CN112374829A - 一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土及其制备方法。每立方混凝土中，包括以下重量的组分：水泥240～330kg，矿粉40～130kg，粉煤灰40～70kg，机制砂710～770kg，碎石1060～1120kg，银掺杂纳米二氧化钛12～18kg，减水剂3.6～5.1kg，水140～160kg，其中所述银掺杂纳米二氧化钛为锐钛矿型。通过将各物料物理混合即可制备得到。本发明所述具有自清洁性能的机制砂清水混凝土具有良好的工作性能、力学性能，浇筑成型后清水饰面效果好，并兼具优异的自清洁性能，具有重要的实际应用价值。

Description

一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于清水混凝土技术领域，具体涉及一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土及其制备方法。

背景技术

我国的基础设施建设与城市建设需要大量的混凝土材料，细集料往往采用河砂，但河砂的开采对环境造成了严重破坏，不利于生态保护，并且近些年河砂资源逐渐匮乏，许多省市已经出台相关规定禁止采挖河砂，在内陆省份机制砂逐渐成为河砂的替代产品，部分省市还编制了相关机制砂应用标准，对于机制砂的研究也越来越多，以机制砂作为制备混凝土的细集料是大势所趋。

现代城市的汽车保有量逐年增加，虽然新能源汽车近些年逐渐崛起并受到许多用户的青睐，但燃油车的销量依然较高，大量汽车排放的尾气以及空气污染增加了患呼吸道疾病的风险，给人民健康带来了威胁，此外空气中的灰尘等颗粒物会对沉积在建筑物表面从而造成一定的污染，传统基础设施及建筑物不具备分解污染物的功能，达不到自清洁效果，其美观度也受到影响。目前大多采用直接在混凝土表面喷涂自清洁涂料的方式实现光催化与自清洁功能，虽然赋予了混凝土建筑物一定的光催化性能，但是光催化材料在降解涂料表面污染物的同时会使涂料自身的有机成分发生降解，从而导致涂料脱落等问题的产生，使得光催化性能大打折扣。因此制备出一种与混凝土结合紧密、可净化空气污染物并可保持建筑物表面清洁的材料显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土及其制备方法，所述清水混凝土具有良好的工作性能、力学性能，成型后外表美观，且具有自清洁功能，具有重要的实际推广价值。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，每立方混凝土中，包括以下重量的组分：水泥240～330kg，矿粉40～130kg，粉煤灰40～70kg，机制砂710～770kg，碎石1060～1120kg，银掺杂纳米二氧化钛12～18kg，减水剂3.6～5.1kg，水140～160kg，其中所述银掺杂纳米二氧化钛为锐钛矿型。

按上述方案，所述水泥为P·O42.5硅酸盐水泥或P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥。

按上述方案，所述粉煤灰为II级粉煤灰，其需水量比小于100％，烧失量小于5％。

按上述方案，所述矿粉为符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准中的S95级粒化高炉矿渣粉。

按上述方案，所述机制砂细度模数为2.3～3.0，MB值≤1.4，石粉含量为7～10％。

按上述方案，所述碎石为5～25mm连续级配，含泥量小于0.5％，针片状颗粒的质量含量≤8％。

按上述方案，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率≥20％。

按上述方案，所述银掺杂纳米二氧化钛中，银在纳米二氧化钛中的掺杂量为0.27～0.67％。

按上述方案，所述银掺杂纳米二氧化钛的制备包括以下步骤：

1)配置钛酸丁酯的无水乙醇溶液，记为溶液A；

2)配置无水乙醇、蒸馏水、冰醋酸和硝酸银的混合液，记为溶液B，其中钛酸丁酯与硝酸银的摩尔比为1:(0.002～0.005)；

3)在搅拌状态下，将步骤1)得到的溶液A逐滴滴加至步骤2)得到的溶液B中，滴加完毕后继续搅拌0.5～1h，145～155℃温度下进行水热反应7～10h，冷却后分离提纯，干燥，研磨即得银掺杂纳米二氧化钛，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型。

按上述方案，所述步骤1)中，钛酸丁酯和无水乙醇的体积比为1:(3～4)；所述步骤2)中，无水乙醇、蒸馏水和冰醋酸的体积比为1:(0.15～0.35):(0.03～0.06)。

上述一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土的制备方法，各原料配比为：水泥240～330kg/m³，矿粉40～130kg/m³，粉煤灰40～70kg/m³，机制砂710～770kg/m³，碎石1060～1120kg/m³，银掺杂纳米二氧化钛12～18kg/m³，减水剂3.6～5.1kg/m³，水140～160kg/m³；包括以下步骤：

1)先将机制砂、水泥、矿粉、粉煤灰、部分水、减水剂加入混凝土搅拌机预拌均匀，再加入银掺杂纳米二氧化钛搅拌均匀，随后加入石子和剩余水继续搅拌，搅拌时间不低于150s；

