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
第三章课后练习 一、填空题 1.生产水泥的三种原材料是：石灰质原料、粘土质原料与；水泥熟料的四大矿物成分是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和；硅酸盐水泥与水作用后，生成的五种主要水化产物是：、、水化硫铝酸钙、水化铁酸钙和。 2.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的代号分别是。 3.水泥熟料中矿物放热的排序从大到小：、、、。 4.引起硅酸盐水泥体积安定性不良的原因是。 5 活性混合材料的主要化学成分是和。 6、水泥石由、、和组成。 7、国家标准规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于，终凝时间不得迟于。 8、硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般为。 9、水泥安定性不良的主要原因是熟料中含有过量的、、。 10、水泥石的侵蚀用作有、、。 11、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥分为、、、、 、六个等级，其中等级强度中的R表示。 12、水泥出厂超过时，应对水泥进行复验，并按实测强度结果使用。 13、硅酸盐水泥的生产过程可概括为。 14、水泥在贮运过程中，会吸收空气中的和，逐渐出现现象，使水泥丧失，因此贮运时应注意。 二、选择题 1、为了降低水泥的水化热可以用的方法有（） A 、将水泥磨细 B 掺入粉煤灰 C 掺入矿渣 D 掺入缓凝剂 2、硅酸盐水泥腐蚀的基本原因是（） A 含过高的CaO B 水泥石中存在Ca(OH)2 C 、掺石膏过多D、水泥石本身不密实 3、可以用于制做抗渗混凝土的水泥有（）。 A、普通硅酸盐水泥 B、火山灰质硅酸盐水泥 C、矿渣硅酸盐水泥 D、硅酸盐水泥 4、下列材料中，属于非活性混合材料的是（）A石灰石粉B、矿渣C、火山灰D、粉煤灰 5、为了延缓水泥的凝结时间，在生产水泥时必须掺入适量的（） A、石灰 B、石膏 C、助磨剂 D、水玻璃 三、名词解释 1、细度 2、体积安定性 3、水泥的凝结和硬化 4、水泥的初凝时间和终凝时间 三、简答题 1、何谓水泥的混合材料？ 2、简述水泥运输储存的注意事项？
第二章气硬性胶凝材料 一、填空题 1.胶凝材料按照化学成分分为（有机胶凝材料）和（无机胶凝材料）两类。无机胶凝材料按照硬化条件不同分为（气硬性胶凝材料）和（水硬性胶凝材料）两类。 2.建筑石膏的化学成分是（β-2CaSO4.H2O），高强石膏的化学成分为（α-2CaSO4.H2O），生石膏的化学成分为（CaSO4.2H2O）。 3.建筑石膏按（细度）、（强度）、（凝结时间）分为（优等品）、（一等品）和（合格品）三个质量等级。 4.生石灰的熟化是指（CaO+H2O=Ca(OH)2）。熟化过程的特点：一是（体积剧烈膨胀），二是（放出大量热）。 5.生石灰按照煅烧程度不同可分为（欠火石灰）、（过火石灰）和（正火石灰）；按照MgO含量不同分为（钙质石灰）和（镁质石灰）。 6.石灰浆体的硬化过程，包含了（干燥）、（结晶）和（碳化）三个交错进行的过程。 7.石灰按成品加工方法不同分为（块状生石灰）、（生石灰粉）、（消石灰粉）、（石灰膏）、（石灰浆）五种。 8.建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉按照其主要活性指标（CaO+MgO）的含量划分为（优等品）、（一等品）和（合格品）三个质量等级。 9.水玻璃的特性是（粘结力强）、（耐酸性好）和（耐热性高）。 10.水玻璃的凝结硬化较慢，为了加速硬化，需要加入（氟硅酸钠）作为促硬剂，适宜掺量为（12％～15％）。 二、简述题 1.简述气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料的区别。 答：气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并保持、发展强度； 水硬性胶凝材料既能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。 2.建筑石膏与高强石膏的性能有何不同？ 答：建筑石膏晶体较细，调制成一定稠度的浆体时，需水量较大，因而强度较低； 高强石膏晶粒粗大，比表面积小，需水量少，硬化后密实度大，强度高。 3.建筑石膏的特性如何？用途如何？ 答：建筑石膏的特性：表观密度小、强度较低；凝结硬化快；孔隙率大、热导率小；凝固时体积微膨胀；吸湿性强、耐水性差；防火性好。 建筑石膏主要用于室抹灰及粉刷，制作石膏板等。 4.生石灰在熟化时为什么需要伏两周以上？为什么在伏时需在熟石灰表面保留一层
