纳米颗粒对水泥基材料性能影响的研究进展

纳米材料在水泥基材料中的研究和应用还处于初级阶段,但已成为改善水泥基材料性能的一个重要方向。简要介绍了纳米颗粒对水泥基材料的工作性、力学性能、耐久性能的影响,以及纳米材料赋予水泥基材料的新功能,并探讨了纳米颗粒改善水泥基材料结构与性能的机理。     

纳米材料优化水泥基材料性能的研究进展

近年来高铁、跨海大桥等大型工程建设对水泥基材料的性能提出了更高的要求。纳米科技与纳米材料是从微观角度提升水泥基材料性能的重要手段,近年来,以纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、碳纳米管、石墨烯等为代表的纳米材料在水泥基材料性能优化方面的研究有了长足的进展。目前的研究进展表明,纳米材料可以从多方面提升水泥基材料的性能,包括加速水化,提升早期强度;改善水化产物的组成与形貌,增加水泥基材料微结构密实度,提升力学性能与耐久性。就性能优化程度而言纳米材料在本领域具有巨大的应用潜力。同时,分散性问题是目前纳米材料在水泥基材料中应用面临的主要问题,提供成熟可商业化的分散性解决方案是纳米材料应用中亟待解决的问题。此外,目前对于用于水泥混凝土的纳米材料的结构设计与改性方面的研究也有可以继续深化的空间。     

纳米二氧化硅影响水泥基材料流动性的研究综述

纳米二氧化硅比表面积大、粒径小等特点有助于其发挥火山灰活性、晶核效应和填充效应,能够促进水泥水化,有效改善水泥基材料内部结构。在所有改性水泥基材料的纳米材料中纳米二氧化硅应用最为广泛,已经成为许多研究者探究的热点,但还未见关于纳米二氧化硅影响水泥基材料流动性综述的报道。本文主要综述了粉体和溶胶两种纳米二氧化硅对水泥基材料流动性的影响、存在的问题及改性纳米二氧化硅对水泥基材料性能的影响,为今后进一步研究纳米二氧化硅改性水泥基材料提供依据。     

纳米碳纤维增强水泥基复合材料的探讨

纳米碳纤维(Carbon nanofibers,CNFs)是近年来国内外纳米材料界的研究热点。介绍了纳米碳纤维的结构特点、性能、应用以及水泥基材料的各项性能和特点,并对纳米碳纤维增强水泥基力学性能的可能性进行了系统的探讨及研究,总结出现阶段需要解决的问题是纳米碳纤维在水泥基材料中的均匀分散及纳米碳纤维与水泥基体的相容性,并提出一些解决方案,为后期的工程应用及研究奠定了基础。     

纳米材料改性树脂基耐烧蚀材料研究新进展

综述了近年来纳米材料改性树脂基耐烧蚀材料的研究进展。介绍了碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、纳米SiO2、纳米碳粉等纳米材料在改性烧蚀材料中的研究近况,详细探讨和比较了改性材料的热稳定性、成炭率、力学性能等,同时分析了纳米材料改性树脂材料中存在的问题,并预测了纳米材料改性耐烧蚀树脂的发展趋势。提出纳米材料,特别是新型的纳米碳材料改性树脂基耐烧蚀材料的研究将是很有发展前景的研究领域,并会进一步得到人们的重视。     

纳米改性水泥基材料功能化研究进展

传统水泥基材料功能单一，无法满足现代社会快速发展的物质文明与复杂工程需求。现代建筑的智能化进程对水泥基材料的发展提出了新挑战，除了满足高强度、高耐久性等基本要求，还需要其具有多样化的附加性能(如保温、耐火、自清洁、电磁屏蔽以及离子固化等),以推动现代建筑的多功能化发展，实现建筑的智慧化转型，布局智慧城市建设。此外，为响应国家新材料新能源发展战略的要求，建筑的节能环保效应成为了水泥基材料发展与应用的又一重大难题。因此，越来越多的研究致力于纳米改性水泥基材料的多功能化发展，旨在为现代水泥基材料的绿色转型及建筑的智慧化转型提供应用基础。本文从纳米SiO₂、纳米TiO₂、碳纳米管(CNT)及氧化石墨烯(GO)等纳米材料对水泥基材料的功能化改性入手，比较与分析了不同纳米材料的特性、掺入方式及掺量等因素对水泥基材料功能化改性性能的影响；从材料层面分析了不同改性方式对水泥基材料功能化的主要影响机理。最后，本文以“纳米改性-功能化”对应关系的建立为前提，提出了纳米改性水泥基材料多功能协同发展的概念，为现代建筑绿色可持续发展提供依据并提出了展望。     

