无宏观缺陷水泥复合材料研究进展
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用作者：吴东真来源：《科学与财富》2015年第11期摘要：超高韧性水泥基复合材料因为其本身具备着重量轻、韧性好、强度高、裂缝控制性好的优势得到了广泛的应用，已经成为各类工程项目中采用最多的施工材料之一，但是它并非是完美无缺的，它本身存在着收缩大、材料成本高的缺陷限制了其在我国大体量工程中的推广和使用。
为此，在这里我们有必要对其研究进展和应用情况进行分析。
关键词：水泥；超高韧性水泥基复合材料；混凝土；耐久性；裂缝自从十九世纪二十年代水泥问世至今，水泥混凝土施工技术的应用越来越受到人们的重视，由其引发的混凝土施工技术也深受着人们的重视。
近年来，水泥混凝土已成为建筑领域施工的主要材料之一，是我国建筑产业中使用最广、应用最成功的结构材料。
当前，就我国的建筑工程施工分析，其中有七成以上都是由混凝土结构构成的，且每年都有大量的混凝土结构涌现而出，为建筑事业发展增添色彩。
超高韧性水泥基复合材料便是基于这种时代背景下产生的一种新技术，它的应用已成为整个工程领域中最受关注的一部分。
1 超高韧性水泥基复合材料概念水泥复合材料是现代化社会发展中主要的建筑原材料之一，是基于可持续发展思想观念下形成的一套施工新技术，它的应用本身具备着高强化、高性能、高耐久性的重大优势，同时也是整个水泥混凝土发展的主导性方向。
在目前的工程施工建设中，传统的水泥基复合材料也就是水泥混凝土材料的应用日趋广泛，它已成为最为典型的脆性材料，是实现建筑结构高耐久性、改善建筑结构脆性、提高建筑结构韧性必须要重视的问题，而材料复合化则是解决这一问题的最终手段。
1.1 混凝土性能混凝土结构本身具备着抗拉强度低、韧性差、容易开裂且难以控制的缺陷，因此在传统的工程施工建设中，尤其是以钢筋混凝土结构为主的工程，裂缝问题的出现比比皆是，由此引发的工程施工事故时有发生，给工程建设带来严重的影响，也给人们生活和工作带来了不必要的威胁。
水泥基复合材料的研究与发展
• 现代建筑家们经常发现距今几百上千年的一些古代庙宇 和神殿是由黏土、石灰等无机基料中加入淀粉、动物胶 等天然聚合物而建成。
纤维增强水泥基复合材 料
碳纤维增强水泥基材料
碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化而成 的纤维状碳化物。是一种高强度、高弹性模量的 材料，目前主要有两大系列： （1）一种是以聚丙烯晴为主要原料的碳纤维， 称 聚丙烯晴基碳纤维； （2）另一种是以沥青为主要原料的碳纤维，称 沥 青基碳纤维。
碳纤维水泥基材料的特点： 碳纤维不仅有很高的抗拉强度和弹性模量，而且与大 多数物质不起化学反应，因此碳纤维增强水泥基材料 具有高抗拉性、高抗弯性、高抗断裂性、高抗蚀性等 优异性能。 同时，由于其热膨胀系数小，熔点高，纤维表面具有 类似石棉纤维的“纤化结构”，因此碳纤维增强水泥 基 材料具有较好的耐热性和较小的温度形变。
对于早期的水泥基材料来说，由于纤维的 存在，阻碍了集料的离析和分层，保证了 混凝土早期均匀的泌水性，从而阻止沉降 裂纹的产生。
3.纤维的分 类
用于水泥基复合材料的纤维种类繁多，按其材料 可分为： 金属材料：如不锈钢纤维和低碳钢纤维； 无机纤维：如石棉纤维、玻璃纤维、硼纤维、碳纤维 合成纤维：如尼龙纤维、聚酯纤维、聚丙烯等纤维； 植物纤维：如竹纤维、麻纤维等。
• （2）使用专门制造的低碱度水泥
• 例如中国建筑材料科学研究院开发的硫铝酸盐型低碱 度水泥(由无水硫铝酸钙、石灰石、无水石膏组成)， 日本秩父水泥公司开发的CGC水泥(由无水硫铝酸钙、 C2S含量高的波特兰水泥、矿渣与石膏组成)。根据国 内外的经验，为降低GRC制品的干缩率，应使灰砂比 控制在1：1-1：1.5之间。
聚合物改性水泥基材料的研究进展_衡艳阳
第33卷第2期硅酸盐通报Vol．33No．22014年2月BULLETIN OF THE CHINESE CEＲAMIC SOCIETY February ，2014聚合物改性水泥基材料的研究进展衡艳阳1，赵文杰2（1．南阳理工学院基建处，南阳473004；2．长春工业大学化学工程学院，长春130012）摘要：普通混凝土与水泥砂浆具有许多优点，但其抗渗性差，在腐蚀性介质的作用下其使用寿命缩短。
加入聚合物是解决这一问题的一种有效途径，并且聚合物能够显著改善水泥材料的性能。
论文介绍了用于改性水泥砂浆和水泥混凝土的聚合物的种类，探讨了聚合物水泥基材料的改性机理，介绍了聚合物水泥基材料的应用及存在的问题，并据此对聚合物水泥基材料的研究进行了展望。
关键词：聚合物改性水泥基材料；性能；改性机理；研究进展中图分类号：TQ174文献标识码：A 文章编号：1001-1625（2014）02-0365-07Ｒesearch Development of Polymer Modified Cement Based MaterialsHENG Yan-yang 1，ZHAO Wen-jie 2（1．Infrastructure Construction Department of Nanyang Institute of Technology ，Nanyang 473004，China ；2．Institute of Chemical Engineering ，Changchun University of Technology ，Changchun 130012，China ）作者简介：衡艳阳（1969-），女，硕士，讲师．主要从事建筑材料方面的研究．通讯作者：赵文杰．E-mail ：zhaowenjie@mail．ccut．edu．cn Abstract ：The common concrete and cement mortar have many advantages ，but their poor permeabilityresistances ，under the action of corrosive medium ，the service life was shorten．Joining the polymer is aneffective way to solve this problem．Furthermore ，polymer can significantly improve the performance ofthe cement-based materials．The kinds of polymer are introduced in modified cement mortar andconcrete．The modified mechanism and application of polymer cement based materials are discussed．Theproblems and future applications of polymer cement based materials are pointed out．Key words ：polymer modified cement based material ；property ；modified mechanism ；researchdevelopment 1引言普通混凝土与水泥砂浆由于具有原料丰富、价格低廉、抗压强度高、生产工艺简单、用途广泛、适应性强等众多优点，以使其成为世界范围内应用最广、用量最大的一种建筑材料。
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用发布时间：2021-06-22T09:25:20.017Z 来源：《基层建设》2021年第8期作者：王燕[导读] 摘要：超高韧性水泥基复合材料是以水泥作为基本粘结料，加上小粒径细骨料作为基体，再加入体积掺量左右的聚乙烯醇纤维作增强材料配制而成的新型建筑材料。
身份证号码：37250119750103XXXX 聊城市三优装饰工程有限公司山东聊城 252000 摘要：超高韧性水泥基复合材料是以水泥作为基本粘结料，加上小粒径细骨料作为基体，再加入体积掺量左右的聚乙烯醇纤维作增强材料配制而成的新型建筑材料。
这种材料的特点不同于以前的纤维增强材料，依靠通过增加大体积含量的维来获得高性能，而是基于材料微观结构设计的一种具有超高韧性的新型复合料，这种材料在荷载作用下具有明显的应变硬化特征，在直接拉伸作用下可产生多条细微裂缝，稳定的拉应变能够达到左右。
鉴于此，本文主要分析探讨了超高韧性水泥基复合材料构件受剪性能试验方面的内容，以供参阅。
