水泥基材料范文

水泥基材料范文（精选12篇）

水泥基材料 第1篇

近年来, 国内外专家在水泥基研究和应用领域取得了很大的进步, 为建材行业节约成本、减少环境影响和能源消耗方面做出了很大贡献。这次为期两天的研讨会邀请了22位中外学者作专题报告, 涵盖了水泥基研究和应用领域近年来的主要研究重点, 包括:原材料资源的合理化应用、水泥工业节能降耗、工业废弃物的资源化利用、新型胶凝材料研发、高性能混凝土与保温隔热混凝土制备和应用、混凝土材料和结构耐久性及全寿命评价等。会议还介绍了一些特种水泥基材料在重大工程中应用的成功案例, 并就水泥基材料可持续发展所面临的问题和机遇进行了热烈的讨论。

中国硅酸盐学会副秘书长潭抚在研讨会上说:“中国硅酸盐学会以《硅酸盐学报》为平台, 在国内举办“可持续发展的水泥基材料与应用国际研讨会”, 携手拉法基集团全球研发中心和清华大学, 我们邀请到了国内外著名专家介绍水泥基材料领域的最新研究成果和应用新技术, 旨在加强中国与国际建筑领域的交流, 推动我国水泥基材料的研究与应用。”

清华大学土木水利学院院务会副主任马智亮教授热烈欢迎水泥基材料研究领域的学者来清华大学参加此次研讨会, 并预祝会议成功。他说“清华大学长期关注土木工程的可持续发展, 包括水泥基材料的高效利用、工业固体废弃物的综合利用等。此次会议提供了一个中外学者交流的平台, 对于促进相关研究与工程应用起到积极作用。”

拉法基集团全球研发高级副总裁PascalCasanova专程从法国参加本次研讨会, 他说:“在拉法基, 我们坚持不断创新, 特别是在可持续建筑领域, 拉法基集团超过一半的研发预算都用于为可持续建筑领域开发新的解决方案。对水泥基材料的研究和应用也是我们推动可持续建筑发展中的重要一环。拉法基也在此领域取得了令人瞩目的成绩, 尤其是高性能混凝土和高温隔热混凝土的研发和应用。同时, 我们非常高兴与中国及世界各地的同行分享经验, 以推出更多创新增值解决方案和高性能产品, 为推动建材领域的可持续发展贡献力量。”

国内外水泥及水泥基材料发展研究 第2篇

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取得良好进展。

生态水泥的研究也是目前水泥研究的热点之一。生态水泥是一种新型的波特兰水泥，其中含有20％左右的C11A7.CaCl2（代替C3A），它适用于建造房屋、道路、桥梁和混凝土制品等。这种水泥的研制不仅解决了城市及工业垃圾处理问题，而且还通过垃圾的循环利用系统保护了环境。

二、先进水泥基材料的研究

随着建筑业、海洋业和交通业等的飞速发展，超高、超长、超强和在各种严酷条件下使用建筑物的出现，对水泥与混凝土材料提出了更高的要求，高强度、长寿命、低环境负荷是当代水泥材料发展的主要方向。先进水泥基材料以现代材料科学理论为指导，以未来胶凝材料为主要研究目标，其目的是把传统的水泥与混凝土材料推向高新技术领域进行研究和开发。

三、以节能为中心低钙水泥熟料体系的研究和开发

从水泥矿物着手开发节能型矿物体系，即低烧成温度及易磨性好的矿物和矿物体系，是实现水泥工业节能、环保的有效技术途径。因此，降低熟料组成中CaO的含量，即相应增加低钙贝利特矿物的含量，或引入新的水泥熟料矿物，可有效降低熟料烧成温度，减少生料石灰石的用量，从而降低熟料烧成热耗。

目前，国内外已先后开发出了硅酸盐体系等节能矿物体系。其中在承担国家“九五”和“十五”科技攻关项目的研究工作中，由中国建筑材料科学研究院研制、开发并应用于国家重点工程的高贝利特水泥（即低热硅酸盐水泥）是近年来国内外在水泥基材料研究的又一重大突破。该水泥与通用硅酸盐水泥同属硅酸盐水泥体系，即熟料Ⅱ矿物也是由C3S、C2S、C3A和C4AF