多维度纳米增强水泥基复合材料的研究进展

纳米材料领域的飞速发展为水泥基复合材料的增强改性提供了宝贵的机会。工程纳米材料存在3种主要形状,即0维纳米颗粒、1维纳米纤维和2维纳米片层。有大量文献已经报道了0维纳米颗粒和1维纳米纤维(如纳米二氧化硅和碳纳米管)在水泥基中的应用,而2维纳米片层状的氧化石墨烯(GO)的发现为水泥基复合材料提供了又一种维度的增强方式,目前已经受到了越来越广泛的关注。综述了近期各种维度纳米改性水泥基复合材料的研究进展,并总结了纳米材料与水泥基复合材料复合后的工作性、水化反应、力学性能及微观结构。     

纳米增强水泥基复合材料抗氯离子迁移及固化性能综述

先进碳基纳米材料在水泥基材料领域的渗透突破了传统水泥基材料的性能使用局限,是未来高性能水泥基复合材料研究的热门领域。然而,虽然目前关于纳米增强水泥基复合材料水化、微观、力学等性能的研究相对较多,但是针对长期耐久性能,特别是对影响钢筋锈蚀的主要因素氯盐侵蚀方面的研究相对较少,且缺少一定的深度与广度。纳米增强水泥基材料抗氯盐侵蚀性能主要体现在两个方面：一是孔隙层面,通过密实孔隙降低整体孔隙率,增加纳微观毛细孔比例,从而降低外界氯离子侵入迁移速率;二是固化层面,通过孔隙固液交界处水泥水化产物氯离子置换固化作用,吸附并降低孔隙溶液中自由氯离子含量。它们的最终目的都是在结构服役寿命内保证钢筋表面侵入的自由氯离子浓度处于锈蚀临界浓度之下,降低锈蚀风险及维护成本。深入明晰纳米增强水泥基复合材料抗氯离子迁移和固化性能及机理,对建立有效预测模型,指导并推动高抗蚀纳米增强水泥基复合材料设计、制备及应用具有重要意义。本文总结了近年来纳米增强水泥基复合材料抗氯盐侵蚀性能的研究进展,对比分析了不同维度、不同制备手段、不同化学组成等各类纳米材料分别对抗氯离子迁移性能和氯离子固化性能的影响效果及机制,同时对未来纳米...     

纳米材料在树脂基烧蚀材料中的应用

综述了纳米材料在树脂基烧蚀材料中的应用。概述了纳米材料的特性，介绍了纳米炭粉、纳米炭纤维、蒙脱土及多面体低聚半硅氧烷（POSS）等纳米材料在烧蚀材料中的应用概况，并提出了纳米材料在这一领域的发展方向及存在问题。     

纳米微晶纤维素应用于水泥基材料研究综述

由于纳米微晶纤维素(nanocrystalline cellulose,NCC)具有高模量、极高长径比和大比表面积等特性,近几年来NCC在水泥基材料中的应用成为了研究前沿和热点。虽然NCC在水泥基材料中的应用研究还处于初级阶段,但却为改善水泥基材料性能提供了一个新的研究方向。本文综述了近几年国内外对NCC在水泥基材料中的应用研究,主要介绍了NCC在水泥基材料中的存在形式,及其对水泥基材料的流变性、水化、力学性能和耐久性的影响。最后,分析了NCC在研究中存在的问题,并对NCC今后的研究方向给出了可行性建议。     