关键词：超高韧性水泥；基复合材料；构件；受剪性能 1 超高韧性水泥基复合材料配制及力学性能试验在混凝土中掺入纤维是提高材料钢性及耐久性等性能的有效途径，一般的纤维混凝土是通过添加长的连续纤维来提髙材料性能，形成高性能纤维混凝土，这种材料的缺陷在于虽然能够有效地提高靭性，但是当构件开裂后，添加的纤维材料一般会被拉断或失去粘结力从基体中脱落，承载能力随之下降，而且一般添加的纤维体积含量较大。
超高韧性水泥基复合材料是通过微观物理力学设计，使得基体朝度、界面粘结和纤维特性三者达到最优组合，当构件开裂后，纤维能够发挥桥联作用，继续承受荷载，并伴随裂缝开展逐渐从基体中拔出，在此过程中荷载反而有所提高，大量新的微裂缝不断产生，材料经历应变硬化阶段，通过自身的不断变形来实现延性破坏；产生的裂缝也没有太大的破坏性，而是没有危害的微裂缝，整个加载过程也是损伤累计的过程，最终使得材料具有较高的初性和断裂能。
复合材料的最新研究进展
复合材料的最新研究进展季益萍1, 杨云辉21天津工业大学先进纺织复合材料天津市重点实验室2天津工业大学计算机技术与自动化学院, （300160）thymeping@摘要：本文主要介绍了当前复合材料的最新发展情况，主要集中在复合材料的增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面。
希望能抛砖引玉，激发研究人员更有价值的创意。
关键词：复合材料，最新进展1. 引言人类社会正面临着诸多的问题和需求，如矿物能源、资源的枯竭、环境问题、信息技术以及生活质量等，这推动了复合材料的发展，也促进了各种高新技术的发展。
但目前人们已不仅仅局限于新材料的创造、发现和应用上，科学研究已进入一个各种材料综合使用的新阶段，即向着按预定的性能或功能设计新材料的方向发展。
并且，在复合材料性能取得飞速发展的同时，其应用领域不断拓宽，性能持续优化，加工工艺不断改善，成本不断降低。
复合材料的独特之处在于其可提供单一材料难以拥有的性能，其最大的优势是赋予材料可剪切性，从而优化设计每个特定技术要求的产品，最大限度地保证产品的可靠性、减轻重量和降低成本。
近年以来，复合材料在加工领域中取得了一系列重要的进展，由于计算机辅助设计工具的介入和先进加工技术的开发，使复合材料的市场竞争力有了很大的提高，应用领域不断扩大，除用于结构复合材料外，还大量的进入了功能材料市场。
我们观察到，复合材料的发展趋势是[1]：（1）进一步提高结构型先进复合材料的性能；（2）深入了解和控制复合材料的界面问题；（3）建立健全复合材料的复合材料力学；（4）复合材料结构设计的智能化；（5）加强功能复合材料的研究。
近年来，复合材料在增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面研究较多，并且不断有新的市场应用，能够代表复合材料的最新发展方向。
2. 增强纤维环保化[2]目前，增强纤维的发展趋势主要是强度、模量和断裂伸长的提高。
但随着全球环保意识的风行，复合材料产品也逐渐受到环保方面要求的压力，尤其欧洲地区已有相关规定，热固性复材产品由于无法回收再利用而不易销往欧洲。
超高韧性水泥基复合材料试验研究
超高韧性水泥基复合材料试验研究摘要：本文主要研究了超高韧性水泥基复合材料的试验制备及其性能表征。
通过优化材料选择和工艺流程，成功制备出具有优异韧性的水泥基复合材料。
本文的研究成果对于推动水泥基复合材料的发展具有一定的理论和实践意义。
关键词：超高韧性，水泥基复合材料，材料选择，工艺流程，性能测试。
引言：水泥基复合材料是一种由水泥、增强体和外加剂等组成的新型复合材料。
由于其具有高强度、高韧性、抗腐蚀、耐久性强等特点，被广泛应用于桥梁、道路、建筑等领域。
随着科学技术的发展，人们对水泥基复合材料的要求越来越高，尤其是对其韧性的要求。
因此，开展超高韧性水泥基复合材料的试验研究具有重要的现实意义。
材料选择：在本次研究中，我们选择了高强度水泥、纤维增强体、减水剂等为主要原材料。
其中，高强度水泥提供了优异的强度和耐久性；纤维增强体（如钢纤维、聚丙烯纤维等）可以有效地提高材料的韧性；减水剂则有助于改善材料的可加工性和力学性能。
工艺流程：制备超高韧性水泥基复合材料的工艺流程如下：首先将原材料按照一定比例混合均匀，然后加入适量的水进行搅拌，最后在压力机中压制成型并养护。
其中，搅拌时间的控制、压力机的压制压力和养护条件的设定等因素都会对材料的性能产生影响。
性能测试：为了表征超高韧性水泥基复合材料的性能，我们对其进行了抗压强度、抗折强度、韧性等指标的测试。
测试结果表明，该材料具有优异的力学性能，其抗压强度和抗折强度均高于普通水泥基复合材料，同时，其韧性也得到了显著提高。
通过本次试验研究，我们成功地制备出了具有优异韧性的超高韧性水泥基复合材料。
通过对材料选择和工艺流程的优化，实现了对该材料的力学性能的有效提升。
本文还对制备过程中的影响因素进行了分析，为进一步优化制备工艺提供了理论依据。
然而，本研究仍存在一定的局限性。
例如，对于材料韧性的提高机制以及制备工艺与材料性能之间的内在尚需深入探讨。
未来研究方向可以包括：进一步优化纤维增强体的分散和拌合工艺，探究不同纤维对材料韧性的影响机制，以及开展针对不同应用场景的超高韧性水泥基复合材料的优化设计和制备技术研究。
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用摘要：超高韧性水泥基复合材料因具有突出性能优势，在工程领域展现中良好应用前景，本文从材料基本性能、设计原理、组分构成三个方面分析已有研究进展，并探究材料在工程中的具体应用，以便确定材料的下一步研究方向。
关键词：超高韧性水泥基复合材料；研究进展；工程应用引言：超高韧性水泥基复合材料（ECC）基于细观力学理念、断裂力学原理进行设计，对材料纤维、基体、纤维基体界面均进行调整，复合材料硬化后将出现明显的准应变硬化特征，从而使拉应变能力超过普通混凝土的100~300倍。
近年来，随着研究的深入，从不同角度对材料性能进行了优化，使材料优势更为突出。
为不断提高材料性能，通过综合论述相关研究进展、工程应用现状，能够更全面了解材料性能以及应用上的不足，确定未来研究方向。
1 ECC材料的研究进展1.1.基本性能研究目前研究中发现ECC材料具有以下性能优势：（1）受压特性，由于材料中不含粗骨料，较之传统混凝土其弹性模量下降，水灰比有了明显优化，从而使应变能力超过传统混凝土的0.5%；（2）抗弯能力，随着弯曲荷载作用加大，ECC 材料展现出具有弯曲-硬化特性、微小多裂缝特性、超高弯曲韧性等性能，主要与材料中掺杂的碳纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维等相关，且使用过程中，任何浇筑方式均对材料抗弯性能无影响；（3）抗剪性能，在相同条件下进行测试，采用ECC材料制作无配筋小梁与传统混凝土制作小梁并进行抗剪强度相比，差距为40%，而且梁的跨中极限挠度也超出传统混凝土梁的50%，由此可以看出，ECC材料在荷载作用下，可逐渐产生裂缝，但裂缝呈密集、微小状分布，从而不会导致刚度突然下降，与传统混凝土出现的典型性脆性破坏特征有着本质的区别，从而使材料具有更强大的剪切变形能力与抗剪承载能力；（4）抗疲劳性能，ECC材料的疲劳寿命超过200万次循环，且抗疲劳荷载也显著超出传统混凝土，从而决定疲劳荷载下也能够有效进行裂缝控制，有实验中使ECC板经过10万次循环，发现其裂缝宽度变化幅度仅在50μm内，而普通混凝土板经过10万次循环后，最大裂缝宽度超过600μm[1]。
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用
１超高韧性水泥基复合材 料概念 水泥复合材料是现代化社会发展中主要的建 筑原材 料之 一， 是基于可 持续发展思想观念 下形 成的一套施工新技术 ，它的应本身具备 着高强 化、 高性能、 高耐久性 的重大优势， 同时也是整个水泥混凝 土发展 的主导性 方向。在 目前的工程施工建设中， 传统的水泥 基复合材料 也就是水泥混凝 土材料的应用 日趋广泛 ， 它 已成为最为典 型的脆 性材料 ， 是实现建 筑结构 高耐久性、 改善建筑结构脆性 、 提高建筑结构韧性 必须要重视 的问题 ， 而材
科 学 论 坛
科学与财 富
超高韧性水泥基复合材料研 究进展及其工程应用
吴 东 真
（ 润 建 通 信 股份 有 限公 司 ） 摘 要： 超 高 韧 性 水 泥 基 复 合材 料 因为 其 本 身 具 备 着重 量 轻 、 韧性好、 强度高、 裂 缝 控 制 性 好 的 优 势 得 到 了ｒ 泛的应用， 已经 成 为各 类 工 程 项 ｝ １ 巾 采
