纳米技术与绿色建材.doc

1、1纳米技术与绿色建材摘要：纳米技术是现代科技的前沿，已经渗透到各行各业，而对于建筑材料领域，不仅提高了传统建材的原有性能，还利用纳米技术的特点制成了许多新型绿色建材。本文简要介绍了国内外纳米技术的发展历程和绿色建材的来源，综述了纳米技术应用于水泥、混凝土、涂料、玻璃、卫生陶瓷、瓷砖和木材等建材领域的研究现状。 关键词：纳米技术；绿色建材；环保；性能 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 一、概述 纳米技术即在纳米尺度（10-1010-7 m）上的工程学，在纳米尺度的物质呈现与众不同的特点，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，将纳米尺寸的材料直接制成一维、二维和

2、三维的新材料、新器件，或者将其作为添加剂对其它材料进行复合改性，可使材料获得更加优异的或者独特的性能，在各个科学与工程领域均有应用。 1999 年 3 月举办的第一届全国绿色建材发展与应用研讨会上提出了绿色建材的概念：绿色建材是指采用清洁生产技术，少用天然资源和能源，大量使用工农业或城市固态废弃物生产的无毒、无污染、无放射性，达到生命周期后，可回收再利用、有利于环境保护和人体健康的建筑材2料。国际上也称“健康建材” 、 “环保建材”等。纳米技术在新型绿色建材方面的应用不仅提高了材料的常规性能和绿色化，而且赋予其新的特殊性能。 二、纳米技术在绿色建材中的应用 1、高性能混凝土 在水泥配料中加入纳

3、米级矿粉等添加剂可以明显提高混凝土的强度、施工性能和耐久性能。资料显示，纳米硅粉渗入水泥，可加快水泥诱导期和硬化期的水化反应，改善三维结构和堆积密度，既减少表面水，又减少间隙水，使凝胶产生聚合再聚合的作用，成倍提高其强度、硬度、抗老化性、耐久性等指标。纳米 CaCO3 和纳米 SiO2 等不但可以填充水泥空隙，提高混凝土流动性，更重要的是可改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土强度、抗渗性与耐久性均得以提高。而且水泥配料中均匀分散加入部分纳米级粉体，可以降低烧成温度，节约能源。李颖等研究了硅灰和纳米级 SiOx 对水泥浆体需水量的影响，并通过试验建立了水泥标准稠度用水量与两者的掺量之间的

4、数学模型，这对用纳米级硅质粉体科学配置高性能水泥基复合材料具有一定价值。另外，粉尘制造纳微米高性能水泥，不仅能化害为利，且可产生较高附加值；采用纳米技术开发可实用化的硅酸盐系胶凝材料的超细粉碎技术和颗粒球形化技术，可大幅提高水泥熟料的水化率，制备高性能混凝土。 2、纳米防水水泥 由于混凝土硬化过程中，内部形成的许多毛细孔隙易吸水，水分挥发后，混凝土易干缩开裂，因此需要进行防水处理。添加纳米粉制备防3水水泥，其加量少、成本低，优于传统表面涂料防水和加入膨胀剂防水。绿色无污染的纳米 XPM 水泥外加剂可使水泥获得很好的防水功能，用于动水堵漏时，具有较高表面能的纳米材料可使其粘结力增强达 3.8 M

5、Pa，凝结时间快 1 min 20 s，1 h 强度达 35 MPa，并大幅度提高了抗渗指标；用于喷射混凝土和灌注时，可减少混凝土的水泥用量，减少粉尘排放。 3、净化空气的纳米光催化混凝土 汽车排放的 NOx 和 SO2 对人体健康危害性很大。锐钛矿晶型纳米TiO2 具有很强的光催化能力，可在一定的光照下与水及氧反应生成 O2-（过氧离子）和活性强的OH 或OOH，破坏有机物中的CC、CN、NH 键等。因此在生产混凝土和混凝土砌块时，在表层水泥砂浆中加入锐钛矿晶型纳米 TiO2 光催化剂，用来做路面材料或建筑物的外墙、道路两侧的护坡砌体和人行道路面砌块等，可有效地净化 NOx和其它有害气体。例

6、如日本大阪府实施了“采用光催化剂改善沿海环境事业”的项目，在大阪府道临海线道路两侧建设了光催化混凝土墙，起到了降低 NOx 浓度的作用。美国洛杉矶和日本长崎在交通繁忙的道路两边，铺设光催化净化功能的混凝土地砖，来净化 NOx 保障人体的健康。 4、纳米敏感复合水泥或智能混凝土 添加了气敏纳米材料的复合水泥可用在毒气泄漏的化工厂建筑物建设或路面的铺设中，用于毒气泄漏的预警；添加 CO 气敏纳米材料的水泥可用于煤气管道和厨房的煤气泄漏预警；加入纳米导电金属氧化物或纤维，使混凝土具有较强的导电性能，利用电阻率与应力的变化关系，用4于高速路面上的超重汽车或桥梁应变过大的预警。 5、在涂料方面的应用 利

