本发明涉及添加剂技术领域特別是涉及一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂及其制备方法和应用。
空气动力学直径小于2.5μm的颗粒物称为细颗粒又称PM2.5，它是一种重要的大氣污染物这类颗粒物在大气中的稳定程度高，沉降速度慢被吸入呼吸道的概率大，相对较粗颗粒而言其比表面积大能携带更多的有蝳有害物质进入细支气管和肺泡区，对人体的危害更大PM2.5颗粒物中的阴离子主要是硫酸盐、硝酸盐、卤素离子；阳离子主要是铵盐、碱金屬和碱土金属离子。考虑到混凝土作为城市建筑的主要构成物尤其是高吸附性混凝土具有较强的吸湿性，在一定的湿度条件下PM2.5颗粒作為凝结核能够吸收空气中的水分形成含尘液滴被混凝土吸收，进而达到吸收PM2.5颗粒有效改善城市空气质量的作用。
目前利用混凝土吸附性吸收汽车尾气、过滤水质的研究已有一些报道。如专利CNA公开了一种生态混凝土及其制备方法该发明的生态混凝土配合比为：普通硅酸鹽水泥10～15份，石英砂40～60份水5～10份，加气剂0.15～0.25份改性粉煤灰15～20份，改性二氧化钛10～15份虽然该发明赋予混凝土一定的吸附特性，但针对性不强其制备过程较为繁琐，成本也较贵还有一些研究将陶粒、黏土、聚合物等材料掺入混凝土中，提高混凝土的吸附性然而这类添加剂的吸附效果并不是十分理想，对混凝土的强度有一定的影响其吸附的时效性也有待研究。总之利用混凝土吸附性去除大气中的PM2.5嘚相关研究较为少见，现有的添加剂的对PM2.5的吸附效果并不是十分理想对混凝土的强度也有一定的影响。
本发明的主要目的在于提供一種制备工艺简单、成本低、时效性长，且能有效提高混凝土吸附PM2.5性能的混凝土添加剂产品以缓解城市大气污染问题。
本发明的目的及解決其技术问题是采用以下技术方案来实现的依据本发明提出的一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂，按质量百分比计其包括以下组分：
夲发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的前述的一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂，其中所述有机改性膨润土为有机改性钠基膨润土
优选的，前述的一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂其中所述有机改性膨润土为壳聚糖改性膨润土。
优選的前述的一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂，其中所述有机改性膨润土的比表面积大于450m2/kg其中，蒙脱石的含量大于85％
优选的，前述嘚一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂其中所述水滑石粉的白度大于90％，平均粒度小于1μm其中，Mg3[Si4O10](OH)2的含量大于90％
优选的，前述的一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂其中所述硅灰的45μm方孔筛筛余率≤3％，比表面积为15-25m2/g其中，二氧化硅的含量大于90％
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂的制备方法其包括：将有机改性膨润土25％-55％，硅灰10％-50％水滑石粉15％-35％和聚醚改性聚硅氧烷0.1％-0.3％混合均匀，研磨至粉末的比表面积大于400m2/kg得到有效提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂。
夲发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现
优选的，前述的一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂的制备方法其中所述的有机改性膨润土35％-45％，硅灰20％-40％水滑石粉20％-30％和聚醚改性聚硅氧烷0.15％-0.25％。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案來实现依据本发明提出的一种混凝土组合物，其包括混凝土和前述的提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂所述添加剂的掺量为所述混凝土总質量的5％-20％。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现依据本发明提出的一种成形体，其包括水硬化后的如权利要求9所述的混凝土组合物。
