[发明专利]一种改性自洁净混凝土的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种改性自洁净混凝土的制备方法。

背景技术

环境的可持续性已经成为一个尖锐的问题，并且引起了政府、政策制定者、学者、行业和公众的特别关注。混凝土不论在建筑物或者是地表都已成为了主要覆盖物，若对混凝土进行功能性的改善，将在很大程度上提高环境可持续性。比如在混凝土表面覆盖一层具有光催化作用的二氧化钛，而二氧化钛会被阳光中的紫外线激发而使有机颗粒和空气污染物分解或转化，此种功能会使得城市更加洁净，我们称这种新型材料为自洁净混凝土。自洁净混凝土可以用于一些建筑和路面，将多相光催化氧化反应用于激活的混凝土路面可以净化空气中的氧化物。然而，因为混凝土粗糙的表面，污染物粘附在混凝土表面并不能真正达到自清洁的作用，所以说目前的研究还没有真正得到像光催化玻璃一样自清洁的效果。

发明内容

本发明旨在提供一种改性自洁净混凝土的制备方法。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，包括如下步骤：（1）水泥和掺量二氧化钛在球磨机中混合；然后将不同纳米二氧化钛含量的水泥、1.2%聚羧酸减水剂和水混合制备高流动性水泥浆；（2）将水泥、砂、碎石、饱水轻集料、聚羧酸减水剂和水混合制备新拌混凝土；（3）将0.5 mm-1.0 mm含有纳米二氧化钛的水泥浆层铺于光滑的基层，然后基层与水泥浆体在振动台上共同振动直到水泥浆完全覆盖整个基层；（4）60 min后，将一层新拌混凝土铺至水泥浆之上，后再振动一次；（5）最后将新拌混凝土密封并加压使水泥浆和基层完全接触，然后在常温条件下进行养护，完成制备。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，步骤（1）所述的混合时间为30min。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，步骤（3）所述的振动台的频率为55Hz。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，步骤（5）所述的加压荷载为0.2kPa。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，步骤（5）所述的养护湿度大于95%。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，步骤（1）所述的球磨机的直径为500mm。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，步骤（1）所述的高流动性水泥浆水灰比为0.22-0.27。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，通过具有纳米特性的水泥水化产物C-S-H凝胶和具有光催化作用的二氧化钛纳米颗粒制备超平表面的光催化混凝土，所制备的混凝土表面被C-S-H凝胶和粒径为几十纳米的二氧化钛颗粒覆盖，其粗糙度在3.5nm-11 nm之间，并且光催化超平表面混凝土可以有效光解亚甲蓝。由于该种混凝土具有超平表面和光催化特性，污染物可以很容易地被雨水清洗掉，所以这种新型混凝土有望作为自洁净装饰材料用于城市建筑。

具体实施方式

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，包括如下步骤：（1）水泥和掺量二氧化钛在球磨机中混合；然后将不同纳米二氧化钛含量的水泥、1.2%聚羧酸减水剂和水混合制备高流动性水泥浆；（2）将水泥、砂、碎石、饱水轻集料、聚羧酸减水剂和水混合制备新拌混凝土；（3)将0.5mm-1.0mm含有纳米二氧化钛的水泥浆层铺于光滑的基层，然后基层与水泥浆体在振动台上共同振动直到水泥浆完全覆盖整个基层；（4）60 min后，将一层新拌混凝土铺至水泥浆之上，后再振动一次；（5）最后将新拌混凝土密封并加压使水泥浆和基层完全接触，然后在常温条件下进行养护，完成制备。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，步骤（1）所述的混合时间为30min。步骤（1）所述的球磨机的直径为500mm。步骤（1）所述的高流动性水泥浆水灰比为0.22-0.27。

本发明所述的改性自洁净混凝土的制备方法，步骤（3）所述的振动台的频率为55Hz。步骤（5）所述的加压荷载为0.2kPa。步骤（5）所述的养护湿度大于95%。以紫外线下亚甲蓝(MB)溶液在混凝土表面光解程度表征自洁净混凝土的光催化特性。具体方法如下：将150mm×15mm×10mm的混凝土试样浸泡于150mlMB溶液中，并将含有纳米二氧化钛的表面置于距离紫外线灯（波长365nm）10cm处。溶液试样每隔30min提取一次，直到150min，然后使用紫外线和可见光分光光度计测试溶液对665nm波长的吸收程度。混凝土光催化作用的降解率得出所制得的超平光催化混凝土可以像镜子一样产生镜面反射，表明超平混凝土的粗糙度小于可见光波长380nm-780nm。C-S-H凝胶的尺寸在5nm到几十纳米之间，与二氧化钛的尺寸非常相近，经振动和受压，C-S-H凝胶和二氧化钛颗粒可以完全覆盖在基层表面，脱模后就获得了超平混凝土。当FEGSEM放大倍数增加5000时才可以看到一些凹凸面，说明基层表面与C-S-H凝胶和二氧化钛颗粒之间还存在细微的间隙，但混凝土达到如此平整的表面完全可以满足自洁净的目的。超平混凝土的表面主要由纳米颗粒组成，颗粒尺寸在20nm-50nm之间，20nm左右的C-S-H凝胶颗粒在某些区域密集地堆叠在一起，并且混凝土表面非常平滑。分析超平混凝土的表面粗糙度Z轴幅度在45nm-100nm之间，所选区域粗糙度的算术平均数为3.5nm-11nm，比抛光后的水泥浆体更加平整，并且粗糙度比可见光波长更小。亚甲光解程度随在紫外线下的曝光时间增长而增加，对比样具有一定的光解率是因为亚甲蓝被混凝土吸收。含有较高二氧化钛量的混凝土具有更高的光解率，但是随着曝光时间增加，不同二氧化钛掺量的混凝土的光解率并没有明显的差别。使水泥浆与底层之间完全贴合，脱模养护后镜面般的水泥浆粘附在混凝土上而形成自洁净混凝土。除此之外，用不同的颜料调配水泥浆，形成不同颜色的表面，如此可以满足不同建筑的外观要求。并且目前外墙美观存在耐久性问题，有机涂料往往在自然环境中逐渐失去装饰效果，而自洁净混凝土将颜料融合在砂浆中，可以减缓有机颜料的老化进程，是一种改善外墙美观耐久性可行的方法。这种混凝土可以有效降解亚甲蓝，作为一种超平光催化混凝土，自清洁混凝土是一种有望用于建筑的装饰混凝土，并且纳米二氧化钛颗粒仅仅用于混凝土表面，所以从经济性上说，自洁净混凝土的推广应用也是可行的。