CN109503087A - 一种自负载纳米TiO2改性再生透水砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自负载纳米TiO2改性再生透水砖及其制备方法，其组分及其质量分数如下：纳米TiO2浆液1％～3％；聚丙烯纤维0.01％～0.05％；再生骨料40～60％；减水剂0.1％～0.5％；普通硅酸盐水泥15～20％；粉煤灰2％～4％；其余为水，上述组分之和为100％。本发明的自负载纳米TiO2改性技术可以使再生透水砖具有较高的抗折强度和抗压强度，以及良好的透水性和保水性，并具有吸收汽车尾气的作用。用该种透水砖铺设的路面可以及时排放雨水，有降温、降噪、调节气候的作用，有效消除城市热岛效应，净化城市空气中的汽车尾气，提高空气质量、促进城市水循环，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种再生透水砖及其制备方法，尤其是一种具有吸收汽车尾气功能的自负载纳米TiO2改性再生透水砖及其制备方法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，我国建筑垃圾产量急剧增加。据2016年的统计，我国年建筑垃圾总量已达到35.5亿吨左右。这些建筑垃圾多采用堆放或简易填埋的方式进行处理，不但占用大量土地，同时也带来环境污染。同时，近年来，人类活动范围逐渐扩大，城市地表大多被建筑物和密实路面覆盖，使城市缺乏“透气性”，由此我国提倡推进“海绵城市”计划。另一方面，随着经济发展我国汽车总量逐年增长，而汽车排放的尾气是大城市空气的主要污染源之一。如果利用建筑垃圾制备可吸收汽车尾气的再生透水砖不仅可以实现废弃混凝土的循环利用，也符合海绵城市理念，净化城市空气，能带来社会、经济和环境效益。
而现阶段，再生透水砖已有较多的研究和应用，但是具有吸收汽车尾气功能的再生透水砖则少有提及，同时由于再生骨料存在结构和性能上的弱点，使得再生透水砖的性能难以满足高等级工程的技术要求，因此对再生透水砖进行性能优化显得十分迫切和必要。目前再生透水砖的性能优化主要集中于对再生骨料的物理研磨、化学强化等，然而技术效果不尽如人意，不能兼顾透水砖的力学性能和透水性能，存在设备损耗大、能量消耗多等缺点，而且还带来粉料增多、污染增大等环境问题，在推广应用上受到了一定的阻碍。另外，汽车尾气吸收技术通常使用在天然铺路砖上，继续大规模地生产天然骨料铺路砖将加快对天然石材的损耗，不利于环境可持续发展且铺路砖的成本也会逐年增高。
发明內容
本发明要解决的技术问题在于，针对再生透水砖力学性能和透水性能之间的矛盾及现有相关技术存在的缺陷，提供一种以建筑废弃混凝土为主要原料，抗折、抗压强度高，透水性和保水性好同时具有吸收汽车尾气功能的自负载纳米TiO2改性再生透水砖及其制备方法，从而解决了建筑垃圾对环境产生的污染问题，净化城市空气，又解决了建筑垃圾的资源化再生利用。
本发明的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，它的组分及其质量分数如下：
纳米TiO2浆液 1％～3％；
聚丙烯纤维 0.01％～0.05％；
再生骨料 40～60％；
减水剂 0.1％～0.5％；
普通硅酸盐水泥 15～20％；
粉煤灰 2％～4％；
其余为水，上述组分之和为100％。
本发明中，所述的纳米TiO2浆液为使用减水剂将纳米TiO2分散在水中的浆液，含固量为5％。
本发明中，所述的纳米TiO2浆液中纳米TiO2颗粒锐钛矿型和金红石型分别占75％和25％。在该比例下，纳米TiO2具有最佳光催化效果。
本发明中，所述的聚丙烯纤维的长度为6mm。在再生骨料所选粒径下其长度过长过短均不利于透水砖的强度性能，取该长度时强度最优。
本发明中，所述的再生骨料为废弃混凝土破碎所得骨料，且经过纳米TiO2浆液均匀喷涂处理，使得再生骨料孔隙率减小，粒径为4.75mm～9.5mm。
本发明中，所述的减水剂是聚羧酸系高性能减水剂，减水率达到25％以上，可有效提高浆体的和易性。
本发明中，所述的普通硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
