水泥的高性能化 1 前言 生产水泥的目的是满足各种混凝土建筑工程的需要。国标中水泥按强度分等级，是为了满足混凝土建筑工程的基本物理性能要求。从广东过去几十年混凝土材料的发展过程来看，上世纪80年代前，工程绝大部分使用低标号混凝土（C30以下）。低标号混凝土对配制技术或配制材料的要求均较低，外加剂（减水剂）甚少用到混凝土工程。在此情况下，无论是立窑水泥或湿法窑、干法窑烧制的转窑水泥，在配制混凝土时抗压强度差异不大。即使今天，按此条件配制混凝土来进行对比，大部分的强度结果均有类似规律。 但从上世纪80年代到本世纪初，随着经济的高速发展，混凝土工程的大型化及混凝土材料的高性能化要求越来越多。以广州近几年混凝土材料的设计、施工要求来看，出现了垂直高度300多米的泵送混凝土，高抛自流平（26m高度抛下、免振）等高工作性能的混凝土；C80高强混凝土，F5.0~6.0的高抗折、耐磨性好的道路混凝土；S20高抗渗、耐酸耐碱混凝土；低收缩抗开裂混凝土，广州新机场跑道的高强、抗冲击、耐磨、低收缩率混凝土；低水化热、高强度的大体积混凝土等等。混凝土材料性能要求越来越高，数量日益增多。为满足城市化及混凝土材料性能提高的要求，广东省商品混凝土搅拌站已有上百家，外加剂普遍使用，与外加剂相容性好的高标号水泥被首选、配制混凝土的粗细骨料质量要求及配制技术不断提高。这些均是提高
混凝土材料性能的措施及保证。从混凝土材料的发展及配制技术的提高，人们也越来越认识到水泥高性能化的重要性。简而言之，社会、经济的发展，要求混凝土材料的高性能化。这促进了混凝土技术的发展，为配制高性能混凝土及降低生产成本，又提出了水泥的高性能化。它是混凝土高性能化及低成本生产混凝土的基础。目前广州市绝大部分重点工程、尤其是对混凝土性能要求较高的工程所用水泥均为省内几家大水泥厂提供，这主要是由水泥性能决定的。 2 水泥高性能化的含义 目前水泥生产厂家对水泥的高性能化认识不全面。在我国水泥与混凝土分属于两个行业，生产水泥的技术人员不了解混凝土技术及进展，更不懂得如何使水泥的性能与配制混凝土技术相适应，往往将高标号、高比表面积的水泥认为是优质水泥的唯一标准，结果出现了水泥与外加剂相容性差，配制大体积混凝土时温度应力大、收缩大及耐久性差等问题。 本文认为：水泥性能的优劣必须从水泥在混凝土中的使用性能及效果来衡量。水泥的高性能化应包括以下三方面的含义：（1）是用现代先进技术生产的可大幅度提高各项物理性能的水泥。（2）可满足混凝土性能的不同要求，显著改善混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能，更有利于实现混凝土的高性能化。（3）在配制混凝土时，能够用最少的水泥用量来达到高性能混凝土目标。
玉墙高性能混凝土选用材料的原则 普通混凝土选用水泥时，必须要根据混凝土的使用要求，考虑以下几项水泥技术条件：1.水泥强度等级2.在各种温度和湿度条件下，水泥早期和后期强度发展的规律3.在制品的使用环境中，水泥的稳定性4.各种水泥的其他性能。 当用户使用加有混合材的水泥时，往往不清楚所加入的混合材的数量和细度，所以为了保证混凝土的质量并充分发挥矿物质材料的作用，在配置耐久性混凝土时宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，并将矿物质材料以掺合料的形式作为配置混凝土的组分加入拌合料中。当工程水泥用量很大时，也可由水泥厂家根据用户的订货要求，生产满足规定性能指标的水泥，一来减少混凝土搅拌站的储存，而来减少混凝土配置过程中多组分计量的可能误差。 国外研究用于高强高性能混凝土的特种水泥有球形水泥、调粒径水泥、超细磨水泥和高贝利特水泥等，这些水泥有的尚处于试验研究阶段，有些水泥国内并无生产，所以一般不推荐首选使用特种水泥。 特别需要説明的是，配制高强度混凝土不一定必须使用高强度水泥。因为我国水泥的强度强度等级是按照规定的水灰比成型水泥砂浆，养护至规定龄期来确定的。而在高强高性能混凝土中水胶比一般只有0.30左右，和水泥强度等级检验师时的水灰比相比，有了明显的减小，这时不同强度等级水泥强度发展情况、水化产物结构与水泥强度检验水灰比条件下完全不一样。化学外加剂和矿物掺合料的使用，使得用较低强度等级水泥配置高强混凝土有了可能。 中国建筑材料科学研究总院对利用不同强度等级的水泥配制高性能混凝土的进行研究，对比了不同强度等级的水泥在高、低水胶比条件下水化程度和水化掺物微观结构的差别，用低强度等级水泥配制了高强高性能混凝土，对其配比、胶凝材料水化热、抗压强度、耐腐蚀性能、碳化性能、抗渗透性能、抗冻融性能进行了系统试验。 实验证明利用中低强度等级水泥配制高强高性能混凝土是可行的，还具有较多的优势，首先，由于高强度等级水泥和特种水泥价格较高，一定程度上影响了高性能混凝土的推广应用，其次，有的高强度登记水泥常采用磨细工艺生产，水泥比表面积大大提高，从而导致混凝土早期开裂，与外加剂之间的适应性变差，给工程应用带来了一系列问题，最后，考虑到低强度等级水泥比表面积较小，其水化放热速率相对较低，有利于混凝土的早期温升控制，减少早期湿度应力产生的裂缝。 综合阅读： https://www.doczj.com/doc/3e10937869.html,/ https://www.doczj.com/doc/3e10937869.html,/ https://www.doczj.com/doc/3e10937869.html,/