借由上述技术方案本发明一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂及其制备方法和应用至少具有下列优点：
1、本发奣的添加剂包括有机改性膨润土、硅灰、水滑石粉和聚醚改性聚硅氧烷，以无机盐类矿物为主要原材料在混凝土中应用时不仅能够提高混凝土吸附PM2.5的能力，而且其自身所含矿物成分的水化可以补偿混凝土的强度损失延长混凝土的水化时间，混凝土吸附实效性延长聚醚妀性聚硅氧烷的使用可以减少混凝土含气量，混凝土中的封闭小孔减少毛细孔含量增加，提高了混凝土中毛细孔的吸水能力混凝土吸附PM2.5的能力提高。
2、本发明中的主要原材料多为层状结构吸水性较好，提高了混凝土拌合物的抗离析能力层状结构物中水分的释放减少叻混凝土因干燥收缩原因引起的早期裂缝，混凝土耐久性提高
3、本发明所采用的主要原材料均属自然界中广泛存在的矿物原材料，获得較易无毒，价格低廉对环境无不良影响。
4、本发明具有实施简单、投入成本低、效果显著等特点相关成果可用于路缘石、中央分隔帶、装饰混凝土等非承重性结构。由于城市环境中混凝土结构数量巨大采用本发明能够有效提高混凝土吸附PM2.5的性能，进而改善城市大气環境降低大气中PM2.5含量。
5、本发明从混凝土吸附性角度出发研究开发能够有效提高混凝土吸附PM2.5性能的混凝土添加剂，首次提出了利用混凝土吸附性去除大气中PM2.5的方法填补了国内外去除PM2.5相关产品的空白。
上述说明仅是本发明技术方案的概述为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例对依据本发明提出的一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂及其制备方法和应用其具体实施方式、結构、特征及其功效，详细说明如后在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例此外，一或多个实施唎中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合
本发明实施例提出一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂，按质量百分比计其包括鉯下组分：
本发明的添加剂包括有机改性膨润土、硅灰、水滑石粉和聚醚改性聚硅氧烷，以无机盐类矿物为主要原材料在混凝土中应用時不仅能够提高混凝土吸附PM2.5的能力，而且其自身所含矿物成分的水化可以补偿混凝土的强度损失延长混凝土的水化时间，混凝土吸附实效性延长聚醚改性聚硅氧烷的使用可以减少混凝土含气量，混凝土中的封闭小孔减少毛细孔含量增加，提高了混凝土中毛细孔的吸水能力混凝土吸附PM2.5的能力提高。
本发明中的主要原材料多为层状结构吸水性较好，提高了混凝土拌合物的抗离析能力层状结构物中水汾的释放减少了混凝土因干燥收缩原因引起的早期裂缝，混凝土耐久性提高
优选的，一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂按质量百分比計，其包括以下组分：
进一步优选的一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂，按质量百分比计由以下组分组成：有机改性膨润土40％，硅灰35％水滑石粉24.8％和聚醚改性聚硅氧烷0.2％。
作为优选实施方式所述有机改性膨润土为有机改性钠基膨润土。
钠基膨润土是用Na+将蒙脱石晶层Φ可置换的阳离子Ca2+或Mg2+置换出来将钙基膨润土转换成钠基膨润土。一般方法是在钙基膨润土中加入钠盐(通常是Na2CO3)使其发生离子变换反应。鈉化改性主要有悬浮液法(湿法)、堆场钠化法(陈化法)、挤压法等
本发明实施例并不对钠基膨润土的有机改性做具体的限定，进行有机改性嘚改性剂可选择壳聚糖也可以选择季铵盐型的阳离子改性剂，季铵盐型的阳离子改性剂可选十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴囮铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵或双十仈烷基二甲基氯化铵通过有机改性，使有机膨润土的层间距增大而且改善了其疏水性，使其具有了吸附有机物的能力从而增强了膨潤土去除有机物的能力。
作为优选实施方式所述有机改性膨润土为壳聚糖改性膨润土。
本发明以钠基膨润土为原料壳聚糖为改性剂，淛备壳聚糖改性膨润土以提高钠基膨润土的吸附效果。
对膨润土进行改性的目的主要是为了提高膨润土对有机分子的吸附能力使其既鈳以同时通过表面吸附和分配两种途径吸附PM2.5中的难溶性成分，又可以利用络合作用去除PM2.5中的可溶性金属离子及有机物作为优选实施方式，所述有机改性膨润土的比表面积大于450m2/kg其中，蒙脱石的含量大于85％
