纳米技术在建筑材料领域的应用

纳米技术在建筑材料领域的应用

发表时间：2019-02-28T09:34:58.530Z 来源：《防护工程》2018年第32期作者：刘长义

[导读] 后两者内部含有一定的致癌物，纳米技术帮助生产者解决了保温材料存在的问题，具有绿色无污染的特点，在当前的绿色建筑中比较常见。

冀东海德堡（泾阳）水泥有限公司陕西咸阳 713701

摘要：建筑材料是建筑工程的基础，在建筑工程的不同部位对建筑材料的使用要求也不同，在进行建筑材料生产的过程中，应该关注多方面的建筑材料使用需求，通过使用纳米材料加工技术，就可以很好的改善常规材料的基本性能，给涂料建材增加导电功能，合理使用具有自洁功能纳米材料，还能强化涂料的防霉以及抗菌性，对于强度要求比较高的管材也可变得更为坚固。鉴于此，本文就纳米技术在建筑材料领域的应用展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：纳米技术；建筑材料；应用方法

1.纳米材料的性能

研究表明，大多纳米金属的室温硬度比相应粗晶高2～6倍；纳米材料的强度是普通材料的10倍，比如，8nm的纳米晶体的强度比普通晶体高15倍，硬度提高了4～7个数量级；韧性更大，比如美国argonnel实验室制成的纳米CsF2陶瓷晶体在室温下可弯曲100%。室温下的纳米TiO2陶瓷晶体表现出很高的韧性，压缩至原长度的15仍不破碎。纳米材料的热学性能是普通材料的5倍一般纳米材料的热容是传统金属的2倍；直径为10nm的Fe、Au和Al熔点分别由其粗晶熔点的1500℃、1263℃和700℃降到35℃、30℃和20℃。2nm的金的颗粒熔点仅为330℃，比通常金的熔点低700℃以上，而纳米银粉的熔点仅为100℃；此外，纳米材料的热膨胀可调，可用于具有不同热膨胀系数的材料的连接纳米材料的磁学性能；当所有的晶粒尺寸减小到纳米级时，晶粒之间的铁磁相互作用开始对材料的宏观磁性有着非常重要的影响，这就使得纳米材料具有高磁化率和高矫顽力，低饱和磁矩和低磁耗纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍，而饱和磁矩是普通金属的13倍。纳米材料的光学性能；各种纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率将显著降低，一般低于1%。粒度越细，光的吸收越强烈，利用这一特性，纳米金属有可能用于制作红外线检测元件、隐身飞机上的雷达波吸收材料等，还可以运用到生物技术领域，比如激光检测仪、电子显微镜等。

2.纳米技术在建筑材料领域的应用

2.1应用纳米技术制备涂料涂料

一般被用于建筑墙体装饰以及保护的施工工作中，现有的墙体土料存在触变性不强以及悬浮稳定性方面的问题，很多涂料的光洁度、耐洗刷性以及耐老化水平都达不到墙面施工应用标准。而将具有优良性能的纳米材料添加到涂料中后，原本单一化的涂料被转变为复合型材料。改进后的建筑涂料具有的粘结强度被增强，变得更为耐磨，涂料更加坚硬，其具有的机械化延展强度也被增强，材料具有更好的柔韧性，能够满足多种涂料应用需求，强化后的纳米涂料可对外部的风沙侵蚀、雨水冲刷有效抵御。涂料内部的颜料颗粒可以达到达到纳米级别，其具有的比界面被扩大，可有效优化涂层。涂料自身具有一定的装饰性功能，使用纳米技术后，涂料表面会形成涂膜层，该保护层可维持涂料的保色性、强度以及光洁度，如果墙面涂料的裂痕比较小，还可以自动复原。应用纳米材料不仅解决了建筑涂层具有的耐候性以及抵抗强力紫外光线的问题，同时其还延长了涂层的可用时间，涂层甚至被赋予了净化空气的功能，涂料新增的隔热以及阻燃性能增强了涂料应用的安全性，在建筑外墙部位应用的涂料中加入适量的纳米氧化锌物质后，涂料还可具有杀菌能力，甚至可以达到除臭的应用效果。

