[发明专利]一种纳米玻璃纤维增强混凝土材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土材料，具体地说是一种具有自清洁功能的纳米玻璃纤维增强混凝土材料(e-GRC功能材料)的制备方法及其应用。

背景技术

当一种材料的颗粒尺寸降低至纳米级时，往往可出现新的性能或者增进其原有的性能。国内对光催化技术在涂料和卫生陶瓷领域的研究已有多年，而以水泥为载体的光催化技术研究较为稀少。目前市场上开发出来的光催化纳米粉料或涂料通常局限于室内或紫外线光源下使用，有部分企业或科研高校制备出了光催化喷剂虽然能够使用在外墙中，但存在使用周期短，失效快的特点，不具备光催化水泥制品长期稳定的光触媒效果。

光催化水泥在建筑领域的应用始于2000年，欧洲利用意大利水泥公司的研究成果兴建了法国兰庭美术学院。此建筑历时多年，光洁如新。在欧洲科技项目PICADA研究计划得出一个重要结论：纳米二氧化钛作为一种成本相对较低的常用光催化材料，与水泥混合依然具备很强光触媒活性，可以制备出光催化水泥基材料。该材料应用在建筑物中可以净化空气，并使建筑物表面自清洁。在此研究成果基础上，世界各国都纷纷开展对光催化水泥技术的研究。目前意大利已具备规模化生产光催化水泥的能力，且产品的实用效果已经得到相关检测部门和市场的认可。对此，现在已有足够科学的与实际的证据表明，活性TiO₂与水泥混合所制成的胶凝材料完全可保持混凝土所有的正常特性，同时用此种胶凝材料所制成的混凝土具有很强的光触媒活性，不仅可使混凝土表面有“自洁净”效应，还可改善周围环境的质量。

PICADA项目初期的研究着重于混凝土整体的“光活性化”或试验普通混凝土结构的“光活性”面层。但将“TiO₂-水泥”混合料作为胶凝材料用于现场浇筑的整体(配筋)的混凝土，对“活性组分”是一种浪费。制造预制混凝土可采取只需在表面层中加入TiO₂的方法，但此法需采用较复杂而又不太方便的生产工艺，因而使构件的造价增高、生产率降低。在混凝土表面覆以“有活性”的面层会存在面层的可靠性与耐久性等不可回避的问题，并且涉及面层与底层的粘结问题，同时还会使建造过程延长、生产率下降。

发明内容

为了克服传统的TiO₂-水泥存在的问题，本发明的目的是提供一种纳米玻璃纤维增强混凝土材料(e-GRC功能材料)的制备方法及其应用，该制备方法以GRC材料为光催化载体，在玻璃纤维增强混凝土中使用TiO₂，用细小的玻璃纤维(甚至是玻璃珠)替代了传统预制混凝土中的钢筋，得到的e-GRC功能材料具有自洁功能，能防治大气污染，经济实用。使用后在建筑物表层形成e-GRC薄涂层，环保节能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

纳米玻璃纤维增强混凝土材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)纳米二氧化钛的选择与改性；纳米二氧化钛为金红石型和锐钛矿型按20∶80～25∶75比例混合；纳米二氧化钛的粒径在5-30纳米之间，对纳米二氧化钛粉料进行热处理，在400-600℃下煅烧1-2h，添加非金属离子N改性二氧化钛，得到改性纳米二氧化钛粉料；

2)纳米二氧化钛的分散；采用多级分散工艺；首先，热处理后的改性纳米二氧化钛以氧化锆球作为研磨介质，通过湿法球磨进行一级分散，降低由于热处理造成的粉末团聚现象，得到纳米二氧化钛浆料；

3)将经过球磨后的二氧化钛浆料通过红外干燥箱干燥处理，得到改性纳米二氧化钛光催化剂粉料；

4)将干燥后的改性纳米二氧化钛光催化剂粉料、0.5～1％分散剂与GRC水泥粉末混合并采用干法球磨进行二次分散，使纳米二氧化钛在GRC水泥粉末中均匀分布，得到纳米玻璃纤维增强混凝土材料(e-GRC功能材料)。分散剂是聚乙二醇或丙烯酸酯中的一种。

一种上述制备方法得到的纳米玻璃纤维增强混凝土材料在建筑中的应用，首先配制不含玻璃纤维的e-GRC混凝土浆料，将不含玻璃纤维的e-GRC混凝土浆料极薄的雾层喷射到模具中，得到光催化水泥涂层；紧接着将含有玻璃纤维的增强水泥材料喷射出来，并与GRC专用水泥浆料混合喷射，得到GRC层喷射成型；并通过滚压方式固化成型，再经过脱模、修补及后处理、养护，得到成品。