CN110317024A - 一种光催化混凝土轻质隔音墙及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光催化混凝土轻质隔音墙及其制备方法，包括钢筋混凝土结构层和自洁净吸音层。其中，自洁净吸音层采用基于氮掺杂TiO2水泥浆料和竹木纤维等混合而成，按质量份计其组分包括：硅酸盐水泥18.6～29.5份、氮掺杂TiO2粉体3.0～8.5份、竹质和木质混合纤维25.5～40.8份、砂25.6～30.8份、外加剂0.5～1.5份、水10～20份；钢筋混凝土层包括：硅酸盐水泥15.6～25.5份、石骨料30.4～50.8份，砂20.7～25.8份，水6.8～9.1份，钢筋0.5～2.7份，外加剂0.5～2.0份。本发明的隔音墙相比于现有隔音墙而言，兼具有众多优点：隔音效果佳，可降噪10dB以上，具备自洁净功能，且兼具养护时间短、生产成本低、自重轻运输便捷，在同样厚度下比普通混凝土墙轻30％～40％；可广泛用于建筑非承重墙体、高速公路、赛车场、医院、学校等场所。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料工程技术领域，具体涉及一种光催化混凝土轻质隔音墙及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，环境污染问题已成为人类密切关注的主要问题之一。如交通沿线的噪音污染，以及汽车尾气等排放造成的大气污染等已成为行业内高度重视的技术研究领域。现有的隔音墙(声屏障)均为金属、塑料、玻璃钢等制造的，不耐腐蚀，易老化，寿命短且成本高，隔音效果差，没有自洁净功能，且往往自重大运输成本高，存有较大的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光催化混凝土轻质隔音墙。该隔音墙绿色环保、新颖轻质、成本低，可大批量预制，且具有较强的吸音降噪作用；同时，可有效地分解混凝土表面的污染物质，吸收空气中特别是汽车排放的大气污染物，具备良好的自洁净功能。
本发明采用如下技术方案实现：
一种光催化混凝土轻质隔音墙，包括钢筋混凝土结构层和粘结于钢筋混凝土结构层表面的自洁净吸音层，所述的自洁净吸音层是由包含氮掺杂TiO2的水泥浆料和竹木纤维混合制成。
其中，所述的自洁净吸音层按质量份计包括如下组分：硅酸盐水泥18.6～29.5份、砂25.6～30.8份、外加剂0.5～1.5份、水10～20份，氮掺杂TiO2粉体3.0～8.5份、竹质和木质混合纤维25.5～40.8份。
所述的钢筋混凝土结构层由下述质量份的各组分混合而成：硅酸盐水泥15.6～25.5份、石骨料30.4～50.8份，砂20.7～25.8份，钢筋0.5～2.7份，外加剂0.5～2.0份，水6.8～9.1份。
上述技术方案中，进一步的，所述的钢筋混凝土结构层与自洁净吸音层的厚度比为1:1～2。隔音墙不仅仅要满足隔音的需求，同时还需要考虑其强度以满足实际使用需求，当采用该比例时，所得到的隔音墙的强度和隔音的综合效果能达到最佳。
进一步的，所述的竹质和木质混合纤维中竹质纤维与木质纤维的质量比为0.825:0.175。所述的竹质和木质混合纤维(也称为会呼吸的纤维)与砂浆、氮掺杂的TiO2粉体、外加剂，按比例混合可形成多孔腔墙体，吸音能力和自洁净效果极佳，经检测，可以吸收噪音10dB以上，降解氮氧化物浓度可达65％左右。
进一步的，所述的钢筋采用网状钢筋。
进一步的，所述的外加剂是在搅拌竹质和木质混合纤维与氮掺杂的TiO2粉体、砂浆的过程中加入，能显著改善竹质和木质混合纤维与氮掺杂的TiO2粉体、砂浆之间的粘结效果。该墙体具有投资少、见效快、产品寿命长、技术经济效益高等特点。所述的外加剂为常规的混凝土外加剂，是现成的产品，可参见《混凝土外加剂分类、命名与术语》(GB/T8075—2017)，市场采购比较方便，可以优选为早强型普通减水剂以及粘度改性剂的混合。
