杨莹莹 赵嘉妮 沈若豪 徐丁一 李丽琴
(金华职业技术学院 浙江 金华 321000)
摘要 建筑垃圾、大气污染、城市内涝问题制约着城市发展进程，针对城市道路大气污染问题提出生态型再生透水混凝土的制备技术研究，将光大气治理、建筑垃圾回收利用结合到透水混凝土的制备中，将负载光催化材料（TiO2）的再生集料掺入透水混凝土中，以此同时解决废弃混凝土处理，城市洪涝灾害和汽车尾气污染等问题。
关键词 大气污染 建筑垃圾 透水混凝土二氧化钛
0项目意义
汽车尾气排放是我国环境保护必须要关注的问题。我国城市机动车数量以每年约13%的速度急剧增长,燃油车尾气污染日益严重，汽车尾气已经成为空气的重要污染源，且排放有多种挥发性有机物。空气质量日趋恶劣，针对这种状况，空气解析的研究成为热点，机动车尾气中含有大量的有害物质，已经确定的有机物组分多达上百种，如何降解汽车尾气排放的有害物质，是当前大气污染领域急需解决的问题之一。
近几年，“海绵城市”成为城市发展规划中的高频词汇，建设和发展“海绵城市”是为了解决城市洪涝灾害和城市热岛效应问题。透水混凝土作为大孔隙透水材料可以广泛应用于城市街道，停车场，人行道路和植被铺设等领域，是实现“海绵城市”规划的重要技术手段之一。因此将光催化剂负载于透水混凝土中以求解决汽车尾气排放是环境保护中切实有效的办法之一。光生态环保型再生透水混凝土材料可使新制备的路面材料具有透水与分解汽车尾气的功能,从而同时解决废弃混凝土处理与大气污染物净化两大难题,并可用于海绵城市的建设。
1实验设备及检测过程
1.1实验设备及检测：电液压力机、抽真空装置、圆柱筒、溢流水槽、温度计、量筒、烧杯等
1.2 TiO2-再生集料透水混凝土性能测试：将试样放置在电液压力机加压位置，以试件侧面作为受压面，采用连续均匀加压，加压速率控制0.3-0.5Mpa,记录试件从加压到破坏过程中的最大荷载。
1.3 TiO2-再生集料透水混凝土透水系数测试：孔隙率采用重量法测试制备所得混凝土的有效孔隙率。透水系数的测定采用固定水头法。根据公式：Kt=Q1*L/A*h*t计算透水系数的值。
1.4TiO2-再生集料透水混凝土的光催化降解率测定：根据《GB/T 23761-2009光催化空气净化材料性能测试方法》搭设光催化反应设备，进行光催化降解率测试。
2.结果分析讨论
2.1实验数据
各种有害气体会干扰实验数据，光催化材料对不同的污染气体也具有不同的催化效果，所以在本次实验中我们采用NO2气体来进行实验。我们在实验室中分别制作了不同粒径的以天然集料和再生集料为原料的路面实验段来进行透水混凝土性质检测实验。水胶比、粉煤灰掺量、再生集料替换率、透水系数、抗压强度分别是检验透水混凝土性质的几个因素。
我们将再生集料设置分组，每组分别进行实验。以下是九次实验再生集料透水混凝土的性质实验数据简要分析表：
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由表1实验数据可知，当透水系数达到22.47mm/s，透水混凝土的抗压强度达到21.8MPa时，混凝土的透水性最佳。
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图1 光催化降解效率
由图1实验数据可知，在本实验中TiO2含量达到0.3%时，降解效率最佳。而光催化降解率对混凝土的抗压强度影响不大。
2.2实验结果
由混凝土性质实验数据可知，在本次试验中,当透水系数增加时，混凝土的抗压强度逐渐达到要求。当透水系数达到22.47mm/s，透水混凝土的抗压强度达到21.8MPa时，混凝土的透水性最佳。此外，Tio2的含量与透水混凝土的光催化降解率呈线性关系。在本实验中，TiO2的含量达到0.3%时，降解效率为最佳。
3. 再生透水混凝土使用建议
在同量的TiO2负载浓度之下，再生集料组的光催化降解率高于天然集料组，伴随着粒径的增加，再生集料组光催化降解率开始逐渐下降。在采用对比污染物浓度反应前后差值为评价方式时，在混凝土的拌合过程中，集料表面的TiO2会被水泥所包裹，从而无法在集料表面接受光照进行污染气体的降解。本次试验中采用粒径为5-10mm再生集料浸泡0.6%TiO2悬浊液得到光催化降解率为最佳。
4.结语
随着城镇化的提高，城市面积的扩大，不透水的混凝土构造物和道路所覆盖的土地面积越来越大，加之近几年来极端降水频率和强度增加，引起了一系列的城市环境问题。由于混凝土构造物和道路铺装不透水不透气，造成降雨时雨水的可渗透面积减少，城市地区地下水位下降；道路路面排水设施建设相对滞后，导致城市市区积水，进而发展为城市洪涝灾害。城市地面与自然土壤地面相比，吸热率更高而比热容较小，引起城市热岛效应。当前，建筑垃圾主要以填埋、堆弃为主，这不仅占用土地、污染环境，也浪费资源。因此，如何有效的处理建筑垃圾问题，减少对砂、石等自然资源的依赖，是建设可持续发展、环境友好型和资源节约型社会的关键。
因此将光催化材料负载于再生集料，利用再生集料大孔隙的特点，使光催化材料附着在孔隙中，制备透水混凝土，利用制备的混凝土所具有的透水性能，污染物降解性能同时解决城市废弃混凝土垃圾处理、城市洪涝灾害问题，缓解目前严重的大气污染压力，一方面可以将三个社会问题一并缓解，社会效益突显，另一方面利用建筑垃圾回收利用也可以大大降低经济成本。项目的实施有很大的实际应用价值。
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基金项目：浙江省大学生科技创新活动计划：2020R447007；金华市科技局：2020-4-194