7、用纳米复合技术，还可提高涂料与建筑物表面的粘结强度、表面硬度和耐磨性；增加涂膜层的耐水冲刷能力、耐风沙冲刷和侵蚀能力；提高涂料膜层光洁度、强度和保色性、赋予高分子基涂料微裂纹自修复能力；提高涂料的阻燃、隔热等作用。 现代建筑气密性好，隔热和换气不充分，墙壁可能结露、潮湿，从而利于真菌等微生物的繁殖、增生，引发疾病。纳米抗菌材料克服了传统有机抗菌产品在安全性、广谱性、抗药性和耐热加工性等方面的缺陷，能满足人们生活舒适水平和卫生水平不断提高的要求。中科院理化所研制出新型载银 TiO2 光触媒涂料，对金黄色葡萄球菌的抗菌率大于 99%，且该涂料无刺激性、无毒，既能满足高、中、低档家庭装修需求，也适于

8、医院、食品加工等公共场所的特殊需要。泰兴纳米材料厂、浙江丽水金池亚纳米材料公司和浙江舟山明日纳米材料公司等相继开发了各种纳米抗菌剂，已用于涂料、塑料，橡胶、玻璃、木材、陶瓷等产品中。 纳米 TiO2 净化 NOx 和 SO2 等有害气体的光催化作用同样可以用于建筑物内外墙或高速公路隔音壁涂料的生产，且其光催化活性的有效时间较长。 6、在玻璃方面的应用 在有机玻璃中加入经过表面自修饰处理的 SiO2，既提高玻璃强度和韧性又不影响透明度，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的，并具有屏蔽紫外线和短波辐射功能，有可能替代传统的钢化玻璃和某些5镀膜玻璃。 在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米 Ti

9、O2 薄层后，在光的照射下任何玷污在表面上的物质，包括油污、细菌和病毒均可被其分解氧化变成气体或易被擦掉的物质，达到除毒、脱色、矿化的目的，并且利于厨房瓷砖以及高层建筑玻璃、外墙陶瓷的保洁。纳米 Fe2O3、TiO2、ZnO等，在空气和水的存在下经日光照射，可分解沉积在玻璃上的污物，氧化室内有害气体，杀灭空气中的各种细菌和病毒，降低玻璃表面的憎水角，使玻璃具有防霉、抗霉、抗菌、自洁作用，可用于玻璃幕墙、道路照明灯罩等。 7、在卫生陶瓷、瓷砖方面的应用 纳米技术除了使陶瓷材料的强度、韧性等机械性能得到大幅度提高之外，对于卫生陶瓷、瓷砖来说还可赋予新的功能性。把锐钛矿型纳米TiO2 光催化剂用涂釉

10、或喷涂的方法涂覆、烧结在陶瓷表面，制成具有杀灭细菌和病毒、分解空气中有机物挥发物等有害气体的陶瓷墙地砖、卫生陶瓷，是公共场所、游泳池、卫生间和居室等处使用很好的建筑材料。其它纳米抗菌材料（如 Ag、Co 等的金属离子和 ZnO、Fe2O3 等金属氧化物）复合掺入瓷砖或卫生洁具等中，同样可以获得具有抗菌功能，而且纳米材料的加入还抗老化、增韧和增强作用。 8、在木材方面的应用 纳米技术在木材中也有着广泛和深入的研究，如杜万里等开发了纳米 SiO2 复合脲醛树脂木塑复合材料，该树脂在高温固化时与基体木材化学成分发生了化学反应，生成的新基团改变了木材的纤维素、木质素等6主要化学组分的性质，增强了木材木

11、塑复合材料的憎水性，提高了力学强度，且其抗水性、压缩强度比纯木材、脲醛处理和共混脲醛处理杨木都有大幅度提高。而时尽书等研究指出纳米 SiO2 对提高杨木的硬度也有显著作用。许福等采用纳米合成技术，以正硅酸乙酯、钛酸丁酯等作为前驱体，结合微波扩孔技术、超声分散技术、压力浸渍等方法，改善了木材渗透性，提高了木材硬度。 三、结语 纳米技术经过近 20 年大量基础性研究，在建筑材料领域，利用纳米技术开发出来的绿色建材也将越来越多，并将随着我国城镇化进程的加快而得到更快更广的应用。但由于目前我国针对绿色建材产品的评价指标体系和标准还不完备，社会上琳琅满目的绿色建材并不完全符合“绿色” ，尤其是纳米技术的

12、应用还存在一定风险，如空气中游离的纳米粒子因小尺寸效应更易燃烧、纳米粒子可以穿透皮肤进入人体、其表面活性可能会引起氧化或细胞染色功能等，对人体健康的潜在影响和纳米粒子制造的环境等方面存在不确定因素。因此在应用纳米技术的绿色建材进入市场前，必须进行严格的环境和健康方面的检测，并且希望国家相关部门尽快出台相关法律法规，从立法的角度规范市场。当然纳米技术的优点是显而易见的，不能因为有潜在的危害而放弃研发和应用，仍需克服或消除这种不利因素，实现科技带给人们的益处。 参考文献： 1 Mohamed H. A. Hassan. Small Things and Big Changes in 7the De

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