CN111892357B

CN111892357B - 一种白色自清洁混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN111892357B
Application number: CN202010819498.XA
Authority: CN
Inventors: 孙军; 曹长伟; 夏京亮; 赵聪明; 周永祥; 张璐; 关青锋; 卞佳; 张鹏飞
Original assignee: China Road and Bridge Corp
Current assignee: China Road and Bridge Corp
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2040-08-14
Also published as: CN111892357A

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种混凝土，具体涉及一种白色自清洁混凝土及其制备方法。其技术要点如下：按照重量份数计算，包括如下组分：白色硅酸盐水泥70~100份，白色矿粉10~30份，白色石灰石粉10~30份，偏高岭土5~15份，钛白粉5~10份，河砂100~200份，浅色骨料120~150份，水35~50份，减水剂1~3份，缓凝剂0.2~0.5份和模板剂5~10份。本发明提供的白色自清洁混凝土及其制备方法，通过表面防护，降低混凝土碳化，同时通过添加超疏水物质和混凝土表面质构使得混凝土表面疏水，同时添加光催化剂降解污染物，在雨水冲刷下实现自清洁。

Description

一种白色自清洁混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种混凝土，具体涉及一种白色自清洁混凝土及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对于建筑的要求不只限于基本使用功能，对于美观、装饰等方面的要求愈来愈高，白色清水混凝土以其独特的外观效果受到人们的青睐，目前白色清水混凝土建筑越来越多，如成都来福士广场、上海金山现代农业园、阿尔及利亚东方商业广场项目、孟加拉Gulshan社区清真寺、波尔图文化剧院、科特迪瓦亚穆苏克罗和平圣母大教堂等，白色清水混凝土用量呈现明显增长趋势。

白色混凝土美观，装饰效果好，然而在使用中容易因为混凝土碳化使得颜色变深，同时容易受到外界空气或者雨水中的物质污染，从而失去装饰效果。

有鉴于上述现有的白色混凝土中存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种白色自清洁混凝土及其制备方法，通过表面防护，降低混凝土碳化，同时通过添加超疏水物质和混凝土表面质构使得混凝土表面疏水，同时添加光催化剂降解污染物，在雨水冲刷下实现自清洁。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种白色自清洁混凝土，具有防碳化、自清洁的优点，具有产业价值。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种白色自清洁混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：白色硅酸盐水泥70～100份，白色矿粉10～30份，白色石灰石粉10～30份，偏高岭土5～15份，钛白粉5～10份，河砂100～200份，浅色骨料120～150份，水35～50份，减水剂1～3份，缓凝剂0.2～0.5份和模板剂5～10份。模板剂的加入，能够在混凝土水化过程中受热分解，形成气体，以小气泡的形式逸出，混凝土固化后，在混凝土表面形成100nm左右的凸起，这些凸起之间充满了纳米级的空气，形成一层空气膜，能够隔绝水滴的侵入，达到防水的目的；当灰尘落到混凝土表面时，也会被凸起挡在空气膜外，雨水冲刷后，灰尘等颗粒被雨水带走，达到混凝土自清洁的目的。

进一步的，模板剂是氯化铵与碘乙酰胺或碳酸氢铵中的任意一种的混合物。白色混凝土水化和固化过程中会释放出大量的热，使混凝土体系温度升高到80℃左右，在这个温度下，碳酸氢铵分解出氨气，达到上述目的，碘乙酰胺见光分解出氨气，也能够达到上述目的；而氯化铵此时部分分解，同样达到上述目的，且白色硅酸盐水泥与普通水泥相比，开始水化反应早，水化速度快，水化放热速率高，导致混凝土内部与外部产生较大的温度梯度，产生较大温度应力，从而产生温度裂缝，氯化铵溶于水后，吸热，延缓白色硅酸盐水泥的放热速率，降低混凝土内部与外部的温度梯度，进而防止白色硅酸盐水泥的早期开裂。

进一步的，氯化铵与碳酸氢铵或碘乙酰胺的重量比为5：(4～6)。

进一步的，按照重量份数计算，还包括含有亲水基团的聚硅氮烷10～20份。聚硅氮烷虽然是具有亲水基团，但却不溶于水，聚硅氮烷的亲水基团能够与水分子之间产生氢键，进而锁住水分子，在宏观上使小水滴迅速聚集在凸起上，进而通过重力作用自行离开混凝土表面，达到自清洁的目的。

进一步的，聚硅氮烷是全氢聚硅氮烷或无机聚硅氮烷。全氢聚硅氮烷和无机聚硅氮烷中能够阻止白色硅酸盐水泥中氢氧元素被夺取，进而阻止白色硅酸盐水泥的碳化，使白色硅酸盐水泥保持白色。

进一步的，按照重量份数计算，还包括引气剂1～5份。

进一步的，引气剂是松香树脂类引气剂和硼砂的混合物。其中松香树脂类引气剂与硼砂的重量比为10:(1～2)，硼砂的加入同样能够阻止白色硅酸盐水泥的碳化，引气剂的加入使模板剂受热分解出的气体形成的气泡尺寸更为均匀，能够保证其形成直径为200nm左右的气泡，在固化后收缩为直径为100nm左右的凸起，起到更为有效的防水自清洁作用。

