水泥基复合材料的制备及应用研究

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;. 新型水泥基复合材料在军事工程中的应用研究

最近几场高技术局部战争都已表明，对弱小落后的国家来讲，提高军事工程防护等级及抗打击能力非常重要。随着精确制导武器、新型钻地弹等开始在高技术战争中大量使用，对防护工程的威胁和破坏越来越大。另外，从这几场战争可以看出，机场、桥梁及重要交通设施已成为战争初期受打击的对象。因此，迫切需要研制开发具有高防护等级及战时快速抢修能力的新材料。本文主要介绍高强超高强混凝土、MDF水泥材料、DSP水泥混凝土、RPC活性粉末混凝土、土聚水泥材料及磷酸盐水泥混凝土几种新型水泥基复合材料，并分析这些材料在军事防护工程和抢修抢建工程的应用前景。

一、防护工程用新型水泥基材料

(一)高强、超高强混凝土

随着高效减水剂及活性掺合料在混凝土工程中的应用，混凝土的强度等级得到了很大程度的提高。目前，配制IOOMPa以上的混凝土对我们来说已经不是一件难事。如80年代，军队××和地方××大学合作，在某基地成功进行了宽13m，高21m的防护大门施工，其抗压强度达到88．4MPa。又如，部队××学院与地方××大学合作研究的高抗爆水泥基复合材料不但具有高抗压强度，还具有很好的韧性和抗爆性。这些高强、超高强混凝土的开发使用大大提高了我军军事工程的防护等级。实现混凝土高强化的途径可见图l。

(二)无宏观缺陷水泥材料(MDF)

无宏观缺陷水泥材料(Macrodefect-free Cements，简称为MDF材料)，是1979年英国化学工业公司和牛津大学最早开始研究的。MDF的抗压强度高达300MPa，抗弯强度150MPa，抗拉强度可达140MPa，弹性模量达50GPa，这是传统的水泥胶凝材料无法比拟的。MDF的原材料中90％-99％是高标号的硅酸盐水泥或铝酸盐水泥，4％-7％的水溶性树脂，水灰比一般在0．20以下。由于低水灰比，要使各种组成材料均匀混合，必须采用强力式高效剪切搅拌机，成型时则采用热压工艺。

混杂纤维水泥基复合材料及其应用　

王成启　吴科如　（同济大学混凝土材料研究国家重点实验室　上海２０ｏ０９２）　

摘　要：对混杂纤维水泥基复合材料的特性、机理及应用进行了探讨　结果表明，混杂纤维是实现高性能水泥基复合　材料的有效途径。　关键词：混杂纤维　特性　机理　高性能水泥基复合材料　

ＨＹＢＲＩＤ　ＦＩＢＥＲ　ＣＥＭＥＮＴ．ＢＡＳＥＤ　ＣｏＭＰｏＳＩＴＥ　ＡＮＤ　ＩＴＳ　ＵＳＡＧＥ　

Ｗａｎｇ　Ｃｈｅｎｇｑｉ　Ｗｕ　Ｋｅｒｕ　（Ｓｔａｔｅ　Ｋ　Ｌａｂｏｒａｔｏ￣ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉ，Ｊｅｒｓｉｔｙ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｕｓａｇｅ　ｏｆ　ｈｙｂｒｉｄ　ｆｉｂｅｒ　ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ａｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｆｏｒ　ｍａｋｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄ　ｆｉｂｅｒ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　

早在１９１０年，美国Ｈ．Ｆ　Ｐｏｒｔｅｒ就发表了有关钢纤维增强　混凝土的研究报告。目前，钢纤维混凝土的理论与应用得到　了较大的发展。钢纤维混凝土是一种性能优良且应用广泛　的新型复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的发展，　从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提高，其　抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性也有极大的改善　但钢纤维混凝土有造价高、自重大等缺陷。因此，采用钢纤　维与其它有机合成纤维混杂是节省造价、减轻自重的一种途　径。　用单一纤维对水泥基材改性，可通过提高纤维掺量或增　加纤维直径、长度的方法来增加强度提高韧性。然而，这些　方法受一些因素的限制，如在纤维三维乱向分布增强水泥基　复合材料中，纤维掺量过大，就难以均匀分布于基体中，超过　一定量反而起不到增强、增韧的效果。提高纤维直径可以增　韧，但纤维直径长径比低于一定值后其增强效果下降，更何　况超细纤维的直径变化很小。纤维长度也不能过大，因为纤　维长度太长，不仅难以在混凝土中均匀分散，而且会在搅拌　过程中结团，影响纤维的发挥。同时当纤维长度大于其临界　长度时，纤维将产生拔断破坏，虽其强度作用得到充分发挥，　但增韧效果变差　。因此，单一纤维的增强、增韧作用是有　限的。采用高弹性模量纤维可明显提高混凝土的强度，而低　弹性模量、高延性大变形纤维掺入混凝土后可明显提高其韧　性，要同时提高混凝土的强度与韧性．用单一纤维难以实　现　：若在混凝土中同时掺人不同性能纤维混杂，能充分发　挥各种纤维性能，达到逐级阻裂与强化的功能　。因此，混　杂纤维是制备高性能水泥基复合材料的一种途径。　

