纳米材料和技术在新型建筑材料中的应用

　　1.4纳米导电涂料 

　　日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽作用的纳米复合涂料,所用的纳米粒子有Fe2O3、TiO2、ZnO等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,同时,纳米氧化物粒子的颜色不同,这种涂料不但具有静电屏蔽特性,而且克服了涂料颜色的单调性。 

　　1.4.1纳米高力学性能涂料 

　　当涂料的重要组成部分颜料颗粒达到纳米级大小并分散在涂膜中时,由于比界面很大,具有很大的结合力,对有机涂层有一定的增强作用,提高了涂层的硬度、抗冲击性和耐磨性。此外,纳米颗粒还可以降低涂层在干燥过程中的残余应力,从而增强涂层的附着力。研究表明[8],纳米SiO2颗粒在紫外光固化涂料中可明显提高涂膜的硬度和附着力,并且经纳米材料改性后的家具表面漆、汽车面漆的耐磨性和耐刮伤性也有很大提高。 

　　2纳米技术在混凝土材料中的应用 

　　随着社会工业化的深入发展和我国基础建设的广泛开展,水泥混凝土作为一种传统的建材,其产量和用量都在不断地增加,高性能混凝土已成为水泥基复合材料领域中的研究热点。同时,许多特殊领域要求水泥混凝土具有一定的功能性,如希望其具有吸声、防冻、高强且高韧性等功能。纳米材料由于具有小尺寸效应、量子效应、表面及界面效应等优异特性,因而能够在结构或功能上赋予其所添加体系许多不同于传统材料的性能。利用纳米技术开发新型的混凝土可大幅度提高混凝土的强度、施工性能和耐久性能。 

　　2.1纳米矿粉在水泥混凝土中的应用 

　　纳米矿粉如纳米SiO2、纳米CaCO3和纳米硅粉等不但可以填充水泥的空隙,提高混凝土的流动度,更重要的是可改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构,使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得以提高。 

　　有研究报道,当纳米材料的添加量为水泥用量的1%～3%,并在高速混合机中与其他混合料进行混合后,制备的纳米复合水泥结构材料在7d和28d龄期的水泥硬化强度,比未添加纳米材料提高约50%,而且韧性、耐久性等性能也得到较大的改善。李颖等人[15]研究了硅灰和纳米级SiO2对水泥浆体需水量的影响。研究表明,当纳米级SiO2掺量达到水泥用量的8%时,水泥浆体的需水量增大一倍。同时,研究发现,当将水泥用量8%和10%进行复合添加时,纳米级SiO2的小球体填充于硅灰颗粒之间,与硅灰形成很好的颗粒级配结构。当两者同时添加且纳米级SiO2为l%和硅灰为9%时,需水量并未双倍增加,可见两者的交互作用十分明显。

　　2.2纳米金属粉末在混凝土中的应用 

　　由于纳米材料的表面效应,增加了纳米材料的活性,使得纳米金属粉末具有两个特殊性能,其一是纳米金属粉末的强度、硬度高,并随着晶粒尺寸的减小,其强度、硬度不断提高,同时还表现出非常好的塑韧性;其二是纳米金属粉末是一种良好的吸波材料。利用上述纳米金属粉末的特殊性能,如果把它掺入到水泥混凝土中,可制成具有功能性的电磁屏蔽混凝土。
 

　　2.3纳米金属氧化物在混凝土中的应用 

　　锐钛型纳米TiO2是一种优良的光催化剂,它具有净化空气、杀菌、除臭、表面自洁等特殊功能。利用纳米TiO2具有净化空气的特性来制备光催化混凝土,它在净化机动车排出的尾气时发生了光催化反应,对机动车辆排放的二氧化硫、氮氧化物等对人体有害的污染气体进行分解去除,起到净化空气的作用。 

　　利用纳米金属氧化物材料可以进行电磁屏蔽,还可以用来制备智能水泥混凝土,如自警水泥混凝土等。这种水泥混凝土具有较强的导电性能,同时还具有传感作用。这种智能型水泥混凝土可用于土木工程结构的实时和长期监测,便于监控混凝土结构的开裂与破坏情况及其损伤评价、检测车重与车速等,这对混凝土性能的检测是一场革命。 

　　2.4聚合物/无机纳米复合材料在混凝土中的应用 

　　由于聚合物/无机纳米复合材料的优异性能,使得有关它的理论和应用研究成为当前复合材料的热点,它也有可能应用于水泥混凝土中。把聚合物/无机纳米复合材料用于水泥混凝土中,不仅可以提高混凝土的抗压、抗拉和弯曲强度,而且可提高其耐久性。在混凝土混合料中掺入一定量的聚合物/无机纳米复合材料,使之均匀分散在混凝土中,利用聚合物/无机纳米复合材料的导电性能,测试电阻的变化,建立电阻与荷载之间的模型,从而可以预测混凝土结构的破坏。