纳米混凝土
纳米混凝土
纳米混凝土纳米混凝土是一种新型的材料，它由混凝土和纳米材料组成。
纳米材料是一种尺寸在1到100纳米之间的材料，因其良好的物理、化学性能，被广泛应用于光电子学、化学能源、生物医学等领域。
相比于传统的混凝土材料，纳米混凝土具有更高的强度、韧性、耐久性和防水性，可以极大提升建筑物的抗震、抗风、耐久性等性能。
纳米混凝土利用纳米颗粒的尺寸、形状、分布以及表面特性等独特的性质，能更有效地填补混凝土致密性的缺陷，提高混凝土的稠度和流动性，从而提高混凝土的密实性和强度。
另外，纳米颗粒还可以与混凝土中的水分子结合并形成更稳定的水化物，从而提高混凝土的耐久性和防水性。
因此，纳米混凝土在防水、防震、防风等方面具有很大的优势。
目前，纳米混凝土的应用已经在建筑、基础设施、道路、桥梁以及环保等领域得到了广泛的应用。
在建筑业中，纳米混凝土可以用于制造高层建筑物、隧道、地下隧道、水下隧道、混凝土排水沟、室内装修等。
在基础设施领域，纳米混凝土可以用于制造桥梁、高速公路、过街天桥等。
在环保领域，纳米混凝土还可以用于污水处理、废物处理以及难降解有机物等方面。
对于纳米混凝土的制造，目前有两种方法，一种是通过添加纳米颗粒将混凝土制成纳米混凝土。
另外一种是通过将纳米颗粒直接与混凝土原料混合后进行制造。
无论哪种方法，制造纳米混凝土都需要掌握一定的生产技术和工艺。
但与此同时，纳米混凝土的应用仍然面临着一些挑战。
首先，纳米颗粒的成本问题是制造纳米混凝土需要解决的难题之一。
其次，纳米颗粒的分散性、稳定性和纯度等问题也需要进一步的研究和解决。
最后，纳米颗粒的相互作用和与混凝土材料相互作用的机理仍有待深入研究。
总之，纳米混凝土是一种极具发展前途的新型材料，在建筑、基础设施、环保等领域有着广泛的应用前景。
虽然仍面临着一些挑战，但随着科学技术的不断进展，相信纳米混凝土的应用将会越来越广泛，也必将成为未来建筑领域的重要材料之一。
纳米混凝土的应用技术规程
纳米混凝土的应用技术规程一、前言纳米技术是当今世界科技领域的热点，纳米材料在各个领域都得到了广泛的应用。
其中，纳米混凝土作为新型建筑材料，具有优异的性能，受到了广泛的关注。
本技术规程旨在介绍纳米混凝土的应用技术规范，包括原材料的选择、配合比的设计、施工工艺、质量控制等方面。
二、材料选择1.水泥建议使用优质普通硅酸盐水泥或矿物掺合料水泥，掺合料的掺量不宜超过30%。
2.氧化硅纳米粉建议使用纳米级氧化硅，粒径在10-50nm之间，掺量不超过5%。
3.粉煤灰掺合适量的粉煤灰可以提高混凝土的强度和耐久性。
4.石灰石粉石灰石粉可提高混凝土的密实性和耐久性，掺量不宜超过10%。
5.水建议使用纯净水，不得使用含有杂质的水，以免影响混凝土的质量。
三、配合比设计1.水灰比建议水灰比控制在0.35-0.45之间，以保证混凝土的强度和耐久性。
2.氧化硅纳米粉掺量氧化硅纳米粉的掺量应根据具体的工程要求进行设计，一般掺量不超过5%。
3.粉煤灰和石灰石粉掺量粉煤灰和石灰石粉的掺量应根据具体的工程要求进行设计，掺量不宜超过10%。
四、施工工艺1.材料的搅拌将水、水泥、粉煤灰、石灰石粉、氧化硅纳米粉按照一定的配合比放入混凝土搅拌机中进行搅拌。
2.浇注将搅拌好的混凝土浇入模具中，进行振捣和压实，以保证混凝土的密实性。
3.养护混凝土浇注完成后，应及时进行养护，保持适宜的温度和湿度，以确保混凝土的强度和耐久性。
