26、纳米材料在改善混合水泥火山灰性能中的作用

纳米材料在改善混合水泥火山灰性能中的作用

1. 引言

纳米技术在建筑领域影响重大，催生出了持久耐用、高性能的建筑材料。得益于纳米技术领域独特的科学进步，传统建筑材料的基本特性得到显著提升，使得各种具有不同特性的纳米级材料得以应用。

纳米技术在多个行业都有应用，混凝土行业也不例外。不过，目前纳米技术在混凝土行业的应用大多还局限于实验室研究。纳米技术是解决混凝土构件相关各种挑战的高效途径。作为强度增强剂，纳米材料能在不增加水泥用量的情况下大幅提高混凝土强度，进而减少特定建筑项目所需的混凝土总体积。这意味着，作为水泥减量剂，纳米材料能有效降低达到所需混凝土强度时的水泥用量。

纳米材料约占结构总体积的70%，对整个建筑过程贡献巨大。通常，按质量计算，混凝土约由12%的水泥和80%的骨料组成。大规模使用混凝土会大量消耗自然资源，进而引发环境问题。例如，2022年5月马来西亚的水泥产量达到了1214千吨。为减轻环境影响，需要寻找能与其他原材料结合赋予混凝土水泥特性的替代材料。

火山灰是一种含硅和铝的物质，具有固有的胶凝特性。在常温下与水分接触时，它会与氢氧化钙反应，形成具有强水泥样特性的化合物。火山灰材料利用中的二次反应非常重要，这些反应在水泥初始水化过程之后发生，涉及火山灰与游离氢氧化钙相互作用，生成硅酸钙水合物（C - S - H）相，极大地提高了混凝土的强度。

本文将概述纳米材料作为火山灰添加剂的最新发展，包括所用纳米材料的类型及其对胶凝材料性能的影响，并探讨利用纳米材料作为火山灰添加剂所面临的挑战和前景。

2. 纳米材料的生产

纳米颗粒是尺寸小于100纳米的材料，可呈纤维、粉末或液体形式。第七届国际纳米技术会议提