廢建材再生環(huán)保復(fù)合砂漿配比優(yōu)化改性及性能測試

關(guān)鍵詞：廢棄建材；有害氣體降解；納米二氧化鈦；環(huán)保復(fù)合砂漿；光催化劑

中圖分類號：TQ177.6+7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0105-04

建筑廢材的再生回收利用對減少環(huán)境污染，避免資源浪費(fèi)有重要意義。對此，有學(xué)者進(jìn)行了很多研究，如以廢磚和廢混凝土為主要原料，制備了一種新型再生混凝土，并對其強(qiáng)度進(jìn)行測試[1]。通過納米硅溶膠增強(qiáng)再生骨料混凝土的力學(xué)性能[2]。用不同摻量的再生骨料及橡膠顆粒制備自密實(shí)橡膠再生混凝土，研究2種材料不同取代率下自密實(shí)混凝土的工作性能及力學(xué)性能[3]。通過在再生混凝土內(nèi)添加聚丙烯纖維增強(qiáng)其劈裂抗拉性能[4]。本試驗(yàn)以文獻(xiàn)[5]方法為參考，制備了一種紅磚砂/玻璃砂復(fù)合光催化劑砂漿面板作為建筑物外墻裝飾物，提高廢棄物的附加值，降解空氣中有害氣體，達(dá)到改善空氣質(zhì)量的目的。

1試驗(yàn)部分

1.1材料與設(shè)備

主要材料：納米二氧化鈦（AR，科旭建材）；再生紅磚砂（II級，興圣建材）；再生玻璃砂（I級，萬運(yùn)礦產(chǎn)品）；水泥（P·O42.5，康輝耐材）。

主要設(shè)備：JK-903B型流動度測定儀（堅(jiān)科測控設(shè)備）；SZ-145型砂漿稠度測定儀（中儀偉創(chuàng)）；YDW-300D型抗壓抗折一體機(jī)（鴻眾設(shè)備）；JJ-5型水泥砂漿攪拌機(jī)（巔峰機(jī)械）；JA-2200型超聲波分散機(jī)（奧超電子設(shè)備）；YZS-50-4型振實(shí)臺（驕陽機(jī)械設(shè)備）。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1復(fù)合光催化劑的制備

（1）提前對所用骨料進(jìn)行清洗并烘干，烘干溫度和時間分別為105℃和2d；

（2）按照質(zhì)量比n∶100將納米二氧化鈦與水混合，先手動攪拌，然后在超聲分散機(jī)的作用下進(jìn)行超聲分散處理，超聲條件和時間分別為20kHz和60min，超聲程序?yàn)椋好砍?s停止超聲2s，超聲溫度不超過40℃。產(chǎn)物為n%納米二氧化鈦溶液；

（3）按照納米二氧化鈦∶去離子水∶載體=n∶100∶20的比例依次在容器內(nèi)放入n%納米二氧化鈦溶液、清洗干凈的再生紅磚砂、再生玻璃砂。用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，攪拌時間為2min；

（4）用保鮮膜將容器口密封，然后置于室溫條件下放置，使納米二氧化鈦在載體上充分吸附，吸附時間為1d；

（5）吸附完成后對溶液進(jìn)行過濾處理，然后將濾渣置于電熱烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干處理，烘干溫度和時間分別為105℃和2d，得到復(fù)合光催化劑。

1.2.2復(fù)合光催化劑砂漿的制備

參照GB/T17671制作砂漿試件[6]，具體制備過程：

（1）按照表1配比稱取原料，提前對水泥砂漿攪拌機(jī)葉片和內(nèi)壁進(jìn)行浸潤處理；

（2）依次將水和膠凝材料放入攪拌機(jī)內(nèi)，慢速攪拌30s使其初步混合后，加入細(xì)骨料，繼續(xù)慢攪30s?？鞌?0s后暫停90s，在暫停過程中將多余砂漿刮入攪拌機(jī)內(nèi)，繼續(xù)快攪60s；

