负载光催化材料的再生集料透水混凝土的制备及其性能研究

摘要

随着中国基础设施建设的日益发展，道路拆旧建新过程中将产生大量的废弃混凝土，若不对其加以合理利用，将严重影响生态环境。目前采取露天堆放或就地填埋的方式进行，不仅对混凝土道路的整治带来消极影响。建设和发展“海绵城市”是为了解决城市洪涝灾害和城市热岛效应问题。透水混凝土作为大孔隙透水材料可以广泛应用于城市街道，停车场，人行道路和植被铺设等领域，是实现“海绵城市”规划的重要技术手段之一。汽车尾气中的主要污染物包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、硫化物、醛及微粒物等，给人们的健康带来极大的负面影响。而传统路面材料不仅不具备分解尾气的功能，而且产生城市热地效应，因此亟须发展一种具有净化大气污染物功能的路面材料。
　　本文针对以上三个问题，本文提出负载光催化材料(TiO2)的再生集料透水混凝土制备技术研究。将废弃混凝土制备为再生集料，并负载光催化材料，将负载得到的光催化再生集料制备为透水混凝土，得到负载光催化材料的再生集料透水混凝土。
　　本文从混凝土制备实验和水泥水化产物微观观测两个方面对负载光催化材料的再生集料透水混凝土的力学性能、透水性能和光催化降解率进行探索与研究，主要研究内容和成果如下:
　　对负载光催化材料的再生粗集料进行光催化降解率测试，并采用SEM测试方法对不同粒径、不同光催化材料负载浓度的再生集料进行探究。
　　采用正交设计进行负载光催化材料的再生集料透水混凝土的配合比设计，选用四因素三水平的正交设计表，分别考虑水胶比、集胶比、再生集料替换率和粉煤灰掺量四个因素的三种水平变化。将各组实验结果进行力学性能、透水性能和光催化降解率进行测试和分析，讨论不同水平不同因素对以上三种性能的影响，对结果进行方差分析，得到三种性能组合最优的配合比。采用模拟雨水冲击，测试得到单一环境因素作用下制备得到的负载光催化材料的再生集料透水混凝土的光催化降解率耐久性。
　　利用SEM测试、水化热放热量测试手段对负载光催化材料的再生集料透水混凝土不同养护龄期的水泥水化产物生长情况进行探究。
　　根据TiO2试验分析结果，采用Material Studio材料分析软件对TiO2电子结构和能带进行模拟计算。根据光催化反应方程式，模拟锐钛矿型TiO2对水分子的吸附，得到不同晶面对水分子的吸附能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究的目的与意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 再生透水混凝土研究现状

1．3．2 光催化材料的应用

1．4 目前研究的不足

1．5．1 本文研究内容

1．5．2 本文研究技术路线图

第二章 原材料及试验方法

2．1 原材料

2．2 负载光催化材料的再生集料透水混凝土制备工艺

2．2．1 光催化组分的制备

2．2．2 透水混凝土的拌合

2．2．3 透水混凝土的成型

2．2．4 透水混凝土的养护

2．3．1 抗压强度测试

2．3．2 透水系数测试

2．3．3 孔隙率的测定

2．3．4 光催化降解率测试

2．3．5 雨水冲刷模拟设备

2．3．6 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．7 水化热测试

2．4 本耄小结

第三章 光催化再生集料透水混凝土的配合比设计

3．1 光催化组分

3．1．1 光催化组分光催化降解率分析

3．1．2 不同光催化组分的制备

3．1．3 不同光催化组分的光催化降解率评价

3．2 正交试验设计与分析

3．2．1 正交设计概念介绍

3．2．2 本文采用的正交试验设计与分析

3．3 影响因素分析

3．3．1 配合比分析

3．3．2 细化TiO2掺量的试验

3．4 光催化降解率耐久性

3．5 本章小结

第四章 纳米光催化材料对混凝土水化反应过程探究

4．1．1 样品的制作

4．1．2 结果与分析

4．2 水化热试验

4．2．1 样品的制作

4．2．2 结果与分析

4．3 本章小结

第五章 纳米TiO2特性与吸附机理研究

5．1 TiO2光催化效应机理介绍

5．2 锐矿型电子结构模拟

5．2．1 Material studio软件介绍

5．2．2 锐矿型TiO2性质

5．3 锐钛矿型TiO2不同晶面光催化降解率模拟

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及取得的学术成果