超高韧性水泥基复合材料耐久性能研究 摘要：超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)是一种新型建筑材料，它既具有优良的抗拉与抗压能力，同时又具有良好的耐久性能。本文通过两个关于超高韧性水泥基复合材料耐久性的实验，证明了该水泥在工程耐久性能方面具有独特的优势。 关键词：超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)；耐久性；抗裂缝能力；抗冻融能力 Abstract:Ultra high toughness cementitious composites is a new kind of construction material with excellent tensile and compression resistance and excellent durability. Based on two experiments of the durability of ultra high toughness cementitious composites, the unique advantage of this mateial in durability is proved. Key words: ultra high toughness cementitious composites; durability; anti-crack performance; anti-freeze performance 1 引言 为减少乃至消除混凝土早期收缩裂缝、减小荷载裂缝、提高材料的抗冻性，近年来纤维混凝土材料得到了广泛的应用[1]，如聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土等的使用都取得了良好的效果。但这些纤维混凝土在荷载作用下仍然无法有效控制裂缝宽度，在直接拉伸荷载作用下仍表现出应变软化特性，在展示高于普通混凝土韧性的同时通常以较宽的有害裂缝为代价，同时抗冻融循环的能力也不明显。这些都极大地限制了纤维混凝土材料的推广应用。 2006年，针对以上普通纤维混凝土材料在耐久性的问题，我国研发出了超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cement itious Composite，简称UHTCC)，该材料能有效控制裂缝宽度和提高混凝土的抗冻能力。 2 超高韧性水泥基复合材料的耐久性研究 2.1 超高韧性水泥基复合材料的抗裂缝能力 在钢筋混凝土结构中，氧气和水穿越裂缝到达钢筋表面是钢筋发生锈蚀的必要条件[2-4]，而侵蚀性物质则一般是随着水迁移到钢筋混凝土构件内部的。Tsukamoto的研究[5]表明，水向混凝土内部渗透的速率与裂缝宽度的三次幂成正比，并且当裂缝宽度小于一定临界值后便不会有水可以渗入到混凝土内部，并且纤维的掺入还可以进一步降低渗透速率，对应素混凝土的临界裂缝宽度为0.1 mm，掺 1.7%聚丙烯腈纤维的混凝土为0.14 mm，掺1%钢纤维的混凝土为0.155mm。 2003年Maalej和Li[6]研究利用具有约5.4%拉应变能力的UHTCC替换受拉
摘要 高性能混凝土(HPC)被认为是21世纪的结构混凝土，是先进生产力。代表着混凝土的发展方向。我国高性能混凝土的研究与应用已达10年，取得了长足进步，但同发达国家相比，还存在着较大差距，原因是多方面的其中高性能混凝土原材料的品质波动太大是主要原因。水泥是生产高性能混凝土最为重要的原材料。提高水泥品质，稳定水泥质量，对于发展高性能混凝土至关重要。本论文就水泥的原材料选用、水泥的煅烧与粉磨和水泥的选用几方面阐述了高性能混凝土发展对水泥的要求。 关键词：水泥原材料粉磨煅烧水泥质量
ABSTRACT High performance concrete (HPC) binder are considered in the 21st century，the structure of concrete is advanced productive forces. Represents the development direction of the concrete. Our research and application of high performance concrete has been for 10 years，and has made considerable progress，but compared with the developed countries，the large gap still exists，there are many reasons for the raw materials of high performance concrete quality fluctuation is the main reason is too big. The cement is the most important production of high performance concrete materials. To improve the quality of the cement stable quality，cement，for the development of high-performance concrete is very important. This thesis will cement material selection，cement grinding and cement calcined and choose a few aspects of the development of high-performance concrete cement. Key words：Cement grinding material calcined calcination cement quality
