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摘要:納米材料由于具有特殊性能而被譽為21世紀的新型材料，其應用領域廣泛，在高耐久性混凝土和高性能混凝土中得到發展，在新時代的發展中，將納米材料作為一種摻加料引入到混凝土的拌合過程中從而改善混凝土的各方面性能是近年來的研究熱點。本文簡要描述納米材料的特性，主要討論納米材料對噴射混凝土性能的影響。

關鍵詞:納米材料；特性；噴射混凝土性能；影響

納米材料是一種高分子氣化微粒，萃取納米分子納米級微粉，具有高活性、高減水等特點，在噴射混凝土中摻入納米材料，能顯著改善噴射混凝土混凝土的和易性，大幅度提高混凝土的強度，增加噴射混凝土噴射厚度，減少回彈率。

1納米材料的特性［1］

(1)小尺寸效應。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。由于納米材料顆粒極小，所以比表面積很大，相比大尺寸顆粒，納米顆粒在很多方面都發生了變化。

(2)表面效應。隨著顆粒粒徑減小，其表邊原子比例增大，從而導致性質上的變化，這就是表面效應。其實表面效應的實質是小尺寸效應，球體的比表面積與直徑成反比，所以直徑越小，比表面積就越大，導致表面原子的所占比例顯著增大。而表面原子配位數不足，表面自由能很高，很容易結合其它原子從而穩定下來，所以化學活性很高。

(3)量子尺寸效應。納米材料能級之間的間距隨著顆粒尺寸的減小而增大。當能級間距大于熱能、光子能量、靜電能以及磁能等的平均能級間距時，就會出現一系列與塊體材料截然不同的反常特性，這種效應稱之為量子尺寸效應。

(4)體積效應。由于納米粒子體積很小，所以其包含原子數很少，許多現象不能用有無限個原子的塊狀物質的性質加以說明，即稱體積效應。由于納米粒子體積極小，所包含的原子數很少，相應的質量極小。因此，許多現象就不能用通常有無限個原子的塊狀物質的性質加以說明，這種特殊的現象通常稱之為小尺寸效應。

2納米材料對噴射混凝土性能影響

2．1改善噴射混凝土和易性，減少泌水，提高抗滲性

噴射混凝土拌合物的和易性是由水灰比、水泥漿以及骨料的配比、級配、形狀、空隙來決定的［2］。水泥漿的數量和稠度對混凝土和易性影響很大，當水泥漿的數量較少或者干稠時，水泥漿量不能填滿骨料空隙或不足以包裹骨料表面，混凝土拌合物的流動性小，而且拌合物會發生崩塌現象，粘聚性差，水泥漿數量過多或者過稀時，會出現嚴重流漿和泌水現象，使拌合物的粘聚性變差。因此，水泥漿的數量不能太少也不能太多，應以滿足流動性要求為度。在噴射混凝土中摻納米材料時，因其獨有的特性對噴射混凝土微觀結構進行改性，因納米材料具有高減水性，在保證坍落度一樣的情況下，可以減少單位用水量，降低水膠比。另外因納米材料顆粒極小，可以填充水泥空隙，增加了水泥漿的體積。足量的灰漿填充混凝土孔隙空間，覆蓋和潤滑骨料顆粒，減少拌合物的內摩擦，增加拌合物的粘聚力、流動性和可塑性，改善混凝土的和易性。納米材料還可以阻塞砂漿的泌水通道，降低噴射混凝土泌水性和提高的抗滲性。

2．2大幅度提高噴射混凝土強度。

王龍，羅偉［3］研究表明，水泥基材料中未摻納米材料時，發現在其充分水化硬化的時候，水泥硬化漿體和骨料界面處富集了大量具有取向性的Ca(OH)2晶體。然而，在摻加材料后，發現硬化漿體和骨料界面處的Ca(OH)2晶體大幅度減少，這是因為納米材料具有火山灰活性，構能與水化產物Ca(OH)2迅速發生二次水化反應，形成網絡骨架狀致密、均勻的顯微結，消耗強度較低的Ca(OH)2晶體，生成強度較高的水化硅酸鈣凝膠，進而提高水泥硬化漿體的強度。另一方面，納米材料微細顆粒填充到水泥顆粒之間的空隙中，使結構更加密實，有利于提高混凝土的強度。在噴射混凝土中加入納米材料后，噴射混凝土結構發生變化，抗壓、抗拉、黏結、抗折強度比不摻納米材料噴射混凝土有大幅度提高。

2.3增加噴射混凝土一次噴射厚度。

噴射混凝土在在施工過程中，噴射混凝土噴射至基巖面后，初期粘結強度較低，當達到一定噴層厚度后會由于噴射混凝土的自重因素發生掉塊的現象，造成噴射混凝土的浪費。但當一次噴層厚度達不到設計要求時，巖層會由于應力因素發生掉塊現象，起不到支護作用。李鳳玉，婁鑫［4］對摻入納米材料噴射混凝土進行試驗，試驗結果顯示，噴射過程一次完成，并且在噴射過程中未發生掉塊現象，噴射厚度最大可達到31.2cm，平均厚度達到23.5cm。而普通噴射混凝土一次噴射厚度一般只能達到5－10cm，要達到設計噴射厚度，達到支護效果，一般需要噴護2－3次。由此可見，摻入納米材料后，噴射混凝土一次噴射厚度大幅度增加，噴射作業可一次完成，并且不發生掉塊，達到了快速支護的效果。2．4減少噴射混凝土回彈率。噴射混凝土在噴射過程中由于沖擊力的作用，部分噴射料會反彈至地面，噴射時的回彈率的大小是衡量噴射混凝土配合比參數優化程度的一個重要參數。目前噴射混凝土在隧道施工中廣泛使用，但施工中回彈率普遍較大，不但原材料浪費大，而且過大的回彈率使施工現場空氣中粉塵含量過高，嚴重威脅到施工人員的健康和安全。

3結語

(1)納米材料具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和體積效應的特性。

(2)在噴射混凝土中摻入納米材料可改善以下幾方面性能:①改善噴射混凝土和易性，減少泌水，提高抗滲性;②大幅度提高噴射混凝土強度;③增加噴射混凝土的一次噴射厚度，達到快速支護的效果;④減少噴射混凝土回彈率。

參考文獻

［1］王景賢，王立久．納米材料在混凝土中的應用研究進展［J］．混凝土，2004(05)．

［2］李德民，李翔．優質粉煤灰在鋼纖維噴射混凝土中的應用效果［J］．山西建筑，2015(24)．

［3］王龍，羅偉．納米材料在水泥基材料中的應用研究［J］．中國水運，2014(04)．

［4］李鳳玉，婁鑫．無機納米材料在噴射混凝土中的應用研究［J］．低碳世界，2016(06).

作者：李德福 單位：葛洲壩集團試驗檢測有限公司