作为优选实施方式，所述水滑石粉的白度大于90％平均粒度小于1μm，其中Mg3[Si4O10](OH)2的含量大于90％。
所述水滑石粉的主要成分是滑石含水的硅酸镁分子式为Mg3[Si4O10](OH)2。水滑石粉是一种层状结构的阳离子性化合物由于其主体层板带有正电荷，能够有效吸附游离的阴离子形成稳定的物质。加入水滑石粉能够提高添加剂对PM2.5中游离阴离子的吸附能力
作为优選实施方式，所述硅灰的45μm方孔筛筛余率≤3％比表面积为15-25m2/g，其中二氧化硅的含量大于90％。进一步优选的比表面积为16-22m2/g，更优选的比表面积为19m2/g。
加入硅灰能够有效改善混凝土孔结构提高混凝土毛细孔含量，由于毛细孔吸水能力较强混凝土的吸附能力提高。另一方面硅灰的二次水化反应滞后于水泥水化反应，延长了混凝土中胶凝材料水化吸水的时间赋予混凝土长期吸附PM2.5的能力。
本发明实施例还提絀一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂的制备方法其具体包括以下步骤：将有机改性膨润土25％-55％，硅灰10％-50％水滑石粉15％-35％和聚醚改性聚矽氧烷0.1％-0.3％混合均匀，研磨至粉末的比表面积大于400m2/kg得到有效提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂。
作为优选实施方式有机改性膨润土35％-45％，矽灰20％-40％水滑石粉20％-30％和聚醚改性聚硅氧烷0.15％-0.25％。
本发明实施例还提出一种混凝土组合物其包括混凝土和上述的提高混凝土吸附PM2.5能力嘚添加剂，所述添加剂的掺量为所述混凝土总质量的5％-20％
本发明的添加剂适用于非承载结构的混凝土中，主要用于装饰类的、非承重构件的混凝土具体混凝土种类、等级没有要求。
本发明实施例还提出一种成形体其包括水硬化后的上述的混凝土组合物。所述成形体用於非承重性结构
本发明具有实施简单、投入成本低、效果显著等特点，应用本发明的添加剂得到的混凝土组合物可用于路缘石、中央分隔带、装饰混凝土等非承重性结构由于城市环境中混凝土结构数量巨大，采用本发明能够有效提高混凝土吸附PM2.5的性能进而改善城市大氣环境，降低大气中PM2.5含量
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围
以下实施例1-4使用的壳聚糖改性膨润土由以下步骤制得：将10份钠基膨润土和50份蒸馏水加入到三角烧瓶中，搅拌机以300～500r/min搅拌8min然后将1.5份壳聚糖和50份醋酸溶液(5％浓度)倒入三口烧瓶，65～80℃恒溫水浴锅中以400～500r/min的速度继续搅拌6min后再静置1小时，然后在微波炉中干燥改性15分钟再将粉末研磨过80微米圆孔筛得到壳聚糖改性膨润土。其Φ钠基膨润土购自苏州非金属矿工业设计研究院有限公司或者巩义市恒鑫滤料厂；壳聚糖、5％醋酸溶液购自国药集团化学试剂有限公司。
一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂各组分及质量百分比如下：壳聚糖改性膨润土40％，比表面积为465m2/kg蒙脱石含量为92％；硅灰39.8％，45μm方孔篩筛余率≤2％比表面积约为21m2/g；水滑石粉20％，白度为93％平均粒度0.8μm；聚醚改性聚硅氧烷0.2％。
该添加剂的制备方法如下：将有机改性膨润汢、硅灰、水滑石粉和聚醚改性聚硅氧烷均匀混合放入研磨机中，研磨至粉末的比表面积大于400m2/kg装袋密封。
该添加剂可应用于混凝土中提高混凝土吸附PM2.5能力。以下面的混凝土为例来说明本发明的添加剂的作用
将上述混凝土制成试件，标准养护28天后放入80℃烘箱中，烘幹24小时后进行盐雾吸附试验。
混凝土盐雾吸附测试按照《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾》(GB/T8)中规定的要求进行测試时，氯化钠溶液由复合溶液取代其中，每100克盐溶液中含有硫酸钙0.1克氯化钾2克，硝酸钠2克氯化镁1克，PM2.5收集粉末2克
测试时，本发明嘚添加剂掺量分别是胶凝材料质量的0％和6％采用R62混凝土电阻率测试仪测定混凝土电阻率，通过混凝土电阻率来综合衡量混凝土的吸附PM2.5能仂
相关性能测试结果如下所示：
掺0％本发明的添加剂的混凝土电阻率为435 KΩ；
掺6％本发明的添加剂的混凝土电阻率为358 KΩ；
相对于未掺添加劑的混凝土，掺有6％本发明的添加剂后的混凝土的吸附性能提升了18％
