聚合物改性晶须水泥基材料可行性研究 发表时间：2019-10-29T11:36:49.653Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年15期作者：郭宏磊刘晶[导读] 总结了聚合物以及聚合物粉体改姓水泥基材料的发展历程，对晶须水泥基材料的优缺点进行概括，提出当水泥基材料断裂时，大量的晶须出现拔出现象，且表面光滑，说明晶须与水泥基材料之间粘结力较差，提出通过掺加聚合物的方法来进行解决，并验证了此方法的可行性。 山东英才学院 摘要：总结了聚合物以及聚合物粉体改姓水泥基材料的发展历程，对晶须水泥基材料的优缺点进行概括，提出当水泥基材料断裂时，大量的晶须出现拔出现象，且表面光滑，说明晶须与水泥基材料之间粘结力较差，提出通过掺加聚合物的方法来进行解决，并验证了此方法的可行性。 关键词：聚合物；晶须；水泥基材料 1 聚合物改性水泥基材料 长期以来，人们一直寻找对水泥基材料进行改良的途径，如通过改善水泥的性质，改变水泥混凝土的配合比；掺加纤维材料和外加剂等措施来改善水泥基材料的性质，或使得水泥基材料满足工程的特殊需要。但是对水泥基材料最基本的力学特性（刚度大，柔性小，抗压强度远大于抗拉强度）的改善，降低水泥基材料的刚性，提高其柔性，降低抗压强度与抗折强度的比值则要借助于向水泥基中掺加化学外掺剂，在大多数情况下是掺加聚合物。 1923年Cresson[]成为第一个获得天然胶乳改性道路材料专利的人。1924年里夫布尔（Lefebure）[]成功申请了用天然橡胶乳液（NR）改性水泥砂浆及混凝土的专利，并用配合比的方法来设计水泥混合料。聚合物改性水泥砂浆（PCM）在我国正式应用始于1980年，比较成熟的要数丙烯酸酯共聚乳液或苯丙乳液砂浆。 随着人们环保意识的加强和资源的充分利用等方面的关注，聚合物改性混凝土的研究呈现出新的方向—废弃物的利用。Palos等[]把聚合物固体废料用于砂浆改性，将ABS回收料磨碎成粉末掺入到水泥砂浆中，压缩试验结果表明，掺ABS后，砂浆的弹性模量有所增加，但与钢筋的粘结变差，如用马来酸酐预先对ABS进行处理，则粘结性可以改善。 2 聚合物-无机粉体改性水泥基复合材料 1987年孙伟[]研究了硅灰及聚合物对钢纤维与水泥基材界面层性能的影响。通过在基材中掺入不同数量的硅灰、聚合物以及硅灰、聚合物与高效减水剂的复合物的方法，研究了界面层的主要物理力学性能，论证了界面层强化与宏观力学行为之间的关系。试验结果表明，随着硅灰、聚合物掺量的提高，界面组成和结构得到调整与改善，界面层的弱谷变浅，Ca（OH）2的取向性减弱和富集现象变小，其性能与基体逐渐接近。保持流动性不变，在基体中掺入15%聚丙烯（AP）或12%聚乙烯乙酯乳胶（PAE），界面最薄弱层显微硬度可提高到4-5倍。特别当复合掺入15%AP和20%硅灰时，界面最薄弱层显微硬度与基体几乎相等，界面层弱谷消失，HV-d曲线趋向于一水平线，Ca （OH）2晶体的取向性减至最弱且富集现象消失。硅灰、聚合物及两者与高效减水剂的复合物掺入基体中，由于不同程度地调整与改善了界面层的组成与结构，水泥基材的增强、增韧和阻裂等各项力学性能均得到相应提高。 3 聚合物改性水泥基材料的机理研究 （1）Ohama模型 日本教授Yoshihiko Ohama[]的研究报告中介绍了水泥基材料中聚合物结构形成过程的模型，并把这一过程分为三个阶段。第一阶段：当聚合物乳液在水泥混凝土搅拌过程中掺入混凝土后，乳液中的聚合物颗粒均匀分布在水泥浆体中，形成聚合物水泥浆体。第二阶段：随着水量的减少，水泥凝胶结构在发展，聚合物逐渐被限制在毛细孔隙中，随着水化的进一步进行，毛细孔隙中的水量在减少，聚合物颗粒絮凝在一起。第三阶段：由于水化过程的不断进行，凝聚在一起的聚合物颗粒之间的水分逐渐被全部吸收到水化过程的化学结合水中去，最终聚合物颗粒完全融化在一起形成连续的聚合物网结构。 （2）其他模型 关于聚合物乳液改性砂浆或混凝土结构的模型，还有Konietzko模型[]、Puterman与Malorny模型[] 在Konietzko模型中，开始聚合物均匀分散在水泥混凝土体系中。随着水泥颗粒的水化，优于体系中的一部分水被水泥水化所结合，因此悬浮液中的水分被转移，聚合物颗粒开始堆积，随水泥水化的进一步进行，堆积的聚合物颗粒也越来越多，逐渐融化在一起形成聚合物膜。