Il calcestruzzo è il materiale da costruzione di base ed è ampiamente utilizzato in vari edifici e strutture. Con l'ingegneria del calcestruzzo su larga scala, la complessità dell'ambiente ingegneristico e la continua espansione dei campi di applicazione nel 21° secolo, le persone hanno avanzato requisiti più elevati per i materiali concreti. La nanotecnologia può migliorare le proprietà del calcestruzzo, ampliando notevolmente i campi di applicazione del calcestruzzo.

I nanomateriali migliorano le proprietà del calcestruzzo:

1. Nanosilice (SiO2)

Nano SiO2 è una polvere ultrafine con gruppi idrossilici sulla superficie prodotta dall'idrolisi ad alta temperatura di cloruri contenenti silicio o organosilicio. Nel campo del calcestruzzo cementizio, il nano-SiO2 può aumentare la resistenza e la durabilità del calcestruzzo grazie alla sua forte attività pozzolanica, all'effetto di riempimento dei microaggregati e all'effetto di nucleazione dei cristalli.

2. Nanotubi di carbonio (CNT)

I nanotubi di carbonio sono tubolari, leggeri e perfettamente collegati in una struttura esagonale, il che li rende un buon materiale in fibra ad alta resistenza. Incorporando una quantità adeguata di nanotubi di carbonio nel cemento è possibile migliorare efficacemente la struttura dei pori e le microfessure del materiale e svolgere un ruolo di ponte, migliorando così le proprietà meccaniche del substrato di cemento.

3. Altri nanomateriali, come il nanocarbonato di calcio e la fibra di carbonio, contribuiscono al miglioramento della durabilità del calcestruzzo.

La nanotecnologia amplia i campi di applicazione del calcestruzzo:

1. Calcestruzzo che assorbe le onde elettromagnetiche

Secondo i rapporti, la densità di energia elettromagnetica ambientale prodotta dall'uomo può aumentare dal 7% al 14% ogni anno, il che ha oggettivamente formato l'inquinamento da radiazioni elettromagnetiche ed è riconosciuto come il quinto danno al mondo.

Utilizzando le proprietà speciali delle nano polveri metalliche, è possibile realizzare calcestruzzo funzionale schermante elettromagnetico. Il metodo consiste nel portare le nanopolveri metalliche e la miscela di calcestruzzo nel calcestruzzo dopo la miscelazione a secco in modo uniforme e partecipare al processo di idratazione del cemento. Il calcestruzzo preparato con questo metodo non solo può ridurre il peso della struttura in calcestruzzo, migliorare la capacità portante e la resistenza agli urti del calcestruzzo, ma ha anche una buona funzione di schermatura elettromagnetica e può essere utilizzato negli edifici militari.

2. P urificazione del calcestruzzo aerato

L’inquinamento atmosferico ha un danno diretto alla salute umana. Anatase nano TiO2 è un eccellente fotocatalizzatore, che ha funzioni speciali come la purificazione dell'aria, la sterilizzazione, la deodorizzazione e l'autopulizia della superficie. Aggiungendo componenti su scala nanometrica alla malta o al calcestruzzo per produrre calcestruzzo fotocatalitico, che può decomporre e rimuovere inquinanti nocivi come il biossido di zolfo e gli ossidi di azoto presenti nell'aria, e svolgere un ruolo nella purificazione dell'aria.

3. Calcestruzzo antibatterico

Negli ultimi anni è apparso il cemento antibatterico e antimuffa. Viene miscelato con nano componenti antibatterici e antimuffa nel calcestruzzo tradizionale, in modo che il calcestruzzo abbia l'effetto di inibire la crescita di muffe e sterilizzazione. Questo calcestruzzo è stato utilizzato negli edifici degli allevamenti di bestiame.

4. Calcestruzzo per il condizionamento automatico dell'umidità

Aggiungendo il componente chiave del calcestruzzo costituito da nano polvere di zeolite naturale, la temperatura ambiente interna può essere rilevata e regolata secondo necessità per soddisfare i requisiti di controllo dell'umidità di edifici come residenze private o gallerie d'arte. Rispetto all'uso tradizionale del controller dei sensori di temperatura e umidità e del sistema di cablaggio complesso, basso costo di utilizzo e manutenzione. Questo tipo di materiale è più adatto per ambienti architettonici come le gallerie d'arte che richiedono un controllo dell'umidità relativamente elevato.

5. Calcestruzzo ecologico

Nano materiali ad alta attività vengono aggiunti al calcestruzzo poroso attraverso il trattamento di purificazione dell'acqua. Con l'aiuto della porosità e della ruvidità del calcestruzzo, il calcestruzzo può avere l'effetto di purificare l'acqua e formare calcestruzzo ecologico. La superficie in cemento appositamente trattata può allevare piante verdi, purificare l'aria e abbellire l'ambiente. Può essere utilizzato a terra per trattenere e immagazzinare l'acqua e può essere utilizzato per l'isolamento termico e il raffreddamento di pareti e tetti.

6. Calcestruzzo intelligente

La ricerca sull'"autodiagnosi", sull'"autoregolamentazione" e sull'"autoriparazione" del calcestruzzo intelligente si sta gradualmente approfondendo.

Nel 1992, il signor Sugita della Shimizu Construction in Giappone ha studiato il calcestruzzo intelligente con funzione di "autodiagnosi" composto da tre diverse fibre di carbonio, tra cui la fibra di carbonio ad alta resistenza e la fibra di carbonio ad alta elasticità. Secondo la conduttività della fibra di carbonio, il calcestruzzo può testare il cambiamento di resistenza, stabilire un modello tra la resistenza e il supporto e prevedere il danno della struttura in calcestruzzo. Questa ricerca è molto importante per garantire la sicurezza di importanti strutture in calcestruzzo.

La progettazione del calcestruzzo come materiale da costruzione in grado di soddisfare diversi requisiti ambientali e funzionali sarà sempre più popolare. Il calcestruzzo ad alte prestazioni e altamente funzionale è al centro dello sviluppo della scienza dei materiali e della tecnologia ingegneristica del calcestruzzo nel 21° secolo. Tra questi, le nanotecnologie sono destinate a ricoprire un ruolo sempre più importante.