（3）分2次將混合物倒入提前準(zhǔn)備好的模具中，抹平后用振實(shí)臺進(jìn)行振實(shí)，刮去多余砂漿并抹平表面，用保鮮膜密封后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)1d后脫模。

1.2.3復(fù)合光催化砂漿面板的制備

選擇內(nèi)部尺寸為100mm×100mm×5mm的不銹鋼模具，倒入拌合好的復(fù)合光催化砂漿，刮去多余砂漿后蓋上濕潤的不銹鋼板，用鐵錘輕敲不銹鋼板至砂漿與模具等高。常溫養(yǎng)護(hù)1d后脫模標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至指定齡期。

1.3性能測試

1.3.1流動度及稠度測試

流動度：參照GB/T2419中的方法，通過JK-903B型流動度測定儀對砂漿流動度進(jìn)行測試[7-8]。稠度：參照J(rèn)GJ70中的方法，通過SZ-145型砂漿稠度測定儀對砂漿稠度進(jìn)行測試[9-10]。

1.3.2力學(xué)性能測試

參照GB/T17671規(guī)程通過YDW-300D型抗壓抗折一體機(jī)對砂漿試件力學(xué)性能進(jìn)行測試[11-12]。

1.3.3光催化降解率

（1）提前將測試氣體通入整個光催化反應(yīng)儀器排出儀器中多余空氣，并使流動氣體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；

（2）打開紫外線燈源進(jìn)行光催化反應(yīng)，反應(yīng)持續(xù)時間為45min，對進(jìn)入反應(yīng)器和排出反應(yīng)器的其他濃度變化進(jìn)行測試記錄。

2結(jié)果與討論

2.1骨料替代量的影響

2.1.1對流動度和稠度的影響

圖1為砂漿稠度和流動度測試結(jié)果。

由圖1可知，隨玻璃砂摻量的減少，復(fù)合光催化劑砂漿稠度和流動度也慢慢的減少。同時，再生紅磚砂的堆積密度較小，其替代量越高，單位體積砂漿的膠凝材料量就越少。再加上紅磚砂表面較粗糙，對水泥漿體有一定吸附作用，這再次減少了砂漿中骨料間膠凝材料的填充，增大了復(fù)合光催化劑砂漿流動過程的阻力，因此紅磚砂占比越高，其流動度和稠度越低[13]。而玻璃砂顆粒為表面光滑的多棱角形狀，質(zhì)地較緊密不存在孔隙，不吸水也不吸附水泥漿體，因此不會對砂漿稠度和流動度產(chǎn)生影響。

2.1.2對力學(xué)性能的影響

圖2復(fù)合砂漿試件力學(xué)性能變化。

由圖2可知，混凝土試件抗壓強(qiáng)度的增長率明顯高于抗折強(qiáng)度?；炷林屑t磚砂占比越大，砂漿試件力學(xué)性能下降。在配比相同的情況下，再生紅磚粉的占比越大，砂漿中骨料間膠凝材料的含量越少，則硬化后砂漿試件的強(qiáng)度越低[14]。同時，再生玻璃砂的不規(guī)則形狀增強(qiáng)骨料間和骨料與水泥間的機(jī)械咬合力，進(jìn)而對砂漿試件力學(xué)性能產(chǎn)生積極的影響。

2.2配比優(yōu)化

2.2.1骨料替代量優(yōu)化

通過NOx光催化降解率對骨料替代量進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨玻璃砂用量的增加，復(fù)合光催化砂漿面板對NOx光催化降解率表現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢，在玻璃砂占比為40%達(dá)到最高41.7%。出現(xiàn)這個變化的主要原因在于，隨玻璃砂摻量的增加，會降低納米二氧化鈦總含量，增強(qiáng)面板整體透光性，提升有效二氧化鈦含量，因此對NOx的光催化效率有提升作用[15-16]。而玻璃砂用量過多時，體系內(nèi)納米二氧化鈦總含量較小，無法滿足光催化面板的光催化要求，因此NOx的光催化降解率有一定下降。綜上，選擇玻璃砂占比為40%的試件（40RG-60RCBS）繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2.2二氧化鈦摻入方式的影響

