CN113121169A - 环保光催化白色超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保光催化白色超高性能混凝土及其制备方法，各组分按照质量百分比为：白水泥14份‑31份、石灰石粉2.1‑23份、白硅灰2‑11份、偏高岭土2‑11份、钢纤维3‑14.6份、聚羧酸减水剂0.05‑0.15份、纳米TiO20.4‑6.3份，河沙33‑50份；余量为水，且水胶比为0.15‑0.2。本发明制造的环保型石英矿尾泥白色超高性能混凝土的抗压强度≥165Mpa，抗折强度≥35MPa,白度≥67，光催化降解率≥15％，具有较好的力学性能、装饰性能和光催化性能。同时采用来自冶炼硅铁或硅钢时产生的粉尘‑硅灰、采用破碎石灰石产生的的粉尘‑石灰石粉变废为宝，合理利用资源，对环保事业具有非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种环保光催化白色超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
随着城市化的快速发展，传统混凝土由于强度较低以及耐久性较差。因此，开发了一种新型高强和高耐久性混凝土-超高性能混凝土。近年来，超高性能混凝土受到许多科研人员的研究。由于超高性能混凝土需要使用大量的水泥和细骨料导致其对环境污染非常严重。此外，超高性能混凝土由于美观性较差，通常需要对超高性能混凝土表面进行抹灰处理，以此达到美观和防护效果。该处理方式不仅使墙面容易产生开裂、空鼓等问题，还造成了大量人力资源浪费。越来越多科研人员认识到保护环境，走可持续发展道路的重要性，因此白色超高性能混凝土以期望作为建筑物墙面达到承重和美观效果，以实现降低碳排放。
虽然白色超高性能混凝土已被应用于大跨度桥梁、景观和摩天大楼中，但是其胶凝材料用量仍高达900-1400kg/m3，相对于传统混凝土而言胶凝材料用量仍然较高，碳排放仍然较高。随着工业化的快速发展，空气中有害物质排放也多来越多。面对上述种种问题，科研人员希望研究一种新型装饰高强装饰混凝土，可进一步降低碳排放，其在发挥美观性的同时还能还会光催化作用降解空气中有害物质。
发明内容
本发明旨在提出一种环保光催化白色超高性能混凝土及其制备方法，用于解决现有技术中胶凝材料用量较高，碳排放仍然较高的问题，且能够光催化降解空气中的有害物质。
本发明提出了一种环保光催化白色超高性能混凝土，各组分按照质量百分比为：白水泥14份-31份、石灰石粉2.1-23份、白硅灰2-11份、偏高岭土2-11份、钢纤维3-14.6份、聚羧酸减水剂0.05-0.15份、纳米TiO2 0.4-6.3份，河沙33-50份；余量为水，且水胶比为0.15-0.2。
于本发明一实施例中，所述白水泥、所述石灰石粉、所述白硅灰和所述偏高岭土采用预设方程选取颗粒尺寸，进而实现粒径颗粒的最紧密堆积。
于本发明一实施例中，所述预设方程为Andreasen and Andersen(A-A)方程。
于本发明一实施例中，所述Andreasen and Andersen(A-A)方程为：
于本发明一实施例中，所述白水泥为白色硅酸盐水泥。
于本发明一实施例中，所述白硅灰为冶炼硅铁或硅钢时产生的粉尘。
于本发明一实施例中，所述钢纤维由直形钢纤维和端钩钢纤维混合而成，所述直形钢纤维与所述端钩钢纤维质量比为10:1-1:10；所述钢纤维的直径1-2mm，长度为10-40mm。
本发明还提供了一种环保光催化白色超高性能混凝土制备方法，用于制备上述的环保光催化白色超高性能混凝土；包括步骤：S1、按重量份称量各原料；S2、将白水泥、石灰石粉、白硅灰、偏高岭土、聚羧酸减水剂混合均匀形成干粉料；S3、将水、聚羧酸减水剂和纳米TiO2放入烧杯中在超声清洗器中进行超声5-15min，形成混合溶液；S4、将干粉料中加入混合溶液，搅拌60-120s，得到混合物；S5、在混合物中加入钢纤维，搅拌3-8min，得到环保光催化白色超高性能混凝土。
本发明的环保光催化白色超高性能混凝土及其制备方法，具有以下优点：
