CN110627441A - 一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，由以下组份按一定质量组份制得：硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、高性能减水剂、聚丙烯纤维、亲水性纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、透明树脂、纳米颗粒增强发泡剂以及水。本发明通过引入纳米颗粒显著提升了硬化硅酸盐浆体的力学性能，以及泡沫的稳定性；通过引入透光材料，将自然光源引入泡沫混凝土自身内部，极大提升了泡沫混凝土对污染物降解效率；由于其具备透水功能，在雨水等作用下，能够清除孔壁吸附的污染物降解产物，增强了泡沫混凝土多次降解污染物的能力；且，生态泡沫混凝土可作为一种生态环保材料广泛应用于建筑墙体、道路路面、道路边坡等，具有很强的实用性和广泛地适用性。

Description

一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土及制备方法

技术领域

本发明涉及一种透光生态泡沫混凝土，具体涉及一种纳米颗粒增强透光生 态泡沫混凝土及制备方法，属于建筑材料和基础建设工程技术领域。

背景技术

我国正处于经济高速发展过程中，伴随而来的雾霾等空气环境污染问题正 引起社会的广泛关注。在基础设施建设领域，低碳环保意识愈发强烈，利用建 筑材料来有效来降低建筑物和基础设施的环境负载已经成为技术开发与应用的 热点技术之一。

泡沫混凝土是一种多孔水泥基材料，具有容重轻、保温隔热，孔隙率高等 一系列优点，广泛应用于墙体保温、路面回填和边坡防护等工程。在混凝土中 添加具有光催化效果的纳米二氧化钛，可以利用光催化材料在光照条件下对空 气中氮氧化物的降解功能，赋予混凝土一定的生态净化功能。然而普通混凝土 的光催化作用，仅存在于光和空气与混凝土的接触面，即混凝土的表层，混凝 土整体的生态净化效率不高。

为了增大光与混凝土材料的接触，具有多孔性质的泡沫混凝土得到了关注。 目前的研究中，光能够在普通泡沫混凝土孔壁散射下向内部扩散，但仅仅利用 孔壁的散射光，引入的光照深度和内部光照强度十分有限，限制了泡沫混凝土 整体上生态净化功能的发挥。且，在高孔隙率状态下，泡沫的稳定性较差，加 之硅酸盐浆体用量有一定限度，使得泡沫混凝土硬化后的长期稳定性和后期强 度无法得到有效保证。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可有效提升生态净化 功能和硬化后长期稳定性的纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土及制备方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，包括以下质量组份：

硅酸盐水泥60～80份，硅灰0～15份，粉煤灰0～20份，减水剂0.2～1份， 聚丙烯纤维0.1～0.6份，亲水性纳米二氧化硅1～5份，纳米二氧化钛2～10份， 树脂5～15份，纳米颗粒增强发泡剂0.5～1.5份，水20～50份。

上述硅灰的粒径为0.1～1μm；聚丙烯纤维的长度为8～25mm，直径为15～40 μm；

亲水性纳米二氧化硅的粒径为20～100nm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛型， 粒径为10～100nm。

上述减水剂为聚羧酸系减水剂，树脂包括不饱和聚酯树脂。

上述硅酸盐水泥的强度等级为52.5；粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰。

上述纳米颗粒增强发泡剂，包括以下质量组份：

疏水性纳米二氧化硅0.2～10份，氢氧化钠或氢氧化钾0.02～0.8份，聚乙二 醇单甲醚0.1～10份，表面活性剂1～6份，稳泡剂0.1～1份，去离子水90～98份。

进一步的，上述表面活性剂为椰油酰胺丙基甜菜碱或月桂基丙基甜菜碱， 稳泡剂为蛋白质类稳泡剂。

进一步的，上述疏水性纳米二氧化硅的粒径为20～100nm；聚乙二醇单甲醚 的数均分子量为1000～3000。

上述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备纳米颗粒增强发泡剂：

按质量组份，将氢氧化钠或氢氧化钾、聚乙二醇单甲醚和去离子水搅拌均 匀制得混合溶液，再加入疏水性纳米二氧化硅得到悬浮液，超声处理分散悬浮 液后，再加入表面活性剂和稳泡剂，加热至一定温度，搅拌，制得纳米颗粒增 强发泡剂；

