Beton ist der Grundbaustoff und wird häufig in verschiedenen Gebäuden und Bauwerken verwendet. Mit der groß angelegten Betontechnik, der Komplexität des Ingenieurumfelds und der kontinuierlichen Erweiterung der Anwendungsfelder im 21. Jahrhundert haben die Menschen höhere Anforderungen an Betonmaterialien gestellt. Nanotechnologie kann die Eigenschaften von Beton verbessern und die Anwendungsbereiche von Beton erheblich erweitern .

Nanomaterialien verbessern Betoneigenschaften:

1. Nano-Siliziumdioxid (SiO2)

Nano SiO2 ist ein ultrafeines Pulver mit Hydroxylgruppen auf der Oberfläche, das durch Hochtemperaturhydrolyse von silicium- oder siliciumorganischen Chloriden entsteht. Im Bereich Zementbeton kann Nano-SiO2 aufgrund seiner starken puzzolanischen Aktivität, der Mikroaggregat-Füllwirkung und der Kristallkeimbildungswirkung die Festigkeit und Haltbarkeit von Beton erhöhen.

2. Kohlenstoffnanoröhren (CNTs)

Kohlenstoffnanoröhren sind röhrenförmig, leicht und perfekt in der hexagonalen Struktur verbunden, was sie zu einem guten hochfesten Fasermaterial macht. Durch die Einarbeitung einer angemessenen Menge an Kohlenstoffnanoröhren in Zement können die Porenstruktur und Mikrorisse des Materials wirksam verbessert werden , sie spielen eine Brückenfunktion und verbessern so die mechanischen Eigenschaften des Zementsubstrats.

3. Andere Nanomaterialien wie Nano-Kalziumkarbonat und Kohlenstofffasern tragen zur Verbesserung der Betonhaltbarkeit bei.

Nanotechnologie erweitert die Anwendungsbereiche von Beton:

1. Beton, der elektromagnetische Wellen absorbiert

Berichten zufolge kann die vom Menschen verursachte elektromagnetische Energiedichte in der Umwelt jedes Jahr um 7 bis 14 % ansteigen, was objektiv zur Verschmutzung durch elektromagnetische Strahlung geführt hat und als fünfter Schaden weltweit gilt.

Mithilfe der besonderen Eigenschaften von Nanometallpulvern kann funktioneller Beton zur elektromagnetischen Abschirmung hergestellt werden. Die Methode besteht darin, die Nanometallpulver und die Betonmischung nach dem Trockenmischen gleichmäßig in den Beton einzubringen und am Hydratationsprozess des Zements teilzunehmen. Der mit dieser Methode hergestellte Beton kann nicht nur das Gewicht der Betonkonstruktion reduzieren, die Tragfähigkeit und Schlagfestigkeit des Betons verbessern, sondern auch eine gute elektromagnetische Abschirmfunktion aufweisen und kann in Militärgebäuden verwendet werden.

2. Luftbeton reinigen

Luftverschmutzung schadet der menschlichen Gesundheit direkt. Anatas nano TiO2 ist ein ausgezeichneter Photokatalysator mit besonderen Funktionen wie Luftreinigung, Sterilisation, Desodorierung und Selbstreinigung der Oberfläche. Durch Zugabe nanoskaliger Komponenten zu Mörtel oder Beton entsteht photokatalytischer Beton, der schädliche Schadstoffe wie Schwefeldioxid und Stickoxide aus der Luft zersetzen und entfernen kann und eine Rolle bei der Luftreinigung spielt.

3. Antibakterieller Beton

In den letzten Jahren ist antibakterieller und schimmelresistenter Beton auf den Markt gekommen. Es wird mit antibakteriellen und schimmelresistenten Nanokomponenten in herkömmlichen Beton gemischt, so dass der Beton das Wachstum von Schimmel und die Sterilisation hemmt. Dieser Beton wurde in Viehzuchtgebäuden verwendet.

4. Automatischer feuchtigkeitskonditionierender Beton

Durch die Zugabe der Schlüsselkomponente des Betons aus nanonatürlichem Zeolithpulver kann die Innentemperatur erfasst und nach Bedarf angepasst werden, um den Feuchtigkeitskontrollanforderungen von Gebäuden wie Wohnhäusern oder Kunstgalerien gerecht zu werden. Im Vergleich zur herkömmlichen Verwendung von Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, Controllern und komplexen Verkabelungssystemen sind die Betriebs- und Wartungskosten niedrig. Diese Art von Material eignet sich besser für architektonische Umgebungen wie Kunstgalerien, die eine relativ hohe Luftfeuchtigkeitskontrolle erfordern.

5. Ökologischer Beton

Durch die Wasseraufbereitung werden porösem Beton Nanomaterialien mit hoher Aktivität zugesetzt. Mit Hilfe der Porosität und Rauheit von Beton kann Beton eine wasserreinigende Wirkung haben und ökologischen Beton bilden. Die speziell behandelte Betonoberfläche kann grüne Pflanzen züchten, die Luft reinigen und die Umwelt verschönern. Es kann am Boden zum Zurückhalten und Speichern von Wasser sowie zur Wärmedämmung und Kühlung von Wänden und Dächern eingesetzt werden.

6. Intelligenter Beton

Die Forschung zu „Selbstdiagnose“, „Selbstregulierung“ und „Selbstreparatur“ von intelligentem Beton wird schrittweise vertieft.

Im Jahr 1992 untersuchte Herr Sugita von Shimizu Construction in Japan intelligenten Beton mit „Selbstdiagnose“-Funktion, der aus drei verschiedenen Kohlenstofffasern hergestellt wurde, darunter hochfeste Kohlenstofffasern und hochelastische Kohlenstofffasern. Anhand der Leitfähigkeit von Kohlefasern kann der Beton die Widerstandsänderung testen, ein Modell zwischen dem Widerstand und dem Träger erstellen und den Schaden der Betonstruktur vorhersagen. Diese Forschung ist sehr wichtig, um die Sicherheit wichtiger Betonkonstruktionen zu gewährleisten.

Die Gestaltung von Beton als Baustoff, der unterschiedliche Umwelt- und Funktionsanforderungen erfüllt, wird immer beliebter. Hochleistungs- und Hochfunktionsbeton steht im Mittelpunkt der Entwicklung der Betonwerkstoffwissenschaft und Ingenieurtechnik im 21. Jahrhundert. Dabei wird die Nanotechnologie sicherlich eine immer wichtigere Rolle spielen.