五、质量控制1.原材料的质量应对原材料的质量进行严格的把控，确保原材料符合相关标准和要求。
2.混凝土的强度和密实性应对混凝土的强度和密实性进行严格的检测，确保混凝土的质量符合相关标准和要求。
3.施工工艺的质量应对施工工艺进行严格的监督和检查，确保施工工艺符合相关标准和要求。
六、安全注意事项1.在施工过程中，应严格遵守安全操作规程，保证人身安全。
2.应注意混凝土浇注过程中可能产生的噪音和粉尘，对周围环境和人员造成影响。
3.应注意混凝土浇注过程中可能产生的振动，对周围建筑物和设施造成影响。
纳米科技在建筑材料中的实际应用案例解析
纳米科技在建筑材料中的实际应用案例解析纳米科技是近年来迅速发展的一个领域，它以纳米尺度材料的研究和应用为基础，具有广泛的应用前景。
在建筑材料领域，纳米科技的应用可以提供创新的解决方案，改善建筑材料的性能，提高建筑的质量与可持续性。
本文将分析几个纳米科技在建筑材料中的实际应用案例，探讨其技术原理和应用效果。
1. 纳米涂料：提高建筑外墙的耐候性和自洁性纳米涂料是一种具有纳米尺度的颗粒和添加剂的涂料，可以改善建筑外墙的耐候性和自洁性。
例如，纳米二氧化钛涂料可以吸收紫外线，并通过光催化作用分解空气中的污染物，改善空气质量。
这种涂料还具有抗污染、自洁和耐候性能，能够延长建筑外墙的使用寿命。
2. 纳米保温材料：提高建筑节能效果和室内舒适度纳米保温材料是一种以纳米颗粒为基础的保温材料，具有较低的热传导率和较好的隔热性能。
与传统的保温材料相比，纳米保温材料可以降低建筑物的能量损失，并提高建筑物的节能效果。
此外，纳米保温材料还能够吸收和释放湿气，维持室内空气湿度的平衡，提高室内舒适度。
3. 纳米混凝土：提高建筑材料的强度和耐久性纳米混凝土是一种通过在混凝土基材中添加纳米颗粒来改善其性能的材料。
纳米颗粒可以填充混凝土中的微小孔隙和缺陷，提高混凝土的密实度和强度。
此外，纳米混凝土还具有抗裂、耐久和自修复等特性，可以延长建筑材料的使用寿命，并减少维修和更换的频率。
4. 纳米玻璃：提高建筑材料的透明性和耐磨性纳米玻璃是一种通过纳米技术改善玻璃性能的材料。
由于纳米颗粒具有比玻璃原料更细小的尺寸，添加纳米颗粒可以提高玻璃的透明性，并降低光的反射和散射。
此外，纳米玻璃还具有较好的耐磨性，能够减少表面划痕和磨损，延长玻璃的使用寿命。
5. 纳米涂层: 提高建筑表面的防污性和防腐性纳米涂层是一种应用纳米材料制备的涂层，可以提供优良的防污性和防腐性。
例如，纳米银复合涂层可以抑制细菌的生长，减少涂层表面的细菌和病毒污染，更好地保护建筑物表面的卫生环境。
混凝土中掺加纳米材料的效果及方法
混凝土中掺加纳米材料的效果及方法一、前言混凝土作为一种常见的建筑材料，其性能的优劣直接关系到建筑物的质量和安全。
近年来，随着纳米科技的发展，掺加纳米材料已成为提升混凝土性能的有效方法。
本文将详细介绍混凝土中掺加纳米材料的效果及方法。
二、纳米材料的种类及优点纳米材料是指尺寸在1~100纳米之间的材料。
常见的纳米材料有氧化硅纳米材料、氧化钛纳米材料、碳纳米管、纳米氧化铝等。
纳米材料的优点主要体现在以下几个方面：1.纳米材料比表面积大，表面活性高，能够增加混凝土的强度、韧性和耐久性。
2.纳米材料具有超强的物理、化学和生物作用，能够降低混凝土的渗透性和气体渗透性。
3.纳米材料能够提高混凝土的抗裂性和抗冻性，使其在极端环境下仍能保持良好的性能。
三、混凝土中掺加纳米材料的效果混凝土中掺加纳米材料能够显著提高混凝土的力学性能和耐久性。