本发明制造的环保型石英矿尾泥白色超高性能混凝土的抗压强度≥165Mpa，抗折强度≥35MPa,白度≥67，光催化降解率≥15％，具有较好的力学性能、装饰性能和光催化性能。同时采用来自冶炼硅铁或硅钢时产生的粉尘-硅灰、采用破碎石灰石产生的的粉尘-石灰石粉变废为宝，合理利用资源，对环保事业具有非常重要的意义。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供了一种环保光催化白色超高性能混凝土，各组分按照质量百分比为：白水泥14份-31份、石灰石粉2.1-23份、白硅灰2-11份、偏高岭土2-11份、钢纤维3-14.6份、聚羧酸减水剂0.05-0.15份、纳米TiO2 0.4-6.3份，河沙33-50份；余量为水，且水胶比为0.15-0.2。
当环保光催化白色超高性能混凝土制成使用后。纳米TiO2吸收的光子能量大于或等于其带隙能(Eg)时，价带中的电子将被激发到空的导带上，同时在价带中留下空穴，形成电子-空穴对。电子-空穴对产生化学式：
TiO2+hv→e-(TiO2)+h+(TiO2)；
电子-空穴对会在短时间内进行重新组合，与环境中的自由基(O2、OH-、O2-)进行氧化还原反应。纳米TiO2通过环境中的自由基和吸附在纳米TiO2表面的有害物质发生反应的形式，对有害物进行降解，然后释放无害物质CO2和H2O。
在一实施例中，所述白水泥、所述石灰石粉、所述白硅灰和所述偏高岭土采用预设方程选取颗粒尺寸，进而实现粒径颗粒的最紧密堆积。所述预设方程为Andreasen andAndersen(A-A)方程。所述Andreasen and Andersen(A-A)方程为：
其中，D为颗粒尺寸(μm)，P(D)为颗粒尺寸小于D的所有颗粒所占的体积比例，Dmax为所有颗粒中最大的尺寸(μm)，Dmin为所有颗粒的最小尺寸(μm)，q为分布模数，q的取值范围为0.1-0.5。优选地，所述白水泥为白色硅酸盐水泥。所述白硅灰为冶炼硅铁或硅钢时产生的粉尘。其中，所述钢纤维由直形钢纤维和端钩钢纤维混合而成，所述直形钢纤维与所述端钩钢纤维质量比为10:1-1:10，通常取2:1；所述钢纤维的直径1-2mm，长度为10-40mm。
本发明提供了一种环保光催化白色超高性能混凝土制备方法，用于制备上述的环保光催化白色超高性能混凝土；包括步骤：S1、按重量份称量各原料；S2、将白水泥、石灰石粉、白硅灰、偏高岭土、聚羧酸减水剂混合均匀形成干粉料；S3、将水、聚羧酸减水剂和纳米TiO2放入烧杯中在超声清洗器中进行超声5-15min，形成混合溶液；S4、将干粉料中加入混合溶液，搅拌60-120s，得到混合物；S5、在混合物中加入钢纤维，搅拌3-8min，得到环保光催化白色超高性能混凝土。
通过测试抗压强度、抗折强度和白度对上述组份配比和制备方法制备的环保型石英矿尾泥白色超高性能混凝土进行评价。
实施例1
一种装饰的环保石英矿尾泥白色超高性能混凝土，由以下重量份的原材料制备而成：白水泥19份、石灰石粉11份、白硅灰2份、偏高岭土6份、钢纤维7份、聚羧酸减水剂0.06份、河沙46.48份、纳米二氧化钛2份；余量为水，其中水胶比为0.17。按照下述步骤制备：S1、按重量份称量各原料；S2、将白水泥、石灰石粉、白硅灰、偏高岭土、聚羧酸减水剂混合均匀形成干粉料；S3、将水、聚羧酸减水剂和纳米TiO2放入烧杯中在超声清洗器中进行超声6min，形成混合溶液；S4、将干粉料中加入混合溶液，搅拌80s，得到混合物；S5、在混合物中加入钢纤维，搅拌5min，得到环保光催化白色超高性能混凝土。经检测，本实施例制备的环保石英矿尾泥白色超高性能混凝土的抗压强度为182MPa、抗折强度为40MPa、白度为72、光催化降解率为18％。
实施例2
一种装饰的环保石英矿尾泥白色超高性能混凝土，由以下重量份的原材料制备而成：白水泥21份、石灰石粉12.5份、白硅灰6份、偏高岭土2份、钢纤维8.9份、聚羧酸减水剂0.08份、河沙40.5份、纳米二氧化钛2份；余量为水，其中水胶比为0.15。按照下述步骤制备：S1、按重量份称量各原料；S2、将白水泥、石灰石粉、白硅灰、偏高岭土、聚羧酸减水剂混合均匀形成干粉料；S3、将水、聚羧酸减水剂和纳米TiO2放入烧杯中在超声清洗器中进行超声12min，形成混合溶液；S4、将干粉料中加入混合溶液，搅拌100s，得到混合物；S5、在混合物中加入钢纤维，搅拌5min，得到环保光催化白色超高性能混凝土。经检测，本实施例制备的环保石英矿尾泥白色超高性能混凝土的抗压强度为178MPa、抗折强度为40MPa、白度为70、光催化降解率为21％。