S2、制备高强硅酸盐泡沫浆体：

按质量组份，将硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、高性能减水剂、聚丙烯纤维、 亲水型纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和水混合搅拌，制得高强硅酸盐浆体；

再加入纳米颗粒增强发泡剂后，搅拌，制得高强硅酸盐泡沫浆体；

S3、将树脂在成型模具中预先排列好，将制得的高强硅酸盐泡沫浆体浇筑 至模具中，在振动台上振动，振动结束后，养护脱模；

S4、脱模后，再置于一定温度和湿度下养护，制得透光生态泡沫混凝土。

上述步骤S1中的超声处理时间为10～20分钟，加热温度为40℃～60℃，搅 拌时间为0.5～4小时。

上述步骤S3中的振动时间为3～6分钟，振动频率为100～200次/分钟，振 动结束后，在常温下养护1天；

所述步骤S4的养护，温度为18～25℃，湿度大于95％，养护时间为15～30 天。

本发明的有益之处在于：

本发明的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，

(1)、通过加入透光材料，能够将光引入生态泡沫混凝土内部，加强了纳 米二氧化钛光催化效应，提升了材料整体上对污染物降解效率，配合高孔隙率 网络，在外界雨水等作用下，能够清除孔壁吸附的污染物降解产物，增强了泡 沫混凝土多次降解污染物的能力；

(2)、通过疏水型纳米粒子配伍化学发泡组分，提升了泡沫渗透粘滞阻力， 制得的泡沫尺寸均匀，且稳定性极高，当和硅酸盐浆体混合硬化后，能够形成 良好的孔隙结构和孔隙网络；

(3)、通过混合掺入的纳米粒子，发挥其晶核效应和火山灰效应等，能够 改善水化产物界面性能，提升了硅酸盐浆体的力学性能，制得的高强硅酸盐浆 体与高稳定泡沫能形成良好的匹配效应。

本发明有效提升了泡沫混凝土的生态净化功能和硬化后的长期稳定性，可 作为一种生态环保材料，广泛应用于建筑墙体、道路路面、道路边坡等，具有 很强的实用性和广泛地适用性。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明的原料均为市购。

一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，由以下质量组份组成：

硅酸盐水泥60～80份，强度等级为52.5；

硅灰0～15份，粒径为0.1～1μm；

粉煤灰0～20份，包括I级粉煤灰或II级粉煤灰；

减水剂0.2～1份，包括聚羧酸系减水剂；

聚丙烯纤维0.1～0.6份，长度为8～25mm，直径为15～40μm；

亲水性纳米二氧化硅1～5份，粒径为20～100nm；

纳米二氧化钛2～10份，晶型为锐钛型，粒径为10～100nm；

树脂5～15份，包括不饱和聚酯树脂；

水20～50份；

纳米颗粒增强发泡剂0.5～1.5份。

其中，纳米颗粒增强发泡剂，由以下质量组份组成：

疏水性纳米二氧化硅0.2～10份，粒径为20～100nm；

氢氧化钠或氢氧化钾0.02～0.8份，

聚乙二醇单甲醚0.1～10份，数均分子量为1000～3000；

表面活性剂1～6份，包括椰油酰胺丙基甜菜碱或月桂基丙基甜菜碱；

稳泡剂0.1～1份，包括蛋白质类稳泡剂；

去离子水90～98份。

纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备纳米颗粒增强发泡剂：

按质量组份，将氢氧化钠或氢氧化钾、聚乙二醇单甲醚和去离子水搅拌均 匀制得混合溶液，再加入疏水性纳米二氧化硅得到悬浮液；

将悬浮液在超声波分散器中处理10～20分钟，使得纳米粒子分散均匀，再 加入表面活性剂和稳泡剂，加热至40℃～60℃，机械搅拌0.5～4小时，制得纳米 颗粒增强发泡剂；

S2、制备高强硅酸盐泡沫浆体：

按质量组份，将硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、高性能减水剂、聚丙烯纤维、 亲水型纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和水混合搅拌，制得高强硅酸盐浆体；

再加入纳米颗粒增强发泡剂后，搅拌3～5分钟，制得高强硅酸盐泡沫浆体；

S3、将树脂在成型模具中预先排列好，将制得的高强硅酸盐泡沫浆体浇筑 至模具中，在振动台上振动3～6分钟，振动频率为100～200次/分钟，振动结束 后，在常温下养护1天后脱模；