具体效果如下：1.提高混凝土的强度和韧性纳米材料能够填充混凝土中的空隙，提高混凝土的密实性和强度。
同时，纳米材料能够改善混凝土的韧性，使其在受力时更加均匀，减少混凝土的裂纹和断裂。
2.降低混凝土的渗透性和气体渗透性纳米材料能够填补混凝土中的孔隙，减少混凝土的渗透性和气体渗透性。
同时，纳米材料能够减少混凝土中的孔隙，降低水泥石的渗透性，从而大大提高混凝土的耐久性和使用寿命。
3.提高混凝土的抗裂性和抗冻性纳米材料能够填补混凝土中的微观裂缝，提高混凝土的抗裂性和抗冻性。
同时，纳米材料能够增加混凝土中的气泡数量和大小，减少混凝土中的水分含量，从而提高混凝土的耐久性和抗冻性。
四、混凝土中掺加纳米材料的方法混凝土中掺加纳米材料的方法主要有以下几种：1.混凝土掺加纳米材料将纳米材料直接加入混凝土中，与水泥、砂、石一起搅拌。
掺加量一般为水泥用量的0.1%~5%。
2.混凝土表面涂覆纳米材料将纳米材料涂覆在混凝土表面，形成一层保护层，能够有效地防止混凝土的渗透和气体渗透。
3.混凝土预制品添加纳米材料在混凝土预制品的生产过程中，掺加纳米材料，能够显著提高预制品的性能和耐久性。
采用纳米技术改性混凝土性能的研究
采用纳米技术改性混凝土性能的研究一、引言混凝土是建筑领域中最重要的材料之一，其广泛应用于各种建筑结构中。
随着科技的不断发展，纳米技术被应用于混凝土材料的研究中，以提高混凝土的性能和功能。
纳米技术改性混凝土具有更好的抗裂性、耐久性、强度和耐磨性等优点，因此在建筑领域中具有广泛的应用前景。
二、纳米技术及其在混凝土中的应用2.1 纳米技术的概念纳米技术是一种以纳米级别的材料为研究对象的技术，其研究领域涵盖了材料、生物、电子、化学等多个领域。
纳米技术在材料领域中主要通过控制材料的结构和形态来改变其性能和功能。
2.2 纳米技术在混凝土中的应用纳米技术可以用于改善混凝土的性能和功能。
通过控制混凝土中的纳米结构和形态，可以提高混凝土的抗裂性、耐久性、强度和耐磨性等性能。
目前，纳米技术在混凝土领域中主要应用于以下几个方面：（1）控制混凝土中的纳米孔隙结构，提高混凝土的密实性和抗渗性；（2）添加纳米颗粒，提高混凝土的强度和耐久性；（3）添加纳米材料，改善混凝土的耐磨性和耐久性；（4）添加纳米氧化物，提高混凝土的抗污染性能。
三、纳米技术改性混凝土的性能研究3.1 纳米氧化物改性混凝土的性能研究纳米氧化物是纳米技术中常用的一种材料，具有很好的抗氧化、抗污染和抗紫外线等性能。
研究表明，添加纳米氧化物可以显著提高混凝土的抗污染性能和耐久性。
3.2 纳米颗粒改性混凝土的性能研究纳米颗粒是另一种常用的纳米材料，它可以显著提高混凝土的力学性能。
研究表明，添加纳米颗粒可以使混凝土的抗压强度和抗拉强度显著提高。
3.3 纳米材料改性混凝土的性能研究纳米材料是一种新型的材料，具有很好的耐磨性和耐久性。
研究表明，添加纳米材料可以显著提高混凝土的耐磨性和耐久性。
3.4 纳米孔隙结构改性混凝土的性能研究纳米孔隙结构的存在对混凝土的性能和功能具有很大的影响。
研究表明，通过调控混凝土中的纳米孔隙结构，可以显著提高混凝土的密实性和抗渗性。
四、结论通过对纳米技术改性混凝土的性能研究，可以得出以下结论：（1）纳米技术可以显著提高混凝土的性能和功能。
混凝土中掺加纳米材料的原理及效果
混凝土中掺加纳米材料的原理及效果一、概述混凝土是建筑结构中最常用的材料之一，其力学性能和耐久性能是建筑结构安全可靠的基础。
