摘要：纳米材料在土木工程中的应用，工程造价是最大的挑战，一方面需要从纳米材料制备的角度出发降低成本、提高材料性价比，另一方面则还需要大量开展机理和试验研究，对纳米材料引入的性能优化进行定量的表征，以提高材料的利用效率。随着粒子尺寸的减小，纳米材料的比表面积剧烈增长从而具有更强的化学反应活性。在土木工程中，纳米粘土常用于与有机物组成制备沥青、管道的工程材料；纳米SiO2、TiO2、碳纳米管等材料大量用于改善混凝土内部的细观结构，提高混凝土的强度、耐久性等使用性能；纳米改性的钢材已形成较为成熟的设计体系，在钢结构中已有许多成功的应用。因此，对引入纳米材料后的性能优化进行定量的表征，以其产业化应用提供理论基础。
关键词：纳米材料;土木工程;应用;发展前景
引言
纳米材料属于微观与宏观之间的介观范畴，拥有普通材料所不具备的一些特殊性能，如适用于腐蚀性、高压环境的纳米陶瓷，具有低反射率、高吸收率的纳米红外传感器，拥有高电阻
的纳米超导体，高活性的纳米催化剂以及高度仿生的纳米人工骨等，是“新世纪最有前途的材料”，可为纳米技术的进一步发展和研究提供参考。
1纳米材料简介
大黄蜂雪佛兰科迈罗camaro报价纳米材料广义上的定义是指在三维空间维度中至少在一维处于1nm～100nm的纳米尺度范围内或由它们作为基本单元构成的材料，纳米材料的基本单元在空间维度上可以分为三类：一是在空间三维尺度均处在纳米尺度内称为零维，如纳米颗粒;二是在空间三维尺度有两维处在纳米尺度内称为一维，如纳米丝、纳米管等；三是指在空间三维尺度中有一维处于纳米尺度，如超薄膜等。从纳米材料的研究发展阶段来看，其研究成果可分为三个阶段：一是在试验探索阶段研究制备的各种纳米颗粒粉体、合成块体为代表的单一和单相材料；二是利用纳米微粒合成的纳米复合材料来研究其特有性质；三是现阶段对纳米组装体系这类纳米结构材料的研究热潮。纳米材料在纳米量级上的改变使其物理化学性质发生质变，其中纳米微粉类的纳米材料有着小尺寸效应、界面和表面效应、隧道效应等使其在多个领域有着广泛应用；纳米碳管类的纳米材料在力学、电学物理性质和化学稳定性上有着优异的性质，这两种纳米材料均在土木工程领域中有着广泛应用。
2纳米材料在土木工程中的应用
2.1纳米粘土
纳米粘土是层状矿物硅酸盐的纳米颗粒，根据其化学成分和纳米颗粒形态，纳米粘土可分为纳米蒙脱石、纳米膨润土、纳米高岭石等。有机改性的纳米粘土（有机粘土）也是一类具有广阔应用前景的杂化有机-无机纳米材料，在聚合物纳米复合材料中可以发挥非常重要的作用。在土木工程中，沥青是一种高黏度有机液体，依赖于其防水性广泛应用于楼面、地下结构等工程，并在路桥工程中大量应用。聚合物改性后沥青往往能够提高材料的抗疲劳性能并减小低温开裂和高温下的软化程度。纳米粘土也大大降低了土工织物粘土层的水力传导性，提高了土工布粘土衬垫的自愈能力，包含纳米粘土的膨润土样品的自由膨胀率和液限明显更高。
2.2纳米混凝土
混凝土是建筑结构中应用最多的合成材料之一，尽管其性质在宏观或结构层面上得到了很好的研究，但仍未揭示出深入和清晰的微观机理。纳米材料对混凝土的积极作用逐渐凸显，
其作用机理不断被揭示，在成本不断得到控制、制备技术不断改进以及与绿低碳的发展理念逐渐融合的未来，纳米技术在提高混凝土性能方面的作用将进一步明显并呈规模化的产业化发展。