进一步的，所述的自洁净吸音层表面还设有吸音的特殊结构，即在吸音层表面设有若干U型槽，这些U型槽结构可有效增加吸收噪音声波的墙面面积，同时，可使噪音声波入射进入U型槽后，迴转盘绕，从而较大地提高降噪效果，而且比表面积的增加可以有效提高自洁净功能。这种U型槽结构相对比于普通的平面结构，具有更佳的吸音效果和高效的自洁净功能，经检测可提高降噪10％～15％，对氮氧化物等有害气体的降解效果提高5％～10％。
此外，本发明所述的隔音墙制备工艺如下：
首先在模具中灌浇由竹质和木质混合纤维与砂、硅酸盐水泥、氮掺杂TiO2粉体、外加剂按自洁净吸音层的比例混合加水搅拌均匀的原料；然后，紧接着铺设钢筋，再灌浇预先由硅酸盐水泥、石骨料、砂、外加剂和水按比例混合搅拌均匀的混凝土，使钢筋混凝土层与自洁净层有机地粘结在一起，达到一次成型，二层同时凝固的目的，不需要高温高压等复杂处理，该制备工艺简明，节约成本；最后送入恒温恒湿立体库中，经24小时的养护再脱模，使隔音墙具有耐腐蚀，抗晒抗冻，寿命长的优点。这样设计的复合结构，一方面：可有效减小TiO2的禁带宽度，提高对可见光的响应波长和光催化性能，光催化性能有了很大提升，具备了良好的自洁净功能；另一方面：吸音降噪作用明显，可降噪10dB以上，且由于采用竹质和木质混合纤维,比普通混凝土轻30％～40％。
本发明的有益效果是：
本发明的隔音墙中的自洁净吸音层一方面是利用竹质和木质混合纤维的疏松多孔、孔隙率较大的特点，另一方面采用基于竹质和木质纤维、砂浆和氮掺杂TiO2粉体等按比例混合制得吸音层，形成的为多孔腔体结构；这种吸音层不仅能更好的吸收噪音，还可以使氮掺杂TiO2粉体更好的分散于整个吸音层中，作为隔音墙用在公路两侧或者建筑外墙时往往会长时暴露于阳光及高浓度污染气体之下，采用该隔音墙可以在降低噪音的同时极大的降解空气中的污染物浓度，例如氮氧化物，挥发性有机物(VOCs)浓度等。结合可同时起到支撑和隔音作用的钢筋混凝土结构，抗风载荷能力强，同时隔音效果较佳。通过二层结构有机的粘结在一起，达到一次成型，二层同时凝固的目的。且相对于传统隔音墙的制备，本发明只需要24小时养护，养护时长可大大缩短，隔音墙可耐腐蚀，抗晒抗冻，寿命长，保证使用十五年。
本发明通过将二层结构进行复合，一方面：利用氮掺杂减小TiO2的禁带宽度，提高对可见光的响应范围和光催化效率，整个分散于吸音层中，不怕剥离脱落，使得整个吸音层的光催化性能有了很大提升，具备了良好的自洁净功能；另一方面：吸音降噪作用明显，可降噪10dB以上。此外，由于整个隔音墙采用竹质和木质混合纤维,比同厚度普通混凝土墙轻30％～40％。同时要说明的，速生的竹子在我国资源丰富，开发利用这一资源，适合国家的产业政策，绿色，环保，价廉物美，发展潜力大，竞争力强。
本产品相比于现有隔音墙而言，兼具有众多优点：隔音效果佳，具备自洁净功能，且兼具养护时间短、生产成本低、自重轻运输便捷，可广泛用于建筑非承重墙体、高速公路、铁路两侧、赛车场、医院、学校等场所。
附图说明
图1是本发明的一种隔音墙的侧视结构、表面结构、及表面放大示意图。
图中：①自洁净吸音层，②钢筋混凝土结构层。
具体实施方式
将本发明的自洁净隔音墙适用于噪声敏感及空气污染严重的建筑物集中区域的高速公路、城市高架、或轻轨道路，有显著的隔音降噪、降解有害气体的作用。且该自洁净隔音墙所需养护时间短，自重轻，成本低，可以完全替代现有隔音墙。
下面结合具体实例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
按质量份计，
自洁净吸音层包括如下组分：硅酸盐水泥20.6份、砂25.6份、外加剂0.8份、水11份，氮掺杂TiO2粉体3.0份、竹质和木质混合纤维30.5份。
钢筋混凝土结构层包括如下组分：硅酸盐水泥15.6份、石骨料45.8份，砂23.6份，钢筋2份，外加剂1.2份，水8.5份。
在表面具有U型槽结构的模具中灌浇第1层：由竹质和木质混合纤维与砂、氮掺杂TiO2粉体、外加剂、硅酸盐水泥按上述自洁净吸音层比例混合加水搅拌均匀的原料；然后，铺设钢筋，再灌浇预先由硅酸盐水泥和石骨料、砂、外加剂按钢筋混凝土结构层比例混合并加水搅拌均匀的混凝土，使混凝土层与竹木层有机地粘结在一起，达到一次成型，二层同时凝固的目的，最后送入恒温恒湿立体库中，经24小时的养护；脱模，制得隔音墙。