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组成，两者不同之处主要是：高贝利特水泥是以贝利特矿物（C2S）为主，其含量在50％左右。低热硅酸盐水泥的研制成功，在制备工艺技术上解决了C2S矿物的活化的高活性晶型的常温稳定这两个国际难点，并首次实现了在水泥回转窑系统直接制备高活性的高性能低热硅酸盐水泥熟料。以硅酸二钙为主导矿物的低热硅酸盐水泥在制备工艺上具有低资源能源消耗、低环境负荷和低综合生产成本等特点，比通用硅酸盐水泥低100qC，烧成过程中C02、S02、NO等废气排放量降低10％以上.在水泥性能上，低热硅酸盐水泥28d抗压强度与通用硅酸盐水泥相当，后期强度高出通用硅酸盐水泥510MPa，而水泥的水化热低于通用硅酸盐水泥20％以上，实现了水泥的低热、高强和高性能.由于其熟料中的c3s和c3A含量低，因而低热硅酸盐水泥还具有优异的抗硫酸盐性能、抗折强度高，干缩低，耐磨性能好等特性，能很好地满足高性能混凝土的高工作性、高强度和高耐久性三大技术要求，尤其适用于高性能混凝土、高强高性能混凝土、水工大体积混凝土的制备。

四、高胶凝性高钙水泥熟料体系的研究

“高性能水泥制备和应用的基础研究”是国家重点基础研究发展规划项目，以实现水泥的高性能化为研究目标，主要围绕以下三个方面开展研究工作：提高水泥熟料的胶凝性，提高性能；通过对了业废弃物进行合理的活化处理，开辟出能够调节水泥性能的新的辅助胶凝组分，尽可能大量地取代水泥料；通过大幅度提高水泥应用过程中的水泥基材料耐久性，延长建筑物安全使用寿命，大幅度降低水泥的长期需求量，建立由高胶凝性水泥熟料与低钙的性能调节型材料共同构成的强度与耐久性兼优的高性能水泥材料新体系，实现水泥和水泥基材料的高性能化和生态化。高胶凝性水泥熟料体系的研究主要集中在CaO-Si02-A1203-Fez03体系硅酸盐熟料矿物体系，主要技术路线在于提高熟料中C2s在含量至70％左右、通过掺杂技术实现新型干法水泥生产烟烧工艺条件下的烧成，以水泥熟料形成理论为依据，有效指导高胶凝性水泥熟料的制备过程。

通过前期大量的研究，高胶凝性高C3s含量硅酸盐水泥熟料矿物体系的研究已取得以下方面的技术突破：建立了CaO-Si02-A1-03-Fez03体系高C2s熟料体系矿相匹配优化理论和适用于实际水泥生产的熟料率值控制方法；建立了高胶凝性、高C3s不含过硅酸盐水泥熟料矿物体系的掺杂理论和掺杂技术，发现了针对硅酸盐熟料体系的高温掺杂效应和低温矿化效果的差异，在此基础上提出了实现高C3S含量硅酸盐水泥熟料高胶凝化的多元复合掺杂理论；建立了C3S晶格畸变形成C3S在固溶体晶体高对称性、实现矿物高度介稳化和高活性的高胶凝化理论。目前已实现在工业化生产中，在熟料中C3S含量70％左右的情况下，熟料28d抗压强度达到70MPa以上。

五、工业废弃物的资源化、无害化利用的研究

随着全球经济的发展和工业化进程加快，每年都有大量的废渣排放，主要有粉煤灰、炉渣、高炉矿渣、钢渣、钢渣、煤矸石、特种冶金渣、电石渣、锂渣、碱渣等。为了保护环境、变废为主和保持可持续发展，世界各国水泥学者已开展了大量的研究工作并将取得大量的研究成果应用于水泥混凝土生产中，我国早在20世纪50年代就开始了对工业废渣的利用研究，目前对量大面广的一些工业废渣如粉煤灰、矿渣等的综合利用已经形成了一系列相当成熟的综合利用技术，并已广泛应用于水泥生产、混凝土掺合料和混凝土制品中。

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我国是水泥工为大国，水泥业作为我国基础性原材料工业的支柱之一，在国民经济可持续发展中具有举足轻重的地位，虽每年水泥产量已达到8亿以上。但目我国水泥工业仍然存在一系列问题；如企业平均规模小、结构不合理、总体产品质量较低、生产能源资源消耗高、环境污染严重等等。在可持续发展已成为人类共识的今天，我国水泥及水泥基材料研究重点为：利用水泥工业可有效消化和降解废弃物的独特优势，加大对各种固体废弃物的资源化利用；大力发展替代能源、资源或低品位原燃料在水泥产业的综合利用技术；研究开发低能源资源消耗、低环境负荷及具性能特色的水泥。以实现水泥工业低污染、低排放，推进水泥工业成为资源、环境与人类社会协调、持续发展的循环经济产业体系。

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水泥基材料 第3篇

【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

[1]Mehta P D. Concrete durability： fifty year's progress[C]// The 2nd International Conference On Concrete Durability. America， 1991： 1～33.