1、水泥混凝土路面的力学及工作特点 （1）水泥路面的力学特征 ①混凝土的强度及模量远大于基层和土基强度和模量； ②水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度； ③板块厚度相对于平面尺寸较小，板块在荷载作用下的挠度（竖向位移）很小； ④混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向的温度梯度，会产生翘曲现象，如受到约束，会在板内产生翘曲应力； ⑤荷载重复作用，温度梯度反复变化，混凝土板出现疲劳破坏。 （2）水泥混凝土路面的力学模式 ①弹性地基上的小挠度薄板模型； ②弹性地基：因为混凝土板下的基层与土基的应力应变很小，不超过材料的弹性区域； ③弹性板：因为板的模量高，应力承受能力强，一般受力不超过弹性比例极限应力，挠度与板厚相比很小。 ④水泥混凝土路面设计理论：弹性地基上的小挠度薄板理论。 （3）水泥混凝土路面的工作及设计特点 ①抗弯拉强度低于抗压强度，决定路面板厚度的强度设计指标是抗弯拉强度； ②车轮荷载作用主要的影响是疲劳效应； ③温度差造成板有内应力，出现翘曲变形及翘曲应力，也有疲劳特性； ④板的使用还受限于支承条件，不均匀支承及板底脱空对板内应力的分布影响极大。 2、水泥路面的主要破坏类型与设计标准 （1）水泥路面的主要破坏类型 ①断裂 ②唧泥 ③错台
④拱起 ⑤接缝挤碎 （2）水泥路面的荷载作用 重载作用 （3）水泥路面的设计标准 ①结构承载能力 控制板不出现断裂，要求荷载应力与温度应力的疲劳综合作用满足材料的设计抗拉强度，即： ； ②行驶舒适性 控制错台量，要求设置传力杆（基层及结构布置满足） ③稳定耐久性 控制唧泥与拱胀，要求基层水稳定性好，板与基层联结。 3、水泥路面结构设计的主要内容 （1）路面结构层组合设计； （2）混凝土路面板厚度设计；
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
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
第一部分中国水利水电出版社——第三章水利工程建筑材料第一节概述 建筑材料是指用于建造建筑物和构筑物的所有材料，是原材料、半成品和成品的总称。 水利工程中材料费占工程直接成本的60%～70%。根据材料在工程费用中所占的比重，分为主要材料和次要材料两大类。 （1）主要材料：水泥、钢材、木材、砂石料、矿物掺和料、外加剂、土工合成材料、灌浆材料、火工材料、油料、缝面止水材料、砌体、管材等。 （2）次要材料：电焊条、铁件、铁钉及其他次要材料。 第二节主要建筑材料 一、水泥 （一）水泥的主要技术性质 水泥能在空气中硬化和保持强度，还能在水中继续硬化，并长期保持和继续提高其强度，是水硬性胶凝材料。 1.密度与堆积表观密度 2.细度：指水泥颗粒的粗细程度；硅酸盐水泥细度采用透气式比表面积仪检验，要求其比表面积大于300m2/kg；其他五类水泥细度用筛析法检验，要求在80μm标准筛上筛余量不得超过10%。 筛析法有水筛、干筛和负压筛法，当三种方法结果有争议时，以负压筛为准。 3.标准稠度用水量：水泥净浆达到标准稠度时，所需的拌和水量（以占水泥质量的百分比表示）称为标准稠度用水量。 水泥磨得越细，其标准稠度用水量越大。 4.凝结时间：标准稠度的水泥净浆，自加水时起至水泥浆体塑性开始降低所需的时间称为初凝时间（不小于45min）；自加水时起至水泥浆体完全失去塑性所经历的时间称为终凝时间。 5.体积安定性：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生不均匀的体积变化，就会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，甚至失去强度，这即是安定性不良。 体积安定性用沸煮法（雷氏法）检验必须合格。测试方法可以用试饼法也可用雷氏法，有争议时以雷氏法为准。 6.强度：水泥强度测定按质量计1份水泥、3份ISO标准砂，用0.5水灰比拌制的一组40mm×40mm ×160mm塑性胶砂试件。 强度等级按3d和28d的抗压强度和抗折强度：42.5、42.5R、52.5，52.5R、62.5和62.5R六个等级，有代号R为早强型水泥。 