Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал2075-8545ООО "Центр новых технологий "НаноСтроительство"10.15828/2075-8545-2026-18-1-5-14TOFVXKНаучная статьяСамоочищение фотокаталитических строительных штукатурок при морозной агрессииКийкоПолина Игоревна

преподаватель кафедры строительных материалов и изделий архитектурно-строительного института

kiikopi@susu.ruЧерныхТамара Николаевна

доктор технических наук, профессор кафедры строительных материалов и изделий архитектурно-строительного института

chernykhtn@susu.ruКриушинМихаил Владимирович

младший научный сотрудник кафедры строительных материалов и изделий архитектурно-строительного института

kriushinmv@susu.ruВанЦзяо

аспирант кафедры строительных материалов и изделий архитектурно-строительного института

2287892720@qq.comОрловАлександр Анатольевич

кандидат технических наук, заведующий кафедрой строительных материалов и изделий архитектурно-строительного института

orlovaa@susu.ruЧелябинскРоссийская ФедерацияЮжно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)181514© Кийко Полина Игоревна, Черных Тамара Николаевна, Криушин Михаил Владимирович, Ван Цзяо, Орлов Александр АнатольевичКийко Полина Игоревна, Черных Тамара Николаевна, Криушин Михаил Владимирович, Ван Цзяо, Орлов Александр Анатольевичhttps://nanobuild.ru/ru_RU/journal/Nanobuild-1-2026/5-14.pdf

Введение. Долговечность самоочищающейся способности фотокаталитических строительных материалов в реальных условиях эксплуатации является критически важной проблемой, поскольку их эффективность со временем снижается из-за деградации поверхности и карбонизации. Целью данного исследования была оценка устойчивости фотокаталитической активности двух типов штукатурок - гипсо-цементно-пуццолановой (на основе красного гипса) и цементной (с фотокатализатором анатазом) - к циклическому замораживанию-оттаиванию, а также изучение влияния водоредуцирующих и пуццолановых добавок на сохранение их самоочищающейся способности. Материалы и методы. Были приготовлены серии образцов штукатурок с различными комбинациями добавок и без них. Фотокаталитическая активность оценивалась с помощью родаминового теста. Для анализа изменений материалов использовались методы определения прочности на сжатие, плотности, водопоглощение, а также растровая электронная микроскопия с энергодисперсионной спектрометрией для измерения содержания титана (маркер фотокатализатора) и кальция (маркер карбонизации) на поверхности. Моделирование разрушающего действия мороза проводилось путем циклического замораживания-оттаивания образцов в водонасыщенном состоянии. Результаты. Установлено, что основной механизм потери самоочищающейся способности связан с вымыванием фотокатализатора вследствие деградации поверхности. Для цементных штукатурок значительную роль играет также экранирование фотокатализатора продуктами карбонизации. Водоредуцирующая добавка повышала начальную эффективность самоочищения на 45% за счет уплотнения структуры, что замедляло деградацию поверхности. Пуццолановая добавка снижала содержание поверхностного кальция на 6-8%, подавляя карбонизацию, и обеспечивала почти двукратный рост начальной эффективности. Совместное применение добавок показало наилучшие результаты по сохранению фотокаталитической активности после замораживания-оттаивания. Обсуждение и выводы. Долговечность самоочищающейся функции напрямую зависит от устойчивости материала-носителя к климатическим воздействиям. Комбинированное модифицирование водоредуцирующей и пуццолановой добавками является наиболее эффективной стратегией для повышения долговечности самоочищающихся штукатурок, так как одновременно противодействует двум ключевым механизмам деградации: физическому вымыванию фотокатализатора и его химическому экранированию карбонатами. Это исследование предлагает практический подход к разработке более устойчивых фотокаталитических строительных материалов.

