浆的透水性能、光催化效果均好于对比例。
以上对本发明所提供的高强自清洁透水面层砂浆及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高强自清洁透水面层砂浆，其特征在于，该砂浆包括以下重量份的原料：水泥80-120份、机制砂350-400份、减水剂0.5-1.5份、氨基化的纳米二氧化硅0.5-2份、纳米二氧化钛0.5-2份、水20-30份；
其中，氨基化的纳米二氧化硅由以下方法制备得到：将纳米二氧化硅放入无水乙醇中，边搅拌边超声波分散；然后在密封的情况下逐滴加入氨水，再逐滴加入硅烷偶联剂，搅拌后超声波分散；将溶液离心后所得固体用无水乙醇离心洗涤，烘干后即得。
2.根据权利要求1所述的高强自清洁透水面层砂浆，其特征在于，水泥为P.O 52.5水泥，其比表面积大于280m2/kg。
3.根据权利要求1所述的高强自清洁透水面层砂浆，其特征在于，机制砂的粒径为2.36-4.75mm，机制砂中石粉的含量不超过0.5％。
4.根据权利要求1所述的高强自清洁透水面层砂浆，其特征在于，减水剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
5.根据权利要求1所述的高强自清洁透水面层砂浆，其特征在于，氨基化的纳米二氧化硅的粒径为50-100nm、纳米二氧化钛的粒径为25nm。
6.根据权利要求1所述的高强自清洁透水面层砂浆，其特征在于，将纳米二氧化硅放入无水乙醇中，边搅拌边超声波分散5-10min，然后逐滴加入氨水和硅烷偶联剂后，搅拌12-18h，超声波分散4-6min。
7.根据权利要求1所述的高强自清洁透水面层砂浆，其特征在于，超声波的频率为40khz。
8.根据权利要求1所述的高强自清洁透水面层砂浆，其特征在于，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
9.一种制备权利要求1-8任一项所述的高强自清洁透水面层砂浆的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将上述重量份的纳米二氧化钛和氨基化的纳米二氧化硅放入到水中，超声波分散5-10min，得到光催化功能粉体分散液；
(2)将上述重量份的水泥、机制砂、减水剂放入混凝土搅拌机中混合搅拌3-5min；
(3)将光催化功能粉体分散液加入搅拌机中混合搅拌4-8min，得到所述面层砂浆。
10.根据权利要求9所述的高强自清洁透水面层砂浆的制备方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：将所得面层砂浆放入到模具中成型，一天后拆模，并按照标准要求养护。
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