導(dǎo)讀

    隨著工程結(jié)構(gòu)各方面的發(fā)展因素和混凝土材料界的迅速擴(kuò)大，人們對混凝土結(jié)構(gòu)材料的要求在不斷地提高。具有諸多獨(dú)特效應(yīng)的納米材料摻入混凝土中可改善混凝土的力學(xué)韌性、智能傳感、抗?jié)B耐久等性能。納米技術(shù)將打破了傳統(tǒng)混凝土的局限，給混凝土材料帶來了嶄新的生命力。

    1 納米金屬（氧化物）在水泥混凝土中的應(yīng)用

   擁有巨大的比表面積及界面結(jié)構(gòu)的納米金屬（氧化物）對外界環(huán)境十分敏感。這些特性使納米金屬（氧化物）能成為應(yīng)用于傳感、電化學(xué)、氣體吸附、光催化等方面的填充涂層材料，進(jìn)而應(yīng)用于某些特殊工程以及有特殊要求的混凝土工程，譬如智能混凝土和環(huán)保混凝土等。

    納米 TiO2 具有良好的半導(dǎo)體及光催化特性，可噴涂在混凝土路面表層，進(jìn)而可吸收空氣中的氮氧化物 NOX、硫化物；涂覆在混凝土墻面，降解墻壁室內(nèi)有機(jī)涂料中的甲醛。事實(shí)上，擁有光催化相應(yīng)的半導(dǎo)體材料很多，但是從產(chǎn)品成本、光催化效率和健康環(huán)保等角度考慮，目前最佳的還是銳鈦礦型納米 TiO2。納米 TiO2 除了使混凝土擁有光催化功能，還能對混凝土的微觀結(jié)構(gòu)、抗?jié)B耐久性、耐磨耗等物理性能產(chǎn)生積極的影響。

納米TiO2結(jié)構(gòu)圖

    納米 Al2O3 作為活性填料填充到水泥混凝土中時，能充當(dāng)水泥水化模板，有效參與水泥的水化過程，使水泥混凝土結(jié)構(gòu)更加緊湊，進(jìn)而不僅可有效減少有害硬化混凝土孔隙結(jié)構(gòu)，最終提升相應(yīng)混凝土的機(jī)械力學(xué)性能。同時作為多孔性耐熱材料，有效改善鋁酸鹽水泥基體的體積熱容、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)等儲熱性能，進(jìn)而可有效用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的儲熱環(huán)節(jié)。不過以現(xiàn)在的制備工藝制得的納米 Al2O3 的價(jià)格昂貴，納米Al2O3 在混凝土中的研究還是相對較少，只能用在有特殊要求的建筑設(shè)施中。

    2 碳質(zhì)納米材料在混凝土中的應(yīng)用研究

    作為準(zhǔn)一維擁有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征納米材料，碳納米管（CNT）具有奇異的力學(xué)、電學(xué)、介電/電磁學(xué)、熱學(xué)等諸多性能。國內(nèi)外諸多學(xué)者嘗試了多種分散制備工藝，將 CNT用作結(jié)構(gòu)增強(qiáng)及功能增強(qiáng)組分引入到傳統(tǒng)的水泥混凝土基體材料中，最終制備出一種 CNT 改性的納米混凝土。由于 CNT 是中空的管狀一維納米材料，與水泥水化產(chǎn)物C-S-H處于相近量級，同時超高的長徑比、超高比表面積及超強(qiáng)的力學(xué)韌性，在很少 CNT 摻量時就可有效彌補(bǔ)水泥混凝土材料多孔性收縮以及本征脆性缺陷 。

碳納米管

    3 無機(jī)非金屬納米材料在混凝土中的應(yīng)用研究

    納米 SiO2 又稱為超細(xì)硅灰，它能很好地改善水泥混凝土各項(xiàng)性能。納米 SiO2 能促進(jìn)水泥顆粒的水化，將水泥水化早期產(chǎn)物Ca（OH）2 轉(zhuǎn)變成 C-S-H 凝膠，火山灰活性遠(yuǎn)超過普通硅灰，進(jìn)而使硬化水泥混凝土界面過渡區(qū) Ca（OH）2 晶體尺寸有效減小，相應(yīng)微觀形貌變得緊密，力學(xué)強(qiáng)度和抗?jié)B耐久性得到有效改善。由于納米SiO2 的表面能較高及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)成核效應(yīng)，能有效加速混凝土早期水化，還能與水泥石中的水化產(chǎn)物 Ca（OH）2 形成化合鍵，實(shí)現(xiàn)二次水化，形成新的 C-S-H 凝膠，所以當(dāng)納米SiO2 作為礦物摻合料摻加到水工混凝土中后，可有效提升水工混凝土的微觀密實(shí)度，進(jìn)而早期力學(xué)性能、彈性模量及抗?jié)B耐久性也得到有效提升。

二氧化硅氣凝膠

    處于納米尺度的納米 CaCO3 由于自身惰性，基本不會與混凝土體系發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但能極大地提升摻有納米 CaCO3混凝土拌合物諸如黏聚性和保水性等和易性，而且納米CaCO3 來源廣泛，價(jià)格低廉，因此，納米CaCO3 有可能成為在混凝土建筑中大量應(yīng)用的納米材料，基于納米CaCO3 的納米混凝土也得到有效推廣。

    納米材料的摻入一方面能提高水泥混凝土材料的機(jī)械性能，降低相應(yīng)混凝土內(nèi)部變形及裂縫的開展；另一方面可顯著增強(qiáng)水泥混凝土材料的物理性能，譬如耐磨耗性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、壓阻智能性、阻尼自增強(qiáng)性等，使水泥混凝土基材料向高性能和多功能方向發(fā)展。然而，還有很多納米材料在混凝土中的性能還尚未開 發(fā)，且多種納米材料在混凝土中復(fù)摻方法及效能的相關(guān)研究還很少。不難預(yù)計(jì)，隨著納米材料科技的飛速發(fā)展，納米材料及納米混凝土的研究將持續(xù)成為國內(nèi)外混凝土材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，從而使混凝土行業(yè)得到更好的發(fā)展。

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