2.2碳质纳米材料在混凝土中的应用研究

作为准一维拥有独特的结构特征纳米材料，碳纳米管（CNT）具有奇异的力学、电学、介电/电磁学、热学等诸多性能。国内外诸多学者尝试了多种分散制备工艺，将CNT用作结构增强及功能增强组分引入到传统的水泥混凝土基体材料中，最终制备出一种CNT改性的纳米混凝土。由于CNT是中空的管状一维纳米材料，与水泥水化产物C-S-H处于相近量级，同时超高的长径比、超高比表面积及超强的力学韧性，在很少CNT掺量时就可有效弥补水泥混凝土材料多孔性收缩以及本征脆性缺陷。Reinhard等、李庚英等、罗健林等、韩宝国等将少量CNT掺入HPC中，发现CNT能提高HPC的力学韧性及阻尼自增强性。显然可利用CNT基纳米混凝土优良的力学韧性发展其在结构及交通铺道增强、增韧材料中的应用，达到减小相应高层建筑或大跨度桥梁结构构件的截面，减轻自重，节省整体工程造价的效果。与此同时，有学者也尝试利用CNT优良的导电、导热性能，发展CNT基纳米混凝土的电磁屏蔽、电学自感应、热电效应等智能性能，可发展其成为一种本征传感器件，嵌入到混凝土结构中进行“实时、在位”的健康监测。譬如李庚英等研究了表面改性对CNT基水泥基复合材料的导电性和压阻机敏性的影响，采用混酸液对CNT进行表面改性后分散到水泥体系中，测试了纳米复合材料的电导性能及循环荷载下压阻效应，发现CNT在水泥基体中网络分布均匀，互相搭接，纤维表面有水泥浆包裹，压敏特性良好，当CNT掺量为0.5%时，最大电阻变化率达12%，可以考虑作为混凝土结构健康监测的传感器。当然，CNT基纳米混凝土还可应用于热电结构体系中，实现体系的温度自调控效能。显然，CNT基纳米混凝土作为一种新型水泥基纳米复合材料在土木工程领域具有良好应用前景。有研究者尝试将具有独特的小尺寸及表面效应，且链枝结构丰富的纳米导电炭黑掺入水泥混凝土基体中，利用炭黑在基体中较易形成导电网络的特点，发展其电导压阻传感性能，并通过相应传感器件表面喷砂来实现与混凝土结构相容性，拥有与电阻应变计相同的同步监测结构应力/应变能力。

2.3应用纳米技术制备保温防护型建材

在建筑墙体以及屋面施工工作中，施工者需应用一些具有防护保温效果的建材，在应用这一类防护型材料时，技术人员还需充分关注该类建材给建筑的舒适性带去的影响，一些艺术型建筑具有较高的审美价值，但是如果不做好建筑脆弱部位的防护工作，就会导致建筑因外力破坏与内部质量问题而出现较为严重的手段情况，审美价值降低的同时还会存在安全方面的问题。一些注重实用性的居民建筑也会出现漏水问题，为了改进建筑防水材料，施工者可以通过运用新型纳米技术来研制纳米防水卷材，这种防护材料拥有可靠的热稳定性以及光稳定性。一些被应用于屋面、墙面等关键外围护位置的保温材料具有一定的毒性，长期使用后会给居住者带来身体健康方面的影响，常见的保温建材包括聚氨酯泡沫、纤维以及石棉，前者在被燃烧后会释放大量的带有毒性的气体，后两者内部含有一定的致癌物，纳米技术帮助生产者解决了保温材料存在的问题，具有绿色无污染的特点，在当前的绿色建筑中比较常见。