因： 两 者的压应变能力均 大于混凝土 （ 约为 ０ ． ２ ％一 ０ ． ３ ％） ， 都在 ０ ． ５ ％左 右 ，
Ｐ Ｖ Ａ— Ｅ Ｃ Ｃ试件在经过峰值荷载后，承载 能力以相 对混凝 土缓慢 得多的速 率持续下降， 而Ｐ Ｅ— Ｅ Ｃ Ｃ试件在到达峰值荷载后 承载能力首先以很快的速 率下降至峰值 的 ５ ０ ％左右， 而后下降的速度与前者相近。
裂缝 以” 自相似” 模式稳 态开裂模式） 扩展 ， 在 裂缝扩展过程中， 裂缝尖端的 应 力场和变形场保持 不变 ， 直至裂缝贯通整个截面； 当第 条裂缝 出现后 ， 对应试件的承载能力经 历瞬 间下降后马 卜 恢复， 裂缝宽度很快稳定在 ‘ 个 很细 的水平 上（ 和 第一条裂缝的宽度大体相 同） ， 如此重复 多次 ， 试件 最 终 呈现大体均 匀分布 的多条细密裂缝 ， 每条裂缝的宽度大体接近 ， 此时裂
水泥基功能复合材料研究进展及应用
水泥基功能复合材料研究进展及应用近年来，随着科技的发展和人们对建筑材料性能的不断追求，水泥基功能复合材料作为一种新型材料，受到了越来越多的关注和研究。
本文将从功能复合材料的概念入手，逐步深入探讨水泥基功能复合材料的研究进展及其在建筑领域的应用，希望能为读者带来全面、深入的理解。
1. 功能复合材料的概念功能复合材料，顾名思义，是指具有多种功能的复合材料。
它不仅具有传统材料的结构性能，还拥有其他特殊的功能，如导电、隔热、防护等。
水泥基功能复合材料即是将水泥作为基础材料，通过添加各种纤维、填料、外加剂等，赋予水泥材料更多的功能和性能。
2. 水泥基功能复合材料的研究进展随着人们对建筑材料性能要求的不断提高，水泥基功能复合材料的研究也日益深入。
目前，国内外学者在该领域开展了大量的研究工作，涉及材料的种类、性能测试、生产工艺等方面。
有学者提出了以碳纳米管为填料的水泥基复合材料，具有良好的导电性能和增强效果；还有学者利用纳米材料改性水泥基材料，使其具有了自修复的功能；光伏材料、相变材料等也被引入水泥基材料中，使其具备了光伏发电、节能保温等功能。
3. 水泥基功能复合材料在建筑领域的应用水泥基功能复合材料以其独特的功能和性能，在建筑领域有着广泛的应用前景。
它可以用于加固和修复混凝土结构，提高建筑物的抗震性能和使用寿命；它还可以应用于新型建筑材料中，如绿色建筑、节能建筑等，满足人们对建筑材料多功能化的需求；在特殊环境下的建筑，如海洋工程、高温地区建筑等，水泥基功能复合材料也具有独特的应用优势。
4. 个人观点和理解在我看来，水泥基功能复合材料的研究和应用前景十分广阔。
通过不断改进材料的配方和生产工艺，我们可以为建筑行业带来更多创新的解决方案，如更安全、更耐用、更节能的建筑材料。
我也认为在推动研究的我们需要对水泥基功能复合材料的成本、环保等方面进行深入思考，努力实现材料的可持续发展。
总结回顾通过本文的介绍，我们对水泥基功能复合材料有了全面的了解。
水泥基复合材料的性能研究与改善措施
水泥基复合材料的性能研究与改善措施水泥基复合材料是一种通过在水泥基体中添加一定数量的复合材料来改善水泥基材料的性能的新型材料。
它具有较高的强度、较好的耐久性以及抗裂性能等优点，被广泛应用在建筑、交通、能源等领域。
然而，在实际使用中，水泥基复合材料存在一些问题和不足之处，如强度不稳定、耐久性差等。
本文将对水泥基复合材料的性能进行研究，并提出改善措施。
首先，我们需要研究水泥基复合材料的力学性能。
强度是评价材料性能的重要指标之一。
通过增加复合材料的添加量、改变水泥基体的配比，并进行适当的加工处理，可以提高水泥基复合材料的强度，增强其抗压、抗弯和抗拉能力。
同时，应注意控制添加材料的粒径和配比，以确保其与水泥基体的相互作用，提高复合材料在水泥基体中的分散性和相容性。
其次，耐久性是水泥基复合材料性能改进的关键。
水泥基材料在不同环境条件下具有不同的耐久性。
例如，干燥环境下，水泥基材料容易产生裂缝，而潮湿环境下，容易产生腐蚀。
因此，在设计水泥基复合材料时，应考虑不同的使用环境，并采取相应的改善措施。
例如，可以添加一定量的防水剂、抗裂剂等，以提高水泥基材料的防护性能和抗裂性能。
同时，通过加强材料与水泥基体的结合，提高界面粘结性能，减少因水分进入材料内部引起的腐蚀现象。
此外，应注重水泥基复合材料的可持续性。
水泥基材料的生产和使用对环境造成了一定的影响，如会产生大量的二氧化碳排放。
因此，在研究水泥基复合材料的性能改进措施时，应考虑生态、经济和社会效益的平衡。
例如，可以通过采用替代性材料或添加剂来降低对水泥的需求量，减少二氧化碳排放。
此外，还可以加强材料的可回收利用性，延长材料的使用寿命。
最后，需要关注水泥基复合材料的施工性能。
施工性能直接影响材料的工艺处理和施工效率。
良好的施工性能可以提高材料的适用性和广泛应用性。
因此，在设计水泥基复合材料时，应选用适合的工艺处理方法，简化施工流程，并进行充分的施工试验和实践操作，以确保材料的施工性能达到要求。
水泥基复合材料的研究进展
水泥基复合材料的研究进展摘要水泥基复合材料是指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与其他各种无机、金属、有机材料组合而得到的具有新性能的材料。
水泥基复合材料按照增强体的不同可分为一下几类：混凝土、纤维增强水泥基复合材料、聚合物水泥基复合材料等。
本论文就水泥基复合材料中的混凝土、纤维增强水泥基复合材料、聚合物水泥基复合材料、其他水泥基复合材料作出了论述。
简要的介绍了国内外水泥基复合材料的研究进展。
关键字混凝土纤维增强水泥基聚合物水泥基1、混凝土1.1 混凝土的三个阶段混凝土的发展主要有三个阶段：第一个阶段是钢筋混凝土的出现，确立了混凝土在土木工程中的地位。
第二个阶段是1982年法国发明了预应力钢筋混凝土。
第三次是近二十年来，聚合物复合混凝土以及混凝土外加剂的出现，使混凝土的应用技术又前进了一大步。
1.2高强混凝土混凝土的种类日渐增多，它们的性能和应用也各不相同。
我们一般使用混凝土，是按其强度、使用环境进行选择。
常规结构的混凝土28d强度一般在20~30Mpa之间，称为普通混凝土。
自20世纪80年代以来，在高层建筑及桥梁领域中，常用的强度达90Mpa、100 Mpa、110 Mpa等高强度的混凝土，称为“高强混凝土”。
1.3高性能混凝土强度高出普通情况的混凝土称为“高强混凝土”（high-strengthconcrete,HSC），在实际的应用中由强度转换到了其他方面的的性质，如高弹性模量、高密度、低渗水性、能抵抗某些形式的侵蚀等，这样就用上了“高性能混凝土”（high-performance concrete,HPC）这样一个更为广泛的名词。
高性能混凝土不仅要具备较高的强度，而且应具备高密实行和高体积稳定性。
这些取决于胶结材料与集料之比和该两相材料各自的质量。
通常情况下还需要一定量的外加剂，如减水剂、缓凝剂、速凝剂等。
配置高性能混凝土的要点如下：（1）需掺入与所用水泥具有相容性的外加剂，以降低水灰比，改善工作性能；（2）需掺入一定量掺合料，提高强度，并可降低成本：（3）选用合适的集料，特别是粗集料，优化配合比。
浅谈高性能水泥基复合材料研究现状
Cement production 水泥生产11浅谈高性能水泥基复合材料研究现状王静赵贵南张云龙（吉林建筑大学交通科学与工程学院, 长春 130118）中图分类号：TQ172 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2018）08-0011-01摘要：经过单掺、双掺或者三掺矿物掺合料等掺入技术，制备出高性能水泥基复合材料。
又通过复掺纤维技术，制备出高性能多功能水泥基复合材料。
本文主要从以上两个因素对研究现状做了总结，并得到了重要结论，为以后研究高性能水泥基复合材料提供了理论基础和指导方向。
关键词：水泥基复合材料；矿物掺合料；纤维0 前言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。
国内外研究学者通过大量试验研究得出，影响高性能水泥基复合材料强度和工作性能的因素较多。
本文主要从以下两个方面对现有研究及存在的问题进行讨论和总结。
1 研究现状1.1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。
王洪等[1]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。
Song H W等[2]指出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。
陈剑雄等[3]提出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。