实施例3
一种装饰的环保石英矿尾泥白色超高性能混凝土，由以下重量份的原材料制备而成：白水泥30份、石灰石粉7份、白硅灰4份、偏高岭土3份、钢纤维7份、聚羧酸减水剂0.1份、河沙35份、纳米二氧化钛6份；余量为水，其中水胶比为0.18。按照下述步骤制备：S1、按重量份称量各原料；S2、将白水泥、石灰石粉、白硅灰、偏高岭土、聚羧酸减水剂混合均匀形成干粉料；S3、将水、聚羧酸减水剂和纳米TiO2放入烧杯中在超声清洗器中进行超声8min，形成混合溶液；S4、将干粉料中加入混合溶液，搅拌90s，得到混合物；S5、在混合物中加入钢纤维，搅拌6min，得到环保光催化白色超高性能混凝土。经检测，本实施例制备的环保石英矿尾泥白色超高性能混凝土的抗压强度为165MPa、抗折强度为36MPa、白度为67、光催化降解率为26％。
本发明提供的环保光催化白色超高性能混凝土及其制备方法，本发明制造的环保型石英矿尾泥白色超高性能混凝土的抗压强度≥165Mpa，抗折强度≥35MPa,白度≥67，光催化降解率≥15％，具有较好的力学性能、装饰性能和光催化性能。同时采用来自冶炼硅铁或硅钢时产生的粉尘-硅灰、采用破碎石灰石产生的的粉尘-石灰石粉变废为宝，合理利用资源，对环保事业具有非常重要的意义。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种环保光催化白色超高性能混凝土，其特征在于，各组分按照质量百分比为：白水泥14份-31份、石灰石粉2.1-23份、白硅灰2-11份、偏高岭土2-11份、钢纤维3-14.6份、聚羧酸减水剂0.42-0.84份、纳米TiO2 0.4-6.3份，河沙33-50份；余量为水，且水胶比为0.15-0.2。
2.根据权利要求1所述的环保光催化白色超高性能混凝土，其特征在于，所述白水泥、所述石灰石粉、所述白硅灰和所述偏高岭土采用预设方程选取颗粒尺寸，进而实现粒径颗粒的最紧密堆积。
3.根据权利要求2所述的环保光催化白色超高性能混凝土，其特征在于，所述预设方程为Andreasen and Andersen(A-A)方程。
4.根据权利要求3所述的环保光催化白色超高性能混凝土，其特征在于，所述Andreasen and Andersen(A-A)方程为：
其中，D为颗粒尺寸(μm)，P(D)为颗粒尺寸小于D的所有颗粒所占的体积比例，Dmax为所有颗粒中最大的尺寸(μm)，Dmin为所有颗粒的最小尺寸(μm)，q为分布模数，q的取值范围为0.1-0.5。
5.根据权利要求1所述的环保光催化白色超高性能混凝土，其特征在于，所述白水泥为白色硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的环保光催化白色超高性能混凝土，其特征在于，所述白硅灰为冶炼硅铁或硅钢时产生的粉尘。
7.根据权利要求1所述的环保光催化白色超高性能混凝土，其特征在于，所述钢纤维由直形钢纤维和端钩钢纤维混合而成，所述直形钢纤维与所述端钩钢纤维质量比为10:1-1:10；所述钢纤维的直径1-2mm，长度为10-40mm。
8.一种环保光催化白色超高性能混凝土制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-7任一项所述的环保光催化白色超高性能混凝土；包括步骤：
S1、按重量份称量各原料；
S2、将白水泥、石灰石粉、白硅灰、偏高岭土、聚羧酸减水剂混合均匀形成干粉料；
S3、将水、聚羧酸减水剂和纳米TiO2放入烧杯中在超声清洗器中进行超声5-15min，形成混合溶液；
S4、将干粉料中加入混合溶液，搅拌60-120s，得到混合物；
S5、在混合物中加入钢纤维，搅拌3-8min，得到环保光催化白色超高性能混凝土。
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- 2021-03-15 CN CN202110274625.7A patent/CN113121169A/zh active Pending
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