近年来，随着纳米技术的发展，人们开始研究将纳米材料掺入混凝土中，以提高混凝土的力学性能和耐久性能。
本文旨在探讨混凝土中掺加纳米材料的原理及效果。
二、纳米材料的特性纳米材料具有以下特性：1.粒径小：纳米材料的粒径通常在1~100纳米之间。
2.比表面积大：由于纳米材料的粒径非常小，因此单位质量的纳米材料拥有更大的比表面积。
3.量子效应：在纳米尺度下，材料具有量子效应，导致其物理性质和化学性质发生变化。
4.界面效应：纳米材料与其他材料之间的界面效应非常显著，可以影响材料的性能。
5.热力学稳定性差：由于纳米材料的表面能非常高，其热力学稳定性较差，容易发生聚集和团聚。
三、混凝土中掺加纳米材料的原理1.纳米材料的界面效应混凝土中的水泥浆体是由水泥粒子、水和空气组成的三相体系。
纳米材料掺入混凝土中后，会与水泥粒子产生界面作用，形成一种新的三相界面。
纳米材料的高比表面积可以增强其与水泥粒子之间的接触面积，从而增加了纳米材料与水泥粒子之间的界面效应。
界面效应可以改善混凝土的力学性能和耐久性能。
2.纳米材料的填充作用纳米材料掺入混凝土中后，由于其粒径小，可以填充水泥基体中的微观孔隙，从而增加混凝土的密实性和抗渗性。
此外，纳米材料还可以填充混凝土中的裂缝，从而提高混凝土的抗裂性能。
3.纳米材料的增强作用纳米材料在混凝土中的分散状态会影响其增强作用。
纳米材料在混凝土中的分散状态越好，其增强作用就越显著。
纳米材料可以通过增加混凝土的界面结合力和化学反应来增强混凝土的力学性能。
4.纳米材料的反应作用纳米材料可以与混凝土中的水化产物发生反应，形成新的水化产物，从而改善混凝土的性能。
例如，纳米SiO2可以与水化产物发生反应，形成硅酸盐凝胶，从而增加混凝土的强度和耐久性。
四、混凝土中掺加纳米材料的效果1.力学性能掺入纳米材料的混凝土通常具有更高的强度、更好的韧性和更好的抗冻性。
混凝土中掺加纳米材料的效果原理
混凝土中掺加纳米材料的效果原理一、引言混凝土作为建筑材料的主要成分之一，其性能对建筑物的质量、寿命、安全性等方面有着重要的影响。
近年来，随着纳米技术的快速发展，人们开始将纳米材料应用于混凝土中，以提高混凝土的性能。
本文将探讨混凝土中掺加纳米材料的效果原理。
二、纳米材料的特性纳米材料是指至少在一维上尺寸小于100纳米的材料。
由于其尺寸小，表面积大，表面活性强，所以具有很多特殊的物理、化学、力学、光学等性质，例如高比表面积、催化活性、热稳定性、力学强度等。
常见的纳米材料有二氧化硅、氧化铁、氧化锌、碳纳米管、纳米银等。
三、混凝土中掺加纳米材料的效果1. 提高混凝土的强度和硬度混凝土中掺加纳米材料可以增强混凝土的力学性能，如强度和硬度。
这是因为纳米材料的高比表面积和表面活性使其与水泥浆体中的水化产物反应，从而增加了水泥凝胶的数量和密度，并形成了更牢固的凝胶结构。
同时，纳米材料还可以填充混凝土中的微孔和裂缝，从而提高混凝土的密实性和耐久性。
2. 提高混凝土的耐久性混凝土中掺加纳米材料还可以提高混凝土的耐久性。
由于纳米材料具有高比表面积和表面活性，可以吸附和催化分解有害物质，如二氧化硫、氮氧化物、甲醛等。
同时，纳米材料还可以填充混凝土中的微孔和裂缝，减少混凝土中的渗透和渗漏，从而防止水和化学物质的侵蚀。
3. 改善混凝土的韧性和断裂性能混凝土中掺加纳米材料也可以改善混凝土的韧性和断裂性能。