石墨烯及其衍生物复掺纤维水泥基复合材料研究进展

石墨烯(G)/氧化石墨烯(GO)以其优异的力学、导电以及导热性能在改善水泥基材料力学以及功能性等方面表现出良好的应用前景。然而,这些纳米材料在水泥基材料中难以分散,限制了它们在水泥基复合材料中的实际应用。近些年来,研究者们开始将纤维同这些纳米材料复掺到水泥基材料中,其分散性能得到了很大的提升。从材料在水泥基中分散问题、水泥水化过程、力学性能、功能性、耐久性能等5个方面系统地阐述了石墨烯及氧化石墨烯和其他纤维混杂对于水泥基复合材料的影响,对今后水泥基复合材料性能的提升具有指导作用。     

TiO_2@SiO_2的制备及其对水泥基材料表层光催化和吸水性的影响

水泥基建筑材料量大面广,改善其表层质量并赋予其光催化功能可延长材料服役寿命并有效改善环境质量。利用Stober法在商用纳米TiO_2表面合成纳米SiO_2,制备TiO_2@SiO_2核壳纳米材料,在对其光催化性能进行表征的基础上用于硬化水泥砂浆表面处理,利用高火山灰反应活性的纳米SiO_2与硬化水泥砂浆表层反应,提高TiO_2光催化材料在水泥基材料表层的有效附着,并提高表层水泥基材料性能。结果显示,TiO_2@SiO_2对有机染料的光催化降解效能比商用P25约高20%,经TiO_2@SiO_2处理的硬化水泥砂浆的吸水率较空白样品降低约10%。研究表明,TiO_2@SiO_2在赋予水泥基材料表面光催化能力的同时,具有提高水泥基建筑材料表层质量和耐久性的潜能,为该材料表面功能化改性提供了新思路。     

纳米SiO2对水泥基复合材料性能的影响

纳米材料具有独特的微观结构和物理、化学及机械性能,近年来得到了广泛深入的研究.介绍了纳米SiO2对水泥基复合材料流动性、水化产物、水化结构、强度和耐久性影响的研究现状,并初步探讨了纳米SiO2在水泥基复合材料应用中亟需解决的问题.     

纳米碳/水泥基复合材料研究进展

纳米碳材料以其独特的结构及微观形貌,优异的力学、电学特性等,在信息、材料、能源、生物制药等领域引发了革命性创新。近年来,纳米碳材料以极低的掺量,表现出对水泥基复合材料微观结构、宏观力学性能的改善,同时赋予传统水泥基材料导电性、压阻性等功能特性。本文结合纳米碳材料自身形貌及表面化学特性等,综述了近年来纳米碳材料对水泥水化及微观结构的影响,纳米碳/水泥基复合材料的力学性能及压阻性等,并指出当前存在的问题及未来可能的研究方向。     

纳米TiO2光催化水泥基材料的研究进展

光催化技术是解决当前大气污染问题的一项重要手段,纳米TiO_2由于具备光催化效率高、稳定性好、经济环保等优点,是当前研究最多和应用最广的光催化材料。本文归纳了纳米TiO_2的光催化机理和催化性能,包括内在因素(晶体结构、组成和颗粒尺寸)和外在因素(光强、温度和pH值)对其光催化性能的影响。同时,分别从纳米TiO_2在水中的分散,纳米TiO_2对水泥基材料物理性能的影响,纳米TiO_2水泥基材料的光催化性能三个方面对纳米TiO_2光催化水泥基材料进行了系统的归纳和总结,分析并指出了纳米TiO_2光催化水泥基材料存在的问题并作出展望,以期为制备新型的纳米TiO_2光催化水泥基材料提供参考。     

纳米碳黑水泥基复合材料力学性能及微观结构分析

对纳米碳黑(33nm)、碳纤维不同掺入量的水泥基复合材料进行了对比研究.研究发现掺入一定量的纳米碳黑可以使水泥基复合材料的抗压和抗折强度明显提高,并且提高幅度大于相同掺量的碳纤维水泥基复合材料.纳米碳黑水泥基复合材料的扫描电镜(SEM)结果表明:纳米碳黑较为均匀地分散在水泥基材料中,与水泥水化物结合紧密,并且纳米碳黑的尺寸小,比表面积大,对水泥基材料的孔隙具有填充作用,改善了材料的微观孔结构,减少了微观缺陷,使水泥基复合材料结构更加致密.     