растворысмесифотокаталитические штукатуркифотокаталитические добавкианатазспособность к самоочищениюморозостойкостьNeves J.C., Mohallem N.D.S., Viana M.M. Self-cleaning materials: Concepts, properties and applications. Revista Virtual de Quimica. 2021;13(2). https://doi.org/10.21577/1984-6835.20210003Ragesh P., Anand Ganesh V., Nair S.V., Nair A.S. A review on “self-cleaning and multifunctional materials”. J Mater Chem A Mater. 2014;2(36):14773-97. https://doi.org/10.1039/c4ta02542cHamidi F., Aslani F. Tio2-based photocatalytic cementitious composites: Materials, properties, influential parameters, and assessment techniques. Nanomaterials. 2019;9(10). https://doi.org/10.3390/nano9101444Topçu ilker bekir. Self-Cleaning Concretes: an Overview. Journal of Cement Based Composites. 2020; 1(2). https://doi.org/10.36937/cebacom.2020.002.002Janus M., Bubacz K., Zatorska J., Kusiak-Nejman E., Czyzewski A., Morawski A.W. Preliminary studies of photocatalytic activity of gypsum plasters containing TiO2 co-modified with nitrogen and carbon. Polish Journal of Chemical Technology. 2015;17(2):96-102. https://doi.org/10.1515/pjct-2015-0036Li X., Simon U., Bekheet M.F., Gurlo A. Mineral-Supported Photocatalysts: A Review of Materials, Mechanisms and Environmental Applications. Energies. 2022;15(15). https://doi.org/10.3390/en15155607Pal B., Sharon M., Nogami G. Preparation and characterization of TiO2/Fe2O3 binary mixed oxides and its photocatalytic properties. Mater Chem Phys. 1999;59(3). https://doi.org/10.1016/S0254-0584(99)00071-1Lezner M., Grabowska E., Zaleska A. Preparation and photocatalytic activity of iron-modified titanium dioxide photocatalyst. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2012;48(1).Строкова В.В., Губарева Е.Н., Баскаков П.С., Огурцова Ю.Н., Антоненко М.В., Абзалилова А.В. Фотокаталитическая активность композиционного материала, полученного методом золь-гель осаждения TiO2 на кремнеземный носитель. Вестник Технологического Университета. 2020;23(10):5-10. EDN: PFQMLSЛабузова М.В., Губарева Е.Н., Огурцова Ю.Н., Строкова В.В. Использование фотокаталитического композиционного материала в цементной системе. Строительные материалы. 2019;5:16-21. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-770-5-16-21 EDN: EZOZDRSamchenko S.V., Kozlova I.V., Korshunov A.V., Zemskova O.V., Dudareva M.O. Synthesis and Evaluation of Properties of an Additive Based on Bismuth Titanates for Cement Systems. Materials. 2023;16(18). https://doi.org/10.3390/ma16186262Son B.T, Long N.V, Nhat Hang N.T. Fly ash-, foundry sand-, clay-, and pumice-based metal oxide nanocomposites as green photocatalysts. RSCAdvances. 2021;11(49). https://doi.org/10.1039/d1ra05647fGarcfa-Munoz P., Pliego G., Zazo J.A., Bahamonde A., Casas J.A. Ilmenite (FeTiO3) as low cost catalyst for advanced oxidation processes. J Environ Chem Eng. 2016;4(1). https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.11.037Sotiriadis K., Kiyko P.I., Chernykh T.N., Kriushin M.V. Self-cleaning ability of gypsum-cement-pozzolan binders based on thermally processed red gypsum waste of titanium oxide manufacture. Journal of Building Engineering. 2024;87. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.109009Chen J., Poon C. Sun. Photocatalytic construction and building materials: From fundamentals to applications. Building and Environment. 2009;44(9). https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2009.01.002Guerrini G.L., Plassais A., Pepe C., Cassar L. Use of photocatalytic cementitious materials for self-cleaning applications.International RILEM Symposium on Photocatalysis, Environment and Construction Materials. 2007.Castro-Hoyos A.M., Rojas Manzano M.A., Maury-Ramfrez A. Challenges and Opportunities of Using Titanium Dioxide Photocatalysis on Cement-Based Materials. Coatings. 2022;12(7):1-21. https://doi.org/10.3390/coatings12070968La Tegola A., Longo F., Lanzilotti A. The pavilions of Expo 2015 in Milan, as a privileged observatory about the concept of sustainable construction in all languages of the world. Sust. Build. 2019;4(1). https://doi.org/10.1051/sbuild/2019001Beeldens A. Air purification by road materials: results of the test project in Antwerp.International RILEM Symposium on Photocatalysis, Environment and Construction Materials. 