[2]徐世烺， 李贺东. 超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用[J]. 土木工程学报， 2008， 06： 45～60.

[3]王晓伟， 刘品旭， 田稳苓， 等. PVA纤维增强水泥基复合材料的耐久性能[J]. 中国港湾建设， 2013（5）： 8～11.

[4]刘品旭. PVA纤维增强水泥基复合材料的耐久性能研究[D]. 河北：河北工业大学，2014.

[5]邓宗才， 薛会青， 徐海宾. ECC材料的抗冻融性能试验研究[J]. 华北水利水电学院学报， 2013， 01： 16～19.

[6]ahmaran M， Lachemi M， Li V C. Assessing the durability of engineered cementitious composites under freezing and thawing cycles[J]. Journal of Astm International， 2009， 6（7）.

[7]刘曙光， 闫长旺. PVA纤维水泥基复合材料性能与抗冻、抗盐腐蚀研究[M]. 北京：科学出版社， 2013.

[8]Nam J， Kim G， Lee B， et al. Frost resistance of polyvinyl alcohol fiber and polypropylene fiber reinforced cementitious composites under freeze thaw cycling[J]. Composites Part B Engineering， 2016， 6（242）： 241～250.

[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.

[10]刘曙光， 王志伟， 闫长旺， 等. PVA纤维水泥基复合材料盐冻损伤分析及寿命预测[J]. 混凝土与水泥制品， 2012， 11： 46～48.

[11]徐世烺， 蔡新华， 李贺东. 超高韧性水泥基复合材料抗冻耐久性能试验研究[J]. 土木工程學报， 2009， 09： 42～46.

[12]Yun H D， Rokugo K. Freeze-thaw influence on the flexural properties of ductile fiber-reinforced cementitious composites （DFRCCs） for durable infrastructures[J]. Cold Regions Science & Technology， 2012， 78（4）： 82～88.

[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.

稻草增强水泥基复合材料的研究 第4篇

我国是农业大国, 水稻、小麦、玉米、花生、葵花、甘蔗等农作物的秸杆、壳、废渣类资源十分丰富。草本植物纤维价格低廉且基本上没有利用于工业, 因此, 开发农作物纤维用于建筑上的各种复合材料具有重要经济价值和广阔的应用前景[1~3]。农作物纤维复合材料目前主要用于工程、房屋建筑中的非承重墙体及装饰材料, 由于成本较低, 大力发展该材料可取代石棉纤维、玻璃纤维、合成纤维、钢纤维等增强的复合材料。农作物纤维材料本身具有投资小、能耗低等独特的优越性, 与其他建材相比具有优良的隔热保温、节能、轻质等性能, 是一种新型的绿色环保建材产品[4~5]。以稻谷加工剩余物为复合材料中的增强基, 以硅酸盐水泥为胶结材料, 以中细砂为骨料, 加入添加剂, 经简单的生产工艺制成的一种轻质保温材料稻草水泥板, 具有广阔的应用前景[6]。

1 主要原料及制备工艺

1.1 水泥

水泥作为一种传统的建筑材料沿用已久, 通常加入钢筋或高强纤维来增强, 以克服其脆性, 用植物纤维来增强水泥是一种有益的尝试[7~8]。本实验采用P·O32.5级普通硅酸盐水泥、P·O 32.5R级早强硅酸盐水泥和P·S 32.5级矿渣硅酸盐水泥。

1.2 粉煤灰

粉煤灰可以提高混凝土的保水性、塑性及强度, 同时又可节约水泥和石灰, 降低成本。实验所用粉煤灰来自哈尔滨某发电厂。

1.3 稻草

植物纤维的化学组成是:纤维素、半纤维素、木质素和果胶、蜡质等, 实验所用稻草经粉碎筛分后备用。

1.4 复合材料的制备工艺

将相应助剂加入水中, 与粉碎后的稻草在搅拌机中混合, 加入水泥, 再搅拌20min。铺装成型后在2.0MPa压力下冷压成尺寸为40cm×42cm×1.5cm的板材, 并保压72h, 喷水养护28d后切割并进行相关的性能测试。