2)出料后进行浇筑、振捣、成型，拆模后进行养护，即得所述具有自清洁功能的机制砂清水混凝土。

锐钛矿型的银掺杂纳米二氧化钛具有光催化活性和一定的疏水能力，掺加进混凝土，清水混凝土成型之后，混凝土表面的银掺杂纳米二氧化钛在阳光的照射下其具有较高的光催化活性，能够净化空气中的NO₂等气体污染物；同时锐钛矿型的银掺杂纳米二氧化钛具有疏水性能，当有水存在于混凝土侧面时，在重力的作用下水会迅速滑落并带走混凝土表面存在的灰尘等污染物，使其表面整洁无尘，且混凝土表面不会存在水流淌的痕迹，避免了清水混凝土表面因水流而存在流挂现象导致的不美观问题。银掺杂纳米二氧化钛具有的光催化活性和疏水性能使得清水混凝土具备了自清洁功能。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，通过锐钛矿型的银掺杂纳米二氧化钛的掺入，一方面利用其光催化活性，可以分解汽车尾气及空气中的污染物，净化空气；另一方面，锐钛矿型的银掺杂纳米二氧化钛还具有疏水性能，有助于清水混凝土表面存在的灰尘等污染物在水的作用下自动清除掉，不会存在水滴流挂现象，从而保持清水饰面的美观；此外，银掺杂纳米二氧化钛直接掺入混凝土中，与混凝土物料间结合紧密，且结构稳定，不易脱落或分解，可使清水混凝土长久保持良好的自清洁功能。

2.本发明的清水混凝土通过配合比设计，浇筑成型后无需进行外观修饰，混凝土表面具有良好清水效果，美观大方，且银掺杂纳米二氧化钛的掺入还使得混凝土的力学性能有所提升，赋予了清水混凝土良好的工作性能，制备方法简单，具有重要的实际推广价值。

3.本发明采用机制砂作为细集料解决了天然砂资源不足的问题，有利于保护生态环境。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在以下实施例中，各原料如下：

水泥采用华新P·O42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用镇江谏壁电厂II级粉煤灰，烧失量3.2％；矿粉为江南粉磨有限公司产S95级高炉矿渣；机制砂为卵石破碎，1～4.75mm连续级配，细度模数2.7，石粉含量8％，MB值1.0；碎石为5～25mm连续级配的玄武岩碎石，含泥量小于0.5％，针片状颗粒质量含量为7％，压碎值6％；减水剂为中建商品混凝土有限公司自制聚羧酸系减水剂，减水率25％；水为普通自来水。

在以下实施例和对比例中，银掺杂纳米二氧化钛按以下步骤制得：

1)将钛酸丁酯加入到容器中并不断搅拌，在搅拌过程中加入无水乙醇，在室温下搅拌0.5h，得到溶液A，其中钛酸丁酯和无水乙醇的体积比为1:3.5；

2)在容器中分别加入无水乙醇、蒸馏水、冰醋酸，再加入硝酸银晶体，均匀搅拌，得到溶液B，其中无水乙醇、蒸馏水和冰醋酸的体积比为1:0.3:0.04，钛酸丁酯与硝酸银的摩尔比为1:0.0025；

3)将A溶液逐滴滴加至B溶液，滴加过程中高速搅拌溶液，滴加完毕后继续搅拌1h，在150℃条件下水热反应8h，冷却后分离提纯，将沉淀物在100℃条件下干燥5h，冷却后研磨，得到所述银掺杂纳米二氧化钛，为锐钛矿型，其中银掺杂量为0.34％。。

实施例1

一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，每立方混凝土中，包括以下重量的组分：水泥294kg，矿粉63kg，粉煤灰63kg，机制砂732kg，碎石1098kg，银掺杂纳米二氧化钛12.6kg，减水剂3.86kg，水147kg。

一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土制备方法包括如下步骤：

1)将机制砂、水泥、矿粉、粉煤灰、一半的水、减水剂加入混凝土搅拌机预拌60s；

2)再均匀加入银掺杂纳米二氧化钛搅拌30s；

3)随后加入石子和剩余水继续搅拌，总搅拌时间不低于150s；

4)在模具上均匀涂刷脱模剂，将具有自清洁功能的机制砂清水混凝土拌合物浇筑入模具中并振捣；

5)养护成型后拆模，再继续进行养护，即得具有自清洁功能的机制砂清水混凝土。

养护完成后，距离试件5m处观察具有自清洁功能的机制砂清水混凝土的颜色及外观，并近距离观察裂缝和孔洞；让该混凝土在模拟日光条件下连续通过浓度为30ppm的NO₂以测定其光催化率；在清水混凝土侧面喷洒一些粉笔灰，然后模拟下雨条件并持续1分钟以观察清水混凝土表面的水滴流淌现象。

本实施例制得的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土色泽均匀，无冲刷痕迹，存在少量较浅微小孔洞，未见细小裂缝；其光催化率为49％；模拟下雨情况后，粉笔灰基本没有残留，清水混凝土表面几乎无流挂痕迹存在。

实施例2

一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，每立方混凝土中，包括以下重量的组分：水泥294kg，矿粉84kg，粉煤灰42kg，机制砂750kg，碎石1080kg，银掺杂纳米二氧化钛13.0kg，减水剂3.99kg，水151.2kg。