崔崇等[4]认为超细高含硅质矿粉增强了集料与胶结料界面的粘结力。
刘建忠等[5]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。
水泥及地聚物疏水复合材料的研究现状及分析
水泥及地聚物疏水复合材料的研究现状及分析目录一、内容描述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状概述 (4)二、水泥基疏水复合材料的研究进展 (5)1. 基本概念与制备方法 (6)2. 疏水性能的改善策略 (8)3. 功能性拓展与应用领域 (9)三、地聚物疏水复合材料的研究进展 (10)1. 地聚物的定义与特性 (12)2. 疏水化改性方法 (13)3. 复合材料的结构与性能优化 (14)四、水泥-地聚物疏水复合材料的性能评价 (15)1. 形成机理探讨 (17)2. 力学性能测试与分析 (18)3. 耐久性与耐候性评估 (19)五、存在的问题与挑战 (20)1. 制备工艺的局限性 (21)2. 材料组合与性能协调问题 (22)3. 成本控制与经济效益考量 (24)六、发展趋势与展望 (25)1. 新型疏水剂的开发与应用 (26)2. 多功能化与智能化设计 (27)3. 环保与可持续性发展 (28)七、结论 (29)1. 研究成果总结 (30)2. 对未来研究的建议与启示 (31)一、内容描述随着建筑行业的发展，水泥及地聚物疏水复合材料作为一种新型建筑材料，逐渐受到业界的关注。
本文将对水泥及地聚物疏水复合材料的研究现状进行分析，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
水泥是一种广泛使用的建筑材料，但其表面光滑，导致水分无法迅速排出，从而影响建筑物的使用性能。
地聚物疏水复合材料通过引入特殊的疏水剂和纳米颗粒，使水泥表面具有较好的抗水性能，从而提高建筑物的使用寿命和使用性能。
研究水泥及地聚物疏水复合材料的制备方法、性能及其在建筑领域的应用具有重要的理论和实际意义。
国内外学者对水泥及地聚物疏水复合材料的研究取得了一定的成果。
主要研究方向包括，这些研究成果为水泥及地聚物疏水复合材料的性能优化和应用提供了理论依据和技术支撑。
尽管目前水泥及地聚物疏水复合材料的研究取得了一定的进展，但仍存在一些问题亟待解决。
经济环保型工程水泥基复合材料力学性能研究进展
第42卷第10期2023年10月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.10October,2023经济环保型工程水泥基复合材料力学性能研究进展李㊀曈1,任庆新2,王庆贺1(1.沈阳建筑大学土木工程学院,沈阳㊀110168;2.佛山科学技术学院交通与土木建筑学院,佛山㊀528225)摘要:基于微观力学理论设计的工程水泥基复合材料(ECC)具有应变硬化行为和多重开裂特性,其极限拉伸应变是纤维增强混凝土的500倍,具有优异的裂缝控制能力,可显著提高混凝土结构的力学性能和耐久性能㊂然而,有限的原材料产地和高昂的生产成本限制了ECC 的广泛应用㊂基于此,本文回顾了ECC 的相关文献,论述了利用本地原材料甚至是再生废弃材料制备出满足性能要求ECC 的可行性,讨论了胶凝材料㊁骨料和纤维材料对ECC 力学性能的影响规律以及作用机理㊂此外,探讨了ECC 的研究方向,以期为日后的研究提供参考㊂关键词:工程水泥基复合材料;再生废弃材料;胶凝材料;骨料;纤维;力学性能中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)10-3421-11Research Progress on Mechanical Properties of Economic and Environment-Friendly Engineered Cementitious CompositesLI Tong 1,REN Qingxin 2,WANG Qinghe 1(1.School of Civil Engineering,Shenyang Jianzhu University,Shenyang 110168,China;2.School of Transportation,Civil Engineering &Architecture,Foshan University,Foshan 528225,China)Abstract :Engineered cementitious composites (ECC)designed based on micromechanics theory have strain-hardening behavior and multiple cracking characteristics.The ultimate tensile strain of ECC is 500times that of fiber-reinforced concrete.ECC have excellent crack control ability,and can significantly improve the mechanical properties and durability of concrete structures.However,the limited raw material origin and high production cost limit the broad application of ECC.Based on this,this paper reviews the relevant literature on ECC,discusses the feasibility of using local raw materials or even recycled waste to prepare ECC that meets the performance requirements,and discusses the influences of cementitious materials,aggregates and fiber materials on the mechanical properties of ECC and the relative mechanism.In addition,the research direction of ECC is discussed to provide a reference for future research.Key words :engineered cementitious composites;recycled waste;cementitious material;aggregate;fiber;mechanical property㊀收稿日期:2023-06-07;修订日期:2023-07-25基金项目:国家自然科学基金(51808351);沈阳市科学技术计划项目(21-108-9-34)作者简介:李㊀曈(1994 ),男,博士研究生㊂主要从事高性能混凝土的研究㊂E-mail:940423472@通信作者:任庆新,博士,教授㊂E-mail:renqingxin@ 0㊀引㊀言由水泥㊁粗细骨料㊁水和外加剂拌和而成的混凝土已经成为应用最为广泛的建筑材料㊂然而,随着人类社会飞速发展,普通混凝土(normal concrete,NC)由于存在抗拉强度低和脆性大等劣势[1-3]已经无法满足建筑设施日益增长的性能需求[4]㊂为解决这一问题,高性能混凝土(high-performance concrete,HPC)和超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)逐渐发展起来,HPC /UHPC 凭借自身超高的强度与优异的耐久性能已逐渐代替NC 应用于工程建筑之中[5]㊂然而,更高的强度也带来了更大的脆性[6],从抗震的角度出发,应用脆性大的建筑材料不利于结构安全,为了降低建筑结构的整体脆性,高韧性的工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)孕育而出,因其优异的延展性能㊁独特的应变硬化行为和多重开3422㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷裂特性,已经逐渐引起人们的关注㊂ECC 是从20世纪90年代初开始发展起来的一种基于微观力学理论设计的纤维增强复合材料[7],具有优异的延展性能,材料极限拉伸应变可达到2%~5%,是NC 