谈谈几种纳米材料在混凝土中的应用
纳米科技在混凝土领域的应用方兴未艾，已然成为该学科研究的一个焦点。通过运用纳米科技与纳米材料，能够研制出性能更优的新型混凝土掺合料，丰富掺合料的种类，增强其改善混凝土性能的能力，同时降低可能产生的负面影响。
纳米材料可有效改善混凝土的性能
1、纳米二氧化硅
纳米二氧化硅是硅或者有机硅的氯化物经过高温水解得到的，其表面含有羟基，是一种超细粉末，在水泥混凝土行业，这种材料具备很强的火山灰活性，同时还具有微集料填充效果和晶核作用，因此能够提升混凝土的强度和耐久性。
关于纳米二氧化硅水泥混凝土的疲劳测试结果，张韶军等人针对多种应力强度进行了研究，具体试验数据已汇总于相关表格之中
2、纳米碳酸钙
纳米CaCO3属于一种反应活性不强的粉末状矿物材料，其价格大约是纳米SiO2的十倍之一。当纳米碳酸钙粉末被添加进去之后，在微小集料效应、晶核效应等多种因素的共同影响下，能够增加堆积的紧密程度，从而有利于提升抗折强度和抗压能力；纳米碳酸钙的晶核效应有助于使晶体结构变得更为细密，同时改善界面的构造，进而有助于增强混凝土的耐久性能。
图 展示了纳米碳酸钙粉末（左侧）与常规样品（右侧）经历十五次冻融循环后的状态差异，两者对比鲜明
3、碳纳米管
碳纳米管构造如管，分量较轻，六边形布局结合紧密，是一种优质的高强度纤维原料。将适量碳纳米管混入水泥，能显著优化材料的孔隙构造和细微裂缝，并发挥搭接效果，进而增强水泥基材料的力学指标。图示显示，随着碳纳米管添加量的提升，抗折指标与抗压指标均出现波动。
4、纳米碳纤维
纳米碳纤维是一种新型纳米碳材料，它由层状石墨片卷曲而成，形态为纤维状，与碳纳米管相比，其造价更为低廉，并且生产规模优势明显，产量大。休斯顿大学的Mo教授通过研究发现，在混凝土中添加适量的纳米碳纤维，不仅能够赋予混凝土优异的压敏效果，同时也能显著提升其力学指标。
纳米技术扩展混凝土的应用领域
环境友好混凝土
借助纳米材料的量子尺寸效应以及光催化特性等，混凝土能够吸收电磁波，同时具备环境净化能力，可以分解有毒物质，消除部分微生物，实现空气净化，还能净化地表水体等，这种材料既能在太空，也能在地面上发挥保护环境的积极作用。
1、吸收电磁波的混凝土
科技进步推动电磁发射装置广泛渗透社会生产生活场景，监测数据显示人造环境电磁能量密度年增幅达7%至14%，现实层面已构成电磁波污染，国际社会视其为继四害之后的第五大公害，为应对此问题，可借助纳米金属粉末的独特物理属性，将其添加至水泥混凝土材料，从而研发出具备电磁防护功能的特种混凝土这种做法是将纳米金属粉末和混凝土原料进行充分干拌，随后掺入混凝土之中，使其参与水泥水化反应。通过这种方式制备的混凝土，能够减轻结构自重，增强抗压和抗冲击性能，同时具备优异的电磁波吸收效果，甚至可用于构筑隐形混凝土，服务于军事设施建设。
日本专利JP77027355B所介绍的内容，涉及在混凝土或砂浆材料里混入铁氧体纳米材料，目的是让这些材料能够吸收电磁波。然而这种铁氧体材料，是直接且单一地混入到砂浆或混凝土之中，导致铁氧体无法充分展现出其吸收电磁波的能力。因此其吸收电磁波的效果很不理想，难以起到控制电磁辐射污染的作用。
有资料提及把纤维混凝土板或轻质混凝土用于外墙板充当建筑吸波材料，不过其能吸收的电磁波频段较为狭窄，吸波效能不高，难以有效控制电磁辐射污染，此项研究目前仍处于初步探索时期。
近些年，为了防止电视画面受干扰，提升显示效果开元ky888棋牌官网版，使用了含有金属纤维、碳纤维、带孔玻璃珠和铁碎屑的屏蔽电磁波混凝土材料。日本大成建设技术研究所成功实现了稳定屏蔽电磁波的烧结铁酸盐混凝土墙板的工业化生产。这种材料主要由普通硅酸盐水泥、经过烧结处理的Mn-Zn系铁酸盐集料、长度为3毫米的沥青基卷曲形碳纤维，以及多碳酸盐体系减水剂、稀酸体系树脂乳液和增粘剂构成。它的电磁波吸收效果在90到450兆赫兹的频段内表现优异。这项技术在日本的东京地区，于高层建筑上进行了试验性应用，获得了令人满意的结果。
2、净水生态环境材料
把活性纳米净水材料掺入多孔混凝土中，借助其内部孔隙结构，让材料能够过滤流动的水体，同时还能为生物提供栖息环境，并且与自然环境相协调。这种净水生态混凝土可用于处理河流、湖泊以及地下废水，对维护人类居住环境有显著作用。在处理海水时，这种多孔材料能将总有机碳(TOC)的去除比例提升到百分之七十。小野田公司把多孔质的加气混凝土材料当作畜牧业排泄物净化和有机肥料生产的辅助物料，其中对于持续吸附并清除污水里的磷元素作用特别突出。这种加气混凝土颗粒还非常适合作为药剂的载体使用。宫崎用这类材料来应对浮游生物异常增殖导致的水华现象。将直径在2到5毫米的加气混凝土颗粒吸收双氧水之后，撒入出现浮游生物的海域，治理效果相当明显。