浅谈水泥基混凝土复合材料 姓名：陈聪学号：S11085213015 专业：建筑与土木工程44班 摘要: 随着社会快速发展，单一的水泥材料已经不能满足人们日常工程需求，高性能水泥基复合材料既是在近代科技成就的基础上发展起来的，又将在高新技术工程领域中开发应用。本文结合相关论文资料[1]对近年来出现的几种高性能水泥基复合材料进行了初步阐述。 关键词: 高性能水泥基功能复合材料发展状况困惑展望 Abstract:With the development of society, single cement material already can't satisfy people's daily engineering requirements, high performance cement-based composite materials is developed on the basis of modern scientific and technological achievements, and in the development of new and high technology in the field of engineering application. Based on the related papers [1] to the trend in recent years several high performance cement-based composite material has carried on the preliminary in this paper. Keywords:High performance cement-based functional composites; status of development ; Perplexity; Prospect; 第一章前言 论文[1]介绍了国内外水泥基功能复合材料的研究进展及应用，重点对几种重要的水泥基功能复合材料，如导电、压电、介电、磁性、屏蔽等材料的组成、特性、工艺及发展状况进行了综述。 通过查询相关资料[4]，对水泥基功能复合材料有了初步的了解，功能材料是指通过光、电、磁、力、热、化学、生物化学等作用后，具有特定功能（导电性、压电性、热电性、磁性和防辐射性）的新材料[1]。随着科学技术的迅速发展，功能单一的传统水泥材料，已不能适应日新月异的多功能工程需要，现代建筑对水泥基复合材料提出了新的挑战，不仅要求水泥基复合材料要有高强度，而且还应具有声、光、电、磁、热等功能，以适应多功能和智能
纤维增强型水泥基复合材料 一、纤维增强型水泥基复合材料的概述 纤维增强型水泥基复合材料是以水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆体作为基体，以不连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。 普通混凝土是脆性材料，在受荷载之前内部已有大量微观裂缝，在不断增加的外力作用下，这些微裂缝会逐渐扩展，并最终形成宏观裂缝，导致材料破坏。 加入适量的纤维之后，纤维对微裂缝的扩展起阻止和抑制作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。 二、纤维增强型水泥基复合材料的力学性能 在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。 ? 2.1 抗拉强度 ?在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材料的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。 ? ? 2.2 抗裂性
在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生； 在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。 ? 2.3 抗渗性 纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。 2.4 抗冲击及抗变形性能 在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基体中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。 2.5 抗冻性 纤维可以缓解温度变化而引起的水泥基复合材料内部应力的作用，从而防止水泥固化过程中微裂纹的形成和扩散，提高材料的抗冻性；同时，水泥基复合材料抗渗能力的提高也有利于其抗冻能力的提高。 ?纤维的纤维掺量对混凝土强度的影响很大 ?合成纤维可有效地控制由混凝土内应力产生的裂缝，使混凝土早期收缩裂缝减少50～90%，显著提高混凝土的抗渗性和耐久性，使混凝 土内钢筋锈蚀时间推迟2.5倍。除抗裂外，合成纤维还能提高混凝土的粘 聚性和抗碎裂性。 ?以聚丙烯合成纤维为例 ?掺入聚丙烯合成纤维后，混凝土的性能将发生变化，当纤维含量适当时，混凝土抗压强度、抗弯强度等均有不同程度的提高。纤维掺量对混凝土强 度的影响见下表。 三、几种主要增强型水泥基复合材料的应用现状
水泥基复合材料 艾ai青摘要: 本文论述了水泥基材料改性用聚合物种类、聚合物改性机理、聚合物改性水泥基材料研究进展和发展趋势。加入了聚合物材料后，水泥基材料的性能，如强度、变形能力、粘结性能、防水性能、耐久性能等都会有所改善，改善的程度与聚灰比、聚合物的品种和性能有很大关系。但也存在不足之处，如抗压强度提高不大，有时还降低，最高使用温度不如普通混凝土等。笔者认为，研究如何大幅度提高聚合物改性水泥基材料的抗压强度和最高使用温度很有意义。 关键词: 关键词聚合物改性水泥基材料进展机理性能 1.引言 普通混凝土因抗压比低，干缩变形大，抗渗性、抗裂性、耐腐蚀性差，密度大，其使用范围受到很大限制。随着工业的发展，出现了钢筋混凝土、自应力混凝土和纤维混凝土。但在这些改进中，胶结材料水泥的性能没有发生改变，因此也限制了混凝土性能的提高。水泥混凝土（砂浆）的一个新动向就是水泥混凝土（砂浆）与有机高分子材料复合，这样可以有效地改善混凝土（砂浆）的性能。因为有机高分子聚合物的长分子链结构以及大分子中的键节或链段的自旋转性，决定其具有与无机非金属材料不同的性质—弹性和塑性[1]。所以在水泥混凝土（砂浆）中加入少量有机高分子聚合物，既可以使混凝土获得高密实度，又不至于使混凝土（砂浆）的脆性加大，这样便可制得高强度、高抗渗和高耐腐蚀性的混凝土。