【摘 要】纳米混凝土作为一种高性能混凝土建筑材料，由于具有良好的力学性能和耐久性能，在工程领域受到了越来越多的关注和使用。为了深入的了解纳米混凝土的特性及更好的应用于实际工程，科学工作者对纳米混凝土的力学性能和耐久性进行了的研究，本文从纳米混凝土力学性能及耐久性两方面介绍了研究的现状，并分析了纳米混凝土下一步的研究趋势。

　　【关键词】纳米SiO2;耐久性;强度

　　引言

　　混凝土是现代建筑结构的主要材料，它具有承重大，易成型，原材料广泛、等优点。但混凝土的自重大、抗拉强度低、脆性大等缺陷限制了其在一些方面的应用。纳米材料是指颗粒尺寸在纳米量级(1nm～100nm) 的超细材料，其尺寸大于原子簇而小于通常材料的微粉， 处在原子簇和宏观物体交界的过度区域。纳米材料由于其尺寸小且具有特殊的结构特征，从而具有以下效应：尺寸效应、量子隧道效应、表面效应和界面效应。纳米矿粉主要包括纳米SiO2，纳米CaCO3和纳米硅粉。普通硅酸盐水泥颗粒粒径，水泥内分布着10-100nm的凝胶孔，在水泥中掺入纳米矿粉可以有效填充这些空隙，对于提高混凝土的抗渗性和韧性起了很大作用。

　　1.纳米混凝土力学性能的研究

　　研究表明SiO2(NS)的火山灰活性远高于硅粉的火山灰活性，掺入NS的浆体存在流动性变小和凝结时间缩短的现象，同时NS的掺入能显著提高混凝土的早期强度。NS掺入到硅酸盐水泥中，其火山灰反应吸收了大量的Ca(OH)2进而促进了水泥水化，提高了水化开始时的放热速率，并改善了水泥浆体的微观结构，使水泥更加均匀密实[1]。纳米CaCO3掺入到水泥材料中后起到了物理填充效应、水化效应和晶核效应，降低了水泥石内表面积，加快熟料早期水化速度，增加水泥石密实度，降低孔隙率，进而提高水泥石的抗压强度。

　　黄政宇等[2]将未掺纳米材料混凝土、掺纳米SiO2混凝土和掺纳米CaCO3混凝土三组试件做了对比试验，实验表明掺入纳米SiO2的混凝土的抗压强度提高4%，掺入纳米CaCO3的混凝土养护28d抗压强度比未掺假NC的混凝土提高了16.7%。同时他们得出掺加NS和NC的最佳量分别为0.5%和3%。试验还得出掺入纳米材料的混凝土流动性会降低。

　　郭保林、王宝民[3]对纳米混凝土的性能进行了系统的试验研究，他们认为掺入NS能提高混凝土早期强度，尤以7天时最显著，此时掺入5%的NS比掺入3%的效果明显，后期的强度也与NS掺入量有关，掺入5%的NS在60天时的强度小于基准混凝土强度，并得到掺加3%的NS对混凝土后期强度增加明显。

　　唐小萍、魏秀瑛等[4]也做了类似的研究，试验所用纳米材料是SiO2和Al2O3，以三种不同的纳米掺加量作为对比，结果表明掺入该纳米混合材料后可提高混凝土3d、7d、28d抗压强度20%、15%、10%。

　　2.纳米混凝土抗渗性能的研究

　　纳米SiO2可以提高混凝土抗裂、抗渗、抗冻等性能。研究表明： 纳米SiO2可以改善混凝土的微观结构和综合性能，能够封堵混凝土内部孔隙，增强其抗裂性，提高混凝土抗渗、抗冻、抗化学侵蚀、抗冲磨等性能，从而提高水工混凝土的耐久性。

　　黄功学、谢晓鹏[5]将混凝土试件养护至28d，对试件一次加压24h，用压力机劈开试件，测量渗水高度。混凝土抗渗性能随着纳米SiO2掺量的增加而提高;纳米SiO2掺量为1%、3%、5%时混凝土的渗水高度比普通混凝土分别降低了19%、44%、61%。他们认为纳米SiO2使混凝土中渗水通道堵塞或减少，混凝土的密实程度得到提高，降低了溶出性侵蚀的危害。