其中，钢筋混凝土结构层与自洁净吸音层厚度比为1:1.5
该隔音墙设置在高速公路的两侧，能使高速公路80dB的噪声降至66dB左右，能够有效降解汽车尾气，氮氧化物的光催化降解率达到61％，对消除空气中的污染物及第二大公害噪声有很大的积极作用。
实施例2
按质量份计，
自洁净吸音层包括如下组分：硅酸盐水泥19.6份、砂22.6份、外加剂0.9份、水11份，氮掺杂TiO2粉体5.0份、竹质和木质混合纤维31.5份。
钢筋混凝土结构层包括如下组分：硅酸盐水泥15.6份、石骨料45.8份，砂23.6份，钢筋2份，外加剂1.2份，水8.5份。
在表面具有U型槽结构的模具中灌浇第1层：由竹质和木质混合纤维与砂、氮掺杂TiO2粉体、外加剂、硅酸盐水泥按自洁净吸音层比例混合加水搅拌均匀的原料；然后，紧接着铺设钢筋，再灌浇预先由硅酸盐水泥和石骨料、砂、外加剂按钢筋混凝土结构层比例混合并加水搅拌均匀的混凝土，使混凝土层与竹木层有机地粘结在一起，达到一次成型，二层同时凝固的目的，最后送入恒温恒湿立体库中，经24小时的养护；脱模，制得隔音墙。
其中，钢筋混凝土结构层与自洁净吸音层厚度比为1:1.8。
将该隔音墙用于赛车场四周，也具有很好的降噪效果。因为赛车场里的汽车均是大功率、高速的，引起很多粉尘污染物，噪声在100dB左右，且排放出的大量汽车尾气，对居民的健康生活影响很大。有了这套自洁净隔音降噪的系统屏障，据测试，可以降至85dB左右，且氮氧化物等有害气体的降解率达65％。这样，对赛车场周围居民的休息睡眠和身体健康有很大好处。
实施例3
按质量份计，
自洁净吸音层包括如下组分：硅酸盐水泥20.6份、砂21.6份、外加剂1.0份、水12份，氮掺杂TiO2粉体5.0份、竹质和木质混合纤维32.5份。
钢筋混凝土结构层包括如下组分：硅酸盐水泥15.6份、石骨料45.8份，砂23.6份，钢筋2份，外加剂1.2份，水8.5份。
在表面具有U型槽结构的模具、和表面为平面结构的模具中分别灌浇第1层：由竹质和木质混合纤维与砂、氮掺杂TiO2粉体、外加剂、硅酸盐水泥按自洁净吸音层比例混合加水搅拌均匀的原料；然后，铺设钢筋，再灌浇预先由硅酸盐水泥和石骨料、砂、外加剂按钢筋混凝土结构层比例混合并加水搅拌均匀的混凝土，使混凝土层与竹木层有机地粘结在一起，达到一次成型，二层同时凝固的目的，最后送入恒温恒湿立体库中，经24小时的养护；脱模，制得隔音墙。
其中，钢筋混凝土结构层与自洁净吸音层厚度比为1:1.8。
将两种隔音墙用于学校四周，都具有隔音效果，学校周边白天的噪音为60分贝左右，对学校的学习环境影响很大，在使用带U型槽结构和平面结构的隔音墙后，据测试，噪音分别降至47分贝左右和55分贝左右，并且降解氮氧化物效率分别为65％和58％。明显U型槽结构降噪和自洁净效果显著，此外平面结构的隔音墙耗材多，自重大，成本也相对更高。
实施例4
按质量份计，自洁净吸音层和钢筋混凝土结构层原料组成如下：
在表面具有U型槽结构的模具中灌浇第1层：由竹质和木质混合纤维与砂、氮掺杂TiO2粉体、外加剂、硅酸盐水泥按自洁净吸音层比例混合加水搅拌均匀的原料；然后，铺设钢筋，再灌浇预先由硅酸盐水泥和石骨料、砂、外加剂按钢筋混凝土结构层比例混合并加水搅拌均匀的混凝土，使混凝土层与自洁净吸音层有机地粘结在一起，达到一次成型，二层同时凝固的目的，最后送入恒温恒湿立体库中，经24小时的养护；脱模，制得隔音墙A。
另外，在同样的其他条件下，第1层改为全灌浇砂浆，无竹质和木质混合纤维添加，制得隔音墙B。
将两种隔音墙用于某医院四周，都具有隔音效果，医院周边白天噪音为55分贝左右，对医院的医生和病人影响较大，据测试，噪音分别降至43分贝左右(A隔音墙)和49分贝左右(B隔音墙)，并且降解氮氧化物的效率分别可达65％和51％左右。由此可见，明显A隔音墙发的隔音和自洁净效果好，此外，B隔音墙自重量大，运输成本较高，其经济效益差。