本发明中，所述的粉煤灰为符合粉煤灰国家标准的二级粉煤灰。
本发明还提供一种上述自负载纳米TiO2改性再生透水砖的制备方法，包括以下步骤：
1)按所述配比取各组分，将纳米TiO2浆液均匀喷涂在再生骨料上，形成一种自负载纳米光催化再生骨料。
2)将聚丙烯纤维、水、减水剂均匀混合，形成混合液体。
3)将步骤1)处理后的再生骨料、粉煤灰、水泥加入到搅拌机中，干拌混合均匀，得到干拌骨料。
4)将步骤2)中所得的混合液体加入搅拌机中，与干拌骨料混合，搅拌混合均匀，得到再生透水砖用料。
5)将所述再生透水砖用料，分两次均匀加入透水砖模具中，加压成型养护。
所述步骤5)中加压成型压力为3MPa。在该加压压力下，获得的透水砖透水性及强度综合效果最佳。
所述步骤5)中养护的条件为：温度20±2℃，湿度≥95％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，通过对再生透水砖进行加压成型以及纳米TiO2浆液喷涂改性技术，保证了透水砖的抗折强度和抗压强度，并同时使得透水砖具有很好的透水性和保水性，并且使得该种透水砖具有吸收汽车尾气的功能。用该种透水砖铺设的路面可以及时排放雨水，避免街道积水，有利于车辆通行、行人行走，同时使得城市的地下水得到有效的补充，避免城市因为地下水位下降而下陷。另外，停雨之后，再生透水砖中的水分蒸发，有效地调节了城市的温度和湿度，降低了热岛效应，促进城市水循环体系，吸收尾气的功能则能很好地净化城市空气，有利于建设可持续发展的环保城市。
另一方面，解决了建筑垃圾在处理填埋过程中需要大量土地资源、影响市容市貌造成二次污染等难题，有效地保护了环境，节约了土地资源，又使得建筑垃圾得到了95％以上的高效资源化利用。
生产工艺相对简单，无污染物排放，符合国家绿色发展、发展循环低碳经济的要求，具有无污染、投资小、效益好等特点。
具体实施方式
以下通过实例进一步对本发明进行描述。
实施例1
1)按质量分数配比取各组分：纳米TiO2浆液2％；聚丙烯纤维0.01％；再生骨料45％；聚羧酸减水剂0.3％；普通硅酸盐水泥18％；粉煤灰2％，其余为水，上述组分之和为100％。
2)纳米TiO2浆液均匀喷涂在再生骨料上，得到自负载纳米光催化骨料；其次，将聚丙烯纤维、水、减水剂均匀混合，形成混合液体；再次，将喷涂后的再生混凝土骨料、粉煤灰和42.5级普通硅酸盐水泥加入到搅拌机中，干拌2分钟，混合均匀，得到干拌骨料；再将上述混合液体也加入搅拌机中，与干拌骨料混合，搅拌4分钟中，混合均匀，得到再生透水砖用料；最后将所述再生透水砖用料，分两次均匀加入透水砖模具中，制备成120×160×40mm试件，抹面高出模具约5mm，使用3MPa压力加压成型，制得本实施例的再生透水砖。
通过上述方法得到的再生透水砖，拆模后放置在蒸汽养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。根据《GB/T25993-2010透水路面砖和透水路面板》测试28天的抗折强度、抗压强度和透水系数，同时与未进行纳米TiO2改性的再生透水砖试件进行对比：28天抗折强度从5.00MPa提升至6.31MPa，升幅为26.2％，28天抗压强度从20.50MPa提升至27.82MPa，升幅为35.7％，透水系数从0.15cm/s变成0.17cm/s。该再生透水砖能在模拟日光条件下(其中254nm、290nm、365nm和420nm的光强分别为4.0～4.5、1.2～1.6、16～19和160～170μW/cm2)光催化氧化连续通过浓度为30ppm的二氧化氮气体，其光催化效率达到70.0％，连续反应7.5小时后，光催化效率仍达到37.0％。
实施例2
1)按质量分数配比取各组分：纳米TiO2浆液2％；聚丙烯纤维0.01％；再生骨料45％；聚羧酸减水剂0.3％；普通硅酸盐水泥18％；粉煤灰2％，其余为水，上述组分之和为100％。