如今，聚合物改性砂浆和混凝土不仅在混凝土结构的修补和维护方面成为一种非常重要的材料，就是在新的建筑中也获得越来越广泛的应用，尤其是在桥面、停车场、码头、瓷砖和石材粘结、建筑防水、防腐等工程领域。 2. 聚合物改性水泥基复合材料 1.1. 改性用聚合物种类 聚合物改性水泥基复合材料是指在水泥混合时加入了分散在水中或者可以在水中分散的聚合物材料，包括掺和不掺骨料的复合材料、水泥浆、砂浆和混凝土。用于水泥混凝土（砂浆）改性的聚合物有四类，即水溶性聚合物、聚合物乳液（或分散体）、可再分散的粉料和液体聚合物。聚合物乳液通常是将可聚合单体在水中进行乳液聚合而获得的，但也有一些聚合物乳液不是通过单体乳液聚合而获得的，如天然橡胶胶乳是直接从橡胶树上获得，再经适当浓缩制成的；环氧乳液则一般是用乳化剂将环氧树脂乳化而成的。可再分散的聚合物粉料一般是由聚合物乳液经喷雾干燥而成的，聚合物粉末与聚合物乳液就像是奶粉与牛奶一样。它对水泥砂浆和混凝土的改性机理与聚合物乳液是相同的，只不过它往往是先与水泥和骨料进行干混，再加水湿拌才重新乳化成乳液。水溶性聚合物品种很多，可以分为三大类：天然水溶性、半合成水溶性和合成水溶性。一般说，水溶性聚合物的用量非常小，通常在水泥质量的0。5%以下，对硬化砂浆和混凝土的强度没有大的影响[2]。因此，水溶性聚合物主要用来改善水泥砂浆和混凝土的工作特性，有时候也可以把其归类为增黏剂。用于水泥改性用的液体聚合物有环氧树脂和不饱和聚脂，在与水泥混合时还要加入固化剂。与聚合物乳液改性相比，使用液体聚合物时聚合物用量要更多，因为聚合物不亲水，分散不是很容易，所以用液体聚合物改性混凝土的情形要比其他类型聚合物少得多。聚合物水泥砂浆的配比一般为，水泥∶砂=1∶2～3（质量比）；聚灰比=5%～20%；
高性能水泥基复合材料的性能分析及应用研究概述 发表时间：2019-04-02T11:08:48.373Z 来源：《防护工程》2018年第35期作者：夏春强 [导读] 关系到整个建筑的施工和质量。本文主要针对水泥基复合材料的性能和应用进行分析。 胜利油田营海集团山东东营 257087 摘要:我国建筑业正处于快速发展时期，为提高建筑施工质量，保障建筑使用性能，各种新材料和新工艺不断引入到建筑行业，水泥是建筑施工中使用最多的材料之一，关系到整个建筑的施工和质量。本文主要针对水泥基复合材料的性能和应用进行分析。 关键词：水泥基复合材料；性能；应用 引言 21世纪以来，科学技术高速发展，社会时代飞速进步，伴随着环境恶化、资源紧缺和能源危机问题日益凸显。这些问题的出现对人类的可持续发展提出了新的挑战，同样也对我们材料科学提出了更高的要求。因此，高性能水泥基复合材料的出现和应用将会存在巨大潜力。 1水泥基复合材料的发展 混凝土作为一种力学性能优良的建筑材料，已广泛应用于在土木工程的各个领域。但其仍存在以下两方面的问题:1)由混凝土开裂引起的耐久性问题。结构中的混凝土往往处于裂缝状态。裂缝的形成会引起钢筋锈蚀，降低混凝土的承载能力。同时，外界的有害影响也会侵入结构部件内部，降低结构的耐久性能。2)极端荷载条件下的脆性破坏问题。已有的研究工作表明，在爆炸与冲击等高速动荷载作用下，混凝土材料往往呈现脆性破坏模式，导致结构破坏具有突然性，不利于人员避险。同时混凝土材料失效时会产生飞散的破片从而对结构内部的人员与设备造成伤害。混凝土材料在正常工作荷载下的开裂及在高速动荷载作用下的破碎与剥落的原因在于其本身断裂韧性和抗拉强度的不足。因此，有必要采用一定的方法改善和优化混凝土材料的力学性能，增加其断裂韧性，从而提高其抗拉强度。 近年来，国内展开了对水泥复合材料材料的研究，徐世烺团队的研究成果具有代表性，该团队定义了一种超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)，使用的纤维体积掺量不超过2．5%，并且硬化后具有应变-硬化的特性。UHTCC在直接拉伸荷载条件下可以观察到多条细小的裂纹，通过测量可发现达到峰值应力时，对应的裂缝宽度能稳定在100μm以内，对应极限拉应变达到3%以上。对纤维体积掺量为2%的PVA-水泥复合材料进行单轴抗压应力-应变曲线分析。结果显示，PVA-水泥复合材料的极限压缩应变(强度下降到峰值应力的20%时对应的应变)是混凝土的5～10倍，峰值应变是混凝土的4～7倍，由此可显示出PVA-水泥复合材料极强的压缩韧性;通过单轴抗拉伸试验，三点/四点弯曲试验和单轴压缩试验探究了UHTCC的力学性能，试验结果证实了UHTCC在不同破坏荷载作用下会通过产生多缝消散能量，具有明显的延性，不会发生脆性破坏，具有良好的整体性。此外，对低收缩率的水泥复合材料单轴抗拉伸、抗压缩性能、弹性模量及极限压缩应变等进行研究，试验结果表明该种水泥复合材料在拉伸时表现出明显的塑性变形，其极限应变、裂缝宽度都有明显的改善;采用快速冻结法将高韧性水泥复合材料与混凝土和砂浆的抗冻融性能进行对比，并且还深入探究了国产PVA纤维与进口PVA纤维对水泥复合材料抗冻融性能的影响，通过300次冻融循环试验，发现国产PVA-水泥复合材料的质量损失率要比进口PVA-水泥复合材料高1%左右。 2水泥基复合材料基本性能 纤维增强水泥基材料一般可划分为变形硬化和变形软化两类，其中变形硬化材料又可细分为应变硬化和应变软化。应变硬化材料具有裂缝形成后的材料强度会大于初裂强度，试件应变均匀且多缝开裂的典型特点。UHTCC材料在直接拉伸和弯曲荷载作用下均表现出应变硬化材料的受力和变形特点。 水泥基复合材料在单轴拉伸试验过程中表现出应变硬化的本构特性，极限抗拉强度可稳定达到6.0MPa，峰值拉应变接近3.6%；且该材料裂缝无害化分散能力突出，即便在峰值荷载作用下，裂缝宽度仍可以有效控制在100μm以内，有些甚至可以控制在50μm以内。 水泥基复合材料的压缩性能试验研究表明，在水泥基体材料中添加适当比例的纤维能改善材料的应力应变关系，使其具有的开裂后的荷载承受能力、压缩韧性和塑性变形性能明显优于混凝土。