水泥复合材料（精选12篇）
水泥复合材料 篇1
纤维增强水泥基复合材料以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体, 以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料所组成水泥基复合材料的总称。纤维增强水泥基复合材料具有抗裂、大延性、高韧性、抗冲击、抗渗、抗剪、耐高温、耐腐蚀、良好的化学稳定性和优越的能量吸收能力, 在减小混凝土裂缝、提高混凝土耐久性、改善混凝土脆性破坏、电学性能等方面都起了重要作用。随着人们对工程质量的要求日益提高, 对纤维增强水泥基复合材料的需求也不断发展变化, 本文对纤维增强水泥基复合材料的类型、阻裂机理、评价方法和工程应用等方面加以介绍, 为不同类型的纤维增强水泥基复合材料产品在实际工程中的设计和应用提供参考。
1 纤维增强水泥基复合材料类型
因基体组成不同, 可将纤维增强水泥基复合材料分为“纤维增强水泥”和“纤维增强混凝土”, 两种类型的对比如表1[2]。
根据纤维弹性模量的高低可将纤维增强水泥基复合材料分为低弹模纤维增强水泥基复合材料和高弹模纤维增强水泥基复合材料。低弹模纤维有尼龙、聚丙烯、聚乙烯、有机纤维等, 高弹模纤维有钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等。低弹模纤维只能改善水泥基复合材料的韧性, 而高弹模纤维不仅能提高水泥基复合材料的韧性, 还能大幅度增强其抗拉强度和刚性。
纤维的不同特性使纤维增强水泥基复合材料具备不同的性能。表2是几种主要纤维的物理力学性能[3,4], 可以看出钢纤维、碳纤维、芳族聚酰亚胺纤维 (PRD-49) 都是高弹模纤维, 抗拉强度也较高, 聚乙烯纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维等都是低弹模纤维, 但这几种纤维的极限伸长率较大, 使用时应根据不同需求选择纤维种类。
表3介绍了几种主要纤维混凝土的耐久性情况, 可看出相对于普通钢筋混凝土, 玻璃纤维混凝土、芳族聚酰亚胺纤维混凝土、碳纤维混凝土在酸性环境、碳化潮湿环境和海水中都显示出优越的耐久性。
表中:-表示低;o表示平均水平;+表示良好;++ 表示优秀, 密度以小为优
近年一种超高韧性纤维增强水泥材料 (Ultra High Toughness Cementitious Composites , 简称UHTCC) 逐渐兴起, 并迅速在土木工程中得到广泛重视。UHTCC材料采用PVA纤维增强水泥, 其极限拉伸强度为5～10MPa[6], 宏观极限拉应变可达到3%～7%[7,8,9], 这一抗裂指标可达普通混凝土极限拉应变的150～300倍, 其他普通纤维混凝土极限拉应变的30～300倍[10], 极限荷载时裂缝宽度可控制在100μm以内。表4为UHTCC材料与普通纤维混凝土和一般高性能纤维增强水泥基复合材料的对比。从表4中看出UHTCC在抗拉性能、拉应变、裂缝宽度、工艺等众多方面都显示出自身的优越性, 比普通纤维混凝土、一般高性能纤维增强水泥基复合材料仅通过调整纤维掺量来实现特性的方法具有更显著的区别和优势。
2 纤维增强水泥基复合材料的阻裂机理
2.1 纤维间距理论[1,11]
纤维间距理论是根据断裂力学解释纤维对混凝土中裂缝的阻裂作用, 这一机理认为:水泥和混凝土内部本身存在尺度不同的微裂缝、空隙和缺陷, 欲提高这种材料的强度, 必须尽可能减小缺陷的程度, 提高这种材料的韧性, 降低内部裂缝端部的应力集中系数, 降低裂缝的数量和尺度。而纤维的加入有效地提高了基体阻止裂缝发生和扩展的能力, 达到纤维对混凝土的增强目的。当纤维的间距小于某一值后复合材料的抗拉强度会提高。Rumualdi等人认为, 当纤维的平均中心间距小于7.6mm时, 纤维增强水泥基复合材料的抗拉或抗弯初裂强度得以显著提高。
Rumualdi等提出了纤维增强水泥基复合材料中纤维呈三维乱向排列时的纤维平均间距计算公式
式中,
2.2 复合材料理论[1]
复合材料理论是考虑纤维在基体中的连续性、分散均匀性和分布方向对水泥基复合材料增强效果的影响, 将纤维增强水泥基复合材料看作是一种纤维强化体系。复合材料理论将复合材料视为多相系统, 在弹性范围内, 复合材料的弹性模量和强度性能可视为复合体内各相性能的叠加, 通过应用混合原理推定纤维增强水泥基复合材料的抗拉强度, 建立纤维增强水泥基复合材料的抗拉强度与纤维的掺入量、方向、长径比及粘结力之间的关系。
当使用连续的长纤维时, 纤维增强水泥基复合材料的抗拉极限强度公式为
R
式中, R
当使用短纤维时, 纤维增强水泥基复合材料的抗拉极限强度公式为
式中, η1为纤维有效长度系数,
2.3 抗冻融机理[11]
水泥基复合材料中掺入纤维能增加复合材料中的含气量, 当孔隙内水冻结时, 这些微小封闭气泡被压缩, 可有效减轻冰冻给孔隙带来的胀压力, 提高水泥和混凝土的抗冻能力;一些纤维的弹性模量随温度的降低而提高, 低温条件下对纤维水泥基复合材料的抗冻能力起着正面增强效应;纤维的桥接作用能够改善水泥基复合材料的内部缺陷, 增强复合材料自身抵抗冻融的能力;纤维直径小、数量大、纤维间距小, 增加了冻融损伤过程中的能量耗损, 有效阻止了裂缝的扩展, 降低水泥和混凝土的冻胀开裂, 提高水泥基复合材料的抗冻能力。
3 纤维增强水泥基复合材料的评价方法
为全面反映纤维增强水泥基复合材料的内在品质, 需要评价纤维增强水泥基复合材料的性能, 评价方法主要有力学性能试验方法、耐久性试验方法和断裂试验方法。
力学性能试验方法包括立方体抗压强度试验、轴心抗压强度试验、静力受压弹性模量试验、劈裂抗拉强度试验、直接拉拔强度试验、抗剪强度试验、抗折强度试验、抗折弹性模量试验、弯曲韧性试验、抗冲击性试验等。耐久性试验方法包括抗冻性能试验、抗水渗透性能试验、收缩试验、碳化性能试验等。断裂试验方法包括楔入劈拉试验、三点弯曲梁试验等。
其中弯曲韧性是反映纤维增强水泥基复合材料内在品质的重要指标, 是评价纤维增强水泥基复合材料韧性和开发设计控制其种类、配比的重要指标。弯曲韧性主要有四种代表性方法[2,11]:
3.1 美国ASTM-C1018韧度指数法
美国ASTM-C1018韧度指数法[12]的试件尺寸采用100mm×100mm×350mm, 通过三分点加载试验计算韧性指数I5、I10、I30:
式中, A1是初裂挠度为δ时荷载—挠度曲线下的面积, A2是挠度为δ和3δ之间的荷载—挠度曲线下的面积, A3是挠度为3δ和5.5δ之间的荷载—挠度曲线下的面积, A4是挠度为5.5δ和15.5δ之间的荷载—挠度曲线下的面积。
我国《钢纤维混凝土试验方法》CECS13:89中的弯曲韧性基本上采用这种试验方法, 并且明确了钢纤维初裂强度测定方法, 初裂强度按下式计算:
式中, ffc, cra为钢纤维混凝土的初裂强度, Fcra为钢纤维混凝土的初裂荷载, l为支座间距, b为试件截面宽度, h为试件截面高度。
3.2 ASTM-C1399-98方法
ASTM-C1399-98方法[13]是通过将钢板垫放于试件底部的方法确定剩余强度指数RSI:
式中, MOR为梁的抗折强度, ABS为梁的平均剩余强度。
这里, P0.5、P0.75、P1.0、P1.25分别是挠度为0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.25mm时对应的荷载值, l为梁的跨度, b、h分别为梁的宽度和高度。
3.3 日本JCI-SF4当量抗折强度法
日本JCI-SF4当量抗折强度法[14]的试件尺寸为100mm×100mm×350mm, 该方法通过三分点加载试验确定韧度因子:
式中, σb为弯曲韧性系数或称为当量抗折强度, l为跨度, δtb为
3.4 挪威NPB NO7法
挪威NPB NO7法[13]与ASTM方法相同, 但试件为板式试件, 通过试验建立了韧性等级与对应挠度的剩余强度关系, 如表5所示。该方法要求不同强度等级纤维混凝土的弯拉强度必须满足表6的要求。
4 工程应用
多类型纤维优异的物理化学性能, 使纤维增强水泥基复合材料具备许多优越性能:较高的抗裂、抗渗性能, 较强的抗冻、耐碱性能, 良好韧性和优越的抗冲击性能等, 能够满足工程的多种需要。纤维增强水泥基复合材料可用于桥面和路面 (公路和机场跑道) 的罩面层, 建筑、桥梁、水工、隧道和采矿工程中的各种增强结构, 高层建筑的地下室、污水处理厂的污水池、游泳池、渡槽等防水、防渗工程, 抗震、防火、防爆、抗侵蚀的特种工程与军事工程, 大坝面层、护坡、梁、板、柱、墩的混凝土修补和加固工程, 边坡的固定, 以及各种预制水泥基产品等。
摘要：纤维增强水泥基复合材料作为新型工程材料已在土木工程多领域中得到广泛地应用。对纤维增强水泥基复合材料的类型、阻裂机理、评价方法和工程应用等各方面加以介绍, 探讨纤维增强水泥基制品工业今后的发展方向, 为不同类型的纤维增强水泥基复合材料产品在实际工程中的设计和应用提供参考。
关键词：纤维增强水泥基复合材料,阻裂机理,评价方法,工程应用
水泥复合材料 篇2
按照公司要求，现将今年4-6月份水泥项目建设进展情况,以及存在问题，下一步工作措施汇报如下：
一、水泥项目建设进展情况