2)将聚丙烯纤维、水、减水剂、纳米TiO2浆液均匀混合，形成混合液体；其次，将再生混凝土骨料、粉煤灰和42.5级普通硅酸盐水泥加入到搅拌机中，干拌2分钟，混合均匀，得到干拌骨料；再将上述混合液体也加入搅拌机中，与干拌骨料混合，搅拌4分钟中，混合均匀，得到再生透水砖用料；最后将所述再生透水砖用料，分两次均匀加入透水砖模具中，制备成120×160×40mm试件，抹面高出模具约5mm，使用3MPa压力加压成型，制得本实施例的再生透水砖。
通过上述方法得到的再生透水砖，拆模后放置在蒸汽养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。根据《GB/T25993-2010透水路面砖和透水路面板》测试28天的抗折强度、抗压强度和透水系数，同时与未进行纳米TiO2改性的再生透水砖试件进行对比：28天抗折强度从5.00MPa提升至6.09MPa，升幅为21.8％，28天抗压强度从20.50MPa提升至25.12MPa，升幅为22.5％，透水系数从0.15cm/s变成0.16cm/s。该再生透水砖能在模拟日光条件下(其中254nm、290nm、365nm和420nm的光强分别为4.0～4.5、1.2～1.6、16～19和160～170μW/cm2)光催化氧化连续通过浓度为30ppm的二氧化氮气体，其光催化效率达到68.9％，连续反应7.5小时后，光催化效率仍达到36.1％。
实施例3
1)按质量分数配比取各组分：纳米TiO2浆液1.5％；聚丙烯纤维0.02％；再生骨料50％；聚羧酸减水剂0.25％；普通硅酸盐水泥18％；粉煤灰2％，其余为水，上述组分之和为100％。
2)纳米TiO2浆液均匀喷涂在再生骨料上，得到自负载纳米光催化骨料；其次，将聚丙烯纤维、水、减水剂均匀混合，形成混合液体；再次，将喷涂后的再生混凝土骨料、粉煤灰和42.5级普通硅酸盐水泥加入到搅拌机中，干拌2分钟，混合均匀，得到干拌骨料；再将上述混合液体也加入搅拌机中，与干拌骨料混合，搅拌4分钟中，混合均匀，得到再生透水砖用料；最后将所述再生透水砖用料，分两次均匀加入透水砖模具中，制备成120×160×40mm试件，抹面高出模具约5mm，使用3MPa压力加压成型，制得本实施例的再生透水砖。
通过上述方法得到的再生透水砖，拆模后放置在蒸汽养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。根据《GB/T25993-2010透水路面砖和透水路面板》测试28天的抗折强度、抗压强度和透水系数，同时与未进行纳米TiO2改性的再生透水砖试件进行对比：28天抗折强度从5.00MPa提升至6.81Mpa，升幅为36.2％，28天抗压强度从20.50Mpa提升至28.92Mpa，升幅为41.1％，透水系数从0.15cm/s变成0.18cm/s。该再生透水砖能在模拟日光条件下(其中254nm、290nm、365nm和420nm的光强分别为4.0～4.5、1.2～1.6、16～19和160～170μW/cm2)光催化氧化连续通过浓度为30ppm的二氧化氮气体，其光催化效率达到71.2％，连续反应7.5小时后，光催化效率仍达到38.8％。
实施例4
1)按质量分数配比取各组分：纳米TiO2浆液1.5％；聚丙烯纤维0.015％；再生骨料55％；聚羧酸减水剂0.3％；普通硅酸盐水泥18％；粉煤灰2％，其余为水，上述组分之和为100％。
2)纳米TiO2浆液均匀喷涂在再生骨料上，得到自负载纳米光催化骨料；其次，将聚丙烯纤维、水、减水剂均匀混合，形成混合液体；再次，将喷涂后的再生混凝土骨料、粉煤灰和42.5级普通硅酸盐水泥加入到搅拌机中，干拌2分钟，混合均匀，得到干拌骨料；再将上述混合液体也加入搅拌机中，与干拌骨料混合，搅拌4分钟中，混合均匀，得到再生透水砖用料；最后将所述再生透水砖用料，分两次均匀加入透水砖模具中，制备成120×160×40mm试件，抹面高出模具约5mm，使用3MPa压力加压成型，制得本实施例的再生透水砖。
