【摘 要】
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透水混凝土作为一种绿色生态环保材料,可以有效缓解城市“热岛效应”和城市内涝等问题,目前透水混凝土已广泛应用于一些对强度要求较低的道路,例如公园内部道路和城市主干道两侧的人行道。随着对透水混凝土性能研究的不断深入,人们发现,透水混凝土对径流污染中金属离子和大分子有机污染物具有一定的吸附效果。而纳米TiO2光催化技术在建筑装饰材料中的研究比较广泛,并且使装饰材料获得了很好的自清洁能力。纳米TiO2光催
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透水混凝土作为一种绿色生态环保材料,可以有效缓解城市“热岛效应”和城市内涝等问题,目前透水混凝土已广泛应用于一些对强度要求较低的道路,例如公园内部道路和城市主干道两侧的人行道。随着对透水混凝土性能研究的不断深入,人们发现,透水混凝土对径流污染中金属离子和大分子有机污染物具有一定的吸附效果。而纳米TiO2光催化技术在建筑装饰材料中的研究比较广泛,并且使装饰材料获得了很好的自清洁能力。纳米TiO2光催化技术与透水混凝土的结合,有助于实现透水混凝土的可持续性净水效果。本文主要研究内容和得出的结论如下:(1)本论文研究了水灰比和骨胶比对透水混凝土的孔隙率与力学性能的影响。以透水混凝土的配合比为基础,利用2wt.%的纳米TiO2等质量替换水泥,制备TiO2光催化透水混凝土,利用甲基橙溶液模拟城市径流中的有机染物,通过光催化透水混凝土对甲基橙溶液的吸附和在紫外光照射条件下的光催化降解试验,探究水灰比与骨胶比对光催化透水混凝土吸附/降解甲基橙的影响。试验结果表明,随着水灰比的增加,透水混凝土的孔隙率逐渐减小,力学性能逐渐增强,TiO2透水混凝土吸附/光催化降解甲基橙的能力逐渐减弱;随着骨胶比的增加,透水混凝土的孔隙率逐渐增大,力学性能逐渐减弱,TiO2透水混凝土吸附甲基橙的能力逐渐增强,光催化降解甲基橙的能力先减弱后增强。(2)在水灰比和骨胶比研究的基础上,综合考虑透水混凝土的力学性能和光催化性能,选定水灰比3.0,骨胶比3.5的透水混凝土为对照组,分别使用质量分数为2%、5%和8%的纳米TiO2对水泥进行等质量替代,制作了不同TiO2含量的光催化透水混凝土,探究了TiO2含量对透水混凝土孔隙率、力学性能和甲基橙吸附/光催化降解性能的影响。试验结果表明,TiO2光催化透水混凝土与普通透水混凝土相比,具有明显的光催化活性。随着纳米TiO2含量的增加,TiO2透水混凝土的光催化性能略微增强,但增加幅度很小,光催化性能并不与纳米TiO2的含量成线性比例关系;随着纳米TiO2含量的增加,TiO2透水混凝土的抗压性能逐渐降低,5wt.%和8wt.%替代率透水混凝土抗压强度下降最为严重。TiO2替代率为2wt.%、5wt.%、8wt.%的透水混凝土对甲基橙的降解效果分别为40%、42.8%和42.7%,28天抗压强度分别为20.7MPa、14.2MPa和13.5MPa。水泥被少量TiO2替代后,透水混凝土的力学性能不会发生很大的变化,当TiO2替代率超过5wt.%时,光催化透水混凝土的光催化性能不但不能得到有效提高,而且抗压性能会大幅度降低。并最终得出2wt.%是TiO2替代水泥的最佳含量。(3)为了探究纳米TiO2对透水混凝土的性能影响机理,本研究利用相同的方法,制作了不同TiO2含量的TiO2水泥石,对硬化水泥石的力学性能、光催化性能和微观结构进行了研究和分析。试验结果表明,在水泥的水化过程中,纳米TiO2并不参与水化反应,表现出化学惰性和稳定性。纳米TiO2的掺入,增加了水泥石中微孔的数量和直径,使得缺陷增多,降低TiO2硬化水泥石的力学性能。随着TiO2含量的增加,TiO2水泥石的光催化性能提升有限,5wt.%和8wt.%TiO2含量的水泥石对甲基橙的光催化降解率相差不大,120min光催化效率约为23%,比2wt.%TiO2含量的水泥石提高了16.2%,纳米TiO2存在最佳掺量,本论文提出TiO2的推荐掺量为2wt.%。
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