水泥基复合材料和混凝土的多轴压缩试验发现，与普通混凝土相比，在侧向压力存在的情况下，强度和延性改善幅度更明显。 水泥基复合梁构件承受横向荷载作用时表现出应变硬化和多缝开裂的特点，但与直接拉伸性能并不完全相同。试件受弯出现第一条裂缝后，裂缝宽度可以稳定在非常细窄的水平，此时材料的开裂强度与单向开裂强度几乎相等。随荷载增加，在梁截面弯矩作用较大的范围内先后出现与初始裂缝宽度相当的大量细微裂缝，载荷达到峰值后，某条微裂缝开始局部扩展导致试件失效破坏，破坏时刻材料的极限抗弯强度约为开裂强度的五倍。 3水泥基复合材料研究现状 3.1对矿物掺合料的研究 矿物掺合料，是为了改善混凝土工作性能，节约用水量，调节混凝土强度等级，而在混凝土拌合时掺入天然的或人工的能够改善混凝土力学性能和工作性能的粉状矿物质。活性掺合料是在掺入减水剂的情况下，能够增加新拌混凝土的工作性能，并能提高混凝土的力学性能和耐久性。在高强混凝土中掺入适量的硅灰，在一定程度上增强了混凝土的抗压强度和抗折强度。硅灰能够显著改善混凝土的工作性和耐久性，过量的硅灰的自收缩性大，会降低混凝土的抗压强度。超细石灰石粉具有微集料效应，微显核效应等，能够促进C3S的水化，显著提高混凝土抗压强度。超细高含硅质矿粉增强了集料与胶结料界面的粘结力。通过研究指出，掺10%粉煤灰或矿渣粉不会影响低水胶比浆体的水化进程，粉煤灰对水化进程的延缓效果要优于同等掺量的矿渣粉。双掺超细磨粉煤灰和硅灰能够显著提高混凝土的早期强度。以上研究表明，不同的矿物掺合料单掺、双掺和三掺作用机理不一样，对抗压强度的影响也就会产生不同。矿物掺合料的掺入可以替代部分水泥，降低成本，最根本的是可以降低水化热，优化孔洞结构，增强各相间的粘结，从而提高强度。矿物掺合料在降低水泥水化热的同时，也对水泥水化起到一定促进作用。 3.2对纤维掺量的研究 通过纤维技术与混凝土技术结合，可研制出能够改善混凝土力学性能，提高土建工程质量的高性能混凝土。不同纤维对于混凝土的作用不同，影响程度也不同。例如，钢纤维对于机场、大坝、高速公路等工程可起到抗渗、防裂、抗冲击和抗折性能，合成纤维可以起到预
水泥基复合材料的制备 一、实验目的 （1）了解水泥各种技术性质定义，进一步理解水泥胶凝和硬化的原理，水灰比、掺合料对水泥强度的影响； （2）掌握玻璃纤维增强水泥基复合材料的制备工艺和操作方法； （3）学习水泥相关仪器，例如胶砂搅拌机、振实机等的使用。 二、实验内容 以水泥为基体材料、玻璃纤维为增强材料，制备水泥基复合材料。 三、实验原理 水泥，粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。 硅酸盐水泥的化学成分：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简式C3S），硅酸二钙（2CaO·SiO2，简式C2S），铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简式C3A），铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF）。 水泥的胶凝和硬化： 1)、3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca(OH)2； 2)、2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca(OH)2； 3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙，不稳定）； 3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（钙矾石，三硫型水化铝酸钙）； 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2(3CaO·Al2O3)+4 H2O→3(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O)（单硫型水化铝酸钙）； 4)、4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O。 当水泥拌水后，半水石膏迅速水化为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。 本实验采用短玻璃纤维为增强材料，将其混合在水泥胶砂里，入模成型，经过养护固化之后，形成复合材料，得到产品。 四、实验仪器和药品 1、原材料：水泥（PC32.5）、河沙、玻璃纤维等； 2、仪器：水泥胶砂搅拌机、水泥胶砂振实机、水泥板块标准模具、天平等。 五、实验步骤 1、模具准备 将水泥板块标准模具表面擦洗干净、拼装、涂抹脱模剂，备用。 2、水泥胶砂原料称量 分别称量水292.5g，水泥450g，河沙1350g，备用。 3、玻璃纤维称量 各组按照配比要求，分别称取20g、30g、40g玻璃纤维，备用。 4、胶砂的搅拌与振实
第24卷 第6期2002年6月 武 汉 理 工 大 学 学 报 JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY V ol.24 No.6 Jun.2002 文章编号:1671-4431(2002)06-0015-04 高性能纤维增强水泥基复合材料的研究 王悦辉 谢永贤 林宗寿 涂成厚 (武汉理工大学) 摘 要: 介绍了在高性能蒸养水泥中掺入钢纤维制备出高性能水泥基复合材料的研究结果。研究了水灰比(W/C)、砂灰比(S/C)、钢纤维掺量对水泥基复合材料性能的影响;并用XRD 、SEM 分析其微观结构和形貌。试验结果表明:将钢纤维掺入到高性能蒸养水泥中并采用适当的工艺,可制备出抗压强度达133M Pa ,抗折强度达24.5M Pa 的高性能水泥基复合材料。 关键词: 高性能蒸养水泥; 钢纤维; 复合材料中图分类号: T U 5 文献标识码: A 收稿日期:2001-11-20.