3、净化空气混凝土
空气污染会直接损害人类健康，为了清除各种有害气体，人们研发了多种空气净化材料。这些材料根据特性可分为：物理吸附类、化学吸附类、离子交换类、光催化类和稀土激活类，它们共同的技术特点都是运用纳米技术和纳米效应，来增强和提升空气净化作用。锐钛型纳米二氧化钛属于一种高效的光触媒材料，能够实现空气净化、病菌消灭、异味消除以及表面洁净等功能。将纳米级添加剂掺入砂浆或混凝土中，可以制备出光催化性能优异的混凝土产品，这种材料能够有效分解并清除大气中的二氧化硫、氮氧化物等对健康构成威胁的污染物，从而达到改善空气质量的目的。早在1998年，日本就已开始将该技术应用于道路建设领域。玉田学者以粉煤灰为原料，制备出微细颗粒的人造沸石骨料开元ky888棋牌官方版，用以构成多孔的隔音水泥，这种水泥在吸收有害物质的同时，还能有效阻隔400到2000赫兹的声音，进而有助于降低环境中的噪音水平，其面层部分则通过将水泥与沸石掺和纳米级的二氧化钛粉末来制备而成。
4、抗菌混凝土
日本当前流行一种抗菌环境材料，这种材料通过纳米级抗菌防霉成分和环境材料结合而成。它最初是为了医院防止病毒传播而研发的，主要产品包括地板材料、墙面材料、地垫以及墙纸等。近年来，抗菌防霉混凝土应运而生，这种混凝土在传统混凝土中添加了纳米级抗菌防霉成分，能够有效抑制霉菌生长并具备杀菌作用，目前已应用于畜牧场的建筑设施。
5、自动调湿混凝土
纳米级天然沸石和建筑砂浆结合能够生产出自动调节湿度的建筑材料，这种材料在环境湿度调节方面表现突出，当周围水蒸气浓度较低时，它的吸水能力特别强，而在水蒸气浓度较高的地方，吸水能力则相对较弱，它的吸水和释放水分的过程与温度变化密切相关，具体来说，当环境温度升高时，它会向周围释放水分，而当环境温度降低时，则会从周围吸收水分，因此，这种材料特别适用于对湿度保持有严格要求的建筑场所，比如美术馆等。全球首个运用生态调节材质的建筑实例为1991年日本月黑雅叙园美术馆的内部墙面，后来这项技术也被采纳于成天山书法艺术馆以及东京摄影艺术馆等场所。
6、生态混凝土
依照大众的期望，经过特殊加工的混凝土表层，能够吸引绿色植物生长，有助于空气的洁净和环境的改善，适合铺设地面，因为它能储存水分，也适用于建筑墙面和屋面，因为它可以起到隔热减温的作用。
智能混凝土
新型材料在21世纪展现出巨大潜力，纳米技术与纳米材料被应用于研发智能混凝土，这种材料可达成内部监测、动态调整及自动修复功能，相关研究持续进行中，其成果对增强建筑品质、延长使用寿命、提升稳固程度及抗老化能力具有显著作用。
智能预警混凝土是借助纳米科技实现的，它能让混凝土在损毁前发出警示，从而预防事故出现。1992年，日本清水建设公司的杉田先生就开始研究，采用三种不同碳纤维——高强度碳纤维、高弹性碳纤维等，制造出具备“自我诊断”能力的智能型混凝土材料。这种混凝土借助碳纤维的导电能力，测量电阻数值的波动，构建电阻与基体材料的关联，有助于预判混凝土构造的损毁情况，此项探究对于保障关键混凝土设施的安全运行具有重大意义。
当前多数水泥构筑物毁坏后难以补救，借助纳米层面的原理，促使水泥材料内部的分子结构活化，能够自动愈合，增强结构的使用年限，提升不动产的稳固程度。国内相关实验发现，含有活性掺料及纳米复合纤维的混凝土，在受损后其抗拉能力会出现自行修复的情况；国际上针对混凝土裂缝修复的研究，通常通过向水泥基材料中添加特殊修复成分，促使混凝土结构在应用期间遭遇破坏时，这些修复成分（即粘结剂）能够发挥作用，不仅完成修复，还能让混凝土的物理特性获得增强。美国伊利诺伊斯大学的Carolyn Dry运用空心玻璃纤维，里面填充了缩醛高分子溶液作为粘合剂，将其置入混凝土之中，从而研发出自修复型智能混凝土材料。一旦混凝土结构在使用期间出现破损，空心玻璃纤维里的粘合剂便会溢出，用以修补受损部位，并且能够使混凝土材料的性能得到修复开yun体育官网入口登录app，或者进一步提升其质量。日本学者H.Hiarshi通过在水泥基材中嵌入含有粘合剂的微胶囊（即液芯胶囊），研发出一种具备自我修复功能的智能混凝土。当混凝土材料发生破损并形成裂纹时，裂纹周边区域因受拉应力影响导致部分胶囊破裂，内部的凝固液体流出，进而使受损部位重新粘接，最终实现自我修复。
建筑行业持续进步，人们愈发倾向于研发适应多样环境与功能需求的混凝土材料，传统混凝土的演进正转向科技革新阶段，纳米技术将在此过程中占据日益核心的地位。
