纳米氧化铝添加到混凝土中的作用

水泥混凝土问世以来一直是建筑工程重要的结构材料之一，得到广泛的应用。随着混凝土结构规模及使用范围的不断扩大，其服役环境及所受荷载日趋复杂。因此，为确保混凝土结构的安全性和可靠性，有必要进一步针对混凝土的性能进行改性，以满足各种条件下的使用要求。

以纳米材料为代表的的超细粉体，是目前用于水泥基材料复合改性的一类新型材料。将纳米材料掺入混凝土基体，可有效提升混凝土力学及变形性能。目前，针对纳米混凝土的研究已取得许多成果，所掺入的纳米材料多为纳米二氧化硅（杭州万景VK-SP30）、纳米碳酸钙（杭州万景VK-Ca01）和纳米氧化铝（杭州万景VK-L20Y）。纳米二氧化硅（VK-SP30）、纳米碳酸钙（VK-Ca01）主要集中于纳米混凝土的工作性和准静态力学性能。然而，许多混凝土结构在其服役期间难免会面临冲击、高温以及爆炸等外部荷载作用的威胁，因此纳米氧化铝（VK-L20Y）添加到混凝土中起到重要的作用。

纳米氧化铝（杭州万景VK-L20Y）是一种新型的纳米材料，具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，其光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性能优势。掺入纳米氧化铝（VK-L20Y）与水泥具有天然的相容性，而且纳米氧化铝（VK-L20Y）具有极高的强度和很好的韧性，在水泥水化反应中其产物具有较高的活性，能够有效增强混凝土的性能。

混凝土破坏的实质是内部裂缝的萌生、扩展直至贯通，导致混凝土的实效破坏，纳米氧化铝的掺入，改善了混凝土内部结构，减少了初始裂缝。

有实验表明，纳米氧化铝（杭州万景VK-L20Y）均匀弥散与混凝土中，从微观层面上改变混凝土的内部，进而对宏观力学性能产生影响。在不同放大倍数下素混凝土和纳米氧化铝（VK-L20Y）混凝土的微观形貌电镜扫描图像分别如图6、图7所示。

    由图6可知，素混凝土的内部水泥石微观形貌粗糙，可见大量空隙暗影。图6b中可见大连柱状晶体交叉成网，大量粒状和団状晶体散乱分布其间，微裂缝发育明显；图6c中存在大量针状晶体散乱分布于柱状晶体网络之间，微裂缝广泛分布；图6d中出现显著薄弱区，较大孔隙缺陷和暗影。由于大量的针状、粒状和団状晶体散乱分布于柱状晶体网络中，加之大量缺陷孔隙和发育显著的微裂缝，对水泥石性能产生十分不利的影响，进而影响混凝土的强度形成，导致宏观裂缝的发展，引起混凝土的内部损伤。

由图7a、b可以看出，在相同倍数下，纳米氧化铝（杭州万景VK-L20Y）混凝土的围观形貌较素混凝土更均匀，孔隙暗影较少，无显著薄弱区和网状或柱状晶体断面，未见针状有害晶体和大量団状晶体。在较高倍数电镜扫描下的图7c、d，可见突起的圆粒状晶体，未明显脱离基体，杂质晶体少，断面均匀，微观形貌密实。突起的圆粒状晶体增大了反应的接触面积和接触摩擦力，在一定程度上阻碍了破坏时结构内部的相对滑移。同时纳米氧化铝（VK-L20Y）比表面积较大且具有较强的吸附能力和催化活性，在水泥水化过程中生成的氢氧化钙可在纳米氧化铝（VK-L20Y）表面形成水化铝酸钙，且易与水泥总的水化产物产生化学键合，再此过程中，大量六方片状氢氧化钙有害晶体被反应消耗。此外，纳米氧化铝（VK-L20Y）弥散于水泥基复合材料中，填充于水泥石的微孔隙中，在水泥硬化浆体原有网结构的基础上，键合更多纳米级水化产物发生二次水化反应进而形成新的致密网络状结构，细化了界面过渡区中的氢氧化钙有害晶体，改善了混凝土微观界面过渡薄弱区中氢氧化钙晶体的富集和定向排列性能，增加了水化产物在界面薄弱区的含量，优化了基体界面性质，提高了水泥硬化浆体的密实度，进而提高了纳米氧化铝（杭州万景VK-L20Y）混凝土强度和韧性，进而提高了混凝土的冲击韧性。