S4、脱模后，放置在温度18～25℃和湿度大于95％的环境下，养护15～30 天，制得透光生态泡沫混凝土。

实施例1、2：

实施例1：

硅灰粒径为100μm；粉煤灰为I级粉煤灰；聚丙烯纤维其长度为20mm， 直径为30μm；亲水型纳米二氧化硅其粒径为30nm；纳米二氧化钛的晶型为锐 钛型，粒径为20nm。

疏水性纳米二氧化硅的粒径为30nm；聚乙二醇单甲醚的数均分子量为 2000；表面活性剂为月桂基丙基甜菜碱。

实施例2：

硅灰粒径为200μm；粉煤灰为II级粉煤灰；聚丙烯纤维其长度为25mm， 直径为30μm；亲水型纳米二氧化硅的粒径为30nm；纳米二氧化钛的晶型为锐 钛型，粒径为30nm。

疏水性纳米二氧化硅的粒径为20～100nm；聚乙二醇单甲醚的数均分子量为2000；表面活性剂为椰油酰胺丙基甜菜碱。

实施例1制得的纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土的渗透系数为1.82mm/s, 28天抗压强度为2.3Mpa，最大污染物浓度TN去除率达38％。

实施例2制得的纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土的渗透系数为1.55mm/s， 28天抗压强度为2.5Mpa，最大污染物浓度TN去除率达31％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人 员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变 换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，其特征在于，包括以下质量组份：

硅酸盐水泥60~80份，硅灰0~15份，粉煤灰0~20份，减水剂0.2~1份，聚丙烯纤维0.1~0.6份，亲水性纳米二氧化硅1~5份，纳米二氧化钛2~10份，树脂5~15份，纳米颗粒增强发泡剂0.5~1.5份，水20~50份。

2.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，其特征在于，

所述硅灰的粒径为0.1~1μm；聚丙烯纤维的长度为8~25mm，直径为15~40μm；

亲水性纳米二氧化硅的粒径为20~100nm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛型，粒径为10~100nm。

3.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，树脂包括不饱和聚酯树脂。

4.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥的强度等级为52.5；粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰。

5.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，其特征在于，所述纳米颗粒增强发泡剂，包括以下质量组份：

疏水性纳米二氧化硅0.2~10份，氢氧化钠或氢氧化钾0.02~0.8份，聚乙二醇单甲醚0.1~10份，表面活性剂1~6份，稳泡剂0.1~1份，去离子水90~98份。

6.根据权利要求5所述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，其特征在于，所述表面活性剂为椰油酰胺丙基甜菜碱或月桂基丙基甜菜碱，稳泡剂为蛋白质类稳泡剂。

7.根据权利要求5所述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土，其特征在于，所述疏水性纳米二氧化硅的粒径为20~100nm；聚乙二醇单甲醚的数均分子量为1000~3000。

8.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备纳米颗粒增强发泡剂：

按质量组份，将氢氧化钠或氢氧化钾、聚乙二醇单甲醚和去离子水搅拌均匀制得混合溶液，再加入疏水性纳米二氧化硅得到悬浮液，超声处理分散悬浮液后，再加入表面活性剂和稳泡剂，加热至一定温度，搅拌，制得纳米颗粒增强发泡剂；

S2、制备高强硅酸盐泡沫浆体：

按质量组份，将硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、高性能减水剂、聚丙烯纤维、亲水型纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和水混合搅拌，制得高强硅酸盐浆体；

再加入纳米颗粒增强发泡剂后，搅拌，制得高强硅酸盐泡沫浆体；

S3、将树脂在成型模具中预先排列好，将制得的高强硅酸盐泡沫浆体浇筑至模具中，在振动台上振动，振动结束后，养护脱模；

S4、脱模后，再置于一定温度和湿度下养护，制得透光生态泡沫混凝土。

9.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的超声处理时间为10~20分钟，加热温度为40℃~60℃，搅拌时间为0.5~4小时。

10.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强透光生态泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的振动时间为3~6分钟，振动频率为100~200次/分钟，振动结束后，在常温下养护1天；

所述步骤S4的养护，温度为18~25℃，湿度大于95%，养护时间为15~30天。