纳米材料(nanometer material)是单元尺寸为几纳米到几十纳米之间的材料,纳米材料拥有不同于宏观材料的力学、磁性、光学以及热力学特性,是21世纪最有发展潜力的材料。波特兰水泥水化产物的尺寸一般在几十到几百微米之间,其中有70%的硬化浆体为水化硅酸钙凝胶体系反应生成的初级纳米材料,利用纳米材料增强混凝土材料的强度和韧性有广阔的前景。本文初步研究了五种纳米材料：纳米Si02、纳米Ti02、纳米A1203、纳米ZnO以及多壁碳纳米管(MWCNTs)对水泥基材料力学性能的影响,并对水泥基复合材料的微观形貌、化学成分进行了初步分析：1、试验研究了四种纳米颗粒Si02、Ti02、A1203、ZnO对水泥砂浆的流动度、抗折和抗压强度及微观结构的影响,结果表明随着纳米颗粒掺量的增加,纳米A1203和Si02会显著降低砂浆流动度,而纳米Ti02和ZnO对水泥砂浆流动度影响不大。添加有纳米Si02砂浆的3、7、28天抗折强度和抗压强度有明显的提高,其中掺量为3%(水泥质量)较空白试件抗折强度提高19%、抗压强度提高10%；纳米ZnO的添加延长了砂浆凝结时间,砂浆试件的抗折和抗压强度大幅下降。EDS、XRD化学成分分析显示纳米Si02可以降低水泥水化产物中Ca(OH)2的含量,加速水化反应；SEM微观分析表明掺加有纳米二氧化硅的水化产物微观结构更加致密。2、碳纳米管具有优异的物理、力学性能,应用碳纳米管改善以水泥为基础的传统建筑材料的强度和韧性拥有广阔的前景。本研究首先利用表面活性剂获得了碳纳米管水性分散液,然后经离心机加速分离后取得上层分散液,对下层沉淀物重复分散最终获得可以稳定保存达到3个月以上的碳纳米管分散液。试验对比了不同掺量的多壁碳纳米管(MWCNTs)对普通波特兰水泥净浆不同龄期抗压强度和微观结构的影响。对添加不同质量分数碳纳米管的净浆立方体试件,结果表明立方体不同龄期抗压强度均随着碳纳米管掺量的增加而增大,其中掺量为0.1%的多壁碳纳米管的试件7天抗压强度较对比组增加22%；28天抗压强度增长幅度为15%。SEM微观分析显示碳纳米管在水泥水化产物中分散良好,观察到了碳纳米管拔出、桥联和网状填充效应。EDS元素分析表明碳纳米管表面覆盖有水泥水化产物,从而确定多壁碳纳米管与水泥水化产物之间相容性很好。