　　杜应吉等[6]也做了相关实验，他们将纳米基混凝土改性剂掺入混凝土中，在电子显微镜下观察发现混凝土内的大孔和微孔数量均大幅下降，使混凝土的的密实度提高，从而提高混凝土(砂浆)的抗渗性。数据显示掺入纳米基混凝土改性剂的试件比相同配比的普通混凝土试件的抗渗性提高了30%。

　　李晗等[7]试验方法是将标准试件放入氯化Nacl中浸泡24h，取出试件烘干，循环10次。然后钻取不同深度的混凝土试样测定氯离子含量。2.5mm 深度NS 掺量0.5%，1.0%和2.0%氯离子含量分别为不掺NS 时的92.7%， 92.3%和91.9%，兰成明等[9]也做了抗氯离子的渗透试验，得到了基本相同的数据。

　　3.纳米混凝土抗冻性能的研究

　　在严寒地区冻融循环是影响混凝土耐久性的因素之一，在实际应用中最关心的是混凝土的力学性能，因为强度损失直接关系到建筑物的使用性能及安全。因此研究混凝土的抗冻性能有着非常重要的现实意义。

　　杜应吉等[8]对于纳米混凝土的抗冻性做了以下实验：采用M7.5的试件，用慢冻法进行实验，冻融15次后由电子显微镜图片对比发现掺入纳米材料后极大改善了混凝土内部结构，封堵了孔径小于150nm的微孔。使得混凝土的密实度大大增强，从而避免了由于孔隙水结冰膨胀而产生裂缝导致的混凝土结构破坏。

　　仲晓琳、李顺凯[9]研究纳米材料对混凝土的抗冻性能试验采用空白样与掺量0.75%纳米材料的试样对比，在-10℃条件下做25次冻融循环。测试结果显示掺0.75%纳米材料的混凝土，经25次冻融循环后混凝土的强度损失率为3.2%，而空白样强度损失率为8.6%。可见，掺入0.75%的纳米材料可以明显地改善混凝土的抗冻性能。

　　黄功学、谢晓鹏[5]也针对纳米混凝土抗冻性做了实验研究。数据结果显示，混凝土动弹性模量损失随着纳米SiO2掺量的增加而减小; 当冻融循环150 次时，纳米SiO2掺量为0、1%、3%、5% 时混凝土的动弹性模量损失为27.3%、14.9%、7.0%、3.3%。

　　4.纳米混凝土研究趋势

　　上述已表明， 纳米矿粉(纳米SiO2、纳米CaCO3等)的掺入对混凝土的强度及耐久性等性能有明显的改善作用，但目前纳米矿粉的价格很高， 这就限制了它们在混凝土中的实际应用，需要进一步在纳米混凝土的制备技术方面研究探索以降低其成本。再有就是纳米材料在水泥中难以达到均匀分散，掺入后易结团，在一定程度上限制了混凝土强度的提高，因此，如何改善纳米粒子的分散性，使其在混凝土中均匀的分散以更大的提高混凝土的强度是需要更进一步研究的问题。

　　【参考文献】

　　[1]张梅.纳米材料的研究现状与发展[J].导弹与航天运载技术，2000(3).

　　[2]黄政宇，曹方良.纳米材料对超高性能混凝土性能的影响[J].材料导报，2012(9). \

　　3]郭保林，王宝民.掺纳米二氧化硅高性能混凝土性能试验研究[D].大连理工大学硕士研究生学位论文，2009.

　　[4]唐小萍，魏秀瑛等.纳米Si02提高不同龄期混凝土力学性能试验[J].科技导报，2011，29(21)

　　[5]黄功学，谢晓鹏.纳米Si02对水工混凝土耐久性影响试验研究[J].人民黄河，2011(7).

　　[6]杜应吉，韩苏建，姚汝方，李元婷.应用纳米微粉提高混凝土抗渗抗冻性能的试验研究[J].功能材料，2004(7).

　　[7]李晗，高丹盈，赵军.纤维纳米混凝土力学性能和抗氯离子渗透性能的研究[J].华北水利水电学院学报，2012(12).

　　[8]兰成明等.纳米混凝土抗磨及抗氯离子渗透性能研究[J].功能材料，2007(增刊37).

　　[9]仲晓琳等.纳米粘土材料对水泥混凝土性能的影响[J].混凝土，2005(8).