Нанодобавки на основе диоксида титана и диоксида кремния для самоочищающихся бетонов

基于二氧化钛和二氧化硅的自洁混凝土纳米添加剂

Изучены свойства нанокомпозитов TiO2–SiO2, синтезированных с использованием кремнийсодержащих остатков соляно-кислотного выщелачивания магнезиально-железистых шлаков и раствора сульфата титана, и оценена возможность их использования в составе цементных композитов. Синтезированные нанокомпозиты TiO2–SiO2 характеризуются высокой удельной поверхностью 183–534 м2/г, наличием связи Si–O–Ti в своей структуре, отличаются фазовым составом и содержанием SiO2. Установлено, что все исследуемые образцы проявляют фотокаталитическую активность в реакции разложения метиленового синего (МС), как в ультрафиолетовой (УФ), так и в видимой областях спектра (ВС). Степень разложения МС наночастиц TiO2–SiO2 составила через 180 мин после УФ облучения 86–67%, ВС – 80–59%. Образец с самой высокой удельной поверхностью 534 м2/г проявил фотокаталитическую активность только после ультразвукового диспергирования в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ). Образец, состоящий из анатаза и аморфного кремнезема, по степени разложения МС превосходит коммерческий катализатор Р25. Показано, что применение TiO2–SiO2 в составе цементной матрицы ускоряет гидратацию и способствует увеличению прочности при сжатии, при этом с ростом удельной поверхности влияние наночастиц TiO2–SiO2 на прочность цементного камня усиливается. Оптимальное содержание добавки в составе цементного теста TiO2–SiO2 с наибольшей удельной поверхностью 534 м2/г составляет 0,05–0,5 мас. %, при этом прочность увеличивается в суточном возрасте на 60–73%, 28-суточном – на 22–28%. Нанокомпозиты TiO2–SiO2 （диоксид титана- диоксид кремния）могут быть использованы в качестве добавок в бетонные матрицы для улучшения прочностных свойств и получения самоочищающихся поверхностей.

研究了利用由盐酸浸出的镁铁炉渣中含硅残渣和硫酸钛溶液合成的TiO₂-SiO₂纳米复合物的性能，并评估了它们在水泥基复合材料中应用的可能性。合成的TiO₂-SiO₂纳米复合物具有183-534 m²/g 的高比表面积，其化学结构中存在 Si-O-Ti 键，且相组成及SiO₂含量有所不同。发现无论在紫外光区还是可见光区，所有被研究样品在亚甲基蓝降解反应中都表现出光催化活性。经180分钟照射后在TiO₂-SiO₂纳米粒子作用下的亚甲基蓝溶液降解度在紫外光区为86-67%，在可见光区为80-59%。样品最大比表面积达534 m²/g，只有在表面活性剂存在下经超声波分散才表现出光催化活性。由锐钛矿和无定形二氧化硅组成的样品在亚甲基蓝降解度方面优于商业催化剂P25。结果表明，在水泥基体中加入TiO₂-SiO₂可加速水化反应并提高抗压强度，同时TiO₂-SiO₂纳米颗粒对水泥石强度的影响随比表面积提高而增强。最大比表面积达534m²/g的TiO₂-SiO₂水泥浆体中添加剂的最佳质量百分比为0.05-0.5%，此外混凝土1天强度增加了60-73%，28天强度增加了22-28%。TiO₂ – SiO₂纳米复合物可用作混凝土基体中的添加剂以提高其强度性能并获得自清洁表面。

Тюкавкина В.В., Щелокова Е.А., Поживина К.А., Касиков А.Г. Нанодобавки на основе диоксида титана и диоксида кремния для самоочищающихся бетонов // Строительные материалы. 2021. № 5. С. 47–53. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-791-5-47-53