2 结果与讨论

2.1 三种水泥凝固速度的比较

分别称取三种水泥400g、细砂400g, 在用湿布擦过的拌合锅内干拌4min, 加水120m L, 搅拌4min, 放入保温杯中进行水化热测定, 每30min记录一次温度, 三种水泥的水化温度随时间变化情况见图1。

从图1中可以看出早强水泥的凝固速率比普通水泥和矿渣水泥快5h左右, 水化反应最高温度也明显比普通水泥和矿渣水泥高, 同时, 水泥拌水后由于水泥水化使水泥浆呈碱性。因此, 水泥中加入农作物秸秆与加入矿物纤维不同, 农作物秸秆在水泥浆碱性溶液中浸泡, 淬取物对水泥有缓凝或阻凝作用, 所以在稻草-水泥复合材料体系中, 采用早强水泥有利于复合体系的固化。

2.2 添加剂的选择

水泥在碱性条件 (p H>12) 下凝固, 水泥中加入糖类、甘油、羧基甲基纤维素、单宁等, 将使水泥凝固延缓, 几乎所有农作物秸秆都对水泥有阻凝或缓凝作用, 因此, 需加入一定的添加剂才能解决秸秆与水泥基体的结合问题[8~9]。混凝土中加入稻草后, 稻草中的可溶性物质渗入到水泥浆中, 阻碍了水泥的正常凝固, 通常采取以下两种方法来解决:一是用化学加机械的方法把阻碍水泥凝固的成分除去;二是找到一种合适的添加剂, 以形成某种物质以堵塞植物细胞腔和微毛细孔或秸杆表面, 阻止萃取物渗出, 使萃取物反应不灵敏或中和某些萃取物, 使水泥固化过程顺利进行, 植物纤维与水泥形成良好界面[10]。目前可能的无机添加剂有:氯化钙、氯化镁、硫酸铝、水玻璃 (硅酸钠) 、氢氧化钠等。为了研究添加剂的影响, 我们将水泥、细砂、添加剂和稻草按下列配方进行实验, 各试样原料的组成见表1。

将各试样按上述配方搅拌均匀后, 加入水搅拌均匀, 倒入插入温度计的自制保温箱中, 读初始温度, 以后每隔1h读一次数据, 水化温度与时间的关系见图2。

从图2中可以看出, Mg Cl2的曲线最高点比空白样提前了5h左右, Ca Cl2和Al2 (SO4) 3的最高点分别提前了12h和10h, Ca Cl2的最高温度明显比Al2 (SO4) 3的最高温度要高。结合水化热曲线图可以得出结论:水泥水化是放热反应, 水泥凝固的快慢与温度有关, 随着温度的上升反应速率加快。上述三种添加剂对水泥水化反应都有影响, 特别是加入Ca Cl2后, 水化温度升高最快且水化温度最高, Ca Cl2遇水后放热对水泥水化反应有利, 促进了混凝土的固化, 降低了稻草在碱性环境中的萃取物对混凝土的阻凝影响, 且价格相对便宜, 所以选择Ca Cl2作为添加剂。

2.3 稻草的掺量对复合材料性能的影响

复合材料中添加0~30% (以水泥质量为标准) 的稻草, 添加8%的Ca Cl2, 水泥、砂、粉煤灰比为5:3:2时, 制备稻壳含量为0~30%系列样品配方见表2, 材料的密度及弯曲强度见图3。

由于稻草密度相对较小, 在混凝土中加入大量的稻草后与相同质量但没加稻草的水泥混凝土相比体积明显增大, 且随着稻草量的增加体积成正比增大。同时, 采用低密度的骨料, 如矿渣、粉煤灰等也同样能达到轻质的效果。随着稻草含量的增加, 密度明显降低, 当稻草添加量达到30%时, 密度从1800kg/m3降到1400kg/m3。抗折强度和抗折模量随着稻草添加量的增加而上升, 当稻草量为15%时强度达到最高, 然后随着稻草量的增加而明显下降, 所以稻草掺量在15%左右时材料力学性能最好, 即稻草的最佳含量为15%左右。