或纤维增强混凝土(fiber-reinforced concrete,FRC)的500倍[8],且不同于FRC,ECC 在首次开裂后依然可以保持承载能力,不会出现应力软化[9]㊂此外,ECC 具有优异的裂缝控制能力,当材料拉伸应变超过1%时,裂缝宽度仅为60μm [10-12],展示出了优异的耐久性能[13-16]㊂为了实现这些优势性能,通常使用聚乙烯醇纤维(polyvinyl alcohol fiber,PVA)作为增强材料,微硅砂(micro-silica sand,MSS)作为骨料以制备ECC㊂然而,PVA 价格昂贵,MSS 产地有限且长距离运输增加了碳排放和生产成本,这些因素限制了ECC 的广泛使用㊂因此,为了促进ECC 可持续生产和应用,使用易获得的本地材料甚至是再生废弃材料以制备ECC 已逐渐成为研究热点㊂本文回顾了现阶段利用本地原材料或是再生废弃材料制备ECC 的研究成果,从胶凝材料㊁骨料㊁增强纤维材料角度讨论了ECC 的力学性能,探究了作用机理,以期为ECC 的发展应用提供参考㊂1㊀ECC 力学性能ECC 是一种特殊纤维(通常体积掺量为2%)增强复合材料,能够提高建筑物的弹性和耐久性能[8,17]㊂根据配合比不同,其抗压强度在40~210MPa,与FRC 相当[18-22]㊂然而,其延展性能可达到FRC 的500倍㊂此外,由于优异的裂缝控制能力[10-12](见图1),即使在开裂状态下ECC 仍然能够保持一定的耐久性能,且具有自修复能力[23]㊂图1㊀ECC 典型拉伸应力应变曲线以及裂缝发展模式和裂缝形态[10]Fig.1㊀Typical tensile stress-strain curves and crack width development,crack pattern of ECC [10]2㊀胶凝材料对ECC 力学性能的影响从FRC 发展而来的ECC 的独特性能是通过优化胶凝基质与纤维材料间的黏结性能实现的,因此胶凝材料的选择是ECC 破坏模式由脆性破坏转化为韧性破坏的关键[17]㊂通常,ECC 水胶比在0.24以上,胶凝材料由普通硅酸盐水泥(ordinary Portland cement,OPC)和粉煤灰(fly ash,FA)组成㊂为了满足强度要求的同时获得优异的延展性,FA 与OPC 质量比在1.2~8.0㊂ECC 强度与胶凝材料中OPC 所占比例呈正相关,但高掺量OPC 会对ECC 的拉伸变形能力产生不利影响[24-26]㊂当OPC 被水化活性较低的FA 所取代时,胶凝基质与纤维之间黏结力下降,使纤维破坏模式发生了改变,更多纤维材料由断裂破坏转变成了拔出破坏,这赋予了ECC 更大的延展性能[27]㊂不同掺量FA 对ECC 力学性能的影响如表1所示㊂OPC 作为世界上使用最多的建筑材料,每年生产OPC 造成的CO 2排放量占全球人为CO 2排放量的5%以上[28],每生产1t OPC 会排放约0.9t CO 2,这给环境带来了极大的负担㊂因此,人们急切寻找补充胶凝材料(supplementary cementitious materials,SCMs)作为OPC 的部分替代品㊂偏高岭土和细石灰石粉已经被证第10期李㊀曈等:经济环保型工程水泥基复合材料力学性能研究进展3423㊀实是优异的SCMs,尤其是当两种材料共同使用时所形成的石灰石煅烧黏土水泥(limestone calcined clay cement,LC3),其可以使基体更加密实[29-32]㊂Zhang等[30]使用质量分数为30%的偏高岭土+15%的石灰石+ 55%的OPC组成新型LC3以配制ECC,并对其性能进行了试验测试,结果表明,LC3-ECC极限拉伸应变可达6%以上,试件平均裂缝宽度小于50μm,LC3的掺入改变了ECC孔隙结构,降低了基体内部大孔(radius, R>100nm)的体积分数,但LC3粒度小,需水量大,不可避免地造成了ECC的高水灰比㊂因此,LC3-ECC在各养护期龄的抗压强度均低于OPC-ECC㊂表1㊀不同掺量FA对ECC力学性能的影响Table1㊀Effect of FA with different content on mechanical properties of ECCReference FA/OPCmass ratio Compressivestrength/MPaFirst crackingstrength/MPaUltimate tensilestrength/MPaTensile straincapacity/%3.527.70( ) 2.40( ) 3.52( )0.42( ) [24] 5.024.00(ˌ13.36%) 2.26(ˌ5.83%) 3.51(ˌ0.28%)0.61(ʏ45.24%)8.018.10(ˌ34.66%) 1.86(ˌ22.50%) 3.29(ˌ6.53%)0.73(ʏ73.81%)0.1 4.64( ) 5.48( )0.37( )0.2 4.58(ˌ1.29%) 5.60(ʏ2.19%)0.66(ʏ78.38%)[25]0.8 3.95(ˌ14.87%) 4.72(ˌ13.87%) 1.11(ʏ200.00%)1.0 4.42(ˌ4.74%) 5.56(ʏ1.46%) 1.98(ʏ435.14%)1.2 4.11(ˌ11.42%) 4.86(ˌ11.31%)2.49(ʏ572.97%)1.5 3.69(ˌ20.47%) 4.47(ˌ18.43%)2.69(ʏ627.03%)1.252.60( ) 2.70( )1.647.50(ˌ9.70%) 3.70(ʏ37.04%)2.034.20(ˌ34.98%)3.00(ʏ11.11%)[26] 2.438.40(ˌ27.00%) 2.90(ʏ7.41%)2.835.20(ˌ33.08%) 3.00(ʏ11.11%)3.226.70(ˌ49.24%) 2.70(0%)3.623.90(ˌ54.56%) 2.50(ˌ7.41%)5.621.40(ˌ59.32%) 3.30(ʏ22.22%)㊀㊀Note: ʏ represents increase in percent, ˌ represents decrease in percent.考虑环境和经济因素,使用其他材料甚至是废弃材料代替OPC或者FA生产ECC已经成为研究热点㊂矿渣微粉(ground granulated blast furnace slag,GGBFS)作为SCMs,可提高NC的工作性能㊁长期强度和耐久性能,已广泛应用于NC和HPC生产过程中[33-35]㊂Chen等[35]研究发现,使用活性更高的GGBFS代替FA改善了胶凝材料的二次水化反应,提高了ECC的承载能力,但也增强了胶凝基质与纤维间的黏结力,对其延展性能产生了不利影响㊂同样,利用拆除过程中的再生细粉末(recycled fine powder,RFP)作为SCMs的可行性已被证实[28]㊂目前,已有研究人员使用地质聚合物完全替代OPC开发出了一种特殊绿色ECC 工程地质聚合物复合材料(engineered geopolymer composites,EGC)[36-42],这种地质聚合物的性能差异取决于所用碱性材料和激发材料的种类和配合比[38],两者间的反应会产生一种活性化合物,其黏结特性类似于硅酸钙凝胶[39]㊂此外,已有研究[41-42]表明,与OPC相比,粉煤灰基地质聚合物的生产能耗减少了约60%,CO2排放量减少了约80%㊂3㊀骨料对ECC力学性能的影响基于微观力学理论设计的ECC通常不包含粗骨料,为了减少胶凝材料用量并提高基体体积稳定性,增加胶凝基质与纤维间黏结能力[43],提高复合材料拉伸变形能力[44],保证应变硬化行为和多重开裂特性的发生,经常使用平均粒径为110μm㊁最大粒径约为250μm的MSS作为生产ECC的原材料[44-45]㊂但是,MSS产地有限,长距离运输增加了材料使用成本和CO2排放量,另一方面,随着MSS需求增加,自然可用的原材料也终会消耗殆尽,可能会面临资源短缺等问题㊂此外,微小粒径的MSS骨料会对ECC收缩变形和弹性模量产生负面影响[46-48],这些因素限制了ECC的广泛应用㊂然而,使用粒径尺寸较大的骨料会影响纤维材料分3424㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷散均匀性,降低胶凝基质与纤维间黏结力[47,49]㊂因此,选用合适的骨料是能否成功制备出满足性能要求ECC 的关键㊂骨料颗粒特征可以通过三个独立属性来描述:表面纹理㊁形态和棱角,这些特征对ECC 性能发挥有很大影响[50]㊂此外,骨料的密度㊁化学成分和粒径分布也是决定材料性能的关键因素[51]㊂因此选择更加经济㊁环保,且易获得的骨料以替代MSS 生产ECC 