作者简介:王悦辉(1974-),女,硕士;武汉,武汉理工大学材料学院(430070). 高性能混凝土是当今混凝土材料的发展趋势,降低混凝土结构物能源、资源的消耗,减少污染以获得可持续发展的环境,也正成为混凝土界关注的热点。虽然高性能混凝土的抗压强度比普通混凝土成倍提高,但抗折强度却提高很少,表现为脆性显著增大。为了改善混凝土的脆性,通常在混凝土中掺入钢纤维,制成钢纤维混凝土,改善混凝土的脆性。钢纤维混凝土具有抗拉、抗折强度高,弯曲韧性、抗冲击耐疲劳、阻裂限缩能力优异等特点,在工程中得到广泛的应用,取得了良好的技术经济效果。 钢纤维混凝土是以混凝土为基体,非连续的短纤维作为增强材料所构成的水泥基复合材料,钢纤维在混凝土中各向随机分布,跨越混凝土中存在的微细裂隙,并对裂隙产生约束作用,阻止裂隙扩展,从而达到增强的作用。其增强效果主要取决于钢纤维的尺寸,基体的粘结强度及掺量。前两者可由选用的钢纤维原材料来确定,钢纤维的掺量太小增强效果不明显,太大则不易搅拌分散。钢纤维虽然能大大提高混凝土的抗拉强度和韧性,但对混凝土的抗压强度影响较小。而由本试验制得的高性能水泥基材料,在水泥中掺入超细矿渣,具有良好的火山灰效应和微粒充填效应,能改善混凝土的密实性,提高抗压强度和抗渗性。在实验中应用以下基本原理配制超高性能混凝土: (1)去除混凝土中原有的粗骨料,从而消除粗骨料和水泥浆体之间的薄弱界面,增加了整个基体的均质性;(2)以多元粉体细颗粒优化级配,提高整个基体的堆积密度;(3)通过掺加微细的钢纤维,增强韧性;(4)优化搅拌、成型和养护制度;(5)采用外掺硬石膏的蒸养水泥,进一步提高制品强度。 1 试验研究 1.1 试验原材料 (1)水泥 试验用水泥采用作者已研究开发的高性能蒸养水泥[1]。其最佳配比如表1所示。(2)细集料 标准砂,粒径0.25～0.65mm 。(3)减水剂 采用UNF5高效减水剂,掺量为1.0%。(4)钢纤维 选用东洲钢纤维发展公司生产的冷板型钢纤维,见表2。试验用配比见表3、表4、表5、表6。1.2 试件制备 钢纤维在水泥砂浆中的分散、搅拌工艺:采用先干后湿的搅拌工艺,水和高效减水剂混合均匀,按配比将水泥、砂、钢纤维加入到水泥胶砂搅拌机内干搅2min;加入水和高效减水剂湿拌10min,达到钢纤维在水泥砂浆中均匀分散的目的。这种方法可避免钢纤维尚未分散即被水泥砂浆包裹成钢纤球现象。
高性能聚合物水泥混凝土(砂浆)的研究 要高性能混凝土补强材料可用于民用建筑结构、水工建筑坝体结构的破损修补及建筑物的内外墙面装饰粘贴等方面。该材料粘结抗剪强度高达3.5MPa，混凝土或砂浆3d抗压强度在40MPa以上，7d抗渗标号在2.0MPa以上，25次冻融循环后强度不降低，是一种具有高粘结力、高早期强度、密实度及耐久性优异的高性能材料。 关键词高性能混凝土修补建筑胶粘剂研究 1 引言 民用及水工建筑物在建设和使用过程中经常遇到混凝土质量问题，如蜂窝麻面、空洞、大面积损坏等，为恢复其使用功能，需进行修补。一般的修补方法是采用普通混凝土或砂浆作为修补材料，但普通混凝土粘结强度低，将其用于混凝土修补，容易造成界面粘结不牢、开裂而导致混凝土再度损坏等质量问题，近年来民用建筑已很少应用，仅用于水工建筑坝体的大体积混凝土修补。目前一般使用环氧树脂混凝土或砂浆作为修补材料，也有采用特殊骨料拌制的混凝土作为修补材料，如岩滩水电站溢流坝面修补材料采用的就是铁刚砂、石料拌制的抗压强度高达100MPa的高强混凝土。这两种混凝土修补材料均具有抗压强度高的特点，环氧树脂混凝土还具有粘接强度高的特点，但也存在材料成本高、不宜大量使用等缺点，而且在拌制环氧树脂混凝土时需要使用大量对人 此外这两种材料自身强度过高(环氧树脂混凝土体危害极大的有毒助剂 ； 强度在60MPa以上)，与修补基面混凝土强度(一般约为30MPa)相差太大，在外界条件(如温差、湿度)发生较大变化的情况下，尤其在北方寒冷干燥气候，存在二者由于受力变形不一致而遭受破坏的隐患。因此，研制低成本、高性能、使用可靠方便的混凝土修补材料，已成为科研人员亟需攻克的难题。 2 新型修补材料的配方特点 为解决上述难题，我们通过广泛地收资及研究，参考了国内外众多的配方，经过试验筛取、组合，得出一种新型的高性能混凝土及砂浆配合比。该种材料由普通砂石料、525＃优质水泥、高分子聚合物、水泥塑化剂、增强剂、调凝剂、改性剂、膨胀剂、优质活性混合材等组成，各 原材料的性能特点分述如下 ： (1)优质水泥采用铁铝酸盐525＃水泥，该种水泥具有快凝快硬，水化时能快速产生大量的铁凝胶体的特点，因而混凝土收缩小、表面坚硬、早期强度高，抗腐蚀、抗冲刷性能优良。铁铝酸盐水泥与柳州普通水泥各项物理性能指标比较见表1。 。 (2)高分子聚合物采用可溶性高粘型聚合物粉料，粘度高达10000P a
2009年9月 水 利 学 报 SH UI LI X UE BAO 第40卷 第9期 收稿日期:2008212212 基金项目:国家自然科学基金重点项目(50438010);南水北调工程建设重大关键技术研究及应用(J G ZX JJ2006213) 作者简介:徐世 (1953-),男,湖北人,博士,教授,主要从事混凝土断裂力学基本理论与工程应用、新型材料与结构、超高韧性水泥 基复合材料和非金属纤维编织网增强混凝土结构研究。E 2mail :slxu @https://www.doczj.com/doc/3e10937869.html, 文章编号:055929350(2009)0921055209 超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能 徐世 ,蔡向荣 (大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室结构分室,辽宁大连 116024) 摘要:研制了采用高强高弹模聚乙烯醇纤维作为增强材,以精制水泥砂浆为基体的超高韧性水泥基复合材料。