实施例4
按质量份计，自洁净吸音层和钢筋混凝土结构层原料组成如下：
在表面具有U型槽结构的模具中灌浇第1层：由竹质和木质混合纤维与砂、氮掺杂TiO2、外加剂、硅酸盐水泥按上述自洁净吸音层比例混合加水搅拌均匀的原料；然后，铺设钢筋，再灌浇预先由硅酸盐水泥和石骨料、砂、外加剂按钢筋混凝土结构层比例混合并加水搅拌均匀的混凝土，使混凝土层与竹木层有机地粘结在一起，达到一次成型，二层同时凝固的目的，最后送入恒温恒湿立体库中，经24小时的养护；脱模，制得隔音墙A。
另外，在同样的其他条件下，第1层改为添加无光催化剂氮掺杂TiO2粉体，制得隔音墙B。
同样将两种隔音墙用于某医院四周，都具有隔音效果，医院周边白天噪音为55分贝左右，据测试，噪音分别降至43分贝左右(A隔音墙)和41.5分贝左右(B隔音墙)，并且降解氮氧化物的效率分别可达65％和0％左右。由此可见，A隔音墙和B隔音墙都具有很好的隔音效果，但是B隔音墙没有自洁净功能。
以上技术方案是优选实施方式，并非对本发明技术方案的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，做出的变形应视为属于本发明保护范围。
Claims (9)
1.一种光催化混凝土轻质隔音墙，其特征在于，包括钢筋混凝土结构层和粘结于钢筋混凝土结构层表面的自洁净吸音层，其中，
所述的自洁净吸音层是由下述质量份的各组分混合而成：硅酸盐水泥18.6～29.5份、砂25.6～30.8份、外加剂0.5～1.5份、水10～20份，氮掺杂TiO2粉体3.0～8.5份、竹质和木质混合纤维25.5～40.8份；
所述的钢筋混凝土结构层是由下述质量份的各组分混合而成：硅酸盐水泥15.6～25.5份、石骨料30.4～50.8份、砂20.7～25.8份、钢筋0.5～2.7份、外加剂0.5～2.0份、水6.8～9.1份。
2.根据权利要求1所述的光催化混凝土轻质隔音墙，其特征在于，所述的钢筋混凝土结构层与自洁净吸音层的厚度比为1:1～2。
3.根据权利要求1所述的光催化混凝土轻质隔音墙，其特征在于，所述的氮掺杂TiO2粉体通过下述方式制备获得：以尿素为氮源与P25粉体混合均匀，其尿素中的氮与P25粉体中的钛质量比为1:2～8；之后以5000～8000r/min的转速球磨处理1～3h，再在400～900℃下焙烧2～5h，经冷却研磨后得到氮掺杂的TiO2粉体。
4.根据权利要求1所述的光催化混凝土轻质隔音墙，其特征在于，所述的竹质和木质混合纤维中竹质纤维与木质纤维的质量比为0.825:0.175。
5.根据权利要求1所述的光催化混凝土轻质隔音墙，其特征在于，所述的外加剂为常规的混凝土外加剂。
6.根据权利要求5所述的光催化混凝土轻质隔音墙，其特征在于，所述的外加剂为早强型减水剂和粘度改性剂的混合剂。
7.根据权利要求1所述的光催化混凝土轻质隔音墙，其特征在于，所述的钢筋为网状结构的钢筋。
8.根据权利要求1所述的光催化混凝土轻质隔音墙，其特征在于，在自洁净吸音层表面设有若干U型槽。
9.制备如权利要求1所述的光催化混凝土轻质隔音墙的方法，其特征在于，工艺如下：
(1)按所述比例称量各原料组分；
(2)按照钢筋混凝土结构层的原料配比将硅酸盐水泥、砂、石骨料、外加剂和水混合，按混凝土生产规范制备得到新拌混凝土，待用；
(3)按照自洁净吸音层的原料配比将硅酸盐水泥与新制的氮掺杂TiO2粉体在球磨机中混合1～2h后，再将球磨后的混合物加入到搅拌机与竹质和木质混合纤维、砂、外加剂和水混合搅拌2～3min，制备得到自洁净吸音层原料，待用；
(4)再将上述自洁净吸音层原料灌浇到模具中，铺设钢筋，再灌浇预先制备的新拌混凝土，使钢筋混凝土层与自洁净吸音层有机地粘结在一起，达到一次成型，二层同时凝固的目的；
(5)最后在恒温恒湿的环境中养护24小时，脱模，制得光催化混凝土轻质隔音墙。
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