水泥项目总投资3.5亿元，4-6月份共完成投资5000万元左右。工程目前已经整体完成约90%，进入收尾阶段，各车间证按计划进行调试，正在进行安全设施的完善，设备隐患的消缺工作。原料车间与6.15日投料，烧成车间6.12日点火，6.22日投料。这两大车间已经进入生产状态。制成车间计划6.30日单台磨机试车。为下一步水泥生产线整体达标达产做好准备。
二、工程形象进展情况
根据公司要求，加强现场的5S管理。及时清理整顿施工现场。设备安装的同时正在按进度推进厂区的地面、道路的硬化、绿化、美化等工作。完善制作安装标语牌10块，五项制度公示牌1块。铸成水泥发光广告也在安装中，计划
6.30日完工。厂区内主要道路约6000平米硬化工作已经完成，正在按计划进行辅助地面，道路的硬化。主干道两侧的绿化带随工程进度，清理出一块就绿化一块，已完成约4000平米。针对时间节气，种植向日葵等绿化植物。
三、存在问题
总体来看，4-6月份项目建设进展良好。但也存在一些不容忽视的困难和问题。
1、水泥项目部计划性不够强，对生产调试盲目乐观。工作中的提前量不够，总是在关键节点出现问题。
2、重点施工进度，现场协调不力。要求的加班、增加施工人员等，没有及时落实，致使整体进度不尽如人意。
3、工程整体历时较长，人员更替频繁，致使相互交接不清晰，缺失事项较多。
4、各设备厂家配合不力，如飞鹏厂家供货、风机供货等均在不同程度上影响了整体安装进度。
5、设备前期调研选型和设计生产厂家存在的质量问题较多，导致安装后无法使用延误开车等。
四、下一步工作计划
1、“重质量”
坚持“百年大计、质量第一”的理念。严格按照安装要求和规范，精量细测把关好设备安装质量，严格按照水泥质量要求，仔细钻研，确保水泥出厂合格率100%，树立铸成水泥形象。
2、“抢时间”
在项目建设和水泥市场的黄金期，严格按照计划进行施工和生产。尽量在施工过程中减少设备隐患，及时整改，整体缩短调试期。多向建设单位和厂家调试人员学习，尽早达标达产。
3、“建团队”
水泥项目人员构成复杂，相互文化理念存在明显差异。来到大地就要适应大地，学习大地文化。对原企业的习惯要留其精华，去其糟粕。在突出个人能力的同时，积极打造团队精神。
4、“抓管理”
水泥混凝土寿命与材料的关系 篇3
摘要：随着经济的发展，社会的进步，建筑工程的数量正日益增加。水泥混凝土自问世以来一直是建筑工程最重要的结构材料，所以水泥混凝土寿命直接影响着建筑的寿命。随着人们对建筑质量要求的不断提升，相应的也要求水泥混凝土的质量也不断提升，水泥混凝土材料的选择与各种材料之间的配比直接影响着水凝混凝土的寿命与质量。所以研究如何优化水泥混凝土各种材料之间选材与配比是很具有现实意义的。
关键词：水泥混凝土；材料；优化；配比
由水泥、砂、碎石等材料按照一定比例用水混合而成的整体工程复合材料称为水泥混凝土。由于水泥混凝土具有可塑性、整体性、耐久性、耐火性好以及易于就地取材等优点，所以它从问世以来就一直是建筑工程的重要结构材料。由于现代社会的飞速发展，建筑不断增加，因此对水泥混凝土的要求也不断增加。这就要求对水泥混凝土的选材以及配合比的优化提出了要求。
1.水泥混凝土的发展历程
公元前6000至公元前12000年石灰与石膏首次被用作胶结材料，这也踏出了使用水泥混凝土的第一步。之后古希腊人和古罗马人发明使用含有泥土杂物的水硬性石灰。近代由于英格兰人John Smeaton 发现纯石灰砂浆不能抵抗水的作用，而改良出含有土石灰岩石的水硬性灰石。到了18世纪中叶人们为了构件更加强劲的混凝土做出了各种尝试，在1850年法国朗波（Lambot J L）发明钢筋加强混凝土，提高了混凝土的抗拉强度。到了20世纪，混凝土得到了更加迅速的发展与更加广泛的应用，如聚合物水泥混凝土、树脂混凝土、聚合物浸渍混凝土等都是在20世纪以后发展而来的。但一直到20世纪90年代初期，高性能混凝土材料的热潮才真正的在世界范围内掀起，各种高性能的混凝土不断的创造出来，而在日后的不断发展中，相信混凝土的发展会越来越强，其涉及的领域也会越来越广。
2.适当的选择配比材料可以提高水泥混凝土的寿命
如果想提高水泥混凝土的寿命，提高混凝土的性能是必不可少的。想要提高混凝土的性能，材料必须进行适当的选择与约束。在水泥的选择方面我们要视具体情况而定，一般配制C30-C50混凝土我们选择42.5等级的水泥，C50以上的混凝土我们选择强度等级为52.2的水泥。在掺和料、外加剂选择方面我们一般选择优质粉煤灰、硅粉和聚羧酸系高效减水剂。优质粉煤灰可以提高混凝土的黏聚性、改善混凝土的综合性能。硅粉可以有效的使水泥间的空隙进行填充，从而提高混凝土的密实度和强度。而聚羧酸系高效减水剂可以提高混凝土的耐热性、耐候性、耐久性等优点。在外加剂方面一般要求高效的减水剂，其含量为胶结材料总量的 0.4%～1.5%最适宜。在选择砂石料时，要选择中砂细度模数宜大于2.6，含泥量不应大于 1.5%，石料要选择碎石，最大骨料粒径一般不宜大于 25 mm，强度宜大于混凝土强度的1.20倍。最后要注意的是水胶比，想提高水泥混凝土的性能所用的水胶比宜采用0.25 ～0.42。
3.水泥混凝土配合比的影响因素
3.1砂率对水泥混凝土配合比的影响
砂率就是指水泥混凝土中砂的重量占砂石总质量的百分比。混凝土中加入砂可以在混凝土搅拌物中起到润滑作用，它可以降低粗集料颗粒之间的摩擦阻力，有助于混凝土拌合物的流动性，由此可见砂率在拌制混凝土中有着重要的作用。砂率的高低会影响集料的空间比率和总体表面积的改变，因此也会影响混凝土搅拌物的工作性质。砂率是混凝土的设计里面很关键的标准，由于砂率比较高，集料的空间和总表面积会随着变大，可胶结的水泥浆就会增加，混凝土的搅拌物就会比较干、比较稠、流动性较小进而使水泥被浪费；如果砂率比较低，尽管集料的总表面积变小了，因为砂浆的量较少不可能在集料的四周构成大量的砂浆层从而起不到润滑的功效所以会造成混凝土的搅拌物的流动性较小，综上所述，如果想提高混凝土的性能合理的控制砂率的高低是必不可少的。
3.2水灰比对水泥混凝土配合比的影响
水灰比是指单位体积混凝土中，水和水泥两者混合比例的大小，水与水泥在混合后是水泥浆，运用于混凝土里具有胶结性能。在水和水泥发生反应以后，就会产生较硬的水泥石，让砂和石混在一起就会有很高的强度。[1] 所以，它也是制约混凝土性能的一个关键因素。若水灰比小水泥浆就会比较粘稠，若水灰比大水泥浆又会比较稀，如果水灰比达到某一限度时，就会造成较重的离析状况水分蒸发完以后在构件的内部会出现空的地方致使混凝土的抗渗的能力比较差，也会改变混凝土的强度，在使用的时候也要尽量把水灰比减到最低或适当的增加减水剂。水灰比过大或是过小都不利于混凝土的性能，所以，在制造水泥混凝土时，必须要优化水泥混凝土的性能，必须要适当调整水泥混凝土中的水灰比。[2]
3.3集灰比对水泥混凝土配合比的影响
集灰比也是影响水泥混凝土性能的一个重要因素，尤其是在混凝土强度很高时有着突出的表现。水灰比一样时混凝土会跟随着集灰比的变化而改变，这就会使集料的数目增加，集料所吸收的水分增多，现实的水灰比减小和混凝土的内部的间隙的体积变小有关联。当适当的增大集灰比后水泥的胶结作用与集料的连锁作用都得到了充分的发挥。由于集灰比对于水泥混凝土有着重要的作用，因此，想要提高水泥混凝土的性能就必须适当的调整集灰比。
4.优化混凝土配合比的适当方法
4.1配合比优化模型的使用
在保證水泥混凝土的耐久性、强度、以及经济实用性的前提下，使用适当的方法建立模型，设计出高性能的混凝土配合比。而高性能的混凝土配合比的设计又是一个复杂的过程，我们不但要选择适当的原料，还要选择合适的优化配比参数，或是根据合适的性能--配比参数建立参数关系模型，最后进行适当的计算，使关系模型中的参数具体化，从而找到提高混凝土配比设计的合理途径。具体方法如下：首先我们先建立适当的函数模型，然后用不同的变量分别代表函数模型中的各种材料，并且确定其单位，最后确定目标函数的公式。接下来我们就要限定约束条件了，就是将每一个自变量给定一个范围。最后一步就是通过公式算出最终优化的结果。
4.2 Matlab函数的选择
美国的Math works公司生产了一个可以面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高效率的高级计算语言和系统平台，这个平台就是Matlab。这个平台是集中了很多的优秀算法，具有强大的计算功能以及拥有很友好的视窗环境，并且具有很高的编程效率。所以在这个平台在使用过程中拥有很广泛的范围。在设计混凝土的优化配比中，Matlab工具箱可以解决一些传统问题，例如在传统计算中混凝土优化配比的计算一般采用Fortran、C/C++等编程语言，这些语言不但要求专业性高，而且还浪费时间。但Matlab优化工具箱由于具有强大的函数库，使得各种数值的计算问题更加简便有效。
结语
伴随着经济的快速发展，我国的建筑业也以迅猛的形式不断的前进，建筑业中最主要也是应用范围最广的一项材料就是水泥混凝土，但由于水泥混凝土的使用寿命都是有限的，这就为建筑的存在寿命造成了很大影响。为了提高水凝混凝土的使用寿命，本文就水泥混凝土的材料选择与配比进行了研究，还就影响水泥混凝土的配比因素进行了分析，然后找到合适的方法优化水泥混凝土的配比，提高其性能。希望在日后的生活中，经过人们不断的研究可以找到更好的方法以提高水泥混凝土的性能。
参考文献：
[1]李敏强，寇纪凇，等.遗传算法的基本理论与应用[M].北京：科学出版社，2012.