7.水化热：水泥水化过程中放出的热量称为水泥的水化热（kJ/kg）。水泥水化热的大部分是在水化初期（7d前）释放出的，后期放热量逐渐减少。 通常强度等级高的水泥，水化热较大。 （二）水泥的分类 （1）化学组成：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、铁铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥、氟铝酸盐系水泥等。 （2）性能及用途： 通用水泥：硅酸盐水泥（P.I和P.Ⅱ）、普通硅酸盐水泥（P.O）、矿渣硅酸盐水泥（P.S）、火山灰质硅酸盐水泥（P.P）、粉煤灰硅酸盐水泥（P.F）和复合硅酸盐水泥（P.C）； 专用水泥：道路水泥、砌筑水泥和油井水泥等； 特种水泥：快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和膨胀水泥等。 （三）水泥的组成 1.硅酸盐水泥熟料：是水泥的主要组成部分，组成成分可分为化学成分和矿物成分两类。
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。
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/8a14508471.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
第三章复习题 一、选择题 1.为了消除________石灰的危害，应提前洗灰，使灰浆在灰坑中________两周以上。( ) A.过火，碳化 B.欠火，水化 C.过火，陈伏 D.欠火，陈伏 2.石膏在硬化过程中，体积产生( ) A.微小收缩 B.不收缩也不膨胀 C.微小膨胀 D.较大收缩 3.石灰的碳化反应式是( ) A. Ca(OH)2+CO 2=CaCO 3+H 2O B. CaO+H 2O=Ca(OH)2 C. Ca(OH)2+CO 2+nH 2O=CaCO 3+(n+1)H 2O D. CaCO 3=CaO+CO 2 4.石灰熟化过程中的“陈伏”是为了( ) A.有利于结晶 B.蒸发多余水分 C.消除过火石灰的危害 D.降低发热量 5.石灰在硬化过程中，体积产生( ) A.微小收缩 B.不收缩也不膨胀 C.微小膨胀 D.较大收缩 6.高强石膏的强度较高，这是因其调制浆体时的需水量( )。 A.大 B.小 C.适中 D.可大可少 7.( )浆体在凝结硬化过程中，其体积发生微小膨胀。 A.石灰 B.石膏 C.菱苦土 D.水玻璃 8.高强石膏的强度较高，这是因其调制浆体时的需水量( )。 A.大 B.小 C.中等 D.可大可小 9.熟石膏的分子式是( )。 A.CaSO 4·2H 2O B.CaSO 4 C.CaSO 4· 21H 2O D.CaO 10.生石膏的分子式是（ ）。 A. CaSO 4·2H 2O B. CaSO 4 C. CaSO 4·21H 2 D. CaO 11.石灰熟化过程中的“陈伏”是为了（ ）。 A.有利于结晶 B.蒸发多余水分 C.消除过火石灰的危害 D.降低发热量 12.水玻璃中常掺用的促硬剂为（ ） A.NaF B.Na 2SO 4 C.Na 2SiF 6 D.Na 2S 2O 3 13.以下哪种材料硬化后耐水性最差？（ ） A.灰土 B.石膏 C.三合土 D.水泥 14.下述材料在凝结硬化时体积发生微膨胀的是（ ） A.石灰 B.石膏 C.普通水泥 D.水玻璃 15.高强石膏的强度较高，这是因其调制浆体时的需水量( )。 A.大 B.小 C.适中 D.可大可小 16.为了充分发挥吸声材料的作用，应将吸声材料安装在室内( )上。 A.四周墙壁 B.天花板 C.最易接触声波和反射次数最多的表面
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/8a14508471.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