纤维增强水泥基复合材料应用技术规程

一、前言

纤维增强水泥基复合材料是近年来发展起来的一种新型材料，其具有较好的机械性能、耐久性能和抗裂性能等优点，广泛应用于建筑、桥梁、隧道、地下工程等领域。为了规范纤维增强水泥基复合材料的应用，提高其应用效果和安全性，本文将从材料的选择、配合比的设计、施工工艺等方面进行详细阐述。

二、材料选择

1.水泥

水泥是纤维增强水泥基复合材料的基础材料，其品种应根据工程的具体要求选择。一般来说，普通硅酸盐水泥或硬磨石水泥都可以作为纤维增强水泥基复合材料的水泥基料。

2.纤维

纤维是纤维增强水泥基复合材料中的增强材料，其种类繁多，应根据工程要求和使用环境选择。常用的纤维有玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等。

3.骨料

骨料是纤维增强水泥基复合材料中的骨架材料，其品种也应根据工程要求选择。一般来说，常规的碎石、碎砖等都可以作为骨料，但要注意骨料的品质和粒径。

4.掺合料

掺合料是纤维增强水泥基复合材料中的辅助材料，其种类也很多。常用的掺合料有矿渣粉、石灰石粉、煤灰等。

三、配合比设计

1.水泥用量

水泥用量应根据工程要求和强度等级来确定。一般来说，水泥用量在400kg/m³左右比较合适。

2.纤维用量

纤维用量应根据工程要求和纤维种类来确定。在大多数情况下，纤维用量在1.5%~2.5%之间比较合适。

3.骨料用量

骨料用量应根据工程要求和骨料种类来确定。在大多数情况下，骨料用量在1000kg/m³左右比较合适。

4.掺合料用量

掺合料用量应根据工程要求和掺合料种类来确定。在大多数情况下，掺合料用量在20%~30%之间比较合适。

四、施工工艺

1.基层处理

在进行纤维增强水泥基复合材料的施工前，必须对基层进行处理。基层处理应包括清理、打磨、喷水等步骤，以保证基层的平整度和粗糙度。

2.混合料的配制

混合料的配制应在专门的搅拌机中进行，严格按照配合比进行配制。在配制过程中，应注意控制搅拌时间和搅拌速度，以确保混合料的均匀性和稳定性。

研究与探讨　广东建材２００７年第７期　

聚合物水泥基复合材料研究及进展　

李民强　（广州市市政工程水泥制品有限公司）　

摘　要：聚合物水泥基复合材料因其在抗压、抗折、耐化学腐蚀等方面的优异性能，受到了广泛研究　与关注。本文就聚合物改性水泥基复合材料的发展历程、性能以及增强机理做了系统的概括总结，并　在力学性能方面，将聚合物水泥材料与普通混凝土材料进行了对比。　

关键词：聚合物水泥基复合材料；无宏观缺陷水泥；超细粉末　

１前言　

１８４３年阿斯普丁（ｗ．Ａ．Ｓｐｅｄｉｎ）首次制备出波特兰　

水泥（Ｐｏｒｔｌａｎｄ　Ｃｅｍｅｎｔ）。从此，水泥混凝土作为用量最　

大的建筑材料，为世界文明史作出了无可取代的重大贡　

献。混凝土的发展也经历了以下四个阶段：①混凝土水　

胶比理论的提出。１９１８年，Ａｂｒａｍｓ首次提出了ｗ／ｃ比　

理论；４０年代，Ｔ．Ｃ．Ｐｏｗｅｒｓ提出了混凝土强度增长与胶　

空比的关系；②干硬性混凝土和预应力及预制混凝土的　

时期。１９３４年，Ａ．Ｍ发明了震动器；１９２８年，Ｅ．Ｆｒｅｙｓ—　

ｓｉｎｅ提出了混凝土收缩与徐变理论；￣＃ｂ２ｎ剂和流动　

性时代。１９３７年，亚硫酸盐纸浆废液改善混凝土和易　

性，提高强度和耐久性的专利，拉开了现在外加剂的序　

幕；④高强（Ｈｓｃ）和高性能（ＨＰＣ）混凝土时代。ＨＳＣ与ＨＰＣ　

最初是由美国国家标准与技术研究院（ＮＩＳＴ）提出的。就　

中国学者的观点而言，ＨＰＣ应该体现在：混凝土工程力　

学特性、新拌混凝土施工特性、使用寿命和节能制度（经　

济学特性）的综合能力上。　

经过１６０多年的应用与发展，混凝土材料的优缺点　

已经为世人所熟知。其优点为：较高的抗压强度，较强的　

适应性与经济性等。但是混凝土的缺点，如抗拉、抗折强　

度较低，抗裂能力小，脆性大，柔性低，单位体积自重大，　

干缩变形大，抗冻性及抗化学腐蚀能力不强等也限制了　

混凝土更广泛的应用。　

随着科学技术和各种工业的迅速发展，对于水泥混