这是因为纳米材料的高比表面积和表面活性使其与水泥浆体中的水化产物反应，从而形成了更加致密和均匀的凝胶结构，使混凝土的断裂韧性得到了提高。
同时，纳米材料还可以通过填充微孔和裂缝的方式，使混凝土中的应力分布更加均匀，从而减少混凝土的应力集中和裂缝扩展。
4. 提高混凝土的导电性和导热性混凝土中掺加纳米材料还可以提高混凝土的导电性和导热性。
这是因为纳米材料的高比表面积和表面活性使其具有更好的导电和导热性能。
例如，掺加碳纳米管的混凝土可以提高混凝土的导电性，从而实现智能化控制和监测。
混凝土纳米材料原理
混凝土纳米材料原理一、引言混凝土是建筑物中最常用的材料之一，它具有高强度、耐久性和可塑性等特点，但是，传统的混凝土材料并不完美，存在着一些问题，如强度不稳定、易开裂、容易受环境因素影响等。
为了解决这些问题，科学家们开始研究混凝土纳米材料，并取得了许多重要的研究成果。
本文将从原理的角度对混凝土纳米材料进行详细的介绍。
二、混凝土纳米材料的定义混凝土纳米材料是指在混凝土中添加纳米级的材料，使得混凝土的结构和性能得到改善的一种材料。
纳米材料可以是纳米氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化铁等，这些材料的粒径通常小于100纳米。
三、混凝土纳米材料的原理混凝土纳米材料的原理是通过在混凝土中添加纳米级的材料，改变混凝土的微观结构，从而改善混凝土的性能。
主要原理包括以下几个方面：1. 界面效应纳米材料与混凝土中的水泥石、骨料等物质之间的交互作用，会引起界面效应。
纳米材料的大比表面积使得其表面上的原子、分子与周围环境之间的相互作用增强，从而增强了混凝土的粘结力和凝聚力。
2. 纳米颗粒的尺寸效应由于纳米材料的尺寸很小，纳米颗粒比传统混凝土材料更容易渗透到混凝土的微观结构中，填充混凝土中的孔隙和裂缝，从而提高了混凝土的密实性和强度。
3. 基质增强效应纳米材料的添加可以增强混凝土基质的力学性能，改善混凝土的强度和耐久性。
纳米材料的高强度和高硬度可以增强混凝土的抗压性能，抗剪强度和抗冲击性能等。
4. 化学反应纳米材料的添加还可以引起与混凝土中水泥石、骨料等物质之间的化学反应，形成新的化合物，从而改善混凝土的性能。
四、混凝土纳米材料的应用混凝土纳米材料已经得到了广泛的应用，主要应用于以下几个方面：1. 建筑工程混凝土纳米材料可以用于建筑物的地基、墙体、楼板等部位，可以提高建筑物的抗震性、耐久性、隔音性和防火性等。
2. 道路工程混凝土纳米材料可以用于道路的路面、桥梁、隧道、地下停车场等部位，可以提高道路的抗压性、耐久性和抗冻性等。
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摘要:前言：纳米材料是指粒径介于1nm～100nm的粒子。
纳米粒子是处在原子簇和宏观物质交界的过渡区域，是一种典型的介观系统，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种颗粒材料。
随着物质的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物质材料所不具有的小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，从而使超细粉末与常规颗粒材料相比较具有一系列奇异的物理、化学性质。
纳米技术定义是从0.1到100纳米（nm或10-9m）的尺度范围内对材料进行控制和操纵的技术。
