Фотокаталитический бетон

Свое название этот вид бетона получил из-за того, что под влиянием света в его структуре происходит катализация.

Фотокатализ — процесс, при котором свет, воздействуя на поверхности, ускоряет (катализирует) протекание химических реакций.

Изобретен фотокаталитический бетон (ФБ) недавно, а первое здание с его применением построено в 2000 году, это была церковь в Италии. В проект здания церкви были заложены конструкции из бетона, которые по замыслу архитектора походили на наполненные ветром белоснежные паруса. Чтобы паруса всегда оставались белыми, их надо было регулярно чистить. Делать это систематически, учитывая очень большую высоту архитектурной композиции, было нереально. Вот тогда ученые предложили свою новейшую разработку — самоочищающееся покрытие бетонных стен.

Как выяснилось позже, это покрытие не только самоочищалось, но и поглощало выхлопные газы транспортных средств. То есть новейшее изобретение служило еще и целям экологии.

Материал стал популярным. Первыми странами, где его начали массово использовать на стройках, стали Италия, Франция, Бельгия, Япония и Соединенные Штаты.

В чем секрет технологии?

Катализатором, который добавляется в виде наночастиц в состав бетонной смеси, служит диоксид титана (химическая формула TiO2). Диоксид титана, являясь катализатором, на свету ускоряет протекание химической реакции, которую вызывает падающий на бетонную поверхность солнечный свет. При протекании химической реакции происходит разложение органических и неорганических веществ, загрязнивших бетонные стены:

• плесени;
• грибков;
• бактерий;
• уличной пыли;
• остатков от выхлопных газов и прочих газообразных загрязнителей.

Нанесенный в нанодисперсном виде на стены катализатор, диоксид титана, фактически являясь полупроводником, расходует солнечную энергию на движение электронов по поверхности. Свободные электроны вызывают цепь окислительных химических реакций, в результате которых образуются свободные гидроксильные радикалы. Свободные радикалы в процессе окислительной реакции разрушают молекулы органических загрязнителей, тем самым очищая бетонные поверхности.

Диоксид титана

Диоксид титана давно используется людьми для:

• очистки вод (в том числе сточных);
• в косметологической отрасли;
• при производстве солнечных батарей;
• в изготовлении имплантантов;
• при изготовлении бактерицидных экранов;
• в изготовлении воздушных фильтров.

Теперь «титан о два» получил еще одно применение в изготовлении самоочищающихся покрытий.

Свойства фотокаталитического бетона

1. Фотокаталитический бетон поглощает выхлопные газы, тем самым очищая воздух, а значит — положительно влияет на окружающую среду.
2. ФБ самоочищает покрытия, в частности — бетонные стены, фигуры и конструкции.
3. ФБ не только очищает, но и способствует самоомыванию бетонных сооружений.

Самомывающее свойство ФБ

Опишем эту характеристику дополнительно.

Нанесенное на бетон фотокаталитическое покрытие под влиянием солнечных лучей изменяет угол между каплями воды и поверхностью бетона. Этот угол называется углом смачивания (УС).

Сила отталкивания воды от поверхности находится в зависимости от УС. УС фотокаталитического бетона имеет цикл колебаний от 0 до 80То есть на протяжении составляющих цикл нескольких солнечных дней величина угла изменяется в этих пределах.

Благодаря постоянно меняющемуся УС, вода то полностью покрывает стены, то падает на них под разными углами. За счет меняющихся углов падения воды стены омываются, а при омывании смываются и остатки грязи на стенах.

Пропорции, нормативы, изготовление и особенности ФБ

В Российской федерации производство и применение ФБ регламентировано ГОСТ Р 57255-2016 «Бетоны фотокаталитические активные самоочищающиеся».

Согласно применяемой технологии при изготовлении ФБ в смесь добавляют наночастицы катализатора — диоксида титана. Диоксид титана ускоряет протекание химической реакции фотокатализа.

Фотокатализ происходит под влиянием попадающих на бетон солнечных лучей. Итогом реакции является самоочищение бетонной поверхности.

Параллельно фотокаталитические бетоны очищают воздух от оксидов азота, угарного газа и органических летучих химических соединений.

Добавки диоксида титана в цемент повышают механические характеристики бетона.

Недостатки ФБ

• В ходе протекания фотокаталитической реакции образуются продукты разложения загрязняющих поверхность веществ. Продукты разложения могут быть токсичнее первичных загрязнителей. Этот недостаток частично ликвидируется адсорбцией вторичных веществ на поверхности до их минерализации.
• Цена фотокаталитического цемента существенно выше цены стандартного цемента.

Особенности материала

1. Есть разновидности фотокаталитического цемента, которые активируются не под воздействием солнечных лучей, а под направленными лучами источника ультрафиолетового излучения. По этой причине до приобретения цемента надо знать, какой именно нужен.
2. На основе диоксида титана разработаны катализаторы с добавлениями углерода, серы или азота. Эти катализаторы применяют, если активация реакции нужна только при облучении видимым светом.
3. Фотокаталитическая активность ФБ повышается по мере увеличения доли фотокатализатора в цементе, но при этом количество катализатора должно быть не больше 5% от общей массы бетона. При превышении 5% снижаются механические показатели цемента.
4. В целом, механические характеристики модифицированного цемента ниже таких же характеристик стандартного цемента.

Источники информации:

1. [url] ГОСТ Р 57255-2016