无宏观缺陷水泥复合材料研究进展 篇4
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。Popoola O O等[4]还通过透射电镜(TEM)发现聚合物和界面相作为吸收水分的通道。后来Lewis J A等[5]还发现聚合物相是水分进入的主要通道。水分进入MDF水泥材料的速率是扩散控制[6],未反应水泥颗粒在MDF复合材料中作为一种活性填料,它既是水化相的母体,又是水或湿气的接受体,其与来自外界水的反应不仅产生体积减缩,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,扩散至界面的水分还可能引起界面相溶解[7]。
2 MDF水泥湿敏性改性措施
正如我们目前已理解的,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[8]:(1)聚合物的水稳定性;(2)散粒材料的水稳定性;(3)聚合物-散粒材料界面的耐水性与水传递。自从MDF水泥产品诞生至今,围绕MDF水泥湿敏性改性的探索从未停止。目前国内外克服MDF水泥湿敏性的措施主要有以下几类。
2.1 聚合物浸渍法
聚合物浸渍法是指加热脱去材料中的水,甚至改变材料的孔结构,然后重新填充有机单体,利用有机单体的聚合作用在材料中形成一种互穿无机凝胶网络的有机复合材料结构。
Chandrashekhar G V等[9]在500℃下将CAC-PVA基MDF水泥中亲水的聚合物烧掉,再用高强、耐热的酚醛清漆环氧树脂浸渍多孔体的措施来改进材料的湿敏性,通过这种处理还可将MDF材料的使用温度由100～120℃提高到350℃。结果还表明,在湿度较高的环境中,处理后的MDF水泥能保持较好的电学性质,此外该材料还具有较低的介电常数,较高的电阻,较高的弯曲强度和高温稳定性。一般而言,样品孔越多,浸渍的效果越好,材料具有越高的抗拉和抗压强度。
聚合物浸渍法虽然改性效果明显,但存在热工工艺难以控制、并增加了大量能耗和聚合物消耗的缺点。
2.2 交联剂改性法
聚合物相可以作为水分进入MDF复合材料的通道,因此,增大聚合物相的交联度可以有效减小和减少水分进入材料的通道,从而提高材料的耐水性能。
Kataoka N等利用异氰酸盐化合物在催化剂存在条件下进行反应,并需100℃长达20 h的加热,通过尿烷键交联PVA分子链来改性复合材料。结果表明,改性后的MDF样品在浸水28 d后,抗折强度能达到初始强度的70%～80%。存在的问题是异氰酸盐有剧毒。另外,异氰酸盐的聚合反应过程要在催化剂存在条件下进行,并需100℃长达20 h的加热,很不经济[10]。Lewis J A等[11]采用有机钛交联剂(Tyzor TE)作为改性剂来改善CAC-PVA体系的湿敏性,结果表明,改性后MDF材料和未改性的材料相比耐水性显著提高,处理后的材料暴露在22℃、100%湿度环境下200 d,基本还能保持原有的强度,而未经处理的材料强度约有45%的损失。交联机理可以用图1表示。
交联聚合物相是提高复合材料耐水性的有效方法,但由于Tyzor TE在室温下就能与PVA发生交联反应,即在混合和剪切的过程中就发生了交联反应,这对材料的成型和加工不利,所以Tyzor TE不是一种较为理想的交联剂,理想的交联剂应该在材料的固化阶段发生交联反应。
2.3 偶联剂改性
界面相是MDF水泥非常重要的组成部分,它由氧原子通过和磷、碳、铝、铁原子的配位作用,以确保聚合物能够键接到AFm骨架上,这种交联会影响到MDF水泥的孔隙、微观结构、耐水性以及宏观缺陷[12]。偶联剂通过物理或化学作用把有机聚合物和无机物连接起来,通过偶联剂的改性可以提高材料界面相的稳定性。常用的偶联剂主要包括钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂2大类。
李北星等[13]采用硅烷偶联剂对高铝水泥-聚乙烯醇基MDF水泥进行化学改性,然后对改性后的MDF水泥的水敏性进行研究。结果表明,MDF水泥经硅烷偶联剂改性后,不仅抗弯、抗压强度、断裂韧性和微区硬度提高,孔隙减少,结构致密,而且表现出良好的耐水性,水中浸泡90 d的抗弯强度保持率由改性前的38%提高到80%,同时吸湿量和水的扩散系数下降。这主要是因为,在复合材料中偶联剂除了使无机材料与聚合物更好地结合的作用外,还能与聚合物大分子链发生交联反应或相互缠绕,形成憎水的互穿聚合物网络,此外,聚合物和石膏可以通过偶联剂进行连接。
2.4“稳定剂”和“改性剂”改性
MDF水泥后期强度下降现象是大家最担心的问题。研究表明,MDF水泥后期强度下降的原因是材料中水化矿物CAH10转变成C3AH6,使强度下降不可避免,强度下降率为50%左右[14]。
赵立宇[14]通过向MDF水泥中加入“改性剂”成功地解决了MDF水泥材料后期强度下降的问题,并通过强度检测及X衍射发现,改性剂与材料中部分熟料矿物生成了一种新的结构稳定的水化矿物;改性剂参与了材料中主要水化矿物——水化铝酸钙的生成反应。由于改性剂的存在,使得水化铝酸钙结晶在由CAH10向C3AH6的转变过程中,矿物晶型发生变异。这种变异使得C3AH6的密度低于正常值。因此,生成时其体积不但不会缩小,反而稍有膨胀,避免了新的孔隙产生。在此基础上研制出MDF材料抗静电活动地板,经应用研究改性(掺“稳定剂”和“改性剂”)后MDF水泥材料的收缩率可控制在0.06%～0.10%,后期强度基本不变,较好地解决了国内外研究的MDF水泥材料普遍存在体积稳定性差(收缩率大于1%)和后期强度下降(下降50%左右)两大问题,从而在其改性研究方面取得了实质性的重大突破[15]。
2.5 填料改性
MDF复合材料中未反应水泥颗粒作为一种活性填料,占复合材料总体积的55%左右,它既是水化相的母体,又是水分子的接受体,其后期水化已证明对MDF复合材料的长期耐水性有重要影响[16]。因此,MDF复合材料的结构设计不仅要考虑将本体聚合物相传递湿度的途径消除,而且还要考虑将未反应水泥的含量降至最低。掺加适量的硅灰、高炉矿渣微粉末、粉煤灰和石英粉等活性、部分活性或惰性集料取代基体中没有发生水化作用的水泥熟料矿物,可以增强MDF水泥材料结构的稳定性。
李北星和张文生[10]通过对各种不同偶联剂掺入MDF水泥基复合材料的试验研究发现,微量偶联剂不仅可提高复合材料的力学性能,还可改善复合材料的抗水性。若同时采用水惰性的α-Al2O3细粉替代MDF水泥基复合材料中未反应的水泥组分,可以进一步提高复合材料的抗水性,其在水中浸泡90 d的抗折强度损失将由未改性前的62%下降到15%。掺入粉煤灰,可利用其二次水化作用、微集料效应、减水效应和填充效应等,使结构更加致密而增强,同时还可减轻MDF水泥的自由膨胀,这对MDF水泥复合材料的复合改性作用效果很好,是目前研究的热点。李北星和王爱敏[17]还研究了用粉煤灰部分替代水泥而制备的HAC/PVA基MDF材料的强度、水敏性与结构,试验结果表明,粉煤灰细粉的掺入虽然改善了MDF水泥材料的孔结构和水敏性,但明显降低其力学性能。这是因为,MDF水泥材料在掺入部分粉煤灰后,虽然粉煤灰的填充效应使其结构变得更致密,但由于粉煤灰在MDF水泥材料的低水灰比和低碱性环境下不可能水化,致使聚合物不能与未水化粉煤灰进行化学交联反应,粉煤灰与聚合物界面粘结很弱,从而令粉煤灰MDF水泥材料强度降低。另外,粉煤灰的掺入并不影响水泥与聚合物之间的化学交联反应。用硅烷偶联剂对粉煤灰和水泥进行表面改性,则能显著提高粉煤灰MDF水泥材料的抗折强度,进一步改善其水敏性。
2.6 制品表面涂覆或浸渍憎水物质或涂刷防水涂料
Delucchi M和Cerisola G[6]研究了不同有机涂层对不同组成的MDF水泥耐水性能的影响,结果表明,有机涂层的存在不一定能够降低MDF水泥的透水性,透水性还与水泥的组成有关,但是有机涂层的存在能够提高MDF水泥材料在不同湿度条件下的稳定性。
该方法简单易行,若能严格操作,可以取得较为理想的防水效果,但是一旦制品表面或局部涂层出现缺陷或者由于防水处理不当,裸露出的制品就会在遇到水时被水溶蚀,甚至涂层剥落,防水性能降低。此外,由于涂层的存在也可能会影响制品的寿命或损坏材料的表观质量。
2.7 选择适当的原料
首先,水泥的选择,水泥的粒径满足多态分布,有助于降低水灰比,易使颗粒达到紧密堆积[18]。国内外关于MDF水泥的研究有2种类型:一种是铝酸盐基MDF水泥;另一种是硅酸盐基MDF水泥。黄从运[19]的研究表明,水化活性高的硫铝酸盐水泥(SAC)作基材制备的MDF水泥具有良好的性能。一些研究[2,20]还表明,用铁贝利特硫铝酸盐(SAFB)和普通硅酸盐水泥混合代替钙铝水泥制备MDF水泥可以使其耐水性能得到显著提高。这是因为,SAFB含有的C2S相在MDF水泥的合成过程中不参与水化反应,这也相当于降低了MDF水泥的活性成分[20]。
其次,聚合物的选择,常用水溶性聚合物作为原料制备MDF水泥复合材料。常用水溶性聚合物PVA、聚丙烯酰胺(PAM)、聚羧酸钠、多聚羧酸钠、羟丙基甲基纤维素、丁酯/丙烯腈、丙烯酸丁酯(PBA)、苯乙烯/丙烯腈共聚物(SACP)、丁酯/丙烯氰等制备MDF复合材料[20,21]。最常用的水溶性聚合物是PVA,尽管PVA具有很强的亲水性和水解性,但是它能够显著增强MDF材料的机械性能,此外还比较经济和环保。研究还表明,PVA的水解度越低、分子质量越低,制备的MDF水泥复合材料表现的效果越好[22]。
但是传统水溶性聚合物的吸水性和水溶性是MDF耐水性差的一个主要原因。采用憎水性聚合物替代亲水性聚合物的方法是将水泥与酚醛树脂和有机溶液及少量的改性剂混合来制备MDF水泥基复合材料,由于特种酚醛树脂成分的憎水特性以及水泥和特种酚醛树脂间紧密的化学键合,使得其耐水性问题得到根本解决。
Pushpalal GKD等[23]采用高铝水泥、酚醛树脂、少量的调节剂和超塑化剂混合,经过一系列的加工工艺制备出钙铝-酚醛树脂复合材料(CAPR复合材料),结果表明,该材料具有较好的力学性能和耐水性能。其中在CARP的制备过程中并不需要外加水,而酚醛树脂缩聚反应放出的水可以用于水泥颗粒的水化,这也导致CARP复合材料的水灰比低至0.01。水泥和酚醛树脂间会形成紧密的化学键合,有研究表明,钙离子与聚合物发生交联是在辗压过程中,铝离子与聚合物发生交联是在热固化过程中[24]。Pushpalal GKD[23]等的研究还表明,CAPR复合材料浸泡在20℃水中1年,质量增加仅为0.82%,体积膨胀仅为0.12%,抗折强度损失仅为9%。CARP复合材料的抗折强度达120～200 MPa,并且该材料还具有较好的耐水性能和耐热性能,这也使得该材料作为一种非常有潜力的材料备受关注,但是由于该材料的生产成本更为昂贵,也限制了其大规模地应用。
最后,尽管可采用不同种类的水泥和不同种类的聚合物制备MDF水泥,但它们存在一个最佳相容性。Rodger S A等[21]的研究表明,利用高铝水泥和PVA制备的MDF复合材料具有良好的性能,而利用普通硅酸盐水泥和PAM制备的复合材料同样具有良好的性能。Mojumdar S C[25]利用SAFB和硅酸盐水泥(85∶15)混合物分别与HPMC、多聚磷酸钠制备MDF复合材料,对材料耐水性的测试结果表明,湿度要远大于复合材料组成对复合材料耐水性能的影响,但当复合材料处于100%湿度的环境中,材料的耐水性能要受到聚合物的影响,即多聚磷酸钠-水泥复合材料的耐水性能要远远高于HPMC-水泥复合材料的耐水性能。Mojumdar S C等[26]利用SAFB、普通硅酸盐水泥和Al2O3混合物分别与PBA、SACP、多聚磷酸钠制备MDF复合材料,对材料耐水性的测试结果表明,湿度要远大于复合材料组成对复合材料耐水性能的影响,但是当复合材料处于100%湿度的环境中,PBA-水泥复合材料具有较好的耐水性能。Mojumdar S C[25]等还利用SAFB、普通硅酸盐水泥和Al2O3混合物与BA/AN制备MDF复合材料,对材料耐水性的测试结果表明,该材料在100%湿度的环境中20 d只有大约2%的质量增加。
3 展望及存在问题
目前使用最广泛的材料是金属、陶瓷和塑料。金属材料虽然有较高的弹性模量,但没有MDF水泥的耐腐蚀性能;塑料虽然能够达到很高的强度并且也容易成型,但没有MDF水泥稳定的使用温度;陶瓷材料虽然耐腐蚀、耐高温、强度大,但却很难机械成型。正是由于MDF水泥独特的优势,使它们的应用非常广泛,包括房屋瓦片、耐火门、污水管、机场桥梁、百叶窗、塑料模具、油库、耐腐蚀水箱、船甲板、低温容器、保温箱、绝缘体和电磁干扰屏蔽等[27]。
高强MDF水泥材料具有广阔应用前景,这种新材料的研制成功对丰富材料科学理论和推动材料工程的发展具有十分重大意义。随着MDF水泥材料的深入研究和开发,必将带来巨大的经济和社会效益。
目前MDF水泥材料还存在一些共性问题。首先是MDF水泥抗水能力较差、收缩较大的问题;其次是成本仍然较高,这是由于MDF水泥的制备过程中往往要加入聚合物和各种添加剂,有时还要用到溶剂;此外,制备MDF水泥的工艺也十分复杂,这就使得MDF水泥材料的成本大大高于普通水泥材料。正是由于上述缺点限制了MDF水泥的大规模应用。
4 结语
随着经济的快速发展,MDF水泥材料应用越来越广泛。可以从以上归纳总结的这些克服MDF水泥水敏性方法和思路中总结出一些规律和方法,借鉴到所需的MDF水泥材料中,制备出所需性能的MDF水泥材料,让MDF水泥材料更好地为经济建设服务。