纳米技术在建筑材料中的应用还处于初级阶段。
混凝土是一种具有水泥水化相的部分纳米结构、掺合料和集料组成的一个复杂体系，是进行纳米技术操纵和专门控制的主要对象。
水泥混凝土是一种大众建材，用量大，人们还未充分重视使用纳米技术对其进行改性。
其实，水泥硬化浆体(水泥石) 是由众多的纳米级粒子(水化硅酸钙凝胶) 和众多的纳米级孔与毛细孔(结构缺陷) 以及尺寸较大的结晶型水化产物所组成的。
应用纳米技术对水泥进行改性的研究，可望进一步改善水泥的微观结构，以显著提高其物理力学性能和耐久性。
1 纳米材料1.1 纳米材料的四大效应纳米材料由于其小尺寸而具有特殊的结构特征，从而产生了四大效应：尺寸效应、量子效应(宏观量子隧道效应) 、表面效应和界面效应。
(1) 小尺寸效应随着颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
纳米颗粒尺寸小，比表面积大，在熔点、磁学性能、电学性能和光学性能等都较大尺寸颗粒发生了变化，产生出一系列奇异的性质。
如金属纳米颗粒对光的吸收效果显著增加，而直径为2nm的金和银的纳米颗粒其熔点分别降为330℃和100℃。
(2) 表面效应微粒的直径降低到纳米尺度时，其表面粒子数、表面积和表面能均会大幅增加。
由于表面粒子的空位效应，周围缺少相邻的粒子，出现表面粒子配位不足；同时高的表面能也使得表面原子具有高的活性，极不稳定，易于通过与外界原子结合而获得稳定。
(3) 量子尺寸效应处于纳米尺度的材料，其能带将裂分为分立的能级，即能级的量子化，而金属大块材料的能带，可以看成是连续的。
纳米材料能级之间的间距随着颗粒的尺寸的减小而增大。
当能级间距大于热能、光子能量、静电能以及磁能等的平均能级间距时，就会出现一系列与块体材料截然不同的反常特性，这种效应称之为量子尺寸效应。
量子尺寸效应将导致纳米微粒在磁、光、电、声、热以及超导电性等特性与块体材料的显著不同。
(4) 宏观量子隧道效应微观粒子具有穿越势垒的能力称之为隧道效应。
近年来，人们发现一些宏观的物理量，如微小颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化。
这种效应和量子尺寸效应一起，将会是未来微电子器件的基础，它们确定了微电子器件进一步微型化的极限。
1.2 纳米材料的特殊性能纳米材料由于其小尺寸而具有特殊的结构特征，从而产生了四大效应: 尺寸效应、量子效应(宏观量子隧道效应) 、表面效应和界面效应，从而使它具有传统材料所不具有的物理和化学特性。
(1)高强度、高韧性。
颗粒为6nm的纳米铁，断裂强度提高12倍，硬度提高2～3个数量级；纳米SiC 强化微米Al2O3复合材料的强度高达1500MPa，使用温度从基体材料的800℃提高到1200℃。
普通陶瓷材料呈脆性，纳米化后，会出现超塑性。
室温下合成的纳米TiO2陶瓷的塑性变形量高达100%。
(2)高比热和热膨胀系数。
纳米晶体钯( Pd，6nm) 的比热提高29%至53%，纳米铜的比热增大2倍，纳米钼的比热也大于块状晶体。
纳米铜的平均热膨胀系数比单晶铜增加一倍，纳米铁在居里温度以下的热膨胀系数急剧增加。
(3)异常电导率和扩散率。
纳米铜的扩散系数达2×10-18m2/s ，比大晶粒铜高14～16数量级。
纳米固体的量子隧道效应使电子输送出现异常，某些合金的电导率下降百倍以上；在一定温度下，电阻突然下降；纳米半导体对杂质和环境影响比传统半导体敏感得多，如纳米硅的氢含量大于原子含量的5%时，电导下降2个数量级。