最终聚合物在水泥混凝土中形成空间连续的网状结构，并且硬化水泥浆体也在聚合物网孔中形成连续结构，两种网结构互相交织缠绕在一起，并把水泥混凝土中的骨料颗粒包裹在其中。Ohama结构模型与Konietzko结构模型的区别在于，前者认为聚合物时空间网结构，而水泥硬化浆体包裹在聚合物网中间，互不连接，而后者则认为两者都形成空间连续网结构。 Puterman与Malorny模型与上述模型不同之处在于聚合物薄膜的形成时间和聚合物乳液最低成膜温度对它的影响。该模型认为，即使在砂浆孔隙中存在自由水时，聚合物也能够形成薄膜，因为聚合物黏附在未水化水泥颗粒的表面，并且在水泥颗粒的表面形成了一个紧密堆积的薄层，进而凝结成聚合物薄膜。 4 晶须在水泥基材料中的应用 碳酸钙晶须[]作为一种特殊的无机矿物微纤维掺入水泥基材料中，利用碳酸钙晶须高纤度、高强度、高模量以及良好的热稳定性等来达到增强增韧水泥基材料的目的。通过测试显示，水泥基材料的性能得到很大程度的提高，当晶须掺量在0%～4.0%时，水泥基材料的抗折和抗压强度分别提高了33.3%和12.83%[]；当掺量在0～40%时，水泥基材料的抗折强度、冲击强度以及劈裂强度分别提高了39.7%、39.25%和36.34%[]。但是当水泥基材料断裂时，大量的晶须出现拔出现象。 碳酸钙晶须补强增韧水泥基体的三大机理[5]（裂纹桥接、裂纹偏转、晶须拔出）中，晶须拔出占主导优势。上述三种增韧机理中的能量耗散作用有效减少了水泥材料内部裂纹尖端的应力集中现象，应力转移和分布得以优化。但大部分晶须拔出时，晶须表面光滑，未有粘带水泥基浆体，说明碳酸钙晶须与水泥基间的粘结力不足。
浅析国内外水泥及水泥基材料发展现状 [关键词]:水泥; 基材料; 发展; 现状 [摘要]:当今世界水泥工业的发展是以节能、降耗、环保为中心，走可持续发展的道路。与此相适应，水泥及水泥基材料的研究也非常活跃，研究重点集中在生态水泥、先进水泥基材料、低能耗水泥和水泥的高性能化、工业及城市废弃物的资源化利用以及水泥制备及应用等方面，这些研究所取得的成就有力地推动了水泥材料科学与技术的发展。 [ Key words]: cement; base materials; development; present situation [ Abstract] : In today’s world, the development of cement industry is energy-saving, consumption reduction, environmental protection as the center, take the road of sustainable development. Suit with this photograph, cement and cement based materials research is very active; researchers have focused on the ecological cement, advanced cement based materials, low energy consumption of cement and cement high performance, industry and city waste utilization as well as cement preparation and applications, these research achievements effectively promote the cement materials science and technology development. 中图分类号:TQ172 文献标识码： A 文章编号： 新世纪国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳力生产率为中心，实现清洁生产和高效率节约化生产，走可持续发展的道路。研究的重点主要是围绕水泥工业节能降耗、减少厂有害气体(C02、S02和NOx等)排放以及低品位原燃料、工业废弃物的资源化利用等方面，具体表现在两个方面：一是国际水泥工业技术与装备上新型干法水泥生产技术向着大型化、节能化以及自动化方向发展，如高效预热分解系统、第三代“控制流蓖板”和第四代“无漏料横杆推动”蓖式冷却机、新型辊式磨及混压机粉磨系统、自动化控制及网络技术、新的熟料烧成方法如流态化床和喷腾炉烧成技术、高效除尘技术、炯气脱硫除氮技术等的开发和应用，使水泥工业进入现代化发展期。