[发明专利]一种光催化水泥混凝土及其制备方法

说明书

本发明涉及一种光催化水泥混凝土及其制备方法，所述光催化水泥混凝土按重量份的原料配比包括：水泥22~35份、机制砂55~105份、粗骨料104~220份、硼碳氮0.02~0.11份、纳米蒙脱土0.016~0.05份、去离子水9.5~21份；所述粗骨料由天然粗骨料和人工粗骨料混合而成。本发明采用人工粗骨料替代部分天然粗骨料，既可以节省天然粗骨料，又可显著提升光催化水泥混凝土的降污效果；将硼碳氮纳米光催化材料分别掺入水泥、水和骨料中，有效改善硼碳氮在混凝土中的分散性且暴露出更多的反应活性位点，可显著提高降解污染物的效率。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种光催化水泥混凝土及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土是以水泥、骨料和水为主要原材料，经拌合、成型、养护等工艺制作硬化后具有强度的工程材料。光催化水泥混凝土是在制备水泥混凝土的过程中掺入纳米光催化材料，在太阳光作用下实现污染物降解的一种复合材料。光催化水泥混凝土的应用效果受纳米光催化材料的性质、纳米光催化材料与光源的接触面积以及混凝土中各材料间复合效果等因素的影响。目前，水泥混凝土中常用的纳米光催化材料是二氧化钛和石墨相氮化碳等，常见的应用方式是将纳米光催化材料直接掺和在水泥浆体中、涂覆在混凝土的表面或物理吸附在粗骨料的表面，虽然具有一定的效果，但依然存在着诸多问题：

（1）粗骨料约占水泥混凝土体积的40%~50%，若在混凝土中全部采用天然粗骨料，只在水泥浆体中掺入纳米光催化材料，显著阻碍了混凝土中纳米光催化材料受光面积的提升，从而导致光催化降解污染物的能力受到限制，不利于光催化水泥混凝土的规模化推广及应用。

（2）工程建设对砂石资源的需求量逐年增加，导致天然骨料呈现逐渐减少甚至枯竭的趋势，目前已逐渐采用处理后的海砂替代河砂作为细骨料，而天然粗骨料的替代物尚无较好的选择，如何减少天然粗骨料的使用显得越发重要。

（3）由于受材料自身禁带宽度的限制，二氧化钛的光催化主要依赖于紫外线，而紫外线约占太阳光的4.5%；石墨相氮化碳无光催化性能或主要依赖太阳光谱中蓝紫光发生光催化反应，两者对太阳光的利用率均较低；二氧化钛和石墨相氮化碳的比表面积均较小，光生电子和空穴容易复合，光催化效果较差。

（4）物理吸附的方式主要是通过在轻质骨料的表面和孔隙中附着纳米光催化材料，轻质骨料表面的纳米光催化材料抗冲刷、抗磨损性能较差，容易导致纳米光催化材料的流失，轻质骨料内部附着的纳米光催化材料较少且分布不均匀，严重影响光催化水泥混凝土的除污性能。将纳米光催化材料涂覆在混凝土的表面，虽然具有较好的光催化效果，但受外部环境因素和机械磨损作用的影响，纳米光催化材料易从混凝土表面剥落；为维持光催化性能的稳定，需要隔时反复的涂覆，导致后期维护成本较高。

因此，为了提高混凝土中纳米光催化材料的受光面积及光催化降解效率，设计一种光催化水泥混凝土及其制备方法对光催化水泥混凝土的应用及推广具有重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种光催化水泥混凝土及其制备方法，显著提升了光催化水泥混凝土的降污效果，对光催化水泥混凝土的推广及应用起到了积极的促进作用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种光催化水泥混凝土，所述光催化水泥混凝土按重量份的原料配比包括：水泥22~35份、机制砂55~105份、粗骨料104~220份、硼碳氮0.02~0.11份、纳米蒙脱土0.016~0.05份、去离子水9.5~21份；所述粗骨料由天然粗骨料和人工粗骨料混合而成；所述硼碳氮是对h-BN进行碳掺杂后得到的光催化剂，具体方法是采用硼源2重量份、碳源2~7重量份，尿素2~4重量份，在氨气气氛下1250℃条件制备得到；所述硼源为氧化硼或硼酸；所述碳源为葡萄糖或蔗糖或果糖。