(4)高磁化率。
纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍，如纳米Sb的饱和磁矩是普通金属的1/2 ，有如具有软磁特性的非晶Fe 。
(5) 电磁波的强吸收性。
纳米固体在较宽的电磁波谱范围表现极强的吸波性，如纳米复合多层膜在7GHz～17GHz频率范围内的吸收峰高达14dB，在10dB水平的吸收频宽为2GHz，吸收效率比传统材料提高十几个数量级。
2 水泥硬化浆体结构中的纳米级层次普通水泥本身的颗粒粒径通常在7～200μm。
但其约为70%的水化产物—水化硅酸钙凝胶(CSH凝胶) 尺寸在纳米级范围。
经测试，该凝胶的比表面积约为180m2/g ，可推算得到凝胶的平均粒径为10nm。
即水泥硬化浆体实际上是由水化硅酸钙凝胶为主凝聚而成的初级纳米材料。
下表为几种粒子细度的比较。
2.1 纳米尺度上的水泥-水化反应水泥浆是混凝土和其他水泥制品中的粘结剂，它主要是由普通水泥(OPC)和水所组成。
它的化学和物理性质决定了水泥浆的水化行为。
水泥水化是一个放热过程，而且是一系列复杂的受动力学控制的化学反应。
矿物掺合料和化学外加剂也影响水化过程。
水泥浆主要是水化硅酸钙（C-S-H），也含有氢氧化钙（C-H），钙矾石（AFt），单硫铝酸钙（AFm）和其他一些少量的化合物，例如水榴石等。
随着水化的进行，不同水化产物的量在改变，结构复杂性从纳米（水化相的凝胶结构）到微米（水泥颗粒尺寸），并且延伸到毫米（混凝土中集料的尺寸）。
为了解水化过程，纳米尺度上的观察是必不可少的。
纳米技术能够给人提供一种水泥颗粒水化和水泥反应的纳米结构的亲临其境的观察。
利用一束氮气原子，借助于核磁共振反应分析，通过对氢原子的跟踪，由于氢是水的必要组成或是水的反应产物的成分，从而，监测到反应的水泥颗粒。
同时，也可以局限于反应过程中形成的不同的表面层。
20nm厚的表面层担当半渗透的功能，它只允许水进入水泥颗粒内部而钙离子不能进入。
然而，水泥中较大的硅酸盐离子被滞留在该层下面。
随着反应的进行，硅酸盐凝胶层（没有钙离子的硅酸盐四面体凝胶层）在表面层的下面形成，在水泥颗粒内引起膨胀并最终导致表面层的破坏。
释放出聚集的硅酸盐离子，与钙离子反应形成C-S-H凝胶，凝胶把水泥颗粒粘结在一起产生混凝土的强度。
2.2 纳米颗粒对水硬性胶凝材料强度和耐久性的影响水硬性胶凝材料的强度和耐久性是建立在矿物相的纳米结构和微观结构基础之上的。
由X 衍射图谱可知，这些矿物相呈晶体状或无定形态，本质上就是水化硅酸钙（C-S-H）。
当水与水泥或其他活性粉末颗粒表面接触时，这些矿物相就开始生长，形成反应界面。
水化过程中形成的结晶相越致密，孔越少，则水化产物的微观结构越致密。
抗渗性及其随时间的变化趋势主要受两个因素的影响。
胶结料的水化能力有着非常重要的作用，它主要受化学成分、矿物相和表面（界面）的影响。
另外，浆体中的水固比也有重要的作用，这是因为水固比影响新拌浆体中颗粒间的距离和硬化后建筑材料的孔隙率。
反言之，上述两个因素又直接或间接地取决于所有颗粒的聚集形态。
颗粒堆积越紧密，空隙越小，颗粒间距离越短，新拌状态下颗粒间隙中有一定量的水，随后又被反应产物填满。
另外，纳米颗粒和微细颗粒的粒度分布对颗粒的紧密堆积也起着很重要的作用。
同样，纳米颗粒和微细颗粒的形状、组织结构及其聚团的能力也对颗粒的紧密堆积有一定的影响。
