Полина Игоревна Кийко — инженер-исследователь кафедры строительных материалов и изделий
454080, г. Челябинск, пр-т Ленина, д. 76
РИНЦ AuthorID: 1158227, Scopus: 57213815658
Polina I. Kiyko — research engineer of the Department of Building Materials and Products
76 Lenina prospekt, Chelyabinsk, 454080
RISC AuthorID: 1158227, Scopus: 57213815658
Тамара Николаевна Черных — доктор технических наук, доцент, профессор кафедры строительных материалов и изделий
454080, г. Челябинск, пр-т Ленина, д. 76
РИНЦ AuthorID: 4731125, Scopus: 6508381737, ResearcherID: K-8568-2014
Tamara N. Chernykh — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Building Materials and Products
76 Lenina prospekt, Chelyabinsk, 454080
RISC AuthorID: 4731125, Scopus: 6508381737, ResearcherID: K-8568-2014
Валерий Петрович Плесовских — студент архитектурно-строительного института
454080, г. Челябинск, пр-т Ленина, д. 76
Valeriy P. Plesovskikh — student of the Institute of Architecture and Civil Engineering
76 Lenina prospekt, Chelyabinsk, 454080
Введение. Рассматривается использование строительных материалов с фотокаталитически активными добавками как перспективное решение экологических и экономических проблем городской среды. В области строительного материаловедения определена необходимость изучения микроструктуры самоочищающихся строительных материалов и влияния примесей на эффективность самоочищения материалов с фотокаталитически активными добавками.
Материалы и методы. Использовали красный гипс (отход производства с фотокаталитически активными примесями), цемент, строительный гипс, микрокремнезем, синтезированную фотокаталитически активную добавку оксид титана – оксид кремния, пигменты на основе железа. Изготовлены образцы-таблетки на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ) с различными фотокаталитически активными компонентами: добавкой-фотокатализатором, пигментами, а также примесные фотокаталитически активные оксиды. Методом электронной растровой микроскопии исследована микроструктура образцов, распределение элементов титана и железа. Эффективность самоочищения определяли по изменению контактного угла капли воды на поверхности, покрытой олеиновой кислотой.
Результаты. Определена эффективность самоочищения образцов с добавленными и примесными фотокаталитически активными компонентами — оксидами титана и железа. Выявлено влияние добавленных примесей на структуру материала, также влияние вида и концентрации примесей на эффективность самоочищения.
Выводы. Добавка-фотокатализатор оксид титана в концентрации 4,4 % обеспечивает высокую эффективность самоочищения, равномерно распределяется в объеме материала, не влияя на структуру формирующегося камня вяжущего. Пигмент (оксид железа (III)) обеспечивает достаточную эффективность самоочищения при концентрации 2–9 %, при концентрациях более 2 % распределяется неравномерно, обеспечивает малый прирост показателей эффективности самоочищения. При совместном введении оксидов титана и железа наблюдается ухудшение самоочищения из-за высокой степени рекомбинации пар электрон – дырка. Красный гипс с примесными оксидами титана и железа показал достаточно высокую эффективность самоочищения, имеет равномерное распределение примесей, которые не оказывают явного влияния на структуру материала.
Introduction. The use of building materials with photocatalytically active additives is considered as a promising solution to environmental and economic problems of the urban environment. In the field of building materials science the necessity of studying the microstructure of self-cleaning building materials and the influence of impurities on the efficiency of self-cleaning of materials with photocatalytically active additives is determined.
Materials and methods. Red gypsum (production waste with photocatalytically active impurities), cement, building gypsum, microsilica, synthesized photocatalytically active titanium oxide – silicon oxide additive, and iron-based pigments were used. Tablet specimens of gypsum-cement-pozzolanic binder with various photocatalytically active components were made: photocatalyst additive, pigments, photocatalytically active oxide impurities. The microstructure of the specimens and the distribution of titanium and iron elements were studied using scanning electron microscopy. The efficiency of self-cleaning was determined by the change in the contact angle of a water drop on a surface coated with oleic acid.
Results. The efficiency of self-cleaning of specimens with added and impurity photocatalytically active components was determined. The influence of added impurities on the structure of the material and the influence of the type and concentration of impurities on the efficiency of self-cleaning were revealed.
Conclusions. Titanium oxide photocatalyst additive at a concentration of 4.4 % provides high self-cleaning efficiency, evenly distributed throughout the material without affecting the structure of the forming binder stone. Pigment (iron (III) oxide) provides sufficient self-cleaning efficiency at a concentration of 2–9 %, at concentrations of more than 2 % it is distributed unevenly, providing a small increase in self-cleaning efficiency indicators. With the joint introduction of titanium and iron oxides, deterioration in self-purification is observed due to the high degree of recombination of electron – hole pairs. Red gypsum with impurity oxides of titanium and iron has shown a high efficiency of self-cleaning, has a uniform distribution of impurities that do not have a clear effect on the structure of the material.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.