通过上述方法得到的再生透水砖，拆模后放置在蒸汽养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。根据《GB/T25993-2010透水路面砖和透水路面板》测试28天的抗折强度、抗压强度和透水系数，同时与未进行纳米TiO2改性的再生透水砖试件进行对比：28天抗折强度从5.00MPa提升至6.55MPa，升幅为31.0％，28天抗压强度从20.50MPa提升至27.21MPa，升幅为32.7％，透水系数从0.15cm/s变成0.17cm/s。该再生透水砖能在模拟日光条件下(其中254nm、290nm、365nm和420nm的光强分别为4.0～4.5、1.2～1.6、16～19和160～170μW/cm2)光催化氧化连续通过浓度为30ppm的二氧化氮气体，其光催化效率达到70.4％，连续反应7.5小时后，光催化效率仍达到37.5％。
实施例5
1)按质量分数配比取各组分：纳米TiO2浆液2％；聚丙烯纤维0.02％；再生骨料60％；聚羧酸减水剂0.3％；普通硅酸盐水泥18％；粉煤灰2％，其余为水，上述组分之和为100％。
2)纳米TiO2浆液均匀喷涂在再生骨料上，得到自负载纳米光催化骨料；其次，将聚丙烯纤维、水、减水剂均匀混合，形成混合液体；再次，将喷涂后的再生混凝土骨料、粉煤灰和42.5级普通硅酸盐水泥加入到搅拌机中，干拌2分钟，混合均匀，得到干拌骨料；再将上述混合液体也加入搅拌机中，与干拌骨料混合，搅拌4分钟中，混合均匀，得到再生透水砖用料；最后将所述再生透水砖用料，分两次均匀加入透水砖模具中，制备成120×160×40mm试件，抹面高出模具约5mm，使用3MPa压力加压成型，制得本实施例的再生透水砖。
通过上述方法得到的再生透水砖，拆模后放置在蒸汽养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。根据《GB/T25993-2010透水路面砖和透水路面板》测试28天的抗折强度、抗压强度和透水系数，同时与未进行纳米TiO2改性的再生透水砖试件进行对比：28天抗折强度从5.00MPa提升至6.01MPa，升幅为20.2％，28天抗压强度从20.50MPa提升至26.34MPa，升幅为28.5％，透水系数从0.15cm/s变成0.18cm/s。该再生透水砖能在模拟日光条件下(其中254nm、290nm、365nm和420nm的光强分别为4.0～4.5、1.2～1.6、16～19和160～170μW/cm2)光催化氧化连续通过浓度为30ppm的二氧化氮气体，其光催化效率达到71.1％，连续反应7.5小时后，光催化效率仍达到36.1％。
实施例6
1)按质量分数配比取各组分：纳米TiO2浆液2％；聚丙烯纤维0.02％；再生骨料60％；聚羧酸减水剂0.3％；普通硅酸盐水泥18％；粉煤灰2％，其余为水，上述组分之和为100％。
2)纳米TiO2浆液均匀喷涂在再生骨料上，得到自负载纳米光催化骨料；其次，将聚丙烯纤维、水、减水剂均匀混合，形成混合液体；再次，将再生混凝土骨料、粉煤灰和42.5级普通硅酸盐水泥加入到搅拌机中，干拌2分钟，混合均匀，得到干拌骨料；再将上述混合液体也加入搅拌机中，与干拌骨料混合，搅拌4分钟中，混合均匀，得到再生透水砖用料；最后将所述再生透水砖用料，分两次均匀加入透水砖模具中，制备成120×160×40mm试件，抹面高出模具约5mm，使用5MPa压力加压成型，制得本实施例的再生透水砖。
通过上述方法得到的再生透水砖，拆模后放置在蒸汽养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。根据《GB/T25993-2010透水路面砖和透水路面板》测试28天的抗折强度、抗压强度和透水系数，同时与未进行纳米TiO2改性的再生透水砖试件进行对比：28天抗折强度从5.00MPa提升至6.42MPa，升幅为28.4％，28天抗压强度从20.50MPa提升至28.97MPa，升幅为41.3％，透水系数从0.15cm/s变成0.09cm/s。该再生透水砖能在模拟日光条件下(其中254nm、290nm、365nm和420nm的光强分别为4.0～4.5、1.2～1.6、16～19和160～170μW/cm2)光催化氧化连续通过浓度为30ppm的二氧化氮气体，其光催化效率达到67.2％，连续反应7.5小时后，光催化效率仍达到32.1％。