二是水泥及水泥基材料的研究是以水泥的生态化制备、先进水泥基材料、水泥的节能和高性能化、废弃物出资源化利用以及水泥制备和应用中的环境行为评价和改进等方面为研究开发重点，两者相辅相成，推动了水泥工业的可持续发展。 一、水泥的生态化制备和生态水泥的发展 随着科学技术的发展和人们环保意识的增强，水泥工业的可持续发展越来越得到重视，自20世纪70年代开始，美国、法国、德国、日本等工业发达国家就已研究和推进废弃物替代天然资源的工作，并在二次能源的资源化利用方面
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
TECHNOLOGY TREND 如何提高武器的突防和生存能力及战略基地、军事目标的隐蔽能力，大跨度发展隐身技术，全面提高武器系统与战略基地、军事目标的隐身特性，便成为新一代隐身技术发展的重要课题。而隐身材料的发展与应用是隐身技术发展的关键之一。目前世界发达国家正在积极开展新的隐身机理和新型隐身材料的探索和研究，以适应未来战场对隐身材料的更高要求，美国国防部关键技术计划将隐身材料的研制列为重点发展计划，要求未来的隐身材料应具有“厚度薄、质量轻、频带宽、多功能”的特点。 1水泥基吸波材料现状及进展 随着电磁污染的日益加剧和电磁环境的恶化，建立电磁屏蔽和吸波暗室以防止电磁波的干扰已越来越引起人们的重视。同时，根据现代化的建筑设计理论，一些跟电力变压器和部分通讯设施等相关的装备也开始渐渐转入地下，对地下设施的屏蔽就显得尤为重要。为了防止和阻拦电磁波形式的间谍和窃听活动，也需要对建筑物采取电磁屏蔽的防护措施。因而既作为结构材料，又可以通过改性使其具有电磁屏蔽和吸收功能的水泥基复合材料越来越受到关注。 对水泥材料电磁性能的测试也是对水泥材料进行无损检测和成分检测的一种重要手段。通过测试水泥材料电导率的变化可以确定水泥基体与骨料之间结合强度的变化情况，由此可以得知材料内部的破坏情况；通过测定水泥试样的介电常数的变化或者材料对入射电磁波的反射系数和透射系数的变化，可以对水泥材料进行成分测定以及水分含量的测定。 水泥材料是民用和军事工程建设中最常用的建筑材料之一，但水泥本身的电磁屏蔽效能和吸波性能都比较低，通过对水泥材料加入一定的添加剂进行改性来达到对电磁辐射的屏蔽和吸收是一种简单而且可行的方法。在高性能水泥基复合材料的组成方面，所用的无机材料大都是Portland 水泥和高铝水泥体系，可用于水泥基体中的吸波组分主要有三类：导电聚合物类、碳类和金属类。其中，比较常见、应用也比较广的是碳素类（包括石墨、炭黑及碳纤维）和金属类（主要有金属粉、金属纤维和金属片） 。由于水泥成分比较复杂，在选择合适的吸波剂时需要注意各掺合物料与水泥骨料之间的各种物理化学变化，以及各物料的电磁吸波性能，以确定掺合料的品种和比例，同时还应充分考虑复合材料的电磁吸收频带、化学活性、颗粒级配和力学性能四个因素。在可供选用的吸波剂中，考虑到经济性、实用性以及对材料性能的影响，超微粉纤维以及磁性铁氧体等比较适合配制水泥基电磁吸收复合材料。目前已有的研究也表明，它们都可以在实验测试的频段内达到-10~-20dB 的吸收效果，可以满足民用对平板型吸波材料的要求。 2其它水泥基吸波材料 随着纳米科技的迅速发展，纳米吸波材料也引起了人们的极大关注。由于纳米颗粒尺寸远小于电磁波波长，电磁波的透射率要比常规粒子大得多，使材料具有了更好的匹配特性；同时纳米颗粒的活性和比表面积都远远大于传统吸波粒子，当电磁波通过纳米吸波材料时，将有更多微粒产生畴壁共振与涡流损耗，从而使粒子对电磁波的吸收也大于大颗粒尺寸的吸波材料。将纳米TiO 2粉体掺入水泥净浆中制成10~15 mm 厚的试样，发现其在2~18GHz 频段内具有较好的吸收性能。当TiO 2粉体的质量百分比为5wt%时，反射率超过-10dB 的带宽为4.5GHz ，最大吸收峰值可达-16.34dB 。而且掺加纳米TiO 2粉体，材料的力学性能会有一定程度的提高。 空心微珠（或飘珠）是一种新型的多功能材料，它是燃煤电厂排出的粉煤灰中的一种细小、轻质、中空的球形颗粒，其主要成分是硅、铝、铁的氧化物。