已成为了研究热点㊂Adesina 等[52]使用橡胶颗粒(crumb rubber,CR)替代MSS 以制备ECC,结果表明使用全CR 骨料制备ECC 是可行的,CR 的掺入虽然降低了ECC 的抗压㊁抗拉和抗弯强度,但仍然满足结构应用的强度要求㊂ECC 强度降低可能与CR 骨料自身刚度较低以及CR 骨料和胶凝基质间的弱界面有关㊂此外,掺入CR 会增加基体内部孔隙率,这也对强度产生了不利影响㊂河砂(river sand,RS)已被证实是制备ECC 的一种经济型骨料[53-54],能够有效降低ECC 自收缩,但掺入河砂会导致沿胶凝基质与骨料间界面处产生微裂缝(见图2),这对ECC 强度产生了不利影响㊂图2㊀河砂与基质间的微裂缝[54]Fig.2㊀Microcracks between river sand and matrix [54]李祚等[55]使用沙漠砂(desert sand,DS)作为骨料,通过调整砂与胶凝材料的比例,配制出了抗压强度达42MPa㊁拉伸强度为5.1MPa㊁极限拉伸应变为1.99%的ECC㊂Subedi 等[56]以不同掺量的甘蔗灰(sugarcane bagasse ash,SCBA)替代MSS 以制备ECC㊂研究发现,掺入SCBA 后,由于SCBA 骨料多为不规则颗粒,这增加了基体内部的含气量,降低了ECC 的工作性能㊂此外,抗压强度也降低了10.30%㊂然而,相比于MSS 骨料,SCBA 含有火山灰活成分,致使胶凝基质与纤维间黏结力更强,从而提高了ECC 的拉伸强度㊂回收拆除建筑废料以再次利用来生产建筑原材料,例如再生粗细骨料,已被全球建筑企业广泛采用,是一种保护环境,缓解自然资源需求的有效途径㊂Zhou 等[57]使用再生细骨料(recycled fine aggregate,RFA),通过调节RFA 粒径范围,研发出了密度为1733kg /m 3㊁抗压强度为79.79MPa㊁拉伸强度为5.96MPa 和具有4.22%极限拉伸应变的高性能绿色轻质水泥基复合材料(high performance green lightweight engineered cementitious composites,HPGLW-ECC)㊂Adesina 等[58]通过试验验证了使用再生沥青(recycled asphalt,RAS)作为MSS 的替代品以制备ECC 是可行的㊂RAS 的掺入虽然在一定程度上降低了ECC 强度相关的性能,但仍能满足承重结构构件的要求,考虑到经济因素,RAS 可在体积分数50%至100%的范围内代替MSS 以生产ECC㊂Adesina 等[59]以不同掺量的再生玻璃(recycled glass,GL)为骨料以替代MSS 生产ECC㊂研究发现,掺入GL 提高了ECC 的压缩㊁拉伸和弯曲性能,仅使用GL 作为骨料生产ECC,在养护28d 之后,其抗压强度㊁拉伸强度㊁弯曲强度和极限拉伸应变分别为53.60㊁4.40㊁1.85MPa 和3.31%,相比于MSS-ECC 分别提高了9.5%㊁47.2%㊁45.4%和20.8%㊂此外,从经济性㊁环保性的角度出发,GL 也是MSS 的绝佳替代品㊂Huang 等[60]以更加经济㊁环保的铁矿石尾矿(iron ore tailings,IOTs)作为MSS 的替代骨料,通过调整IOTs 粒径范围,生产出了具有与MSS-ECC 抗压与拉伸性能相当的ECC㊂研究表明:骨料粒径决定了纤维在基体中的分布情况(见图3),骨料粒径大于纤维间距可能导致纤维结团,从而削弱了ECC 的拉伸性能;当IOTs 粒径小于425μm 时,纤维在基体内部分散得更加均匀,验证了以工业废料IOTs 为骨料生产高延性绿第10期李㊀曈等:经济环保型工程水泥基复合材料力学性能研究进展3425㊀色ECC 是可行的㊂图3㊀骨料粒径对纤维分布情况的影响[60]Fig.3㊀Influence of aggregate size on fiber dispersion [60]Turk 等[61]使用石灰石粉(limestone powder,LSP)为原料制备ECC,分别使用质量分数为0%㊁25%㊁50%㊁75%和100%的LSP 替代MSS,以研究LSP 含量对ECC 性能的影响㊂结果表明,LSP 含量增加,提高了铝酸盐的生成速率,对水泥浆体早期水化反应有积极影响[62],使得基体内部更加密实,进而提高了3和28d 龄期ECC 的抗压强度㊁弯曲强度和断裂韧性㊂元成方等[63]使用再生砖粉(recycled brick powder,RBP)制备出了抗压强度为33.70MPa㊁拉伸强度为2.17MPa㊁极限拉伸应变为3.30%的ECC㊂此外,研究发现,相比于传统骨料,一方面,RBP 具有相对较大的孔隙率与比表面积,这增加了ECC 的内部孔隙;另一方面,RBP 的高吸水性影响了胶凝材料的水化反应,致使掺入RBP 一定程度上降低了ECC 的力学性能㊂随着绿色再生水泥基复合材料概念的推广,人们对水泥基复合材料的研究不再是仅追求高性能,而是向高性能㊁高经济性㊁高环保效益的方向发展,使用废弃材料生产水泥基复合材料已逐步成为研究热点㊂但需要注意的是,一些具有环保效益的废弃材料在收集和前期处理过程中需要使用复杂的工艺和设备[64-66],这造成一些能源和资源浪费,增加了生产成本,环保效益也大打折扣,如何更加科学㊁高效地处理这些废弃骨料,使其达到使用要求,是当前研究热点㊂表2汇总了100%取代率下各骨料ECC 的相关力学性能参数,并与对照组MSS-ECC 进行了对比㊂表2㊀不同骨料种类对ECC 力学性能的影响Table 2㊀Effects of different aggregate types on mechanical properties of ECCType of fine aggregate Compressive strength /MPa Ultimate tensile strength /MPa Tensile strain capacity /%Reference Crumb rubber (CR)30.90(ˌ31.70%) 1.70(ˌ70.50%) 6.21(ʏ110.20%)[52]River sand (RS)131.00(ˌ0.10%)12.10(ˌ14.46%)10.98(ʏ25.77%)[53]Desert sand (DS)42.00( ) 5.10( ) 1.99( )[55]Sugarcane bagasse ash (SCBA)30.10(ˌ10.30%)4.10(ʏ8.60%) 4.28(ʏ311.00%)[56]Recycled fine aggregate (RFA)79.79( )5.96( ) 4.22( )[57]Recycled asphalt (RAS)34.20(ˌ20.60%) [58]Recycled glass (GL)53.60(ʏ9.50%)4.40(ʏ47.16%) 3.31(ʏ20.80%)[59]Iron ore tailings (IOTs)5.80(ʏ7.40%)2.90(ˌ9.40%)[60]Limestone powder (LSP)67.27(ʏ8.00%) [61]Recycled brick powder (RBP)33.70(ˌ8.90%) 2.17(ˌ35.22%) 3.30(ˌ54.93%)[63]㊀㊀Note: ʏ represents increase in percent, ˌ represents decrease in percent.4㊀纤维材料对ECC 力学性能的影响在水泥基复合材料中加入纤维材料能够有效抑制裂缝扩展,提高复合材料的综合性能㊂这种性能的改善程度取决于掺入纤维材料的物理性能,如长细比㊁抗拉强度㊁伸长率㊁弹性模量和表面粗糙程度,此外,与使用掺量也有关系㊂如果过量使用,可能导致基体孔隙率和收缩率增加,强度下降[67]㊂3426㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷目前,通常使用价格昂贵的PVA 作为ECC 的增强材料,以保证其优势性能的发挥㊂使用PVA 时,需在纤维表面涂油以削弱胶凝基质与纤维间的黏结力[68-69],防止纤维发生断裂破坏,从而保证ECC 优异的延展性能㊂但这也增加了生产成本,限制了ECC 在实际工程中的应用㊂因此,在保证满足建筑结构性能需求前提下,寻找其他种类的纤维材料以代替PVA 生产ECC 十分重要㊂聚乙烯纤维(polyethylene fiber,PE)生产工艺简单,抗拉强度高,且具有良好的耐化学性能,其在土木工程领域应用已久[42]㊂近年来,为降低ECC 生产成本以达到推广使用的目的,采用疏水性PE 替代价格昂贵的PVA 生产ECC 