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。
水泥砂石材料购销合同简单版 篇5
甲方：
乙方：
根据《中华人民共和国合同法》及有关规定，为明确双方责任及义务，经甲乙双方充分协商，就革古山大桥工程，使用乙方
海螺 牌水泥达成如下协议，供双方遵照执行：
一、供货时间：
协议签订日起至工程完工。
二、供货数量：
甲方需要乙方提供P.C32.5水泥 1650 吨（以实际供货数量为准）。
三、供货价格：
经双方协商目前价格P.C32.5等级袋装水泥包价格为 380 元/吨，共计总价 627000 元。往后价格在此基础上随行就市，以乙方发货当日价格为准。如遇市场价格涨跌时，乙方应以书面形式通知甲方。
四、供货方式：
甲方应按工程进度实际需求量提前通知乙方，以便乙方安排供货；乙方负责将水泥运至该工地指定的堆放地点，甲方应保证工地堆放点的道路畅通，因道路不通增加的额外卸车费由甲方负责；搬运距离超出正常搬运距离（即10米）时，增加的额外卸车费用由甲方负责。
五、水泥验收：
甲方在对水泥验收过程中对质量和数量有异议，甲方在当天通知乙方，经双方协商无异议时甲方予以签收。
六、双方责任：
1、乙方应确保合同期内的水泥供应（不可抗拒因素除外）。所供应的水泥必须符合现行国家标准。如因乙方所供应的水泥出现质量问题，甲方应及时通知乙方，乙方应在四小时内赶到现场进行现场勘查，经勘查后确属乙方责任（以国家质检部门的鉴定为准），由乙方承担相应的经济损失。
2、乙方每次所供应的水泥重量必须保证数量，甲方应每车进行抽检，如果检查数量的磅差在0.3%以内，按出厂数量计算，超出0.3%，以双方确认后的数量计算。
3、甲方在施工过程中不得将本品牌的水泥与其他品牌水泥混合使用，以免产生纠纷。如因甲方在施工过程中违规操作或保管不善所造成的损失，由甲方承担。
七、结算方式：
乙方在每月月末前报送当月材料的数量送交甲方审核，甲方审核完后在次月15号前支付乙方所供应材料总量90%工程款，余10%待工程完工后一个月内付清。
八、未尽事宜，由双方协商解决。
九、本合同一式三份：甲乙双方各一份，一份留底。
十、本协议自签字之日起生效。
甲方：
乙方：
水泥复合材料 篇6
【摘要】聚乙烯醇（PVA）纤维作为一种新型合成纤维，在工程领域已经得到了广泛的应用。综述了PVA纤维的基本性能及近年来国内外关于PVA纤维对水泥基复合材料抗冻与抗侵蚀性能影响的研究进展，分析并总结冻融、氯盐侵蚀以及硫酸盐侵蚀情况下，PVA纤维对水泥基复合材料性能的改善。在改善抗冻性能方面，研究主要集中在PVA纤维掺量及国内外PVA纤维对抗冻性能的影響；在抗侵蚀性能提高方面，研究主要集中在PVA纤掺量对水泥基复合材料抗侵蚀性能的影响。在此基础上，提出进一步研究的方向。
【关键词】聚乙烯醇纤维；水泥基复合材料；抗冻性；抗侵蚀；纤维掺量
【中图分类号】TU528.581
【文献标识码】A
【Abstract】Polyvinyl alcohol （PVA） fiber as a new type of synthetic fiber has been widely used in the field of engineering. In this paper， the basic properties of PVA fiber and its influence on the frost resistance and corrosion resistance of PVA fiber in cementitious composites are reviewed. The properties of PVA fiber in cementitious composites are also analyzed and summarized under the condition of freeze-thaw， chloride and sulfate attack. In the aspect of the frost resistance improvement， the research mainly concentrates on the influence of the PVA fiber content and the PVA fiber at home and abroad on the frost resistance. In terms of the anti erosion performance improvement， the research mainly concentrates on the influence of PVA fiber content on cementitious composites. On this basis， it puts forward the direction of further research.
【Key words】Polyvinyl alcohol fiber；Cementitious composites；Frost resistance；Corrosion resistance；Fiber content
1. 引言
（1）冻融、侵蚀等环境因素是导致混凝土及其他水泥基复合材料结构耐久性下降的重要因素。Mehta[1]指出：“当今世界混凝土破坏原因，按重要性递减顺序排列是：钢筋锈蚀、冻害、腐蚀作用”。因此，改善混凝土及其他水泥基复合材料的抗冻性与抗侵蚀性对其耐久性的提高意义重大。在高层建筑、桥梁、隧道、地铁、港口码头、铁路等工程建设领域，对高强高性能混凝土的需求日益增加，但我国南方地区的混凝土均处在一定的受侵蚀环境下，北方地区的混凝土均处在一定的受冻环境下，导致一些混凝土结构存在严重耐久性不足的问题，制约了其发展。因此，为了进一步提高混凝土的耐久性，对提高其抗冻性与抗侵蚀性提出了更高的要求。
（2）自从水泥基复合材料（ECC）出现以后，其高抗拉强度、高韧性、高耐久性等优点，受到了国内外广大学者的重视，尤其在耐久性方面已经取得了一系列研究成果[2～7]。高抗拉强度和高弹性模量的PVA纤维是实现ECC优良性能的关键材料，对提高ECC的抗冻性能与抗侵蚀性能有重要的作用。
（3）但是，在掺加高强高模的PVA纤维来提高水泥基复合材料的抗冻性与抗侵蚀性的试验研究与工程应用方面，目前还缺少系统的研究。本文综述了近年来PVA纤维对水泥基复合材料抗冻与抗侵蚀性能影响的研究进展，并对进一步研究作了展望。
2. PVA纤维的基本性能
与常见的合成纤维相比，PVA纤维具有以下几点优势：（1）高弹性模量与高抗拉强度；（2）亲水性好；（3）与水泥基复合材料具有较好的界面结合状态；（4）直径适中。此外，由于其环保、无毒、分散性好、成本较低等优点，成为制备ECC的首选而得到广泛应用。PVA纤维在水泥基复合材料中分散均匀、乱向分布，在水泥基复合材料中起到增强整体性、提高抗裂性的作用，从而提高水泥基复合材料的抗冻及抗侵蚀性能。
3. PVA纤维对水泥基复合材料抗冻性影响的试验研究
（1）近年来，国内外逐渐开展了采用PVA纤维提高水泥基复合材料抗冻性的研究。
在北方寒冷地区，冻融作用往往是导致建筑物劣化乃至破坏的最主要因素， 为了评价PVA纤维增强水泥基复合材料抗冻融能力，国内外学者进行了一系列抗冻性能试验。
（2）Nam[8]通过以PVA纤维增强水泥基复合材料、聚丙烯纤维增强水泥基复合材料及普通混凝土三者为对比，对相对动弹性模量的变化和质量损失进行了试验研究，结果表明：相对于原始试件，经过300次冻融循环后PVA纤维增强水泥基复合材料仍具有较好的耐久性。说明PVA纤维的掺入对PVA纤维增强水泥基复合材料的抗冻性提高具有相当大的作用。
（3）ahmaran等[9]通过掺加PVA纤维与不掺加PVA纤维的两组非引气ECC试件的对比，得出结论：PVA纤维的掺入明显改善了ECC的抗冻性能，且由PVA纤维掺入所带来的更大体积的孔隙也可能对ECC抗冻性能的改善有一定作用。
（4）刘曙光等[10]通过快速冻融试验方法，研究了不同PVA纤维掺量（0%、1.0%、1.5%、2.0%）的PVA纤维水泥基复合材料试件在不同冻融循环次数下的动弹性模量，进而研究了材料的抗盐冻性能。试验结果表明：1.5%纤维体积掺量的PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能较好。
（5）徐世烺[11]通过对掺加PVA纤维的超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）在冻融循环条件下质量损失、动弹性模量损失的试验研究及与普通混凝土、钢纤维混凝土和引气混凝土的对比可知，经过300次冻融循环后UHTCC动弹性模量损失不超过5%、质量损失不超过1%，抗冻性指数为92%，抗冻等级大于F300，而普通混凝土与钢纤维混凝土的抗冻等级则分别为F100和F150。在不掺加引气剂的条件下，UHTCC质量损失和动弹性模量损失方面与引气4.7%的引气混凝土接近。由此可知，掺加PVA纤维的UHTCC材料的抗冻性明显优于普通混凝土和钢纤维混凝土。
（6）Yun等[12]通过快速冻融试验，以总体积掺量为1.5%的PVA与PE混合纤维及水胶比为试验变量，研究了延性纤维增强水泥基复合材料（DFRCCs）100mm×100mm×400mm棱柱体试件在不同冻融循环次数下的相对动弹性模量及质量损失，结果指出：经过300次冻融循环后，四种不同工况DFRCC试件的相对动弹性模量均下降约3%，质量损失均小于2%，表明PVA与PE混合纤维的掺入提高了DFRCC的抗冻融破坏能力。
（7）纤维掺量过大会降低混凝土抗冻融能力，其主要原因是由于過多纤维的存在会阻塞毛细孔，致使混凝土吸水率降低，冻融循环过程中混凝土需要大量结晶水，而由于纤维掺量过多导致的吸水率降低，使得抗冻融性能有所下降[13]。
（8）通过国内外学者的研究可知，PVA纤维的掺入能够显著改善水泥基复合材料的抗冻性能。现今国内外主要研究PVA纤维掺量及不同种类PVA纤维对水泥基复合材料抗冻耐久性能的影响，而PVA纤维取向、分布、长径比、锚固长度及不同种类PVA混合纤维对水泥基复合材料抗冻性能影响的研究略有不足，需要进一步探讨。
4. PVA纤维对水泥基复合材料抗侵蚀性影响的试验研究
（1）遭受环境因素的侵蚀是导致水泥基材料性能退化的直接原因之一，氯盐与硫酸盐侵蚀是水泥基复合材料受环境因素作用而发生侵蚀破坏的重要形式。具有优良性能的PVA纤维的掺入在一定程度上改善了水泥基复合材料的抗裂性能，有效地降低了外界有害物质的侵入，提高了水泥基复合材料的抗侵蚀性能。
（2）氯离子侵蚀是导致结构耐久性下降的一个重要因素，氯离子是各种侵蚀介质中侵蚀性最强的离子之一。加入纤维后，大量纤维均匀分布于水泥基复合材料中，从而起到约束裂缝的的作用。由于纤维的阻裂作用，显著减少裂缝的数量、长度和宽度，降低生成贯通缝的可能性，从而使抗氯离子渗透性得到加强[13]。
（3）闫长旺等[14]通过在试验研究基础上，应用灰色模型GM（1.1）对氯离子浓度沿PVA纤维水泥基复合材料深度的变化规律进行研究，结果表明：在基体中掺入PVA纤维可对基体起到良好的约束作用，从而减小微裂缝的产生，改善了PVA纤维水泥基复合材料抗氯离子渗透性能，从而对抗氯离子侵蚀能力起到了积极的作用。研究通过对氯离子浓度的分布情况进行分析，认为1.5%PVA纤维掺量对水泥基复合材料抗氯离子渗透性的改善效果最好。
（4）刘曙光等[15]通过湿通电法研究了将不同纤维掺量的150mm×150mm×150mm标准立方体试件浸泡在5%氯化钠溶液中的钢筋锈蚀试验。试验结果表明：不掺纤维的试件锈蚀率最大，纤维掺量1.5%和2%的试件钢筋锈蚀率最小。在恒电流条件下PVA纤维掺量的增加会降低钢筋的锈蚀率，但降低幅度很小，最大降低幅度仅为6.27%。表明PVA纤维的掺入明显降低了氯离子的侵蚀速度，改善了氯离子对水泥基复合材料的侵蚀作用，增强了其抗渗透性能。
（5）近年来，国内外主要研究混凝土的抗侵蚀性能，而关于水泥基复合材料抗侵蚀性能的研究较少，主要集中于单一侵蚀环境下PVA纤维掺量对水泥基复合材料抗侵蚀性能的影响。随着试验研究的发展，PVA纤维取向、分布、长径比及锚固长度对水泥基复合材料在多重盐侵环境下抗侵蚀性能的影响将会成为未来土木工程领域的重要研究方向。
5. 结语与展望
（1）PVA纤维是具有多种优良性能的新型合成纤维。在水泥基复合材料中掺入PVA纤维，能够对整体起到一定的约束与裂缝控制作用，降低外界有害物质的侵入，显著改善水泥基复合材料的抗冻及抗侵蚀性能；
（2）目前主要集中于在冻融、氯盐侵蚀、硫酸盐侵蚀等单一因素作用下纤维增强水泥基复合材料的研究上，而在多因素共同作用下对纤维增强水泥基复合材料的研究还很少，应对多因素共同作用下纤维增强水泥基复合材料的性能、微观结构、损伤机理等方面进行更深层次的研究。
参考文献
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[9]ahmaran M， zbay E， Yücel H E， et al. Frost resistance and microstructure of engineered cementitious composites： influence of fly ash and micro poly-vinyl-alcohol fiber[J]. Cement & Concrete Composites， 2012， 34（2）： 156～165.
