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吃了納米材料的混凝土,會變成什么樣?
時間:2018-12-10 瀏覽量:9499
     隨著工程結構各方面的發展因素和混凝土材料界的迅速擴大,人們對混凝土結構材料的要求在不斷地提高。具有諸多獨特效應的納米材料摻入混凝土中可改善混凝土的力學韌性、智能傳感、抗滲耐久等性能。納米技術將打破了傳統混凝土的局限,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用


擁有巨大的比表面積及界面結構的納米金屬(氧化物)對外界環境十分敏感。這些特性使納米金屬(氧化物)能成為應用于傳感、電化學、氣體吸附、光催化等方面的填充涂層材料,進而應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保混凝土等。


納米 TiO2 具有良好的半導體及光催化特性,可噴涂在混凝土路面表層,進而可吸收空氣中的氮氧化物 NOX、硫化物;涂覆在混凝土墻面,降解墻壁室內有機涂料中的甲醛。事實上,擁有光催化相應的半導體材料很多,但是從產品成本、光催化效率和健康環保等角度考慮,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構、抗滲耐久性、耐磨耗等物理性能產生積極的影響。


 

納米TiO2結構圖

 

納米 Al2O3 作為活性填料填充到水泥混凝土中時,能充當水泥水化模板,有效參與水泥的水化過程,使水泥混凝土結構更加緊湊,進而不僅可有效減少有害硬化混凝土孔隙結構,最終提升相應混凝土的機械力學性能。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、熱導率和熱膨脹系數等儲熱性能,進而可有效用于太陽能熱發電系統中的儲熱環節。不過以現在的制備工藝制得的納米 Al2O3 的價格昂貴,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施中。


2 碳質納米材料在混凝土中的應用研究


作為準一維擁有獨特的結構特征納米材料,碳納米管(CNT)具有奇異的力學、電學、介電/電磁學、熱學等諸多性能。國內外諸多學者嘗試了多種分散制備工藝,將 CNT用作結構增強及功能增強組分引入到傳統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的力學韌性,在很少 CNT 摻量時就可有效彌補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 無機非金屬納米材料在混凝土中的應用研究


納米 SiO2 又稱為超細硅灰,它能很好地改善水泥混凝土各項性能。納米 SiO2 能促進水泥顆粒的水化,將水泥水化早期產物Ca(OH)2 轉變成 C-S-H 凝膠,火山灰活性遠超過普通硅灰,進而使硬化水泥混凝土界面過渡區 Ca(OH)2 晶體尺寸有效減小,相應微觀形貌變得緊密,力學強度和抗滲耐久性得到有效改善。由于納米SiO2 的表面能較高及網狀結構成核效應,能有效加速混凝土早期水化,還能與水泥石中的水化產物 Ca(OH)2 形成化合鍵,實現二次水化,形成新的 C-S-H 凝膠,所以當納米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度,進而早期力學性能、彈性模量及抗滲耐久性也得到有效提升。

 

 

    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生化學反應,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,價格低廉,因此,納米CaCO3 有可能成為在混凝土建筑中大量應用的納米材料,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械性能,降低相應混凝土內部變形及裂縫的開展;另一方面可顯著增強水泥混凝土材料的物理性能,譬如耐磨耗性、導電性、導熱性、壓阻智能性、阻尼自增強性等,使水泥混凝土基材料向高性能和多功能方向發展。然而,還有很多納米材料在混凝土中的性能還尚未開 發,且多種納米材料在混凝土中復摻方法及效能的相關研究還很少。不難預計,隨著納米材料科技的飛速發展,納米材料及納米混凝土的研究將持續成為國內外混凝土材料研究領域的熱點,從而使混凝土行業得到更好的發展。


來源:材智匯NewM

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