进一步的，按照质量份数计算，还包括光催化剂10～20份。在白色混凝土内部加入光催化剂，对混凝土表面残留的污染物进行光催化降解为小分子，随雨水冲刷离开白色混凝土表面，进一步提高自清洁的效果。

进一步的，光催化剂包括氢氧化镁、蝴蝶鳞粉和氮化硼改性二氧化钛颗粒。蝴蝶鳞粉中含有几丁质，在光照条件下能够对有机物分子进行降解；同时含有碳原子数不等的烃类和高脂肪醇和高脂肪酸，在氢氧化镁的作用下，有效抑制白色硅酸盐水泥的碳化，且能够抑制有害气体的活性，减少有害气体对白色硅酸盐混凝土表面的腐蚀；氮化硼改性二氧化钛颗粒中，硼元素能够夺取有机物中的氮元素，对有机物分子进行快速分解，提高自清洁效率。

进一步的，光催化剂中氢氧化镁、蝴蝶鳞粉和氮化硼改性二氧化钛颗粒的重量比为1：(1～2)：(1～3)。

本发明的第二个目的是提供一种白色自清洁混凝土的制备方法，具有同样的效果。

本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：

本发明提供的一种白色自清洁混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：

S1.将白色硅酸盐水泥70～100份，白色矿粉10～30份，白色石灰石粉10～30份，偏高岭土5～15份，钛白粉5～10份和水一起拌和，搅拌5～7h，得到混合物A；

S2.向混合物A中加入模板剂5～10份，搅拌1～3h得到混合物B；

S3.向混合物B中加入河砂100～200份，浅色骨料120～150份，水35～50份，减水剂1～3份，缓凝剂0.2～0.5份，持续搅拌得到白色自清洁混凝土。

作为上述技术方案的优选，包括以下操作步骤：

S2.向混合物A中加入模板剂5～10份，搅拌1～3h，再加入聚硅氮烷5～10份，搅拌，得到混合物B；此时白色硅酸盐水泥的放热量最大，温度最高，加入模板剂不但能够抑制混凝土的早期开裂，还能够使模板剂迅速放出气体，形成气泡，在固化收缩后形成混凝土表面的凸起，进而达到疏水的目的。聚硅氮烷具有亲水基团，聚硅氮烷此时加入能够使水分子产生小范围聚集，避免混凝土的早期开裂。

S3.向混合物B中加入河砂100～200份，浅色骨料120～150份，水35～50份，减水剂1～3份，缓凝剂0.2～0.5份和引气剂1～5份，持续搅拌得到白色自清洁混凝土。

作为上述技术方案的优选，在步骤S3中，持续搅拌3～4h后加入光催化剂10～20份。此时的白色自清洁混凝土处于半固化的状态，将光催化剂此时加入，能够使光催化剂尤其是蝴蝶鳞粉固定在硅酸盐水泥的骨架中，防止流失，同时氢氧化镁能够通过膨胀抑制混凝土后期的收缩，防止开裂。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的白色自清洁混凝土及其制备方法，通过表面防护，降低混凝土碳化，同时通过添加超疏水物质和混凝土表面质构使得混凝土表面疏水，同时添加光催化剂降解污染物，在雨水冲刷下实现自清洁。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种白色自清洁混凝土及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1：一种白色自清洁混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：白色硅酸盐水泥100份，白色矿粉30份，白色石灰石粉30份，偏高岭土15份，钛白粉10份，河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份，氯化铵5份，碳酸氢铵5份。

其制备方法如下：

S1.将白色硅酸盐水泥100份，白色矿粉30份，白色石灰石粉30份，偏高岭土15份，钛白粉10份和水一起拌和，搅拌5～7h，得到混合物A；

S2.向混合物A中加入氯化铵5份，碳酸氢铵5份，搅拌1～3h得到混合物B；

S3.向混合物B中加入河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份，持续搅拌得到白色自清洁混凝土。

实施例2：一种白色自清洁混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：白色硅酸盐水泥100份，白色矿粉30份，白色石灰石粉30份，偏高岭土15份，钛白粉10份，河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份，氯化铵5份，碘乙酰胺5份，全氢聚硅氮烷10份，松香树脂类引气剂4份，硼砂1份。

其制备方法如下：

S2.向混合物A中加入氯化铵5份，碘乙酰胺5份，搅拌1～3h，再加入全氢聚硅氮烷10份，搅拌，得到混合物B；

S3.向混合物B中加入河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份和松香树脂类引气剂4份，硼砂1份，持续搅拌得到所述白色自清洁混凝土。

实施例3：一种白色自清洁混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：白色硅酸盐水泥100份，白色矿粉30份，白色石灰石粉30份，偏高岭土15份，钛白粉10份，河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份，氯化铵5份，碘乙酰胺5份，全氢聚硅氮烷10份，松香树脂类引气剂4份，硼砂1份，氢氧化镁3份，蝴蝶鳞粉3份，氮化硼改性二氧化钛颗粒4份。