本文通过单轴拉伸试验、四点弯曲试验、单轴抗压试验、三点弯曲断裂试验研究了这种新型材料的抗拉、抗弯、抗压和抗裂性能。试验结果表明,该材料在拉伸和弯曲荷载作用下具有假应变硬化和多缝开裂特性,以及高延性、高韧性和高能量吸收能力。极限荷载时的最大裂缝宽度在50μm 左右。拉伸和弯曲试验测得的极限拉伸应变在3%以上,平均裂缝间距1mm 左右。其抗压强度类似于混凝土,抗压弹性模量较低,但受压变形能力比普通混凝土大很多。通过三点弯曲断裂试验证明,该材料的峰值荷载及其对应变形都较基体有明显的提高。缺口拉伸试件和缺口梁试件均证明,该材料可以将单一裂缝细化成多条细裂缝,同时该材料具有对小缺口不敏感的特性。4种试验的结果证明该材料在各种破坏荷载作用下均能保持良好的整体性,不发生碎裂破坏。 关键词:超高韧性水泥基复合材料;假应变硬化;多缝开裂;高延性;高韧性;高能量吸收能力中图分类号:T U5281572 文献标识码:A 1 研究背景 水利工程是我国的一项基础产业工程,目前我国正在大规模、高速度地进行水利开发,2008年第四 季度国家新增200亿元中央水利建设投资加快水利基础设施建设。水利工程建设耗资巨大,如果水利工程结构耐久性不足,将增加建筑物使用过程中的修理与加固费用,影响或限制结构的正常使用功能并缩短结构的使用年限,影响效益和安全,不仅造成经济损失,而且严重浪费资源,引发社会问题。因此有必要全方位、多渠道地提高水工混凝土的质量和耐久性,延长工程使用寿命,确保国家可持续发展战略在水利建设开发过程中的有效实施。 裂缝是影响水工混凝土质量和耐久性的首要因素,如何有效地控制水工混凝土裂缝的产生和扩展是目前解决水工混凝土结构耐久性问题的关键之一。从材料的角度来讲,控制裂缝的方法主要是减少水泥用量、使用外加剂和添加纤维。其中纤维的添加可以更为有效地控制混凝土裂缝的形成和扩展,提高混凝土的延性和韧性,能较好的解决由于荷载作用或其他变形作用引起的混凝土开裂,成为提高水工混凝土结构耐久性的有效方法之一。 目前各种纤维混凝土的研究和应用已经取得了丰硕的成果,尤其是高性能纤维混凝土的研究和应用在较大程度上解决了混凝土的开裂问题[1-4] 。但是普通的高性能纤维混凝土通常采用较大的钢纤维体积掺量,不仅成本增加,重量大,施工困难,而且其裂缝控制宽度一般在几百个微米,尤其当应变超过 115%时基本上不能再控制裂缝宽度[5] 。根据国内外设计规范及有关试验资料,混凝土最大裂缝宽度的控制标准大致为:无侵蚀介质无防渗要求时013～014mm ;轻微侵蚀、无防渗要求时012～013mm ;严重侵蚀、有防渗要求时011～012mm 。为了能更好的控制混凝土在各种荷载和变形下的裂缝宽度,提高混凝 — 5501—
低水平热储量聚合物相变材料的热传导的调查和研究 姓名:张金标学号:Z09016025 摘要：一种新型的低水平热储量材料已经被阐述。这是一个水与水溶性聚合和交联单体的稳定聚合如聚丙烯酰胺.介绍了定量结果的热物理性质的材料。这些参数是用来描述在板的有限厚度相变前理论方法的进展，计算结果发现，在良好的协议与实验数据的考虑时间冻结和解冻样品。 关键词：能量储存潜热模拟冷储存 命名 A, B, C, D =无量纲数 C, =热容量(kJ kg-’K-l) E, e =浓度(m) k =导热系数(Wm-’K-r) L =潜热(kJ kg-‘) n =整数 Q, q=热量(kJ) r, s =指数 7’=温度(K) t, u =时间(s) x =空间坐标 希腊符号 a = 无量纲系数 x = 扩散系数(m2 s-l) p = 密度(kg m-‘) D = 表面(m2) t = 持续时间(s) 下标 a =理论 b = 最后 c = 相位变换 f = 冰点 i = 冰 WI = 中间 f = 解冻 w =水 o = 最大限度 相变材料的热传导 介绍 各种方式的储热,在一个相对较小的空间，在一个恒定的温度,潜热存储似乎是最有效的一个积累了相当数量的能量,这是很好的适应了各种方案的加热或冷却
建筑物,特别是应用在生产涉及低温间隔,如冷却过程和空调.目前，由于其较高的 成本，选择这样一个系统是唯一的理由时，它提供了重要的优势，存储系统采用显热储存。潜热蓄热系统的设计可以作为一个热交换器之间的相变材料（相变材料）和回收液。传热表面通常是最昂贵的一部分存储系统， 和这对一个显着的成本刑罚潜热的设备。许多调查已进行了解决这一问题，采用直接接触之间的存储介质和回收液。同时，直接接触传热，需要一个稳定的形式 编码，不粘在一起的熔点以上温度。前实验表明，[4-61 很难保持分离而出现不 稳定，导致凝血和聚。到现在为止，没有令人满意的解决这个问题已被发现。一个充满希望的解决方案被提出，使用新材料，保持一致的固体的相变温度以 下。这个想法是包括在一个三维网络聚合物的聚合过程。相变元件，因此，保留在网络，因为界面应力和化学键，无渗出的水发生在一个阶段的变化周期。这种方法含有相变材料应用在水中聚丙烯酰胺。最后的材料仍然是一个好的形状确定样本，无需涂层，并可以直接使用在一个存储单元的 第一部分是本文致力于该结果有关的热物性参数的材料。一个比较之间的物质和商业化是提出并显示实际潜力的这种物质积累大量的能量。 其次是研究材料的热行为的有限扩张的动态条件下的冻结和解冻。许多研究已被用于传热问题的相变，并详细列出了出版的文献关于这一主题可以从隆拿甸尼[ 7]。仿真模型先前制定的[ 8]为样品材料受温度的一步在边界。该方法，在这 一部分，是在这里给出一个完整的描述的进展冻结或融合前板。数值结果显示出很好的符合我们的实验数据和结果的文学经典。最后，用数值计算结果获得全球表达有关时间冻结或解冻的不同参数的问题。 热管材料的研究 准备材料[ 9]可概括如下。首先，混合制成的溶液从两个最初的途径获得：丙烯酰胺和，和起始途径（过硫酸钾）。该混合物，然后保持在313钾，和聚合完成后约12小时。结构材料是图式中图1。样品平行六面体几何实现研究。该材料具有一致性的凝胶，是透明的和非毒性。这是必要的，保持它在有机纲要避免水分蒸发。该材料具有满足2矛盾的制约：最大水的热容量高和最大的聚合物，刚性好；材料含有90%的水似乎是一个很好的妥协。这里报告的结果获得了这一公式。 知识的确切价值的热参数是一个必要的调整一个模型描述的热行为和，因此，为了更好地利用材料。研究开发了热扩散性的测定。实验细胞只允许正常的热通