我们从理论上和实验上优化颗粒粒径分布，特别是纳米颗粒和微细颗粒的粒径分布。
例如，我们可以选择一定细度的掺和料，并控制其在水泥中的粒度分布，从而使得掺入的量与水泥颗粒中的空隙相匹配。
3 超细矿物掺合料在水泥混凝土中的应用超细矿物掺合料包括超细微粉、细磨矿渣和粉煤灰等，超细矿物细掺料，特别是纳米材料的加入能够明显改善水泥石的孔结构和密实程度，提高混凝土的耐久性;在配合比方面又用低水胶比，最大可能的消除因水分散失带来的不利影响;在制备工艺上采用完善的质量管理体系，消除在施工过程引起的缺陷。
3.1 硅灰及其在混凝土中的应用硅灰是铁合金厂在冶炼硅铁合金或半导体硅时，从烟尘中收集的一种飞灰，主要成分是SiO2，平均粒径为100nm左右，实质是纳米级颗粒，亚微米级颗粒及少量微米级颗粒组成的混合物，具有优越的火山灰性能。
研究表明，硅灰的填充和火山灰作用，使其成为一种有效的附加胶凝材料，能增强混凝土的物理力学性能，改善新拌混凝土的泌水和粘聚性，增加混凝土的强度，提高混凝土的抗渗、抗冲磨、抗空蚀等性能。
硅灰掺入到水泥混凝土中，可以得到三方面的增强作用：SiO2与水泥水化产物Ca(OH)2迅速进行二次水化反应，生成水化硅酸钙凝胶，这些凝胶不仅可以沉淀在硅灰的表面上，也可深入到细小的孔隙中，使水泥石密实；二次水化反应使混凝土中的游离Ca(OH)2减少，原片状晶体尺寸减小，在混凝土中的分散度提高；由于Ca(OH)2被大量消耗，界面结构得到明显改善。
3.2 粉煤灰及其在混凝土中的应用粉煤灰是一种人工火山灰材料，是燃煤电厂煤粉炉烟道中收集的细颗粒粉末。
粉煤灰作为一种优良的活性掺合料被用于混凝土中，被作为混凝土的第六组分，用于配置高强混凝土，高流态混凝土和泵送混凝土。
优质粉煤灰中含有大量的SiO2和Al2O3，它们是活性较强的氧化物，参入水泥中能与水化产物Ca(OH)2进行二次反应，生成稳定的水化硅酸钙凝胶，具有明显的增强作用。
试验研究表明，优质粉煤灰如同减水剂一样，也具有一定的减水作用，如级粉煤灰的颗粒较细，在混凝土中能均匀分布，使水泥石中的总孔隙率降低，硬化混凝土更加致密，混凝土的强度也有所提高。
在优质粉煤灰中含有70%以上的球状玻璃体，这些球状玻璃体表面光滑，无棱角，性能稳定，在混凝土中类似于轴承的润滑作用，减小了混凝土拌合物之间的摩擦阻力，能显著改善混凝土拌合物的和易性。
4 纳米矿粉在水泥混凝土中的作用纳米矿粉主要包括纳米SiO2、纳米CaCO3和纳米Al2O3 或Fe2O3等。
纳米矿粉不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流动度，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，这主要是纳米粒子的表面效应和小尺寸效应在起作用，因为当粒子的尺寸减小到纳米级时，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积和表面能都会迅速增加，因而其化学活性和催化活性等与普通粒子相比都发生了很大的变化，导致纳米矿粉与水化产物大量键合，并以纳米矿粉为晶核，在其颗粒表面形成水化硅酸钙凝胶相，把松散的水化硅酸钙凝胶变成纳米矿粉为核心的网状结构，降低了水泥石的徐变度，从而提高了水泥硬化浆体的强度和其它性能。
4.1 纳米SiO2在水泥基材料中的应用纳米SiO2具有较高的火山灰反应活性，可以应用到水泥基材料中。