其制备方法如下：

S3.向混合物B中加入河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份和松香树脂类引气剂4份，硼砂1份，持续搅拌3～4h后加入氢氧化镁3份，蝴蝶鳞粉3份，氮化硼改性二氧化钛颗粒4份，持续搅拌得到白色硅酸盐混凝土。

实施例4：一种白色自清洁混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：白色硅酸盐水泥100份，白色矿粉30份，白色石灰石粉30份，偏高岭土15份，钛白粉10份，河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份，氯化铵5份，碳酸氢铵5份，无机聚硅氮烷10份，松香树脂类引气剂4份，硼砂1份，氢氧化镁3份，蝴蝶鳞粉3份，氮化硼改性二氧化钛颗粒4份。

其制备方法如下：

S2.向混合物A中加入氯化铵5份，无机聚硅氮烷5份，搅拌1～3h，再加入全氢聚硅氮烷10份，搅拌，得到混合物B；

实施例5：一种白色自清洁混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：白色硅酸盐水泥100份，白色矿粉30份，白色石灰石粉30份，偏高岭土15份，钛白粉10份，河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份，氯化铵5份，碘乙酰胺5份，无机聚硅氮烷10份，松香树脂类引气剂4份，硼砂1份，氢氧化镁3份，蝴蝶鳞粉3份，氮化硼改性二氧化钛颗粒4份。

其制备方法如下：

对比实施例：一种白色自清洁混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：白色硅酸盐水泥100份，白色矿粉30份，白色石灰石粉30份，偏高岭土15份，钛白粉10份，河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份。

其制备方法如下：

S2.向混合物A中加入河砂200份，浅色骨料150份，水50份，减水剂3份，缓凝剂0.5份，持续搅拌得到白色自清洁混凝土。

将实施例1至实施例5及对比实施例进行试验，具体试验步骤如下：

(1)绝热温升，试验过程严格控制混凝土温度，是混凝土进入绝热温升测试桶温度在17℃左右。混凝土绝热温升采用中国建筑科学研究院ATC/JR-50L型混凝土绝热温升测试仪测定。

(2)采用接触角表征混凝土表面的疏水效果，试验方法参照标准《抗冻防水合金粉应用技术规程》T/CECS 521进行。

由上述测试结果可知，本发明降低了混凝土的绝热温升，使得温度开裂风险降低，接触角越大，混凝土疏水效果越好，自清洁越明显，本发明增大了混凝土接触角。由实施例2与实施例3对比可知，光催化剂的加入，进一步增大了接触角，提高了白色混凝土的自清洁性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种白色自清洁混凝土，其特征在于，按照重量份数计算，包括如下组分：白色硅酸盐水泥70~100份，白色矿粉10~30份，白色石灰石粉10~30份，偏高岭土5~15份，钛白粉5~10份，河砂100~200份，浅色骨料120~150份，水35~50份，减水剂1~3份，缓凝剂0.2~0.5份和模板剂5~10份；所述模板剂是氯化铵与碘乙酰胺或碳酸氢铵中的任意一种的混合物；还包括含有亲水基团且不溶于水的聚硅氮烷10~20份；且氯化铵与碳酸氢铵或碘乙酰胺的重量比为5：（4~6）。

2.根据权利要求1所述的一种白色自清洁混凝土，其特征在于，所述聚硅氮烷是全氢聚硅氮烷或无机聚硅氮烷。

3.根据权利要求1所述的一种白色自清洁混凝土，其特征在于，按照重量份数计算，还包括引气剂1~5份。

4.根据权利要求1所述的一种白色自清洁混凝土，其特征在于，按照质量份数计算，还包括光催化剂10~20份。

5.根据权利要求4所述的一种白色自清洁混凝土，其特征在于，所述光催化剂包括氢氧化镁、蝴蝶鳞粉和氮化硼改性二氧化钛颗粒。

6.根据权利要求1所述的一种白色自清洁混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

S1. 将白色硅酸盐水泥70~100份，白色矿粉10~30份，白色石灰石粉10~30份，偏高岭土5~15份，钛白粉5~10份和水一起拌和，搅拌5~7h，得到混合物A；

S2. 向所述混合物A中加入模板剂5~10份，搅拌1~3h得到混合物B；

S3. 向所述混合物B中加入河砂100~200份，浅色骨料120~150份，水35~50份，减水剂1~3份，缓凝剂0.2~0.5份，持续搅拌得到所述白色自清洁混凝土。

7.根据权利要求6所述的一种白色自清洁混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

S2. 向所述混合物A中加入模板剂5~10份，搅拌1~3h，再加入聚硅氮烷5~10份，搅拌，得到混合物B；

S3. 向所述混合物B中加入河砂100~200份，浅色骨料120~150份，水35~50份，减水剂1~3份，缓凝剂0.2~0.5份和引气剂1~5份，持续搅拌得到所述白色自清洁混凝土。

8.根据权利要求6或7所述的一种白色自清洁混凝土的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，持续搅拌3~4h后加入光催化剂10~20份。