纳米材料在岩土与地质工程中应用研究进展

■余倩

（中国建筑材料工业地质勘查中心云南总队 云南昆明650118）

纳米材料在岩土与地质工程中应用研究进展

■余倩

（中国建筑材料工业地质勘查中心云南总队 云南昆明650118）

随着地质与岩土工程的快速发展，各种新型材料的研发与应用，对其工程特性进行改善已经成为业内重点研究的问题之一，作为一种新型材料，纳米材料与传统材料相比具有很多性能，鉴于此，本文主要针对纳米材料近年来在岩土及地质工程中的研究进展进行了分析，希望可以为同行的研究带来一些参考。

纳米材料岩土与地质工程应用研究

近年来随着我国社会经济的快速发展，环境越来越复杂，岩土与地质工程建设的规模也在不断扩大，急需新型的建筑材料来满足不断增长的工程需求，这种条件下纳米材料凭借其特有的性质吸引了广大科研工作者及技术人员的关注。为此，对近年来岩土与地质工程领域中纳米材料应用的最新研究进展进行分析具有非常重要的意义。

1　岩土工程中应用纳米材料的研究

1.1水泥土

目前水泥土在交通、建筑等领域中已经得到了广泛应用，相关技术人员对纳米材料在水泥土改性中的应用展开了相关研究。例如王立峰等人（2002）针对纳米硅基氧化物作为水泥土外加剂展开了一系列的试验，具体探讨了纳米水泥土抗压强度的影响因素，还提出了纳米硅基氧化物可以使复合纳米材料水泥土的抗压强度得到显著提高；李刚等人（2003）发现了在水泥土中掺入纳米材料A1203可以有效提高其强度，而掺入纳米材料Ti02将会大大降低水泥土的强度；曾庆军等人（2007）对纳米硅粉水泥土的抗腐蚀性能进行了分析，还提出了硫酸盐腐蚀环境将会大大家督水泥水化产物与纳米硅粉之间的二次水化反应，从而使水泥土的强度得到提高，增强水泥土的抗腐蚀性能。

1.2混凝土

随着城市建设的快速发展，目前混凝土工程逐渐朝着大型化的方向发展，人们对混凝土材料提出了更多的要求，必须具有非常高的耐久性，高性能混凝土成为未来混凝土材料发展的重点方向，纳米纤维材料的出现改变了原来体系颗粒级配及二级界面显微结构，密实度也大大增加，天然纳米纤维材料可以提高混凝土的抗压强度和抗弯强度。杜应吉等人（2005）对纳米微粉的微粒性和高化学活性进行充分利用，展开了有关混凝土耐久性的试验，研制出了新的混凝土改性剂，如果掺入纳米微粉的量在1~3g/kg之间，混凝土抗渗等级和抗冻等级将会分别提高30%和50%；仲晓林等人（2006）对纳米粘土材料对混凝土水化作用的机理进行了分析和研究，在混凝土中掺入一定量的纳米粘土可以使其水化流动度、抗压强度以及抗冻融性得到提高。

1.3土

王文军等人（2004）针对粘性土和纳米硅粉的作用展开了分析，试验表明纳米硅粉对土含水率的影响不显著，但是可以明显提高土的液限指数和抗压强度，其加固机理主要在于纳米硅粉可以吸附水分子、对土颗粒起到胶结作用、对空隙起到坡充作用等。宋杰等人（2010）年对纳米材料对土的抗压强度影响展开了讨论，如果家督相同含量不同类型的纳米材料，土体在达到最大轴向应变之前，会出现相同的变形，这时需要压力的大小分别为土、纳米（A1203、ZnO、Si02），而加入的纳米如果为1.5%的纳米Si02，土的抗压强度将会达到最大程度。

2　地质工程中应用纳米材料的研究

唐孝威等人（1991）年针对纳米地质与天文进行了一系列研究，他们认为比较大的构造运动中往往会出现巨大的应力，岩石在滑动形成的断层带上被磨的非常细小，进而形成了纳米粒级的微粒，这些岩化物质可以为我们提供很多与断裂带内部相关的信息；孙岩等人（2008）提出了有关岩石中纳米粒子层成因的不同观点，他们更加倾向于剪切和摩擦产生的作用。王焰新（2011）主要对地质储存纳米尺度流体二氧化碳的重要性进行了阐述，并针对影响二氧化碳储存容量、灌注效率及储存安全性的因素进行了分析，并将其应用于相关技术研究中。

因为受到地质因素的影响，往往会出现岩溶土洞、地面塌陷等一系列问题，而这些问题的出现会对工程安全性产生非常大的威胁，因此，不仅要将不良地质现象的类型、活动性以及影响因素等查清楚，同时还要及时采取相应的防治措施。注浆加固除险是对地质灾害进行解决的有效对策，将纳米材料作为一种添加剂改性注浆材料使用，陈兰云等人（2010）具体对聚硅纳米材料的增注机理进行了分析，并展开多种室内试验对纳米材料的增注效果进行测试，试验结果发现，这种材料对于岩心渗透率的提高具有非常明显的效果，同时还能使岩心的润湿性得到改变，从而大大降低水相流动阻力，真正起到降压增注的效果。陈勇刚等人（2010）大胆的在井巷工程中应用XPM纳米灌注材料，他们认为将这种纳米材料加入其中可以提前胶凝时间，而试验结果也正是如此，胶凝时间提前了3~5天，强度也得到了极大的提高。

目前地质领域中已经开始广泛使用纳米材料，这主要是因为纳米材料特殊的吸附特性，具体来说在地质样品中痕量元素的富集与分离、资源的综合利用以及矿产资料的开采利用中已经得到了使用，使用最为广泛的材料有纳米氧化锆、纳米二氧化钛以及碳纳米管等纳米材料。

3　结语

综上所述，在岩土工程中应用纳米材料可以显著改善材料颗粒微级配，在水化初期作为结晶核使用可以明显提升早期速度，对材料的微观孔结构进行改变，同时对骨料和浆体之间的过渡区进行改善等等，目前纳米材料在天然土中的应用尚处于初期阶段，很多作用机理等问题尚需要进一步研究，这些都对纳米材料在地质工程及岩土工程中应用起到了限制作用，目前我们还需要对纳米材料在地质及岩土等工程中的应用情况进行总结，并进一步掌握纳米材料的机理、性能等，这样才能更好的将其应用于更加广阔的领域中，实现纳米材料的应用价值。

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P621[文献码]B

1000-405X（2016）-2-54-1