新型光催化泡沫混凝土板的制备研究

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现代工业的快速发展，导致空气中的有害气体大量增加，严重危害人们的身体健康，本文制备具有光催化效果的泡沫混凝土板，可以用在建筑物外墙、内墙上，不仅可以减少墙体的能量耗散，还具有轻质，不燃烧的良好性能，最重要的是，这种板可以在光触媒的作用下，分解空气中的一些有害气体，是一种新型的建筑节能保温材料，具有较好的应用前景。而硅灰是泡沫混凝土中的重要组分，本文从不同掺量的硅灰加入到泡沫混凝土中，测试其对泡沫混凝土抗压强度，吸水率，导热系数的影响，并对喷涂上纳米二氧化钛后的泡沫混凝土板进行光催化性能测试。

1.试验

1.1原材料

P.O42.5水泥为鼎鑫牌硫铝酸盐水泥及鼎鑫普通硅酸盐水泥; 粉煤灰: 石家庄热电厂生产的Ⅰ级灰;发泡剂: 自己制备的松香型发泡剂; 减水剂: 自己制备的聚羧酸型高效减水剂，减水率为25%; 稳泡剂: 自己制备的稳定剂，掺量为0.1%; 聚丙烯纤维: 石家庄盛烽工程材料有限公司生产的聚丙烯纤维; 硅灰: 武汉新必答硅灰; 纳米二氧化钛: 自己制备的纳米级的纳米二氧化钛颗粒。

1.2试验过程

1.2.1光催化泡沫混凝土的配合比设计

泡沫混凝土的技术参数主要有强度、绝干密度、导热系数、水泥用量、水胶比。导热系数和强度决定了泡沫混凝土自身的性能。本配合比将通过确定泡沫混凝土的容重，达到控制泡沫混凝土导热系数和强度的目的。

式中: ρ_干为泡沫混凝土干密度; S_a为泡沫混凝土养护28d 后，各基本组成材料的干物料总量和制品中非蒸发物总量所确定的质量系数; M_c为每方泡沫混凝土的水泥用量; M_fa为每方泡沫混凝土掺合料用量; M_w为每方泡沫混凝土的单位用水量; φ为基本水量比。

式中: ρ_fa、ρ_c和ρ_w分别是掺合料、水泥和水的密度; V₁和V₂分别是加入泡沫前的浆体总体积和加入泡沫体积; K为富余系数，一般情况下取1.1～1.3。

另外，发泡剂的浓度需要根据环境条件和水泥条件确定，本试验经过反复试验，确定其为: 发泡剂: 水=1:32.5。本试验中配置的泡沫混凝土容重为400kg/m³。

硅灰的掺量按胶凝材料总量的5%，7.5%， 10%，12.5%，15% 掺加。混凝土的其他成分按表1 进行称取。

1.2.2光催化泡沫混凝土制备过程

(1) 试验采用气泵加气，将按比例称量的水及发泡剂加入发泡机中，由气泵加压至0.8MPa左右，再由发泡机制备细小、均匀、黏度好并且稳定的泡沫。

(2) 按比例称量好水泥、粉煤灰和水，并称量胶凝材料质量5‰的减水剂、胶凝材料质量1‰的聚丙烯纤维和胶凝材料质量1‰的稳泡剂。

(3) 将各种原料按顺序加入搅拌锅中，搅拌60s左右然后开动发泡机的阀门将拌制好的泡沫缓慢倒入已经拌制好的浆体内，再在砂浆搅拌机快速搅拌30s左右，制成均匀流态浆。

(4) 室内成型试件，试模灌满浆后静置30s后抹平，静置1d后拆模，之后将试件置入标准养护室内撒水养护至试验龄期。并成型60mm×100mm×200mm的板型试件。

(5) 拆模后，标准养护板型试件7d 后，把制备好的纳米二氧化钛溶液喷涂到板型试件表面，溶液二氧化钛浓度分别是3g/L，5g/L，7g/L，9g/L， 11g/L。喷涂溶液的体积为100mL。然后进行甲基橙光催化降解实验，确定二氧化钛喷涂的最佳浓度。

(6) 标准养护板型试件1d，3d，7d 后，把制备好的纳米二氧化钛溶液喷涂到板型试件表面，溶液二氧化钛浓度是9g/L。喷涂溶液的体积为100mL。然后进行甲基橙光催化降解试验。确定最佳喷涂时间。