第三章水泥 加水拌合成塑性浆体，能胶结砂、石等适当材料，并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料，称作水泥。 按水泥的用途及性能，分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三类。在每一具体的水泥名称中，都必须注明所含的主要水硬性矿物、结合材料、用途和主要特性等有关内容。 第一节硅酸盐水泥 以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入占水泥成品质量0％～5％的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。不掺混合材料的，称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ；掺加混合材料的，称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。 一、硅酸盐水泥的主要矿物成分 硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分，如表3－1所示。 四种矿物成分，单独与水作用时，所表现的特性如下： （一）硅酸三钙 硅酸三钙是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物成分，遇水时水化反应速度快，水化热大，凝结硬化快，其水化产物表现为早期强度高。硅酸三钙是主要赋予硅酸盐水泥早期强度的矿物。 （二）硅酸二钙 硅酸二钙是硅酸盐水泥中的主要矿物，遇水时水化反应速度慢，水化热很低，其水化产物表现为早期强度低而后期强度增进较高。硅酸二钙是决定硅酸盐水泥后期强度的矿物。 （三）铝酸三钙 铝酸三钙遇水时水化反应极快，水化热很大，水化产物的强度很低。铝酸三钙主要影响硅酸盐水泥的凝结时间，同时也是水化热的主要来源。由于在煅烧过程中，铝酸三钙的熔融物是生成硅酸三钙的基因，故被列为“熔媒矿物”。 （四）铁铝酸四钙 铁铝酸四钙遇水时水化反应速度快，水化热低，水化产物的强度也很低。由于在煅烧熔融阶段有助于硅酸三钙的生成，同样属于“熔媒矿物”。 二、硅酸盐水泥的凝结和硬化 水泥加水拌合后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去塑性，这一过程称为初凝，开始具有强度时称为终凝，有初凝到终凝的过程为凝结。终凝后强度逐渐提高，并变成坚固的石状物体――水泥，这一过程为硬化。 水泥的凝结硬化过程大致可分成如下三个阶段： （一）溶解期 水泥与水调和后，其几种主要矿物即发生化学反应，生成水化物。某些水化物之间还会再次发生反应，形成新的水化物。 四种矿物的水化反应及主要水化物如下： 硅酸三钙水化反应较快，生成水化硅酸钙及氢氧化钙： 2(3Ca O·SiO2)+6H2O=3Ca O·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2
建筑材料练习题2-----------第二章水泥 一、是非题(在正确的题后括号内打“＋”，不正确的打“－”) 1、硅酸盐水泥中C 2S的早期强度低，后期强度高，而C 3S正好相反。() 2、硅酸盐水泥中含有CaO、MgO和过多的石膏都会造成水泥的体积安定性不良。() 3、用沸煮法可以全面检验硅酸盐水泥的体积安定性是否良好。() 4、硅酸盐水泥的细度越细越好。() 5、抗渗性要求高的混凝土工程，不能选用矿渣硅酸盐水泥。() 二、选择题(选择正确的答案填在括号内) 1、在硅酸盐水泥中掺入适量的石膏，其目的是对水泥起()作用。 a、促凝 b、缓疑 c、提高产量 2、引起硅酸盐水泥体积安定性不良的原因之一是水泥熟料()含量过多。 a、CaO b、游离CaO c、Ca(OH) 2 3、硅酸盐水泥水化时，放热量最大且放热速度最快的是()矿物。 a、C 3S b、C 3A c、C 2S d、C 4AF 4、硅酸盐水泥熟料中，()矿物含量最多。 a、C 4AF b、C 2S c、C 3A d、C 3S 5、用沸煮法检验水泥体积安定性，只能检查出()的影响。 a、游离CaO b、游离MgO c、石膏 6、大体积混凝土应选用()。 a、硅酸盐水泥 b、矿渣水泥 c、普通水泥 7、对干燥环境中的工程，应优先选用()。 a、火山灰水泥 b、矿渣水泥 c、普通水泥 8、对硅酸盐水泥强度贡献最大的矿物是() a、C 3A b、C 3S c、C 4AF d、C 2S 三、填充题 1、硅酸盐水泥的主要水化产物是（）、（）、（）、和（）。 2、生产硅酸盐水泥时，必须掺入适量的石膏，其目的是（），当石膏掺量过多时会导致（）。 3、引起硅酸盐水泥体积安定性不良的是（）、（）和（）。 4、引起硅酸盐水泥腐蚀的内因是（）和（）。 5、矿渣水泥与硅酸盐水泥相比，其早期强度（），后期强度（），水化热（），抗蚀性（），抗冻性（）。 6、矿渣水泥比硅酸盐水泥的抗蚀性（），其原因是矿渣水泥水化产物中含量少。 7、活性混合材料中均含有（）和（）成分。它们能和水泥水化产生的（）作用，生成（）和（）。