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[13]唐巍， 张广泰， 董海蛟， 等. 纤维混凝土耐久性能研究综述[J]. 材料导报， 2014， 11： 123～127.
[14]闫长旺， 张华， 刘曙光， 等. PVA纤维水泥基复合材料氯离子浓度分布规律的研究[J]. 混凝土， 2013， 05： 38～41.
水泥复合材料 篇7
黄河是世界罕有的多沙河流[1],由于长期泥沙淤积,黄河下游河道已成著名的“地上悬河”。如何处理好黄河泥沙,是黄河治理开发的重大难题。与此同时,黄河下游两岸经济发展对建筑材料的需求日益增多,这使黄河泥沙有广泛的应用前景。有研究表明[2,3],生土材料可以通过改性作为生态建材使用,而黄河淤泥作为一种生土材料,可以通过物理和化学改性技术进行利用。
生土材料的改性研究由来已久,卜永红等人通过实验研究了在地震荷载作用下承重生土墙体的破坏过程和破坏形态[4];尚建丽等人对生土材料应力与应变的关系进行了表征[5]。在生土改性技术方面,钱觉时使用脱硫石膏、粉煤灰等对生土进行改性[6];杨久俊等针对黄河淤泥的改性技术进行了研究[7]。但目前来说,由于黄河淤泥的成分更为复杂,而针对黄河淤泥的研究尚不能达到应用要求,所以,关于黄河淤泥改性的研究仍需加强。
本实验针对黄河花园口段淤泥开展研究,主要使用水泥、石灰、矿粉等掺合料对黄河淤泥进行改性,研究改性剂、水灰比、成型方式对淤泥抗压强度的影响,并通过XRD衍射分析和SEM微观形貌观察分析其改性机理。
1 原材料及实验方法
1.1 原材料
本实验所用淤泥取自黄河花园口段,其化学组成见表1,淤泥取样后进行烘干处理,并通过0.6mm方孔筛,将烘干后的淤泥进行XRD分析,分析结果见图1,由图1可见,淤泥的主晶相为Si O2。
改性用水泥的化学组成见表1;使用石灰石和磨细高炉矿渣进行复合改性。
%
1.2 实验方法
表2为黄河淤泥改性实验(浇筑成型)的配合比,表3为黄河淤泥改性实验(压制成型)的配合比。其中,水泥和石灰以内掺的方法掺入淤泥,矿粉和氢氧化钠以外掺的方法掺入淤泥,通过设置不同水掺量讨论水灰比对改性淤泥性能的影响。
本实验使用水泥、石灰、矿粉及氢氧化钠对黄河淤泥进行改性。首先参照水泥净浆制备方法进行,按照表2的配合比将原材料进行拌合,分别使用浇铸和压制两种方法进行成型。浇筑成型采用40mm×40mm×40mm的模具,如图2(a)所示,实验时将拌制的浆体浇筑入模具并抹平后养护;压制成型采用直径为0.36mm的圆柱形模具,如图2(b)所示,实验时将拌制后的混合物置于模具中通过立式油压千斤顶加压40MPa压制而成。试样成型后分别放置14d,测试其抗压强度并进行对比;使用XRD分析和扫描电镜分析对其改性机理进行研究。
2 实验结果与分析
图3为不同改性配比浇筑成型试样的抗压强度。由图3可以看出,未经过改性的J1试样强度仅为0.15MPa左右,而使用不同改性剂进行改性的试样强度均有不同程度的增强。其中,强度增强最明显的试样为水泥掺量较高(13%)的J6、J7、J11和J12试样,由此可知,改性试样强度的主要来源仍为水泥的水化产物。当使用矿粉与碱复合与水泥综合进行改性时,效果显著强于单掺水泥,表明矿粉在碱性环境下其潜在水硬性可显著改善淤泥的抗压强度。针对不同水灰比的改性试样,水灰比等比下降的J7、J11、J12试样,强度呈一定的下降趋势,表明在淤泥改性体系中,水泥水化产物与淤泥需要较多的水分来进行结合。
为了研究矿粉掺量对淤泥强度的影响,分别对强度较高的J6和J7进行XRD分析,分析结果如图4所示。根据XRD图谱可以看出,水化之后的主要晶相仍为Si O2,而产生的新产物为水化硅酸钙和水化铝硅酸钙。对比发现,外掺矿粉和碱的J7试样生成了更多的水化硅酸钙,从而提供了更多的强度相,进一步增强了淤泥材料的抗压强度。
图5为不同改性配合比压制成型试样的抗压强度。图5(a)显示,掺有改性剂的试样相比于不掺加改性剂的Y1试样,其强度提高非常明显。因此,只对改性后的Y2~Y7试样进行对比,对比结果见图5(b)。由对比结果可见,在压制成型试样中,强度最高的为掺6%水泥和10%石灰的Y3试样,而单掺水泥的Y4试样强度反而较低,这表明在压制成型的体系中,石灰可以更好地在淤泥体系中起到胶结作用,从而产生更高的强度。对比结果还显示,水灰比较低的Y6和Y7试样,其强度也较低。
为分析淤泥的改性机理,对改性后的生土试块进行SEM扫描电镜微观形貌观察。首先分析加入改性剂前后加压试样(Y1、Y3)的微观形貌,其SEM图像见图6。图6(a)显示,未改性的黄河淤泥尽管经过加压,其组分之间的黏结仍较为松散,颗粒界面存在明显的裂纹和孔隙;图6(b)显示,经过改性的淤泥试样,加压后淤泥颗粒之间出现了明显的水化产物,对颗粒之间起到了良好的黏结作用。
另外,针对改性配比相同的浇筑成型J5和加压成型Y3试样,通过微观形貌(图7)分析成型方式对淤泥强度的影响。对比发现,浇筑成型试块中颗粒间隙较大,并未形成较好的连接。而经过压制的试样中,在外力的作用下,颗粒连接紧密,水化产物起到了更好的填充和连接作用,形成了更高的强度。
3 结论
(1)在淤泥中加入水泥可显著改善抗压强度,而同时复掺矿粉和碱可进一步提高其强度。
(2)在淤泥改性体系中,水灰比下降时,淤泥强度也有一定程度的下降。
(3)相比于浇筑成型的方法,加压成型淤泥的内部结构更为密实,抗压强度可达到浇筑成型的五倍以上。
摘要：使用水泥、石灰、矿粉等掺合料对黄河淤泥进行复合改性,测试了不同改性剂、水灰比和成型方式对淤泥试件抗压强度的影响,使用XRD衍射分析研究改性前后物相的变化,使用SEM扫描电镜观察改性前后形貌的变化。结果表明,使用水泥作为改性剂可显著改善淤泥试件的强度,加压成型的淤泥试块强度可达到浇筑成型试件的五倍以上。
关键词：黄河淤泥,改性,水泥,成型方式
参考文献
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[6]钱觉时,王琴,贾兴文.燃煤电厂脱硫废弃物用于改性生土材料的研究[J].新型建筑材料,2009(2):28-32.
水泥复合材料 篇8
随着土木工程规模不断扩大,科技水平不断提高,一些高层大跨、有特殊功能要求的重要建筑不断出现,如摩天大楼、超大跨桥梁等,要求混凝土必须具有更高的强度、更好的耐久性、更优的可靠性, 这些需求促成了水泥基复合材料向高性能与超高性能方向发展。 高性能与超高性能水泥基复合材料在组成上显著的特点是低水胶比。 然而,随着水胶比的降低, 水泥基复合材料拌合物的粘度逐渐增大,引发不易搅拌、难泵送等一系列施工问题,很大程度上限制了其推广与应用。 如何改善低水胶比水泥基复合材料的工作性能成为发展高性能与超高性能水泥基复合材料亟需解决的关键问题[1,2]。
混凝土流变性能被认为是迄今为止表征工作性能最理想的方法[3,4],混凝土流变学是研究其流动和变形的重要学科。 混凝土流变学通过屈服应力、 粘度等参数定量地表征混凝土工作性能,而这些参数主要通过流体模型对测得的流变曲线进行拟合获得。 众多学者认为新拌水泥基复合材料可看作一种塑性流体,可采用Bingham流体模型分析[4,5,6]; 而一些研究也表明, 由于矿物掺合料及外加剂的掺入,一些高强或高性能水泥基复合材料表现出剪切增稠或剪切变稀的现象,即具有假塑性或胀流型流体特征[7,8],采用Bingham流体模型无法全面反映其流动特性,误差较大。 因此,明确低水胶比水泥基复合材料的流体特征,选择合理流体模型,是研究其工作性能的首要问题。
本文在介绍目前水泥基复合材料领域最常用的几种流体模型的基础上,重点研究分析了低水胶比水泥基复合材料的流变学特征。
1几种常用水泥基复合材料的流体模型
牛顿流体是研究流体流变性问题的基础,根据流体的不同流变性能,基本可分为牛顿流体和非牛顿流体(见图1)。 新拌水泥浆、砂浆和混凝土是一种多相混合物, 大多数表现出复杂的非牛顿流体特征。 目前用于研究水泥、砂浆或混凝土流变性能的流体模型主要有以下几种[9,10,11]:
(1)Bingham(宾汉姆)流体模型
Bingham模型认为: 剪应力 τ 超过临界值 τ0后浆体才开始流动,并且应变梯度随应力增量(τ-τ0) 成线性增长。 模型的经典形式为:
其中,τ —施加的剪应力(Pa);γ—应变梯度(s-1),剪切速率;τ0—屈服应力(Pa);μ—塑性粘度(Pa·s)。
(2)修正Bingham流体模型
在实际的测试中发现, 在低剪切速率时应力- 应变曲线并非是线性的关系。 为了修正低速阶段的曲线,在Bingham模型中引入一个二次项cγ2,成了修正Bingham模型:
其中,c—修正系数。
(3)Herschel-Bulkley(赫切尔-巴尔克)模型
Herschel-Bulkley模型认为剪应力 τ 超过临界值 τ0后才开始流动,并且应变梯度随应力增量(τ- τ0)成幂律增加:
式中,m—稠度系数,Pa·sn;n—流变行为指数。
从上式可以看出,当n=1时,流体表现为宾汉姆流变行为,称为宾汉姆塑性流体;当n<1时,流体表现剪切变稀流变行为, 称为假塑性流体; 当n>1时,流体呈现剪切变稠流变行为,称为胀塑型流体。 n值越大,剪切增稠程度越高。
Herschel-Bulkley模型中, 屈服应力 τ0、稠度系数m和流变行为指数n是表征流体流变行为的重要参数, 但对于塑性粘度 μ 公式无法直接给出。 Ferraris和de Larrard等[4]通过大量试验研究, 推导出如下的经验公式:
其中,γmax—流变测试过程中的最大剪切速率。
2原材料与试验方法
2.1原材料
P·Ⅱ 52.5级硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰以及S95级磨细矿渣, 密度分别为3.17g/cm3、2.33g/cm3和2.84g/cm3, 比表面积分别为388m2/kg、415m2/kg和404m2/kg,三者化学组成见表1。 砂为细度模数2.6、 密度2.66g/cm3的普通河砂,减水剂为江苏某公司生产的PCA(VII)超高减水型羧酸类高性能减水剂,固体含量为30%。
%
2.2配合比
采用低水胶比砂浆为研究对象, 重点考虑了种胶材组成和2种水胶比(0.18和0.20),砂胶比为0.7,砂浆配合比见表2。
2.3试验方法
流变性能测试采用Brookfield公司生产的R/S- SST软固测试体流变仪(见图2),测试选择V40-2浆式转子。 该仪器控制系统可从0.01~1000rpm无极变速调控,结合Rheo V2.8软件,可以对测定的数据进行自动采集并分析处理,可方便的给出在步进剪切速率或步进剪切应力下的不同流变学参数,并可以绘制出全过程的浆体流变学曲线。
流变测试程序设置见图3:静置30s后,剪切速率升到25s-1(步骤1)并维持此速度60s(步骤2,此阶段称为预剪切);预剪切结束后,速度立即下降到0s-1(步骤3);再静置60s(步骤4)后,在60s内将剪切速率匀速增加到25s-1(步骤5),然后在60s内从25s-1降到0(步骤6)。 预剪切的目的是使浆体中颗粒充分分散, 之后静置60s是为了确保测试前浆体体系的稳定性, 步骤5、6用于测试浆体的流变性能。 采用步骤6的测试结果进行流变性能分析。