圖4為納米TiO2摻入方式優(yōu)化結(jié)果。

由圖4可知，納米二氧化鈦摻量固定，超聲分散摻入二氧化鈦的光催化面板對NOx的降解相對較高。這是因?yàn)榧{米二氧化鈦粒徑較小，僅用攪拌方式摻入體系后，易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，這對納米二氧化鈦的均勻分散產(chǎn)生影響，進(jìn)而對光催化的催化效率產(chǎn)生影響[17]。

2.2.3納米二氧化鈦用量優(yōu)化

圖5為納米TiO₂用量優(yōu)化結(jié)果。

由圖5可知，隨復(fù)合光催化砂漿面板內(nèi)二氧化鈦用量的增加，NOx光催化降解率表現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢。1%納米TiO₂對NOx光催化降解率最高。而過量的二氧化鈦會導(dǎo)致復(fù)合光催化砂漿面板的透光性有一定降低，這就在一定程度上降低了光催化面板中有效納米二氧化鈦的含量，使其對NOx的光催化降解率有一定降低[18]。因此，選擇適合的納米二氧化鈦用量為1%。

2.3光催化效果分析

2.3.1NOx流速及濃度的影響

通過改變NOx流速及濃度，觀察最佳條件下制備的復(fù)合光催化砂漿面板對NOx光催化降解率的影響規(guī)律，結(jié)果見圖6。

由圖6可觀察到，當(dāng)NOx濃度固定，隨NOx流速的增加，復(fù)合光催化砂漿面板對NOx降解率逐漸下降。當(dāng)NOx流速固定，對NOx濃度的增加，復(fù)合光催化砂漿面板對NOx降解率逐漸下降。而NOx流速固定的條件下，NOx濃度增加，在光催化反應(yīng)池中停留的NOx氣體分子越多。但復(fù)合光催化砂漿面板中有效納米二氧化鈦數(shù)量有限，再加上，光催化反應(yīng)池中的NOx氣體狀態(tài)為連續(xù)且流動，因此NOx濃度增加，復(fù)合光催化砂漿面板對NOx的光催化降解率越低。

2.3.2SO₂流速及濃度的影響

圖7為最佳條件下制備的復(fù)合光催化砂漿面板對不同流速和濃度條件下SO₂光催化降解率的影響規(guī)律。

由圖7可觀察到，在固定SO₂流速條件下或固定SO₂濃度的條件下，復(fù)合光催化砂漿面板對SO₂光催化降解率的影響與其對NOx光催化降解率的影響變化規(guī)律一致。這說明了復(fù)合光催化砂漿面板降解空氣中的有害物質(zhì)時，需要考慮有害物質(zhì)的濃度和流速影響。

3結(jié)語

（1）通過再生紅磚砂和再生玻璃砂作為負(fù)載納米二氧化鈦的載體制備紅磚砂/玻璃砂復(fù)合光催化劑，當(dāng)體系內(nèi)玻璃砂摻量降低，復(fù)合光催化劑砂漿稠度和流動度也慢慢的降低，復(fù)合光催化砂漿試件的力學(xué)性能增加；

（2）通過NOx降解率對復(fù)合光催化砂漿面板配比進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)玻璃砂占復(fù)合光催化劑總量的40%，紅磚砂占催化劑總量的60%，納米二氧化鈦用量為1%，分散方式為超聲分散時，對NOx的降解率為41.7%；

（3）對復(fù)合催化砂漿面板降解空氣中有害氣體規(guī)律進(jìn)行研究，當(dāng)有害氣體濃度一定或有害氣體流速一定的條件下，有害氣體濃度越高，流速越高，則復(fù)合催化砂漿面板對有害氣體的降解率越低。