1.2.3性能测试

对成型好的泡沫混凝土试块在养护到7d、28d时，分别进行抗压强度试验，养护到28d，对试块做吸水率试验，导热系数测试。光催化性能测试: 先把泡沫混凝土板切割成30mm×50mm ×100mm 小试样，采用20W的紫外灯做催化光源，以甲基橙作为催化降解对象，采用分光光度计，在波长为443nm处测吸光度，并根据标准曲线换算甲基橙溶液浓度，从而得出甲基橙的降解率，评价光催化的效果优劣。

2.试验结果分析与讨论

2.1不同硅灰对抗压强度性能的影响

对试验数据整理得到泡沫混凝土7d、28d 强度随硅灰掺量而变化的曲线图，如图1 所示。从图1 可看出，随着硅灰掺量的增加泡沫混凝土的7d、28d 抗压强度不断地增加，而且7d 强度值在硅灰掺量达到12.5%以上时候，强度略有下降，主要原因是掺入硅灰，由于硅灰的颗粒极细，对于水化产物的生成可以提供一定的晶核，另外由于硅灰中的活性二氧化硅等成分多，对于水化产物中的硅酸钙凝胶生成有很大促进作用，使得结构密实，强度增大，但是由于硅灰的掺量过大时候，由于其比表面积极大，造成拌合时候，用水量增加，反而使泡沫混凝土的强度略有下降。泡沫混土的28d强度在硅灰掺量小于10% 时候，强度增长很快，超过10%之后强度增长较为缓慢。因此掺加10% 的硅灰，可以有效的提高泡沫混凝土的强度。

2.2不同硅灰掺量对泡沫混凝土吸水率的影响结果分析

本试验所得吸水率变化如图2所示。由图2可见，泡沫混凝土吸水率随着硅灰掺量的增大均呈逐渐降低。掺量在小于10%时候，吸水率快速的减低，超过10%以后，缓慢的降低，这是由于硅灰颗粒相对于水泥而言极细，混凝土中硅灰的掺量增加，会使硅灰的小颗粒不断填充水泥颗粒之间的空隙，使得体系更加密实，另外硅灰中的活性物质生成的水化硅酸钙凝胶更多，使得混凝土结构更加密实，吸水率降低。泡沫混凝土中掺加10%的硅灰，可以有效减少吸水率。

2.3不同硅灰掺量对泡沫混凝土导热系数的影响

本试验所得导热系数变化如图3所示。由图3可见，不同硅灰掺量对泡沫混凝土导热系数的影响及其发展趋势。泡沫混凝土的导热系数随着硅灰掺量的增加不断发生变化，随着硅灰的量不断增大，导热系数呈不断下降趋势，但是到掺量为10% 时，导热系数变化很小，当掺量为胶凝材料15% 时，导热系数为最小为0.62w /( m·K) 。由于硅灰的掺量提高，使得泡沫混凝内部的孔隙不断减小，细小的孔隙增多。使得泡沫混凝土的导热系数不断下降。

2.4不同掺量纳米二氧化钛对光催化效率影响

把不同浓度的纳米二氧化钛溶液喷到泡沫混凝土的试件表面，均匀喷涂，经过光催化性能测试，结果如图4所示。

从图4 中可以得出，光催化效果随着纳米二氧化钛的掺入量的增加，光催化效率不断提高，其中浓度为9g/L的溶液，与11g/L 的溶液催化效率在前40h的时候，几乎一样，超过40h 之后的催化效率，也相差不大，说明，在9g/L的时候，二氧化钛的掺入量基本达到饱和，基本上每块的二氧化钛的喷入量为0.9g，在80h的时候， 11g /L 的溶液催化效率达到100%，9g/L 的溶液达到96%。因为不仅喷到表面的二氧化钛具有催化效果，由于泡沫混凝土的多孔性，渗入表面5mm以下的地方，紫外线波长较短，可以射入，距离泡沫混凝土表面5mm 左右的二氧化钛仍具有较好的催化效果。

2.5喷涂时间对光催化效率的影响

从图5可看出，在试件养护1d的时候，在试件表面喷涂纳米二氧化钛溶液，在40h的时候，降解率基本上达到100%，远高于在3d、7d时候喷涂的效果，喷涂的龄期越短，喷涂在试件表面的二氧化钛颗粒，越牢固，在试件表面分布越均匀，降解效率越高。