已逐渐被人们所接受[5,42,70-76]㊂20世纪90年代,PE 首次作为增强材料被掺入ECC 中[5]㊂目前,已有研究人员[74-76]使用PE 生产出了抗拉强度达到10MPa 且抗压强度超过100MPa 的高强ECC [72]㊂此外,PE-ECC 已大量应用于实际工程中㊂玄武岩石料经过高温熔融而制成的玄武岩纤维(basalt fiber,BF)被认为是一种高性能绿色无机纤维材料㊂由于良好的力学性能㊁优异的耐高温和耐腐蚀性能,且具有回收再利用的潜力,BF 已经引起了人们的关注[24,77-79]㊂BF 作为一种混凝土增强材料,有着与NC 相近的密度和相似的化学成分,因此,与其他种类的纤维增强材料相比,表现出了更好的分散性与相容性㊂已有研究表明,BF 可以提高NC 强度[77]㊁耐久性能[78]和抗冲击性能[79]㊂因此,使用BF 作为增强材料制备ECC 具有良好的应用前景㊂Xu 等[24]使用BF 成功制备出了BF-ECC,在单轴拉伸荷载作用下表现出了应变硬化行为和多重开裂特征,且纤维掺量对BF-ECC 抗压强度没有明显影响,然而,掺入较高体积分数的BF 有利于提高BF-ECC 拉伸强度和极限拉伸应变㊂聚丙烯纤维(polypropylene fiber,PP)也被证实是可以用来生产ECC 的纤维材料之一[30,80-82],相比于表面涂油的PVA,PP 生产工艺更简单,原材料更容易获得,且价格更便宜[80],虽然PP-ECC 的韧性与延展性能稍弱于PVA-ECC,但其也表现出了应变硬化行为和多重开裂特征[81]㊂Song 等[82]用PP 以代替PVA 作为增强材料制备出了抗压强度为67.87MPa㊁抗拉强度为10.18MPa 以及抗弯强度为11.7MPa 的ECC,并采用响应面法(response surface method,RSM)确定PP 的最佳体积掺量为2.4%㊂ECC 的裂缝控制能力直接反映了其耐久性能,图4比较了PVA-ECC㊁PE-ECC㊁BF-ECC 和PP-ECC 在单轴拉伸作用后的平均裂缝宽度和平均裂缝间距[24]㊂可以看出:BF-ECC 具有最小的平均裂缝宽度,PE-ECC 和PP-ECC 的平均裂缝宽度均大于PVA-ECC;PE-ECC㊁BF-ECC 和PP-ECC 的裂缝相比于PVA-ECC 更加紧密㊂因此,PE㊁BF 和PP 均具有代替PVA 制备ECC 的应用潜力㊂除了传统的商业纤维外,已有研究[83-85]表明,使用价格更低㊁产量更加丰富,且生产过程更加环保的天然纤维(natural fiber,NF)可以制备出满足工程需要的ECC㊂此外,随着回收资源再利用技术的发展,利用一些再生纤维(recycled fiber,RF)替代传统纤维作为复合材料的增强材料已被证明是可行的[86]㊂Ehrenbring 等[86]使用再生聚酯纤维(recycled polyester fiber,POL)制备出了力学性能优于PVA-ECC 的复合材料㊂图4㊀PVA-ECC㊁PE-ECC㊁BF-ECC 和PP-ECC 试件破坏模式的比较[24]Fig.4㊀Comparison on crack pattern of PVA-ECC,PE-ECC,BF-ECC and PP-ECC [24]㊀第10期李㊀曈等:经济环保型工程水泥基复合材料力学性能研究进展3427 5㊀结语与展望本文从胶凝材料㊁骨料和纤维材料的角度出发,回顾了近些年来众多学者利用不同原材料制备ECC的可行性研究,可以得出如下结论:1)根据配合比不同,ECC抗压强度在40~210MPa,延展性能可达到FRC的500倍以上㊂此外,ECC具有优异的裂缝控制能力,当材料拉伸应变超过1%时,裂缝宽度仅为60μm,即使在开裂状态下依然能保持一定的耐久性能,且具有自修复能力㊂2)通常ECC的水胶比在0.24以上,胶凝材料由OPC和FA组成,两者质量比在1.2~8.0,ECC强度与胶凝材料中OPC所占比例呈正相关,但高掺量的OPC会对拉伸应变能力产生不利影响;从经济性与环保效益的角度出发,使用一些如偏高岭土㊁石灰石粉末㊁矿渣微粉和再生混凝土细粉末等SCMs作为OPC的部分替代品,甚至使用地质聚合物完全替代OPC,所制备出的ECC表现出了令人满意的性能㊂3)骨料的物理性能,如表面纹理㊁形态㊁棱角㊁粒径分布和化学组成等,这些因素决定了ECC基体的孔隙结构㊁胶凝基质与纤维材料间的黏结性能,是影响ECC力学性能的关键㊂为了降低生产成本,促进ECC广泛应用,已有研究人员使用如橡胶颗粒㊁河砂㊁再生沥青等材料代替MSS制备出了满足性能要求的ECC㊂4)纤维的物理性能㊁使用掺量决定了其在基体中的分布状况,直接影响了胶凝基质与纤维间的黏结性能㊂通常使用PVA作为增强材料以制备ECC,但已有研究人员使用其他种类纤维,甚至是再生纤维制备出了与PVA-ECC力学性能相当的复合材料㊂考虑到未来ECC发展以及实际工程需求,对日后ECC研究提出以下展望:1)由于ECC性能的敏感性,成功制备出满足工作性能要求㊁具有应变硬化行为和多重开裂特性的复合材料绝非易事,这对原材料质量提出了更高的要求,在考虑经济因素,使用当地材料或再生废弃材料生产ECC过程中,如何采用更加环保的方式处理骨料中的夹杂物,以消除其对ECC力学性能造成的负面影响是十分重要的㊂2)虽然使用一些废弃材料制备ECC已在试验阶段初有成效,在保证性能发挥同时,又体现了经济性㊂但不同产地㊁不同生产处理方式所得到的材料,其物理性能与化学组成往往存在较大差异㊂因此,在选择材料时,要结合工程实际需求,综合考虑生产成本和当地原材料特性㊂参考文献[1]㊀甘㊀磊,吴㊀健,沈振中,等.硫酸盐和干湿循环作用下玄武岩纤维混凝土劣化规律[J].土木工程学报,2021,54(11):37-46.GAN 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无宏观缺陷水泥复合材料研究进展
无宏观缺陷水泥复合材料研究进展孙小耀;刘方;吴其胜【摘要】无宏观缺陷(MDF)水泥复合材料作为一种新型的材料,是高强水泥发展的一个重要分支.对MDF水泥复合材料的特性、加工工艺及湿敏性产生的原因进行全面的介绍,论述了近些年国内外克服MDF水泥湿敏性的措施.对MDF水泥发展前景进行展望,并指出了目前存在的问题.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2011(038)011【总页数】5页(P22-25,37)【关键词】MDF水泥;加工工艺;湿敏性【作者】孙小耀;刘方;吴其胜【作者单位】常州大学材料科学与工程学院,江苏常州213164;盐城工学院材料科学与工程学院,江苏盐城224033;盐城工学院材料科学与工程学院,江苏盐城224033【正文语种】中文【中图分类】TQ172.7无宏观缺陷水泥也称MDF水泥，是由于材料结构中缺少大的孔隙（>200 μm）而得名[1]。
它是在20世纪80年代初研制成功的新型材料，是通过在水硬性水泥中加入水溶性聚合物，少量水和甘油，经高效剪切搅拌后，在一个较低的温度和压力下成型而获得的一种复合材料。
由于加工过程中的高速剪切搅拌，MDF水泥和普通水泥相比避免了空气的残存和不充分的混合所产生的相对大的空隙和缺陷，这也使得MDF水泥和普通水泥相比具有独特的性质[2]。
如MDF水泥的弯曲强度达150~200 MPa，而普通水泥的弯曲强度一般为5~10 MPa；此外MDF水泥还具有低的加工温度，较高的韧性和较好的介电性质。
然而自从MDF水泥材料发明至今近30年来，它的商业化比例却非常有限。
这主要是因为当其应用于水或潮湿的环境时性能将受到严重破坏[1]。
改善MDF水泥的湿敏性将为其大规模应用提供可能性。
目前国内外越来越多的学者开始关注MDF水泥材料湿敏性的改性。
1 MDF水泥的湿敏性为了更好地理解MDF水泥复合材料的湿敏性，清晰认识其微观结构非常必要。
Popoola O O等[3-4]研究发现，MDF复合水泥的微观结构是由未反应的水泥颗粒、包裹单个水泥颗粒的界面相和本体聚合物组成。
无宏观缺陷（MDF）水泥中的微裂纹
无宏观缺陷（MDF）水泥中的微裂纹
尚成嘉;职任涛
【期刊名称】《北京科技大学学报》
【年(卷),期】1989(011)006
【总页数】5页(P584-588)
【作者】尚成嘉;职任涛
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TQ172
【相关文献】
1.无宏观缺陷水泥基粉煤灰复合材料综述 [J], 陈美祝
2.无宏观缺陷水泥基复合材料的性能、应用与湿敏性 [J], 李北星;张文生
3.无宏观缺陷水泥复合材料研究进展 [J], 孙小耀;刘方;吴其胜