（1）纳米SiO2。纳米二氧化硅具有更强的凝硬性，纳米二氧化硅可与氢氧化钙晶体反应，在硬化水泥浆与骨料之间形成的界面过渡区产生C-S-H凝胶，显著降低氢氧化钙晶体的大小和数量，从而提高硬化混凝土的早期强度,抗折强度约提高31%～57%。由于掺杂了纳米SiO2的混凝土的微观结构更均匀、更紧凑，可以提高混凝土的水渗透性。在同时掺杂纳米SiO2和粉末的情况下，自密实混凝土的吸水性、耐酸性等工程性质也能得到改善。（2）纳米TiO2。当纳米二氧化钛吸收能量高于其禁带宽度的波长光的辐射，产生电子跃迁，能量传递将产生活性很强的自由基和超氧离子等活性氧，诱发光化学反应，产生催化作用，用于道路工程中吸收汽车尾气污染；其超疏水性质也可以减少道路积水。（3）碳纳米管。由于其优异的机械性能，碳纳米管被认为可以有效增强水泥复合材料的承载性能。多壁碳纳米管可以改变聚合物混凝土中环氧树脂的显微组织，显著增加环氧基团之间的交联，从而增强聚合物混凝土的机械性能，同时在冲击强度、疲劳强度和与钢结构的粘结强度等方面也观察到显著的改善，可用于其桥面以提高面板的抗爆炸性能。碳纳米管同时也
拥有良好的电学性能，可以添加到水泥质材料中，产生具有高应变灵敏度和信噪比的压阻和应变感测特性的多功能纳米复合材料，用于制造可以实现混凝土结构的结构健康监测的自感纳米复合水泥浆；通过向混凝土中加入适量浓度的纳米碳黑而获得的压阻特性，也同样可以实现自感混凝土的制备。（4）其他纳米材料。纳米碳酸钙(CaCO3)也被广泛采用于混凝土中，提供更多的成核点以及增加有效水灰比，从而进一步提高混凝土的抗压性能，加入纳米碳酸钙可以缩短混凝土固化时间，具有低含量纳米碳酸钙的混凝土具有令人满意的可加工性，加入纳米碳酸钙也不会在混凝土固化过程中产生新的水合产物。考虑纳米氧化铝(Al2O3)+纳米二氧化硅(SiO2)和纳米SiO2+纳米Fe2O3的二元组合对改性混凝土的影响，通过减少渗透孔，纳米颗粒的结合可以增加颗粒填充，使界面过渡区变得更致密，从而提高混凝土的强度和耐久性。
3纳米材料在土木工程中的发展前景阿米尼电动车
当前，在纳米材料研究领域，我国已经制备出纳米陶瓷、NiO纳米微粒膜、碳纳米管等一系列新型的纳米材料，并成功应用于材料学、声光学以及物理化学等专业学科中，取得了较多的突破性进展，然而目前的研究大多基于实验室而开展，在实际应用方面仍存在较多
的不足。（1）产业化投资风险大。纳米材料技术的生产成本高昂，生产过程中的规模经济效应极大，相关涉及生产费用一般需要一次性投入，因此在产业化方面面临着较高的资金风险。（2）纳米器件集成不足。目前的业内研究重点主要为纳米材料的研制和开发，在落地应用方面，缺乏相应的核心器件，因此，下一步的关键是纳米器件的研究和集成应用。（3）安全性问题。纳米材料的化学活性极强，对其环境释放量必须给予安全性方面的考虑，否则一旦被吸入体内，将存在一定的危害，如对肺部或心血管等造成损害，因此需要进一步研究其安全性控制措施，以降低环境释放量或进入体内的可能性。
结束语
虽然纳米材料在本领域的应用和研究还相对较少，但是随着纳米技术的进步发展，必将会有更多的新型纳米材料和纳米技术理论应用到土木工程领域当中，从而给这一传统行业带来技术性的巨大变革，创造出巨大的经济价值。
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