3试验结果与分析
3.1低水胶比水泥基复合材料流变行为
图4为水胶比0.18和0.20时几组砂浆的剪切速率-剪切应力曲线。 从图中可以看出,水胶比0.时三组不同胶材组成的砂浆表现出类似的流动特性,而水胶比降低到0.18时,三组流动曲线具有明显的差异,但曲线特征类似。 表明低水胶比砂浆表现出典型的胀流型流体特征,水胶比越低,特征越明显;低水胶比时流变性能对水胶比的变化极为敏感,水胶比从0.20降低到0.18,相同剪切速率下,剪切应力成倍增长。
3.2低水胶比水泥基复合材料流变模型的适用性
根据实测的流体流变曲线以及通过分析Bing- ham、修正Bingham以及Herschel-Bulkley三种模型的拟合相关系数、拟合参数的合理性,最终确定最适用于低水胶比水泥基复合材料的流体模型。 采用Bingham、修正Bingham以及Herschel-Bulkley三种模型对M1、M2和M3三种基体共六组配比砂浆的流变曲线进行回归分析。 考虑到水胶比分别为0.1和0.20时,M1、M2和M3的流动曲线类似, 图5仅给出M1砂浆的拟合曲线, 而所有配比砂浆的拟合参数值列于表3中。 从图5和表3可以看出:
(1)采用修正Bingham模型和Herschel-Bulkle模型拟合低水胶比砂浆流动曲线相关性较高,相关系数R2均在0.998以上;而采用Bingham模型分析低水胶比水泥基复合材料误差较大, 相关性略低R2在0.92~0.97之间, 这主要是由于Bingham模型假设流体为塑性流体,流动曲线为线性,与实测的流动曲线差异较大。
(2)采用Bingham模型分析低水胶比砂浆得到的屈服应力为负值,采用修正Bingham模型分析得到的屈服应力为正值, 低于Herschel-Bulkley模型得到的结果。 屈服用力反映了流体开始流动的阻力,从物理意义上来说,水泥基复合材料屈服应力应大于0,因此,屈服应力的结果明确表明低水胶比砂浆中采用Bingham模型分析是不可行的。
(3)塑性粘度反映了流体开始流动后的流动阻力,随着水胶比的降低,塑性粘度逐渐增大。 采用修正Bingham模型分析水胶比对M1、M2和M3三组砂浆流变性能的影响发现,拟合结果中塑性粘度与水胶比之间无明显的规律性;而采用Bingham模型和Herschel-Bulkley模型分析得到的结果均表明, 水胶比从0.20降低到0.18,水泥基复合材料的塑性粘度成倍增长, 与实测的流动曲线结果也较为吻合。 修正Bingham模型得到的塑性粘度值较小且无明显规律主要是由常数C导致。 水胶比较高时,由于测试的流动曲线接近塑性流体曲线, 因此常数C值较小,拟合获得的塑性粘度与真实塑性粘度较为接近。 而对于低水胶比水泥基复合材料,由于水胶比较低,流体的胀流型特性极为显著,而此时采用修正Bingham模型分析得到的常数C值较大(见表3),因此,在相同剪切速率和剪切应力条件下,必然导致得到的塑性粘度低于实际粘度值。
综上分析, 低水胶比水泥基复合材料中采用Herschel-Bulkley模型进行流变分析较为合适,低水胶比水泥基复合材料可看作一种Herschel-Bulkley流体。Herschel-Bulkley模型中不仅含有屈服应力来反应浆体初始的流动阻力,还有m和n两参数来反映浆体流动过程中的粘度变化情况,特别是n值可反应水泥基复合材料剪切增稠的程度,这对于今后研究低水胶比水泥基复合材料的工作性能及其调控措施将具有积极的指导意义。
4结论
(1)低水胶比水泥基复合材料表现出典型的胀流型流体特性,水胶比越低,特征越明显。 低水胶比水泥基复合材料的流变性能对水胶比变化极为敏感,水胶比降低0.02可导致剪切应力成倍增加。
(2)低水胶比水泥基复合材料不宜采用Bing- ham模型进行流变性能研究, 该模型中假设流体为塑性流体,与实测低水胶比水泥基复合材料流变曲线不符,导致拟合结果中的屈服应力为负值,违背了水泥基复合材料中屈服应力的物理意义。
(3)低水胶比水泥基复合材料也不宜采用修正Bingham模型进行流变性能研究, 该模型拟合曲线与实测低水胶比水泥基复合材料流变曲线具有极高的相关性,但由于拟合的常数C值较高,导致了拟合获得的塑性粘度远低于实际塑性粘度值。
水泥复合材料 篇9
一、掺入PVA对水泥基复合材料性能的影响
在水泥中加入不同质量分数的PVA,并按照加水量36.4%加水,分别测试其性能。 PVA掺量对水泥基复合材料体积电阻率的影响分别按质量分数1%、2%、 4%、8%加入PVA,测量其7天、28天体积电阻率结果见图1所示。由图1可知: 随着PVA掺量的增加,PVA水泥复合材料的7天、28天体积电阻率逐渐上升。 其中,7天体积电阻率从未加PVA时的3.95×108Ω·cm提高到8%PVA掺量时的14.42×108Ω·cm; 28天体积电阻率从未加PVA时的4.13×108Ω·cm提高到8%PVA掺量时的66.54×108Ω·cm,电阻率提高了15倍以上。该结果的原因在于PVA分子链能和水泥水化产物(如铝酸钙)结合形成界面层,最终形成聚合物和水泥水化物相互交织、相互贯穿的复合体结构,从而细化孔结构减弱孔液互相连通,使材料微结构更趋致密,电阻率提高。
普通水泥浆体的孔隙率较大,C-S-H之间有针状的钙矾石晶体,未水化的水泥颗粒以颗粒形式存在,水化产物在其表面生长,C-S-H和钙钒石的晶体相互交联,形成间断的、孔隙较大的骨架网状体系。PVA的掺入,包裹了水化产物和未水化颗粒,单独存在的未水化水泥颗粒和钙矾石晶体明显减少;孔隙减少,水泥基体(水化产物)和PVA形成不完全连续的、填充密实的网状体系结构。
二、PVA掺量对水泥基复合材料抗压强度的影响
分别按质量分数1%、2%、4%、8%加入PVA,测量其7天、28天抗压强度变化曲线如下图2所示。
图2中,PVA/水泥复合材料的7天、28天抗压强度均随着PVA掺量的增加先提高后下降。当PVA含量为2%时,复合材料的表面密实,力学性能较好, 7天抗压强度为15.63MPa,28天抗压强度达到19.99MPa,分别是未加PVA时试样的3倍、3.08倍。当聚合物掺量大于4%时,试样的7天、28天抗压强度均开始下降,当掺量为8%时,28天抗压强度与普通空白水泥样的抗压强度基本相当。由于水泥基体和PVA形成不完全连续的、填充密实的网状体系结构,可以使水泥的强度提高,但是,如果超过临界值,会发生改性失败,强度大幅下降。 因此,为得到较大的电阻率,PVA的掺量也不宜超过4%。
三.PVA掺量对水泥基复合材料耐硫酸盐腐蚀性能的影响
分别按质量分数1%、2%、4%、8%加入PVA,放置28天后,浸入5%的硫酸钠溶液中进行干湿循环试验。PVA/水泥复合材料试样的质量在耐腐蚀试验中的变化如图3所示。
由图3可以看出,在硫酸盐溶液的作用下经过14次干湿循环试验后试样质量并未减少而且基本呈上升趋势。
经过腐蚀实验后,试样强度均低于空白水泥样品,随着PVA掺量的增加抗压强度保持率逐渐增加,但在掺量为4%时,强度保持率明显的降低,只有47.3%, 掺量为8%时,样品强度保持率为85%,超过了空白样品。
结论:
在水泥中掺入PVA时,PVA/水泥基复合材料的7天、28天体积电阻率随着PVA掺量的增加逐渐上升,PVA掺量为8%时,28天体积电阻率提高到了16倍;抗压强度先逐渐提高后下降,当PVA掺量为2%时,试样表面密实,28天抗压强度是空白水泥试样的3倍;抗硫酸钠侵蚀试验后,试样强度保持率与空白水泥样品相比有所下降。
参考文献
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水泥复合材料 篇10
高延性纤维增韧水泥基复合材料(ECC)是当前土木工程界的研究热点课题之一[1],由于其超强的裂缝控制能力、抗弯韧性、抗疲劳性能及耐久性,已经成功地应用到世界各国的多个工程中。ECC是一种以超强拉伸应变能力著称的材料[2,3,4,5],单轴拉伸试验能较准确地反映ECC的抗拉性能。目前,关于纤维素纤维增强水泥基复合材料直接拉伸试验研究报导较少[6,7],而关于水胶比、砂胶比、纤维类型、粉煤灰及矿渣含量等因素对其拉伸应变能力的影响也缺乏系统的研究[8,9]。本文对ECC进行了单轴拉伸试验,确定了ECC的应力-应变关系,并分析了砂胶比、纤维类型、粉煤灰及矿渣含量等因素对ECC拉伸应变能力的影响规律。
1 试验概况
1.1 试验方案
考虑砂胶比、纤维类型、粉煤灰及矿渣含量四种因素对ECC拉伸性能的影响,设计了10种不同配合比的ECC,见表1。本试验水泥采用P·O 42.5R级普通硅酸盐水泥;细骨料选用细度模数为200目的石英砂;粉煤灰和矿渣采用徐州某公司的Ⅰ级粉煤灰和S95级矿渣,矿渣的比表面积≥400m2/kg;纤维选用日本产K-ⅡPVA纤维和上海某公司产的佳密克丝(Dramix)微细钢纤维,纤维的性能指标见表2。另外,拌制ECC过程中还添加了江苏某公司的聚羧酸高性能减水剂。
注:以上配比均为质量比,除纤维用体积比表示;纤维类型中P代表PVA纤维,S代表钢纤维。
试件尺寸为160mm×50mm×12mm,试件两端采用粘贴长50mm、宽45mm、厚1mm的铝板进行加固,铝板与试件之间采用碳纤维布作为垫层并用环氧树脂胶结。固定完毕后需要在试件的标距段夹持引伸计,本试验中引伸计标距为50mm,引伸计通过皮筋绑定在试块的一侧,如图1所示。试验选用CCS-44100型液压伺服机,设定的静力加载速率为0.1mm/min,荷载和应变的监测均由伺服机配套软件Testexpert完成。
1.2 试件破坏特征
试件在加载过程中,薄弱截面首先发生破坏并迅速形成第一道裂缝,继而将会在首次出现裂缝的附近同时产生大量成片的微细裂缝。继续加载,试块的其他截面位置就会开裂,该位置可能与初次开裂的位置较远,然后成片的裂缝接着就出现在新的位置,如图2所示。所有的裂缝几乎都垂直于加载方向,经测量裂缝在30-50μm之间的宽度比较均匀。
直拉试验破坏后的断面内的纤维长短不一,纤维的破坏分为两种:断裂和拔出。一般断面内外露长度较长的纤维为拔出破坏,其端部完好或轻度受损,而外露长度较短的或者没有露出来的多为拔断破坏,纤维沿斜向发生了断裂。纤维的拔断或拔出与纤维与基体之间的化学粘结力有着直接关系,粘结力越大,越容易发生拔断破坏。
2 试验结果及分析
ECC薄板直拉试验中,试件的初裂强度在1.56-3.07MPa之间,初裂应变在0.795×10-4-1.6×10-4之间,极限抗拉强度在2.07-4.61MPa之间,弹性模量在15.1-20.8GPa之间,极限拉应变能力悬殊,离散性大,而初裂强度和初裂应变相对较稳定。与普通混凝土相比,初裂强度、初裂应变、极限抗拉强度、弹性模量都略低,但极限拉伸应变能力增长显著。试验中,ECC最高拉伸应变为3.025%,而普通混凝土拉伸应变能力约为0.01%,因此,ECC拉伸应变能力明显优越于普通混凝土。
2.1 粉煤灰掺入量与拉伸应变能力的关系