4.8YSZ双层热障涂层缺陷演变与微裂纹水浸超声宏观检测 [J], 王林; 丁坤英; 林小娉; 李泽; 郑润国; 杨连威
5.正电子湮没技术用于新型硫铝酸盐基无宏观缺陷水泥的研究 [J], 黄从运;袁润章;龙世宗
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碳纤维水泥基复合材料研究进展
碳纤维水泥基复合材料研究进展摘要：水泥混凝土材料以其抗压强度高、施工方便等优点在人类建筑史上发挥了重要作用，但由于其功能单一、脆性大、自重大、抗拉强度和抗弯强度低等缺点，在特殊领域中的用途受到了很大限制。
碳纤维具有高弹性、高模量、比重小、耐腐蚀、对人畜无害等优异性能被视为许多材料的优良增强体。
将其加入到水泥基体中，制成碳纤维增强水泥基复合材料(cFILc)，不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷，使其具有高强度、高模量、高韧性，更重要的是把普通的水泥建筑材料变成了具有自感知内部温度、应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的功能材料。
本文介绍了碳纤维水泥基复合材料的制备方法、力电性能、应用及其尺寸效应的最新研究进展，展望了其在功能材料方面的研究应用前景。
关键词：碳纤维；水泥基；复合材料性能Abstract：Cement-based concrete has played all important role in the history of human architecture due to its advantages such ashigh compression strength and easy working．However，its shortcomings such as single function．brittleness，heavy weight，lowtensile strength and low flexural strength have limited its use in many special fields．In the experiment，carbon fibers were addedinto cement matrix，resulting not only in improved mechanical properties ofcement，i．e．higher strength,modulus and toughness，but more importantly，in the conversion ofthis common building material into a functional material which is capable of self-sensingthe internal temperature，stress and damage as well as has EMI shielding properties．Key words：carbon fiber=cement matrix；composite material；properties20世纪60年代以来，碳纤维作为新一代复合材料的补强纤维，以其高强度比、高模量比、密度、低x光吸收率、抗腐蚀、耐烧蚀、抗疲劳、耐热冲击、导电导热性能好、传热系数小、膨胀系数小和自润滑等优异性能而在航天、航空、航海、建筑、轻工等领域中获得了广泛的应用。
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聚合物浸渍法是指加热脱去材料中的水，甚至改变材料 ２３ 偶联 剂改性 ＿ 过和磷、 铝、 碳、 铁原子的配位作用， 以确保聚合物能够键接到
无宏观缺陷水 泥也 称Ｍ Ｆ Ｄ 水泥， 于材料结构中 是由 缺少
大的孔隙（ ０ ／ ） ＞ ０ｚ 而得名『 它是在２ 世纪 ８ 年代初研制 ２ ｍ １ ］ 。 ０ ０ 成功的新型材料， 是通过在水硬性水泥中加入水溶性聚合物，
１ Ｍ Ｆ水泥 的湿敏性 Ｄ
为了更 好地理解Ｍ Ｆ Ｄ 水泥复合材 料的 湿敏性， 认识 清晰
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无宏颜缺陷水泥复合材料砷穷进展
孙 小耀 ， 方 吴其胜 刘 ，
（． １常州大学 材料科学与工程学 院， 江苏 常州 ２盐城工学院 材料科学与工程学 院， ． 江苏 盐城 ２ ３６ ； １ １４ ２４３） ２ ０ ３
摘要 ： 无宏观缺陷 （ Ｄ ） Ｍ Ｆ水泥 复合材料作 为～种 新型的材料 ， 是高强水泥发展 的一个重要分支 。对 Ｍ Ｆ Ｄ 水泥 复合 材料的特
江苏省生态环境材料重点建设实验室资助项目
（ ＸＫＹ２ ０ ｏ ） ０１ ０ ９
收稿 日 ：０ １ ０ — ５ 期 ２ １－ ３ ２
作者简介 ： 小耀， １ ８ 孙 男，９ ３年生 ， 河南驻马店人， 硕士。地址 ： 江苏省 盐城市迎 宾大道 ９号， — ａｌｓｎ ｉ ｙ ｏ３ ＠１６ｃｍ。 Ｅ ｍ ｉ ｕ ｘａ ａ４ ４ ２ ．ｏ ： ｏ
比例却非常有限。 这主要是因为当其应用于水或潮湿的环境 积减缩， 导致了表面多孔并逐渐向内部发展， 而且新形成的水
时性能将受到严重破坏ｌ 改善 Ｍ Ｆ ｌ 】 。 Ｄ 水泥的湿敏性将为其大 化 产物作为有害杂质会在已 建立的 ， 水泥 聚合物界面偏聚， 导 规模应用提供可能性。目前国内外越来越多的学者开始关注 致界面削弱。 随着水的渗入与水化反应的交替进行， 扩散至界 Ｍ Ｆ水泥材料湿敏性的改性。 Ｄ
Ｒｅ ｅ ｔ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｎ Ｍ ＤＦ ｃ ｍｅ ｔ ｂ ｓ ｄ ｃ ｍ ｐ ｓｔ ｃ ｎ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｉ ｅ ｎ ａ ｅ ｏ ｏ ｉｅ
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（ ．ｃ ｏ ｌ ｆ Ｍａｅ ａｓ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ， ａ ｇ ｈ ｕ Ｕｎｉｅｓｔ Ｃｈ ｎ ｚ ｏ ３１ ４，ｉｎ ｓ Ｃｈｎ ； １Ｓ ｈ ｏ ｏ ｔｒ ｌ ｃｅ ｃ ｎ ｇｎ ｅ ｇ Ｃｈ ｎ ｚ ｏ ｖ ｒｉ ｉ ｉ ｙ， ａ ｇ ｈ ｕ ２１ ６ Ｊａ ｇ ｕ， ｉａ
性、 加工工艺及湿 敏性产生 的原因进行全面的介绍 ， 论述 了近些年国内外 克服 ＭＤ Ｆ水泥湿敏性 的措施 。 ＭＤ 对 Ｆ水泥发展前景进行 展望 ， 并指 出了目前存在 的问题 。
关键词 ： Ｆ ＭＤ 水泥｛ 加工工艺； 湿敏性 中图分类号 ：Ｑ１２ Ｔ ７． ７ 文献标识码： Ａ 文章编 号：０ １７ ２ ２ １） ０２ －４ １０ － ０ Ｘ（０ ｌ－ ０ ２ ０ １ １
面的水分还可能引起界面相溶解 。
２ Ｄ 水泥湿敏性改性措施 Ｍ Ｆ
基金项 目： 苏省经济与信息委员会科研 资助项 目 江 （ 苏经贸环资［ ０ ］ ３ ２ ９ ４ 号） ０ ３
正 如我们目 理 前已 解的， 任何散粒材料与 聚合物所构成 的复 合材料的水敏性大体上都依赖于以下３ 方面脚（ 聚合 ：１ ） 物的水 稳定 （ 散 性； ） 粒材料的水稳定性； ） 物一 ２ （ 聚合 散粒材 ３ 料界面的 耐水性与水 传递。自 Ｄ 水泥 从Ｍ Ｆ 产品 诞生 至今， 围
绕ＭＦ Ｄ 水泥湿敏性改性的 ห้องสมุดไป่ตู้索从未停止。目 前国内外克服
ＭＦ Ｄ 水泥湿敏性的措施主 要有以 下几类。
・ ２・ ２
新型建筑材料
２１１ ０１１ ．
孙 小耀 ， 无宏观缺陷水泥复合材料研究进展 等：
２１ 聚合 物浸 渍法 ．
．
联剂应该在材料的固化阶段发生交联反应。
界面相是 Ｍ Ｆ水泥非常重要的组成部分， Ｄ 它由氧原子通
２Ｓ ｈ ｏ ｆ Ｍａ ｒ ｓ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｙ ｎ ｈ ｎ ｎｔ ｕ ｅ ｏ ｅ ｈ ｏ ｇ ， ａ ｃ ｅ ｇ ２ ４ ３ ， ｉ ｇ ｕ Ｃ ｉａ ． ｏ ｌｏ ｔｉ ｃｅ ｅ ａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ， ａ ｃ ｅ ｇ Ｉ ｓ ｔｔ ｆＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｙ ｎ ｈ ｎ ２ ０ ３ Ｊａ ｓ ， ｈ ｎ ） ｃ ｅａ ｌ ｎ ｉ ｉ ｏ ｎ