Бетон является основным строительным материалом и широко используется в различных зданиях и сооружениях. В связи с крупномасштабным проектированием бетона, сложностью инженерной среды и постоянным расширением областей применения в 21 веке люди выдвинули более высокие требования к бетонным материалам. Нанотехнологии могут улучшить свойства бетона, значительно расширяя области применения бетона .

Наноматериалы улучшают свойства бетона:

1. Нанокремнезем (SiO2)

Nano SiO2 представляет собой ультрадисперсный порошок с гидроксильными группами на поверхности, полученный путем высокотемпературного гидролиза хлоридов, содержащих кремний или кремнийорганик. В области цементного бетона нано-SiO2 может повысить прочность и долговечность бетона благодаря его сильной пуццолановой активности, эффекту заполнения микроагрегатов и эффекту зарождения кристаллов.

2. Углеродные нанотрубки (УНТ).

Углеродные нанотрубки имеют трубчатую форму, легкие по весу и идеально соединенные в гексагональной структуре, что делает их хорошим высокопрочным волокнистым материалом. Включение соответствующего количества углеродных нанотрубок в цемент может эффективно улучшить пористую структуру и микротрещины материала , а также играть мостиковую роль, тем самым улучшая механические свойства цементной основы.

3. Другие наноматериалы, такие как нанокарбонат кальция и углеродное волокно, способствуют повышению долговечности бетона.

Нанотехнологии расширяют области применения бетона:

1. Бетон, поглощающий электромагнитные волны

По имеющимся данным, плотность электромагнитной энергии искусственной окружающей среды может увеличиваться на 7–14% каждый год, что объективно сформировало загрязнение электромагнитным излучением и признано пятым вредом в мире.

Используя особые свойства нанопорошков металлов, можно изготовить функциональный электромагнитный экранирующий бетон. Суть метода заключается в том, чтобы равномерно ввести порошок нанометаллов и бетонную смесь в бетон после сухого смешивания и принять участие в процессе гидратации цемента. Бетон, приготовленный этим методом, может не только уменьшить вес бетонной конструкции, улучшить несущую способность и ударопрочность бетона, но также иметь хорошую функцию электромагнитного экранирования и может использоваться в военных зданиях.

2. Очистка воздухобетона

Загрязнение воздуха наносит прямой вред здоровью человека. Анатаз нано TiO2 — отличный фотокатализатор, обладающий специальными функциями, такими как очистка воздуха, стерилизация, дезодорация и самоочистка поверхности. Добавление нанокомпонентов в раствор или бетон для получения фотокаталитического бетона, который может разлагать и удалять вредные загрязнители, такие как диоксид серы и оксиды азота, из воздуха, а также играть роль в очистке воздуха .

3. Антибактериальный бетон

В последние годы появился антибактериальный и устойчивый к плесени бетон. Он смешан с наноантибактериальными и устойчивыми к плесени компонентами традиционного бетона, благодаря чему бетон препятствует росту плесени и стерилизации. Этот бетон использовался в зданиях животноводческих ферм.

4. Автоматическое кондиционирование влаги бетона.

Добавляя ключевой компонент бетона, изготовленный из нанопорошка природного цеолита, можно определить температуру окружающей среды в помещении и отрегулировать ее по мере необходимости, чтобы удовлетворить требованиям контроля влажности в таких зданиях, как жилые дома или художественные галереи. По сравнению с традиционным использованием контроллера датчиков температуры и влажности и сложной системы проводки, низкая стоимость использования и обслуживания. Этот тип материала больше подходит для архитектурных помещений, таких как художественные галереи, где требуется относительно высокий контроль влажности.

5. Экологический бетон

Наноматериалы с высокой активностью добавляются в пористый бетон посредством водоочистки. Благодаря пористости и шероховатости бетона бетон может очищать воду и образовывать экологический бетон. Специально обработанная бетонная поверхность позволяет разводить зеленые растения, очищать воздух и украшать окружающую среду. Его можно использовать на земле для удержания и хранения воды, а также для теплоизоляции и охлаждения стен и крыш.

6. Умный бетон

Исследования по «самодиагностике», «саморегуляции» и «самовосстановлению» умного бетона постепенно углубляются.

В 1992 году г-н Сугита из Shimizu Construction в Японии изучал интеллектуальный бетон с функцией «самодиагностики», изготовленный из трех различных углеродных волокон, включая высокопрочное углеродное волокно и высокоэластичное углеродное волокно. В зависимости от проводимости углеродного волокна бетон может тестировать изменение сопротивления, устанавливать модель между сопротивлением и носителем и прогнозировать повреждение бетонной конструкции. Это исследование очень важно для обеспечения безопасности важных бетонных конструкций.

Проектирование бетона как строительного материала, отвечающего различным экологическим и функциональным требованиям, будет становиться все более популярным. Высокопроизводительный и высокофункциональный бетон находится в центре внимания развития бетонного материаловедения и инженерных технологий в 21 веке. Среди них нанотехнологии будут играть все более и более важную роль.