图3为粉煤灰掺入量与ECC拉伸应变性能的关系,通过比较图中的第1、2、3组应力-应变曲线可知,粉煤灰掺入量(FA/B)的提高对于拉伸应变能力及应力-应变曲线的稳定性是极其重要的。随着粉煤灰掺量的增加,极限拉伸应变显著增加,并且曲线的抖动频率也急剧增加,抖动幅度减小。当FA/B=0.45时,第1组试件都表现出了明显应变软化,应变达到0.45%和0.67%,荷载达到极限拉伸荷载后,主裂缝已形成,继而承载力持续下降,裂缝变宽。随着粉煤灰掺量增至0.55,第2组中个别试件体现出了应变硬化特征,材料达到第一个应力峰值点后应力有突降,但应力并没有就此下降,反而继续上升。当FA/B=0.65时,第3组试件的应力-应变曲线体现了极好的应变硬化现象,应力-应变曲线反映出的特征为初裂点明显、波动数量多、波动幅度小、极限应变值大、应力下降段陡。可见,粉煤灰的掺入对增大材料拉伸应变能力,增强材料性能的稳定性是有利的,但粉煤灰的增加会导致初裂强度和极限强度下降。
2.2 砂胶比与拉伸应变能力的关系
图4反应了砂胶比与ECC拉伸应变性能的关系,比较图3中的第3组与图4中的10、11组数据,这三组的砂胶比(S/B)是逐渐增加的,分别为0.36、0.46、0.56。第3和11组试件的应变能力较好,硬化效果明显,而10组却表现出应变软化,虽然其最大拉伸应变达到1.698%,但该应力-应变曲线达到峰值荷载后应力持续下降,并由于波动的存在减缓了应力的下降速度。而11组中最高拉伸应变能力达到1.878%,其应力-应变曲线波动频繁,达到1.5%应变后应力呈下降趋势,不属于严格意义上的应变硬化。而这三组曲线的初裂强度和极限强度均随砂胶比的提高而提高。可见,随着砂胶比的增加,初裂强度、极限强度也随之增加,但与拉伸应力能力的关系不明显。
2.3 矿渣含量与拉伸应变能力的关系
图5为矿渣含量与ECC拉伸应变的关系,三组试件的矿渣替代率依次为20%、40%、60%。这三组试件在测试中反映出来的性能迥异,离散性极大,如第15组替代率为20%的试件最低拉伸应变和应力分别为0.552%和2.27MPa,最高拉伸应变和应力为1.96%和4.61MPa,应变和应力的增幅分别达到2.55倍和1.03倍,如此大的离散性充分说明了这些试块均匀性很差,内部纤维的分散性也很差。与未添加矿渣的试件相比,添加矿渣试件的初裂强度要略高,极限抗拉强度也有一定程度的提高,而矿渣的增量与极限抗拉强度的增量之间的关系不明显。
2.4 纤维类型与拉伸应变能力的关系
图6反应了不同纤维类型、纤维含量与ECC拉伸应变性能的关系。图中第19、20组用钢纤维代替了部分的PVA纤维,替代率分别为25%和50%。由图6可见,替代率的提高明显降低了材料应力-应变曲线的抖动行为,替代率为50%时,第20组试件的曲线几乎是平坦的,与替代率为25%时有明显的抖动增加,与未掺加钢纤维的试件相比,替代率为25%时,极限拉伸应变能力由3.025%降低到1.987%,其应变能力主要是通过钢纤维的拔出和主裂缝的扩大而实现的。同样,替代率为50%的拉伸试件得到的平坦的曲线也能达到1%以上的应变值。然而,这种应变能力实际上有别于ECC多裂缝开裂所形成的应变值,裂缝的开展宽度已经超过了允许值,属于有害裂缝。通过分析可知,纤维的替代率对于初裂强度的影响不大,而适量的钢纤维替代率有利于极限抗拉强度的提高,替代率过高反而不利。
3 结论
(1)提高粉煤灰含量可以有效提高ECC的拉伸应变能力,但会显著降低材料的初裂强度和极限抗拉强度。
(2)砂胶比提高可提高材料初裂强度及极限抗拉强度,但对于极限拉伸应变能力的影响不显著。
(3)提高矿渣的掺量虽可提高初裂强度和极限抗拉强度但会严重影响材料的均匀性,并降低材料的极限拉伸应变能力,增大试验数据离散性。
(4)钢纤维的掺入对于提高材料的应变硬化能力是不利的,会导致材料呈单裂缝开展破坏形式,裂缝的宽度得不到控制。
参考文献
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水泥复合材料 篇11
【关键词】发泡板；保温；施工
0.引言
发泡水泥板属于无机发泡保温材料，相比其它保温材料具有优异的防火性、耐久性、良好的界面粘结性，理论上该系统可与建筑物同寿命。同时又具有无机材料脆性的特征，加上导热系数偏高，膨胀变形应力主要集中于板缝处，容易出现因应力集中出现的板缝开裂现象。
1.发泡水泥板外墙外保温系统的应用分析
2011年初，公安部消防局下发了《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》，提出“民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料”，为适应这一要求，各地开始生产、应用复合发泡水泥板外墙保温材料。如何正确把握复合发泡水泥板外墙外保温系统技术发展方向，保障居住节能、安全性要求，成为了相关企业在进行该技术服务时的重点。发泡水泥生产工艺简单，发泡水泥的导热系数通过发泡倍率的调整可以做到0.045-0.08w/m·k不等，但考虑应保温应用时的强度要求，一般容重在200-270kg/m3比较合适，相应的导热系数在0.06-0.07w/m·k之间，抗拉强度在0.1MPa以上。在具体工程应用中，我们应严格遵守该材料及系统性能、系统构造、热工设计、施工方法和工程验收等规定，合理制定复合发泡水泥板外墙外保温系统施工方案、系统及各组成材料必须符合各项性能检测报告。
2.发泡水泥板外墙外保温系统的施工工艺
2.1系统、材料适用条件
（1）本系统用于建筑外墙外保温时的保温层厚度，应根据国家和地区现行建筑节能设计标准对外墙的规定指标或建筑物节能的综合指标要求通过热工计算确定。
（2）发泡水泥板用于外墙保温时，其导热系数、蓄热系数设计计算值和修正系数均应按照标准指标取值。根据现场抽测检验结果，尤其是干密度250kg/m3以下的Ⅱ型复合发泡水泥板抗拉强度要进行工艺控制。
2.2施工流程
基层墙体处理—弹基准线、安装底座托架—涂刷界面砂浆—粘贴发泡水泥板—抹第一遍抹面砂浆—铺压网布—安装锚固件—抹第二遍抹面砂浆—验收—柔性耐水腻子—饰面涂料—工程验收。
2.3结构和构造层工艺要求
（1）不同材料基体面的处理应符合以下要求：①基层墙体为砌体时，墙体可不做界面处理，外侧应做防水砂浆找平层，第一遍为基层刮糙，增加材料间粘接力。面层平整度、垂直度应满足相关要求。②基层墙体为混凝土时，首先应涂刷界面砂浆，然后分遍抹灰
（2）发泡水泥板与找平层的连接应采用满铺粘结砂浆粘结，粘贴时用铁抹子在每块发泡水泥板上均匀批刮一层厚度不小于3mm的粘结砂浆，粘贴面积不小于95%，板与板之间的接缝缝隙不大于1mm。
（3）抹面层中应压入网格布，根据要求，建筑物首层应由一层标准型网格布和一层加强型网格布组成，二层以上墙面可采用一层网格布粘贴。抹面层的厚度宜为5-7mm。用于辅助机械固定的锚固件应设置在网格布外侧，首层及加强部位应设置在两层网格布之间。
（4）锚固件锚固应在第一遍抹面砂浆（并压入网布）初凝时进行，使用电钻在发泡水泥板的角缝处打孔，将锚固件插入孔中并将塑料圆盘的平面拧压到抹面砂浆中，有效锚固深度：混凝土墙体不小于25mm；加气混凝土等轻质墙体不小于50mm。墙面高度在20m以下每平方米设置4-5个锚拴，20m以上每平方米设置7-9个锚拴。锚栓固定后抹第二遍抹面砂浆，第二遍抹面砂浆厚度应控制在2-3mm。
3.操作方法
3.1安装过程
（1）标准板规格尺寸为300*300，对角线误差小于3mm，如需切割可采用小型切割锯切割，保温板尺寸允许偏差为±2。
（2）网格布翻包：门窗洞口、变形缝两侧等处粘网格布，总宽度约200，翻包部分宽度为80，具体做法如下：网格布裁剪长度为180加板厚。首先在翻包部位抹长度为80宽度为2的专用粘结剂，然后压入80长的网格布，余下的甩出备用。
（3）将配置好的专用粘结剂涂抹在复合发泡水泥板的背后，粘结剂压实厚度约为3，为保证粘结牢固，最好采用满沾法，也可采用条粘法和条点法。
（4）条粘法：用齿口镘刀将专用粘结剂水平方向均匀的抹在复合发泡水泥板上，条宽10，厚度10，中距50。
（5）条点法：用抹子在每块板周边及中间抹专用粘结剂，再在复合发泡水泥板分隔区内抹直径为50，厚度为10的灰饼。
（6）将抹好专用粘结剂的复合发泡水泥板迅速粘贴在墙面上，以防止表面结皮而失去粘结作用。
（7）复合发泡水泥板粘上墙后，应用2米靠尺压平操作，保证其平整度及粘贴牢固，板与板之间要挤紧，不得有缝，因切割不直形成的缝隙，用粘结剂塞入并抹平。每粘完一块板，应将挤出表面的专用粘结剂清除。
（8）复合发泡水泥板粘贴应分段自下而上沿水平方向横向铺贴，每排板应错缝1/2板长，局部最小错缝不得小于100。
3.2安装固定件过程
（1）固定件在复合发泡水泥板粘贴8小时后开始安装，并在其后24小时内完成。按设计要求的位置用冲击钻钻孔，孔径10，钻入基层墙体深度约为60，固定件锚入基层墙体的深度约为50，以确保牢固可靠。
（2）固定件个数按每块板设置一个。
（3）自攻螺丝应挤紧并将工程塑料膨胀钉帽与复合发泡水泥板表面齐整或略拧入一些，确保膨胀钉尾部回拧，使其与基层墙体充分锚固。
3.3打磨
（1）复合发泡水泥板接缝不平处应用粗砂纸打磨，动作为轻柔的圆周运动，不要沿着与板接缝平行的方向打磨。
（2）打磨后及时将浮灰用刷子清理干净。
3.4作装饰线角
（1）根据设计要求用墨线弹出需要做线角的位置，并进行水平和竖直方向校正。
（2）凹线角使用开槽器将板切成凹口，凹口最薄处不小于15 。
（3）凸线角应按设计尺寸切割后，在线角及对应板两面刷界面剂一道，再涂满专用粘接剂，使其粘贴牢固。
3.5抹底层聚合物砂浆
（1）聚合物砂浆的配置同专用粘结剂。
（2）将配置好的聚合物砂浆均匀的涂抹在板上，厚度为2
3.6压入网格布
（1）网格布应按工作面的长宽要求裁剪，并应留出搭接宽度。网格布的裁剪应顺经纬向进行。
（2）在门窗等洞口周围网格布翻包，四角均应附加一层网格布加强，整幅网格布应在洞口周边翻包及附加网格布之上。
（3）在洞口及网格布翻包部位的挤塑板正面和侧面，均涂抹聚合物砂浆（只允许此处的挤塑板端边抹聚合物砂浆）。将预先甩出的网格布沿板厚翻转，并压入聚合物砂浆中。
（4）将整幅网格布沿水平方向绷直绷平，注意将网格布内曲的一面朝里，用抹子由中间向上、下两边将网格布抹平，使其紧贴。网格布水平方向搭接宽度不小于100，垂直方向搭接长度不小于80，搭接处用聚合物砂浆补充底层砂浆的空缺处，不得使网格布皱褶、空鼓、翘边。
（5）在凹凸线角处，应将窄幅网格布埋入底层聚合物砂浆内，将整幅网格布在窄幅网格布之上，搭接宽度80。
（6）在墙身阴阳角处两侧网格布双向绕角相互搭接，各侧搭接宽度不小于200。
（7）抹面层聚合物砂浆：抹完底层聚合物砂浆并压入网格布后，待砂浆凝固至表面不粘手时，开始抹面层聚合物砂浆，抹面厚度以盖住网格布为准。
3.7饰面层的施工
饰面层采用水溶性高弹涂料时，施工前应修补聚合物砂浆不平处，并用细砂纸打磨，然后进行涂料施工。
4.结语
综上所述，随着建筑节能技术的不断发展，外墙保温系统相关技术日益完善。在实际工作中通过接触不同的外墙保温施工技术，针对不同的地区、环境、设计使用寿命等因素，选择合理的、有效的外墙保温系统，严格控制施工质量，确保建筑物外墙保温系统的保温性能，使其满足节能使用要求。
【参考文献】
[1]建筑节能工程施工质量验收规范.GB50411-2007.