2007;1.Maggos T., Plassais A., Bartzis J.G., Vasilakos C., Moussiopoulos N., Bonafous L. Photocatalytic degradation of NOx in a pilot street canyon configuration using TiO2-mortar panels. Environmental Monitoring and Assessment. 2008;136(1-3). https://doi.org/10.1007/s10661-007-9722-22Cardellicchio L. Self-cleaning and colour-preserving efficiency of photocatalytic concrete: case study of the Jubilee Church in Rome. Building Research and Information. 2020;48(2). https://doi.org/10.1080/09613218.2019.1622405Castro-Hoyos A.M., Rojas Manzano M.A., Maury-Ramfrez A. Challenges and Opportunities of Using Titanium Dioxide Photocatalysis on Cement-Based Materials. Т. Coatings. 2022;12(7):1-21. https://doi.org/10.3390/coatings12070968Артемьев Ю.М., Рябчук В.К. Введение в гетерогенный фотокатализ. СПб: Изд-во С.-Петерб. ун-та; 1999.Padmanabhan N.T., John H. Titanium dioxide based self-cleaning smart surfaces: A short review. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2020;8(5). https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104211Антоненко М., Огурцова Ю., Строкова В., Губарева Е. Фотокаталитически активные самоочищающиеся цементные материалы. Состав, свойства, применение. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2020;16-25. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2020-5-3-16-25 EDN: AFKKXMAntonenko M.V., Ogurtsova Y.N., Strokova V.V., Gubareva E.N. The effect of titanium dioxide sol stabilizer on the properties of photocatalytic composite material. Lecture Notes in Civil Engineering. 2021;95. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54652-6_3Ogurtsova Y.N., Strokova V.V., Zhao P., Antonenko M.V., Gubareva EN. Properties of cement with photocatalytic composite material. Materials Science Forum. 2021. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1040.153Carmona-Quiroga P.M., Martmez-Ramirez S., Viles H.A. Efficiency and durability of a self-cleaning coating on concrete and stones under both natural and artificial ageing trials. ApplSurf Sci. 2018;433. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.10.052Liu G., Zhao T., Fei H., Li F., Guo W., Yao Z. A review of various self-cleaning surfaces, durability and functional applications on building exteriors. Construction and Building Materials. 2023;409. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134084Khannyra S., Luna M., Gil M.L.A., Addou M., Mosquera M.J. Self-cleaning durability assessment of TiO2/SiO2 photocatalysts coated concrete: Effect of indoor and outdoor conditions on the photocatalytic activity. Building and Environment. 2022;211. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2021.108743Bersch J.D., Flores-Colen I., Masuero A.B., Dal Molin D.C.C. Photocatalytic TiO2-Based Coatings for Mortars on Facades: A Review of Efficiency, Durability, and Sustainability. Buildings. 2023;13(1). https://doi.org/10.3390/buildings13010186Guo M.Z., Maury-Ramirez A., Poon C.S. Self-cleaning ability of titanium dioxide clear paint coated architectural mortar and its potential in field application. Journal of Cleaner Production. 2016;112:3583-8. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.10.079Kaya-Özkiper K., Uzun A., Soyer-Uzun S. Red mud- and metakaolin-based geopolymers for adsorption and photocatalytic degradation of methylene blue: Towards self-cleaning construction materials. Journal of Cleaner Production. 2021;288. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125120Zhang J., Yan Y., Hu Z. Preparation and characterization of foamed concrete with Ti-extracted residues and red gypsum. Construction and Building Materials. 2018;171. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.072Hughes P.N., Glendinning S, Manning D.A.C, Noble B.C. Production of «green» concrete using red gypsum and waste. Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Engineering Sustainability. 2010;163(3). https://doi.org/10.1680/ensu.2010.163.3.137Сагдатуллин Д.Г., Морозова Н.Н., Хозин В.Г., Власов В.В. Высокопрочное гипсоцементноцеолитовое вяжущее. Строительные материалы. 2010;03:53-55. EDN: MBCHZR