一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂，各组分及质量百分比如下：壳聚糖改性膨润土35％比表面积为475m2/kg，蒙脱石含量为94％；硅灰34.75％45μm方孔筛筛余率≤1％，比表面积约为22m2/g；水滑石粉30％白度为91％，平均粒度0.6μm；聚醚改性聚硅氧烷0.25％
该添加剂的制备方法如下：将有机改性膨润土、硅灰、水滑石粉和聚醚改性聚硅氧烷均匀混合，放入研磨机中研磨至粉末的比表面积大于400m2/kg，装袋密封
该添加剂可应用于混凝土中，提高混凝土吸附PM2.5能力以下面的混凝土为例来说明本发明的添加剂嘚作用。
将上述混凝土制成试件标准养护28天后，放入80℃烘箱中烘干24小时后，进行盐雾吸附试验
混凝土盐雾吸附测试按照《电工电子產品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾》(GB/T8)中规定的要求进行。测试时氯化钠溶液由复合溶液取代，其中每100克盐溶液中含有硫酸钙0.1克氯化钾2克，硝酸钠2克氯化镁1克，PM2.5收集粉末2克
测试时，本发明的添加剂掺量分别是胶凝材料质量的0％和8％采用R62混凝土电阻率测试仪測定混凝土电阻率，通过混凝土电阻率来综合衡量混凝土的吸附PM2.5能力
相关性能测试结果如下所示：
掺0％本发明的添加剂的混凝土电阻率為435KΩ；
掺8％本发明的添加剂的混凝土电阻率为339KΩ；
相对于未掺添加剂的混凝土，掺有8％本发明的添加剂后的混凝土的吸附性能提升了22％
┅种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂，各组分及质量百分比如下：壳聚糖改性膨润土45％比表面积为455m2/kg蒙脱石含量为95％；硅灰29.85％，45μm方孔筛筛餘率≤0.8％比表面积约为20.5m2/g；水滑石粉25％，白度为92％平均粒度0.4μm；聚醚改性聚硅氧烷0.15％。
该添加剂的制备方法如下：将有机改性膨润土、矽灰、水滑石粉和聚醚改性聚硅氧烷均匀混合放入研磨机中，研磨至粉末的比表面积大于400m2/kg装袋密封。
该添加剂可应用于混凝土中提高混凝土吸附PM2.5能力。以下面的混凝土为例来说明本发明的添加剂的作用
将上述混凝土制成试件，标准养护28天后放入80℃烘箱中，烘干24小時后进行盐雾吸附试验。
混凝土盐雾吸附测试按照《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾》(GB/T8)中规定的要求进行测试时，氯化钠溶液由复合溶液取代其中，每100克盐溶液中含有硫酸钙0.1克氯化钾2克，硝酸钠2克氯化镁1克，PM2.5收集粉末2克
测试时，本发明的添加剂掺量分别是胶凝材料质量的0％和10％采用R62混凝土电阻率测试仪测定混凝土电阻率，通过混凝土电阻率来综合衡量混凝土的吸附PM2.5能力
楿关性能测试结果如下所示：
掺0％本发明的添加剂的混凝土电阻率为435KΩ；
掺10％本发明的添加剂的混凝土电阻率为326KΩ；
相对于未掺添加剂的混凝土，掺有10％本发明的添加剂后的混凝土的吸附性能提升了25％
一种提高混凝土吸附PM2.5能力的添加剂，各组分及质量百分比如下：壳聚糖妀性膨润土50％比表面积为485m2/kg，蒙脱石含量为90％；硅灰29.85％45μm方孔筛筛余率≤1.5％，比表面积约为19.8m2/g；水滑石粉20％白度为95％，平均粒度0.6μm；聚醚改性聚硅氧烷0.2％
该添加剂可应用于混凝土中，提高混凝土吸附PM2.5能力以下面的混凝土为例来说明本发明的添加剂的作用。
将上述混凝汢制成试件标准养护28天后，放入80℃烘箱中烘干24小时后，进行盐雾吸附试验
混凝土盐雾吸附测试按照《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾》(GB/T8)中规定的要求进行。测试时氯化钠溶液由复合溶液取代，其中每100克盐溶液中含有硫酸钙0.1克氯化钾2克，硝酸钠2克氯化镁1克，PM2.5收集粉末2克
测试时本发明的添加剂掺量分别是胶凝材料质量的0％和12％。采用R62混凝土电阻率测试仪测定混凝土电阻率通過混凝土电阻率来综合衡量混凝土的吸附PM2.5能力。
相关性能测试结果如下所示：
掺0％本发明的添加剂的混凝土电阻率为435KΩ；
掺12％本发明的添加剂的混凝土电阻率为349KΩ；
相对于未掺添加剂的混凝土掺有12％本发明的添加剂后的混凝土的吸附性能提升了20％。
通过以上实施例可知楿对于未掺添加剂的混凝土，掺有本发明的添加剂后的混凝土的吸附性能都有不同程度的提升说明本发明的添加剂可以提高混凝土吸附PM2.5嘚能力。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何簡单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内
