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，避免資源浪費有重要意義。對此，有學(xué)者進行了很多研究，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，并對其強度進行測試[1]。通過納米硅溶膠增強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橡膠再生混凝土，研究2種材料不同取代率下自密實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其劈裂抗拉性能[4]。本試驗以文獻[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，達到改善空氣質(zhì)量的目的。

1試驗部分

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（鴻眾設(shè)備）；JJ-5型水泥砂漿攪拌機（巔峰機械）；JA-2200型超聲波分散機（奧超電子設(shè)備）；YZS-50-4型振實臺（驕陽機械設(shè)備）。

1.2試驗方法

1.2.1復(fù)合光催化劑的制備

（1）提前對所用骨料進行清洗并烘干，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，然后在超聲分散機的作用下進行超聲分散處理，超聲條件和時間分別為20kHz和60min，超聲程序為：每超聲3s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。用玻璃棒充分攪拌，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行過濾處理，然后將濾渣置于電熱烘箱內(nèi)進行烘干處理，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葉片和內(nèi)壁進行浸潤處理；

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

（3）分2次將混合物倒入提前準備好的模具中，抹平后用振實臺進行振實，刮去多余砂漿并抹平表面，用保鮮膜密封后標(biāo)準養(yǎng)護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1d后脫模標(biāo)準養(yǎng)護至指定齡期。

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行測試[7-8]。稠度：參照JGJ70中的方法，通過SZ-145型砂漿稠度測定儀對砂漿稠度進行測試[9-10]。

1.3.2力學(xué)性能測試

參照GB/T17671規(guī)程通過YDW-300D型抗壓抗折一體機對砂漿試件力學(xué)性能進行測試[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，并使流動氣體達到穩(wěn)定狀態(tài)；

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

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，混凝土試件抗壓強度的增長率明顯高于抗折強度。混凝土中紅磚砂占比越大，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度越低[14]。同時，再生玻璃砂的不規(guī)則形狀增強骨料間和骨料與水泥間的機械咬合力，進而對砂漿試件力學(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行進一步優(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)進行試驗。

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。這是因為納米二氧化鈦粒徑較小，僅用攪拌方式摻入體系后，易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，這對納米二氧化鈦的均勻分散產(chǎn)生影響，進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。