综上，本发明的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，抗折强度和抗压强度高，透水性和保水性好，并具有吸收汽车尾气的作用。用该种透水砖铺设的路面可以及时排放雨水，避免街道积水，有利于车辆通行、行人行走，同时使得城市的地下水得到有效的补充，避免城市因为地下水位下降而下陷。另外，停雨之后，再生透水砖中的水分蒸发，有效地调节了城市的温度和湿度，降低了热岛效应，促进城市水循环体系，净化城市空气中的汽车尾气，有利于建设可持续发展的环保城市。解决了建筑垃圾在处理填埋过程中需要大量土地资源、影响市容市貌造成二次污染等难题，有效地保护了环境，节约了土地资源，又使得建筑垃圾得到了95％以上的高效资源化利用。生产工艺相对简单，无污染物排放，符合国家绿色发展要求。
以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种自负载纳米TiO2改性再生透水砖，其特征在于它的组分及其质量分数如下：
纳米TiO2浆液 1％～3％；
聚丙烯纤维 0.01％～0.05％；
再生骨料 40～60％；
减水剂 0.1％～0.5％；
普通硅酸盐水泥 15～20％；
粉煤灰 2％～4％；
其余为水，上述组分之和为100％。
2.根据权利要求1所述的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，其特征在于所述的纳米TiO2浆液使用减水剂将纳米TiO2分散在水中，含固量为5％。
3.根据权利要求1所述的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，其特征在于所述的纳米TiO2浆液中纳米TiO2颗粒锐钛矿型和金红石型的质量分别占75％和25％。
4.根据权利要求1所述的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，其特征在于所述的聚丙烯纤维的长度为6mm。
5.根据权利要求1所述的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，其特征在于所述的再生骨料为废弃混凝土破碎所得骨料，且经过纳米TiO2浆液均匀喷涂处理，粒径为4.75mm～9.5mm。
6.根据权利要求1所述的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，其特征在于所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率达到25％以上。
7.根据权利要求1所述的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，其特征在于所述的普通硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
8.根据权利要求1所述的自负载纳米TiO2改性再生透水砖，其特征在于所述的粉煤灰为符合粉煤灰国家标准的二级粉煤灰。
9.制备如权利要求1-8任一项所述的纳自负载纳米TiO2改性再生透水砖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按所述配比取各组分，将纳米TiO2浆液均匀喷涂在再生骨料上，形成一种自负载纳米光催化再生骨料；
2)将聚丙烯纤维、水、减水剂均匀混合，形成混合液体；
3)将步骤1)处理后的再生骨料、粉煤灰、水泥加入到搅拌机中，干拌混合均匀，得到干拌骨料；
4)将步骤2)中所得的混合液体加入搅拌机中，与干拌骨料混合，搅拌混合均匀，得到再生透水砖用料；
5)将所述再生透水砖用料，分两次均匀加入透水砖模具中，加压成型养护。
10.根据权利要求9所述的自负载纳米TiO2改性再生透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤5中所述的加压成型压力为3MPa，所述养护的条件为：温度20±2℃，湿度≥95％。
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