制备方法同实施例1。

外观检测、光催化试验、水滴流淌观察同实施例1。

本实施例制得的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土外表美观，发现少量较浅微小孔洞，未见细小裂缝；其光催化率为52％；模拟下雨情况后，粉笔灰没有残留，清水混凝土表面无水滴流淌痕迹存在。

实施例3

一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，每立方混凝土中，包括以下重量的组分：水泥301kg，矿粉64.5kg，粉煤灰64.5kg，机制砂744.2kg，碎石1071kg，银掺杂纳米二氧化钛17.2kg，减水剂4.30kg，水154.8kg。

制备方法同实施例1。

外观检测、光催化试验、水滴流淌观察同实施例1。

本实施例制得的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土颜色均匀无色差，无漏浆，发现轻微细小裂缝；其光催化率为57％；模拟下雨情况后，粉笔灰基本没有残留，清水混凝土表面无水滴流淌痕迹存在。

对比例1

本对比例制备的为不掺加银掺杂纳米二氧化钛的普通清水混凝土，每立方混凝土中，包括以下重量的组分：水泥252kg，矿粉105kg，粉煤灰63kg，机制砂751.5kg，碎石1081.5kg，减水剂3.78kg，水147kg。

水滴流淌观察同实施例1。模拟下雨情况后，粉笔灰有较多残留，并且清水混凝土表面存在水滴流淌痕迹，美观度遭受影响。

对比例2

本对比例制备的一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，包括以下质量份数的组分：水泥252kg，矿粉105kg，粉煤灰63kg，机制砂751.5kg，碎石1081.5kg，银掺杂纳米二氧化钛10.5kg，减水剂3.78kg，水147kg。

制备方法、外观检测、光催化试验、水滴流淌观察同实施例1。

本对比例制得的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土表面整洁无污染，颜色均匀，存在少量较浅微小孔洞，并存在轻微细小裂缝；其光催化率为48％；模拟下雨情况后，清水混凝土表面存在少量粉笔灰，并且存在轻微流挂痕迹。

表1为各实施例和对比例所得具有自清洁功能的机制砂清水混凝土的工作性能和力学性能测试结果。

表1实施例1～3、对比例1～2所得清水混凝土性能测试结果

上述结果表明，本发明所得到的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土具有良好的光催化活性，并且可分解汽车尾气及空气中的污染物，在净化空气、保护人民健康方面具有积极作用；银掺杂纳米二氧化钛赋予了清水混凝土表面一定的疏水性能，使得其表面不会产生水滴流挂，并能在水的作用下带走灰尘等污染物，未发现流挂和冲刷痕迹；同时表面色泽均匀基本无色差，孔洞小而浅，几乎无裂缝，无需进行修饰，具有优美饰感；同时银掺杂纳米二氧化钛的加入使得混凝土的力学性能有所提升，具有实际应用价值。

上述实施例仅是为了清楚地说明本发明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，其特征在于，每立方混凝土中，包括以下重量的组分：水泥240～330kg，矿粉40～130kg，粉煤灰40～70kg，机制砂710～770kg，碎石1060～1120kg，银掺杂纳米二氧化钛12～18kg，减水剂3.6～5.1kg，水140～160kg，其中所述银掺杂纳米二氧化钛为锐钛矿型。

2.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，其特征在于，所述水泥为P·O 42.5硅酸盐水泥或P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，其特征在于，所述矿粉为符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准中的S95级粒化高炉矿渣粉。

4.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为II级粉煤灰，其需水量比小于100％，烧失量小于5％。

5.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，其特征在于，所述机制砂细度模数为2.3～3.0，MB值≤1.4，石粉含量为7～10％。

6.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，其特征在于，所述碎石为5～25mm连续级配，含泥量小于0.5％，针片状颗粒的质量含量≤8％。

7.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率≥20％。

8.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，其特征在于，所述银掺杂纳米二氧化钛中，银在纳米二氧化钛中的掺杂量为0.27～0.67％。

9.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的机制砂清水混凝土，其特征在于，所述银掺杂纳米二氧化钛的制备包括以下步骤：

1)配置钛酸丁酯的无水乙醇溶液，记为溶液A；

2)配置无水乙醇、蒸馏水、冰醋酸和硝酸银的混合液，记为溶液B，其中钛酸丁酯与硝酸银的摩尔比为1:(0.002～0.005)；

3)在搅拌状态下，将步骤1)得到的溶液A逐滴滴加至步骤2)得到的溶液B中，滴加完毕后继续搅拌0.5～1h，145～155℃条件下进行水热反应7～10h，冷却后分离提纯，干燥，研磨即得银掺杂纳米二氧化钛，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型。

10.一种权利要求1所述具有自清洁功能的机制砂清水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)先将机制砂、水泥、矿粉、粉煤灰、部分水、减水剂加入混凝土搅拌机预拌均匀，再加入银掺杂纳米二氧化钛搅拌均匀，随后加入石子和剩余水继续搅拌，总搅拌时间不低于150s；

2)出料后进行浇筑、振捣、成型，拆模后进行养护，即得所述具有自清洁功能的机制砂清水混凝土。