【摘 要】
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透水砖作为生态环保的铺装材料,能够利用内部丰富的孔隙结构,实现对雨水的存蓄和净化,缓解不透水路面引发的城市问题。但在海绵城市建设背景下,透水砖显现的堵塞问题已成为其发展和应用的瓶颈亟待解决。纳米二氧化钛具有高效的光催化性和亲水性,已应用在透水材料的研究中,但鲜有学者关注纳米二氧化钛在透水砖堵塞控制中发挥的作用。本研究采用两种负载方式和五种负载量,在透水砖表层引入纳米二氧化钛,制备纳米透水砖。针对透
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透水砖作为生态环保的铺装材料,能够利用内部丰富的孔隙结构,实现对雨水的存蓄和净化,缓解不透水路面引发的城市问题。但在海绵城市建设背景下,透水砖显现的堵塞问题已成为其发展和应用的瓶颈亟待解决。纳米二氧化钛具有高效的光催化性和亲水性,已应用在透水材料的研究中,但鲜有学者关注纳米二氧化钛在透水砖堵塞控制中发挥的作用。本研究采用两种负载方式和五种负载量,在透水砖表层引入纳米二氧化钛,制备纳米透水砖。针对透水砖堵塞形成的过程,对比分析纳米二氧化钛负载对透水砖的透水性能、堵塞物质截留性能和堵塞恢复性能的影响。综合评价纳米二氧化钛对透水砖的堵塞控制的效果,为透水砖防堵缓堵的研究工作提供依据。为此本文以陶瓷透水砖为研究对象,模拟地表径流研发了一种透水砖的快速堵塞模拟装置。确定装置的运行条件:选用10～20μm、20～50μm、50～150μm三种规格的硅砂组成堵塞材料,质量占比分别为50%、40%和10%;堵塞物质溶液浓度为200 mg/L;径流速度为1.5 cm/s。进行实验室内陶瓷和纳米透水砖的堵塞试验,结果表明在透水砖表层负载适量的亲水性纳米二氧化钛可以增加透水砖吸附水的能力,且在喷涂/0.5 g负载条件下制得的透水砖透水能力最好,在透水初期和后期的平均透水系数分别比陶瓷透水砖高155.01%和131.94%。对喷涂/0.5 g组制备的纳米透水砖在砖内截留、透过砖和砖上截留的砂粒质量和粒径分析,表明亲水性纳米二氧化钛的负载可以削弱颗粒物质在砖表面的黏附,缓解细小颗粒物质对透水砖的堵塞作用。对喷涂/0.5 g负载条件下纳米透水砖堵塞恢复分析,其堵塞恢复性能比陶瓷透水砖提高了9.10%,且堵塞终点出现的时间延迟了40 min,表明亲水性纳米二氧化钛负载能够提升透水砖堵塞恢复性;对不同负载方式下透水砖的扫描电镜图分析,表明纳米二氧化钛在砖体内呈现的形式会影响对透水砖的堵塞控制效果。均匀分散的薄膜或微小颗粒更有利于亲水性能对透水砖堵塞延缓和控制。最终确定喷涂/0.5 g的纳米二氧化钛负载方式在透水砖堵塞形成过程中抗堵、缓堵效果最好,此时对应纳米二氧化钛的负载量为25 g/m~2。最后对纳米透水砖从经济、环境和社会三个层面研究分析,得出采用5～10 nm规格的纳米二氧化钛,按喷涂/0.5 g负载方式制备的纳米透水砖有效使用年限的摊铺价格降低了60%,并且对甲基橙、氨氮和磷等污染物有高达60%～90%降解效果的结论。因此推动纳米透水砖产业化发展,有长久的效益和广阔的前景。
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