史才军等：混凝土中氯离子迁移特征的表征 · 531 · 第35卷第4期 高延性纤维增强水泥基复合材料的研究进展及应用 LI Victor C (Department of Materials Science and Engineering, The University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109–2125, USA) 摘要：高延性水泥基复合材料(engineered cementitious composite，ECC)是经系统的微观力学设计，在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料。综述了ECC的研究进展，介绍了配筋ECC结构的耐久性、安全性及可持续性等混凝土必须满足的关键性能。根据ECC近来的应用情况及在工程上推广应用的需要，总结了ECC长期性能方面的研究结果。 关键词：复合材料；纤维；延展性；耐久性；可持续性；安全性；设计；基础设施 中图分类号：TQ172 文献标识码：A 文章编号：0454–5648(2007)04–0531–06 PROGRESS AND APPLICATION OF ENGINEERED CEMENTITIOUS COMPOSITES LI Victor C (Department of Materials Science and Engineering, the University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109–2125, USA) Abstract: Engineered cementitious composite (ECC) is a fiber reinforced cement based composite material systematically designed on the basis of micromechanics and engineered to achieve high ductility under tensile and shear loading. ECC as an emerging con-struction material is overviewed. Emphasis is placed on the accumulated knowledge on durability, safety, and sustainability of rein-forced ECC (R/ECC) structures, recognizing that the concrete of the future must meet these characteristics. In light of recent and fu-ture full-scale field applications of ECC, the limited studies on long-term performance of ECC are also summarized. Key words: composite; fiber; ductility; durability; sustainability; safety; design; infrastructure 混凝土作为建筑材料，其性能已经有了一定程度的改善，但应用于基础设施建设时仍有不足之处，主要存在以下3方面的问题：(1)极端荷载下的脆性破坏。通常所观察到的破坏模式，比如开裂、剥落、冲击或爆炸荷载下的破碎均与混凝土不良的拉伸行为有关[1–3]。(2)正常工作荷载下的破坏。在正常工作荷载下，钢筋混凝土结构耐久性不足的主要原因是混凝土的开裂引发的钢筋锈蚀及其他相关问题[4]。(3)钢筋混凝土结构的可持续性问题[5–7]。基础设施面临的挑战要求未来混凝土必须满足高延展性、高耐久性、可持续性，确保人造设施与自然环境之间的和谐共处。1 高延性纤维增强水泥基复合材料 高延性纤维增强水泥基复合材料(engineered cementitious composite，ECC)是经系统设计，在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料[8–10]。采用基于微观力学的材料设计方法、纤维体积掺量仅为2%的ECC，其单轴拉伸荷载下最大应变大于3%[8–11]。使用掺量适中的短纤维能满足不同的施工要求，包括自密实ECC[12]和喷射ECC[13]。目前，通过挤压成型已经生产出了ECC结构构件[14]。在增强结构的安全性、耐久性及可持续性方面，ECC有很大的优势。 图1是聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)纤维 收稿日期：2006–12–25。修改稿收到日期：2007–01–10。 基金项目：美国国家自然基金会MUSES Biocomplexity计划(CMS–0223971, CMS–0329416)基金资助。 第一作者：LI Victor C (1954～)，男，教授。Received date:2006–12–25. Approved date: 2007–01–10. First author: LI Victor C (1954—), male, professor. E-mail: vcli@https://www.doczj.com/doc/3e10937869.html, 第35卷第4期2007年4月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 35，No. 4 April，2007