如果对其进行表面改性处理，则可以用于电磁波吸收或屏蔽材料的制备。粉煤灰粒径小，一般只有3~300μm ，比重轻，具有跟硅微粉类似的性质，可以用作一种分散剂。以Portland 水泥为原料，粉煤灰为添加剂做成4.3mm 厚度的试样，测得在频率1.0GHz 和1.5GHz 时的吸收性能为-4~-8dB 。虽然粉煤灰在降低水泥试样电阻率方面比硅微粉差，但其吸收性能比相同质量百分含量的硅微粉高。这是因为粉煤灰中含有部分Fe 2O 3，起到了吸波作用[5]。 硅粉的具体成分为SiO 2，它属于二氧化硅体系透波剂。具有良好的稳定性和力学性能，在塑料、橡胶、涂料和陶瓷等领域应用非常广泛，是一种常用的工艺原料。常规SiO 2又是无机材料中介电常数极低的物质之一，具有良好的透波性能，常被用来作为窗口材料。Kondo 等曾以SiO 2为基体，以Ni-Zn 铁氧体为吸波剂，对吸波材料的吸波性能进行了研究，发现随着复合材料中SiO 2含量的增加，材料的介电常数和磁导率都呈比例下降，说明复合材料的复电磁参数符合Li-chiteneker 对数混合定律。对复合材料吸波性能的研究结果表明，Ni-Zn 铁氧体复合硅粉后可以提高其吸波性能，吸收达到-20dB 的可供选择的厚度范围比单独Ni-Zn 铁氧体材料得到拓宽。 ［参考文献］ [1]巩晓阳,董企铭.吸波材料的研究现状与进展[J].河南科技大学学报(自然 科学版),2003. [2]熊国宣,邓敏,徐玲玲等.隐身材料和隐身混凝土的研究现状与趋势[J].功能材料与器件学报,2003. [3]王普照,谭宏斌,冯小明等.掺合材石墨不锈钢纤维对水泥基材料电磁屏蔽效能的影响研究[J].铸造技术,2007. [4]李凤生,杨毅,马振叶,姜炜.造福人类的电磁屏蔽和吸波材料[J].物理与工程,2003. 水泥基吸波材料现状及进展 彭利 1 窦伟 2 林振荣 1 陈太林 1 （1.徐州空军学院机场工程系，江苏徐州221000；2.徐州空军学院研管40队，江苏徐州221000） ［摘要］对水泥基材料的吸波性能进行了总结，为研究隐身材料具有重要意义。［关键词］水泥基；吸波；隐身 工程技术 115
浅析国内外水泥及水泥基材料发展现状[关键词]:水泥; 基材料; 发展; 现状 [摘要]:当今世界水泥工业的发展是以节能、降耗、环保为中心，走可持续发展的道路。与此相适应，水泥及水泥基材料的研究也非常活跃，研究重点集中在生态水泥、先进水泥基材料、低能耗水泥和水泥的高性能化、工业及城市废弃物的资源化利用以及水泥制备及应用等方面，这些研究所取得的成就有力地推动了水泥材料科学与技术的发展。 [ key words]: cement; base materials; development; present situation [ abstract] : in today’s world, the development of cement industry is energy-saving, consumption reduction, environmental protection as the center, take the road of sustainable development. suit with this photograph, cement and cement based materials research is very active; researchers have focused on the ecological cement, advanced cement based materials, low energy consumption of cement and cement high performance, industry and city waste utilization as well as cement preparation and applications, these research achievements effectively promote the cement materials science and technology development. 中图分类号 :tq172 文献标识码： a 文章编号：