水泥复合材料 篇12
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
水泥：丽江中热42.5水泥，比表面积274 m2/kg，表观密度3.11 g/cm3;高钛矿渣粉：由攀钢集团水淬高钛矿渣砂粉磨得到，3种比表面积分别为300 m2/kg、400 m2/kg和500 m2/kg;标准石英砂。原材料的化学成分及高钛矿渣的物理力学性能分别见表1和表2。
%
1.2 试验方法
高钛矿渣化学成分测试参照GB/T 176—1996《水泥化学分析方法》，其中二氧化钛含量参照YS/T 514.1—2006《高钛渣、金红石化学分析方法硫酸铁铵容量法测定二氧化钛量》;物理性能测试参照GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行;净浆试验参照GB/T 1346—2001《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验法》进行;水泥胶砂强度试验参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行。
水泥净浆试样成型用水量以同等标准稠度为原则，颗粒形貌和微观结构用扫描电镜观察，矿物组成及水化产物采用X射线衍射分析。未特别指出时，采用的高钛矿渣比表面积均为400 m2/kg。
2 试验结果与讨论
2.1 高钛矿渣的化学成分及物理性能
由表1可知，高钛矿渣的主要化学成分为CaO、SiO2、TiO2、Al2O3，属于CaO-SiO2-TiO2-Al2O3四元体系。高钛矿渣中TiO2含量较高，达到20.09%，质量系数Mk=1.067，碱性系数M0=0.915(小于1)，属于酸性矿渣。按照JC/T 418—1991《用于水泥中的粒化高炉钛矿渣》的规定，粒化高炉钛矿渣质量系数应不小于0.9,TiO2含量不得超过25%。因此，本试验的高钛矿渣满足要求，可以应用于水泥及混凝土中。
由表2可见，高钛矿渣的表观密度相当高，甚至高于水泥颗粒;高钛矿渣的需水量比略小于100%。
2.2 高钛矿渣对胶凝材料性能的影响（见表3)
由表3可知，比表面积一定时，随着高钛矿渣掺量的增加，水泥净浆的标准稠度减小，凝结时间稍延长;掺量相同时，随着高钛矿渣比表面积的增加，需水量比略有提高;掺入高钛矿渣的胶凝材料安定性合格。
高钛矿渣掺量越高，水泥净浆的标准稠度用水量越小。这是因为掺入的钛矿渣粉填充于水泥颗粒间隙和絮凝结构中，占据了充水空间，原来絮凝结构中的水被释放出来，使浆体稀化，所以标准稠度用水量减少[6,7]。反之，比表面积合适时，在保持同样用水量的前提下，加入钛矿渣粉可以增加水泥或者混凝土的流动度。从工程实际来讲，用水量的减少对混凝土力学性能及耐久性的改善无疑具有重要意义。
高钛矿渣比表面积增大使需水量比提高的原因可能是钛渣粉自身需要吸附一定量的水，随着比表面积的增大，吸附水增加[8]。高钛矿渣中无死烧的缓慢水化物相，经压蒸检验合格，不会引起膨胀和收缩，表明钛渣中无有害成分。
2.3 高钛矿渣对水泥砂浆强度的影响
高钛矿渣对水泥胶砂强度的影响见表4，高钛矿渣的比表面积为400 m2/kg。
由表4可见，高钛矿渣掺量一定时，水泥胶砂强度皆随龄期的延长而增长;高钛矿渣的掺入降低了水泥胶砂强度，且随着掺量的增加，强度逐渐降低;相比而言，掺高钛矿渣的水泥胶砂早期强度发展缓慢，后期发展较快但仍然很低。
Ca2+的含量是影响活性的主要因素，虽然高钛矿渣CaO含量达27.92%，但由于TiO2是一种很好的晶核形成剂，Ca2+主要与钛氧化物形成钙钛矿等结晶性强的稳定矿物，导致浆体中Ca2+的可利用率降低[9]，因此其活性低、早期强度较低。后期高钛矿渣受到水泥水化生成的Ca(OH)2激发，逐渐发生水化作用，和水泥一起成为胶凝材料，与水泥基材料胶结并产生强度[10]，使后期强度提高。
因此，掺入高钛矿渣降低砂浆强度，早期影响尤为明显，工程实际中应加强养护以提高其早期强度，并注意降低脆性。
2.4 微观测试分析
2.4.1 扫描电镜分析（SEM)
水泥及高钛矿渣的SEM照片见图1，纯水泥浆试件不同龄期水化产物SEM照片见图2。
从图1可以看出，高钛矿渣由结晶良好的矿物组成，有片状、粒状、棒状及板状等。水泥颗粒较大且棱角分明，而高钛矿渣颗粒较小且圆润，具有良好的形态效应，作为掺合料能起到“滚珠”的作用。
由图2可知，纯水泥浆的水化产物主要为絮凝状C-S-H凝胶、层状Ca(OH)2晶体及少量的CaCO3，还有少量针状钙矾石(Aft)晶体交叉生长于孔隙中，此外还有少量直径约几微米的片状晶体，可能是单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。同时，存在部分未水化的水泥熟料，其颗粒表面模糊，附着颗粒状的C-S-H凝胶。水化产物与未水化的熟料颗粒结合紧密，但水泥石结构孔隙较多。随着龄期的增长，未水化的大颗粒明显减少，水化产物越致密。
图3、图4分别为7 d和28 d时高钛矿渣不同掺量的水泥净浆水化产物的SEM照片。
由图3、图4可知，掺入高钛矿渣后的水化产物基本与纯水泥试件相同，但孔尺寸增大、孔隙明显增多，掺量越多，孔隙分布越不均匀。随着龄期的增长，孔隙减少，孔隙尺寸也减小。图中清晰可见未水化的粒状钙钛矿及片状和短柱状的钛辉石晶体，随着高钛矿渣掺量的增加，未水化的钙钛矿及钛辉石晶体越多。但随着水化龄期的增长，水化产物越来越多，这些稳定晶体矿物越来越少。
2.4.2 X射线衍射分析
图5为高钛矿渣的X射线衍射图。
由图5可见，高钛矿渣的主要矿物组成为：钛辉石、钙钛矿、巴依石、尖晶石，均为结晶性强的稳定矿物，在水介质条件下溶解能力和解体能力均较低[7]，这也是掺高钛矿渣的水泥砂浆早期强度低的原因。图6、图7分别为不同高钛矿渣掺量的7 d、28 d水泥净浆试件的X射线衍射分析。
由图6、图7可知，7 d时，掺高钛矿渣的净浆试件含有大量未被反应的钙钛矿和钛辉石。随着高钛矿渣掺量的增加，Ca(OH)2含量减少，但均比纯水泥浆试件多。净浆试件水化产物中含有大量未被反应的C2S和C3S，钙矾石不是很明显。
28 d时，掺高钛矿渣的所有试件水化产物中的Ca(OH)2含量均比纯水泥浆试件多。当高钛矿渣掺量在10%时，Ca(OH)2最多，C-S-H含量相差不大，且均较少。纯水泥净浆试件中C2S、C3S已基本不可见，清晰可见有钙矾石生成，此外还有少量的钙钛矿，钛辉石已基本消失。有大量的Ca(OH)2晶体生成，C-S-H含量相比7 d时增多，但还是较少，此外还生成钙铁石-钙钛矿(Ca4Fe2Ti2O11)，它是一种团簇玻璃态的物质，具有热稳定性，并有较好的物理和化学性能。
由于试验用高钛矿渣比表面积的差距不大，因此，掺不同比表面积钛渣的水化产物差别不太明显。
由此可见，高钛矿渣的水化产物除钙铁石-钙钛矿外，其它与纯水泥的无多大差别，只是生成产物的量不一样，且不会生成不良物质。同时，高钛矿渣的矿物成分相当稳定，但水化后期这些矿物含量减少，生成物理化学性能良好的物质，这也充分说明高钛矿渣在高碱环境下能被激发，从而使后期强度提高。
3 结论
(1)高钛矿渣属于Ca O-Al2O3-SiO2-TiO2四元体系，其主要矿物成分有钛辉石、钙钛矿、巴依石、尖晶石等，活性较低。
(2)随着高钛矿渣掺量的增加，水泥净浆的标准稠度减小，凝结时间稍延长;随着高钛矿渣比表面积的增大，水泥净浆需水量比略有提高;安定性均合格。掺入高钛矿渣降低砂浆强度，且早期影响尤为明显。
(3)高钛矿渣粉具有良好的形态效应，作为掺合料能起到“滚珠”的作用。除钙铁石-钙钛矿外，高钛矿渣与水泥的水化产物并无差别，只是生成物的量不同，且不会产生不良物质。同时，高钛矿渣的矿物成分相当稳定，但水化后期这些矿物含量减少，说明高钛矿渣在高碱环境下能被激发，从而使后期强度提高。
高钛矿渣可以作为新型水泥混凝土掺合料，利于实现高钛矿渣的无害化和资源化处理，并能促进环境保护和资源的可持续利用。
参考文献
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