纳米压痕技术应用于水泥基材料的研究进展

水泥基复合材料作为一种重要的土木工程材料,在国民经济建设中起着举足轻重的作用。目前人们对于其力学性能的研究主要集中于抗压、抗折等宏观力学性能,相比之下,对其微观力学性能的研究较少。鉴于材料的宏观力学性能很大程度上依赖于其微观结构及微观力学性能,因此,从微观层面去探究水泥基材料的性能机理已成为目前研究的热点之一。随着材料微观测试技术的发展,目前纳米压痕技术已成为最先进的定量表征水泥基材料微观力学性能的测试手段。然而水泥基材料是一种非均质材料,其水化产物含有多种成分,导致人们在物相划分和定量分析时常常受到经验性的束缚,因此水泥基材料的性能远未达到人们预期的要求。通过极大似然或最小二乘法对压痕数据进行解卷积处理,可实现实验结果定量化,大大地改变了之前人为划分物相引起的不准确性的状况,使得研究问题的方法提升到一个新的高度。纳米压痕技术不仅可以测试水泥熟料成分(硅酸三钙(C_3S)、硅酸二钙(C_2S)、铝酸三钙(C_3A)等)的弹性模量和硬度,还可测试水泥基材料水化产物(不同密度的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、氢氧化钙(CH)等)的微观力学性能及水化产物未填充的孔隙。通过改变实验加载制度,尤其是持荷的停留时间,能够在很短的时间内测得微观蠕变模量并且可以定量预测水泥基材料的宏观徐变性能;将其与其他微观测试手段(SEM、EDS等)联用来揭示水泥基材料紧密混合相的微观力学性质,能够区分出具有强烈重叠微观力学性质的化学相,这使得纳米压痕技术成为更精确的物相分析方法;通过观测界面过渡区微观结构的变化情况,可以为界面过渡区强度理论提供一定的理论补充和技术支持。本文主要介绍了纳米压痕技术的基本原理和样品制备,并从纳米压痕技术研究水泥基材料水化产物分相及微观力学特性、蠕变性能以及界面特性三个方面阐述了其在水泥基材料中的研究现状和相关成果,对目前研究中存在的问题进行了分析,并展望了其在水泥基材料研究中的发展趋势,以期为它更广泛深入地检测和研究水泥基材料微观性能提供参考。     

基于纳米二氧化硅和碳纳米管耦合的水泥基材料性能研究

通过在水泥基材料中加入纳米二氧化硅和碳纳米管,设计了一种基于纳米改性的水泥基表面强化材料,研究了该水泥基表面强化材料的力学性能和抗裂性能。结果表明:随着纳米二氧化硅颗粒掺量的增加,表面强化材料的抗压强度先增大后减小,碳纳米管的加入能够显著提高表面强化材料的抗裂性能。2%纳米二氧化硅、0.1%碳纳米管掺量的表面强化材料性能最优。     

ZnO基复合材料的制备及光催化应用研究新进展

介绍了氧化锌(ZnO)基纳米复合材料的制备,包括ZnO与贵金属、石墨烯以及其他半导体材料的复合,调研了ZnO基不同复合纳米材料的光、电以及气敏等特性,综述了ZnO基纳米复合材料光催化性能研究的最新进展,并提出了展望。     

离子掺杂对纳米氧化钆发光强度及驰豫性能的影响

氧化钆纳米材料因其具备独特的光学性质与磁学性质,在发光材料、生物标记、生物成像和温度传感器等领域备受关注。为了进一步满足发光材料及生物医学领域对多功能纳米材料的需求,稀土离子及金属离子掺杂的钆基纳米材料应运而生,这种新型的纳米发光材料克服了传统荧光材料发光强度不稳定、检测灵敏度低、生物毒性高的缺点;基于近年来国内外稀土离子和金属离子掺杂纳米氧化钆的研究和现状,综述了不同离子掺杂的氧化钆纳米颗粒在发光材料及医学造影剂方面的应用,在此基础上介绍了提高氧化钆纳米颗粒发光强度、驰豫性能的途径。