2.4 复合材料的扫描电镜分析

复合材料中添加15% (以水泥、砂、粉煤灰总质量为标准) 的稻草, 添加8%氯化钙, 水泥、砂、粉煤灰比为5:3:2时, 复合材料的断面扫描电镜微观状态见图4。

图4a为稻草水泥复合材料断面放大300倍时的扫描电镜照片, 从图中可以看到以水泥为胶粘材料的复合材料中细砂、粉煤灰、稻草的结合比较紧密, 能够观察到稻草断裂的痕迹, 说明稻草与水泥粘结程度较好, 起到了增强混凝土的作用。图4b为复合材料放大1000倍的扫描电镜照片, 从图中能够观察到材料中分布着一些小孔, 可能是稻草外表面的纤毛或气孔留下的。水泥渗入稻草的表面, 一定程度上形成机械互锁状态, 当材料受到外力时, 稻草在混凝土中传递应力, 由于界面结合牢固, 稻草很难从混凝土中被拔出, 只被拉断。这说明在材料受力时稻草增强了其强度, 即使混凝土已经断裂, 稻草也还能提供一定的连接力使出现裂纹的材料还有一定的力学强度, 这证明了稻草的增强作用[11~12]。图4c是断裂面放大10000倍的局部放大后的状态, 可以明显看出有不规则的细丝状物质, 是Ca Cl2·2H2O的白色晶体, 表明添加剂对混凝土的促凝作用。

3 结论

通过测定三种水泥水化温度随时间的变化情况, 得到早强水泥的凝固速率比普通水泥和矿渣水泥快, 且水化反应最高温度也明显比普通水泥和矿渣水泥高的结论。所以, 在稻草-水泥复合材料体系中, 采用早强水泥有利于复合体系的固化。比较不同的添加剂与空白样的水化温度随时间的变化曲线图可以看出, 加入Ca Cl2后, 水化温度升高最快且水化温度最高, 有利于混凝土的固化, 有利于降低稻草在碱性环境中的萃取物对混凝土的阻凝影响。

复合材料随着稻草含量的增加, 密度明显降低, 当稻草添加量达到30%时, 密度从1800kg/m3降到1400kg/m3。抗折强度随着稻草的增加而上升, 当稻草量为15%时强度达到了最高, 然后随着稻草量的增加而明显下降。复合材料的扫描电镜照片表明, 体系中细砂、粉煤灰、稻草的结合比较紧密, 一定程度上形成机械互锁状态, 能够观察到稻草断裂的痕迹, 说明稻草与水泥粘结程度较好, 起到了增强混凝土的作用。

参考文献

[1]徐辉, 卢安琪, 陈健, 等.国内外植物纤维增强水泥基复合材料的研究.纤维素科学与技术.2005, 12:60-63.

[2]倪达生, 于湖生.天然植物纤维增强复合材料的研究应用.化纤与纺织技术.2006, 2:29-33.

[3]郭斌.天然植物纤维增强水泥复合物综述.江苏建材.2005, 3:49～52.

[4]刘彦龙, 刘学艳, 唐朝发, 等.无机胶粘剂植物纤维建筑复合板材.东北林业大学学报.2004, 5:107-108.

[5]江嘉运, 肖力光.用氯氧镁水泥和秸秆生产轻质空心条板.混凝土与水泥制品, 2004, 3:51-54.

[6]饶久平, 谢拥群, 林铭等.稻草等废弃物和水泥相适性的研究.林产工业, 2004, 3:5-27.

[7]肖力光, 李会生.秸秆纤维水泥基复合材料性能研究.吉林建筑工程学院学报, 2005, 3:1-6.

[8]肖力光, 吴歌.新型植物纤维水泥复合储粮仓板的试验研究.混凝土与水泥制品.2003, 5:38-39.

[9]李国忠, 于衍真, 司志明等.植物纤维增强水泥基复合材料的性能研究.硅酸盐通报, 1997, 3:42-45.

[10]李国忠, 冯倩, 司志明, 等.农作物秸秆纤维浸出物对水泥硬化过程的影响.山东建材学院学报.1997, 1:19-22.

[11]Guozhong Li, Yanzhen Yu, Zhongjian Zhao, etal.Properties study of cotton stalk fiber/gypsum composite.Cement and Concrete Research, 2003, 33:43-46.

水泥基施工方案 第5篇

一、工程概况：

安徽潮升塑业科技有限公司综合办公楼位于六安市城南镇开发区，建筑面积：7400㎡，结构形式：框架，层数：6层，抗震设防烈度：7度。

二、渗透结晶型材料产品特性：

1、可在迎水面或背水面施工，与混凝土组成完整的整体，使用年限与结构体一样持久。

2、可在100%湿润或初凝混凝土基上施工，节省工期。

3、能抵受侵蚀性地下水、海水、氯离子、炭酸化合物、氧化物、硫酸盐及硝酸盐等绝大部分化学物质的侵蚀，起到保护混凝土和加强钢筋的作用。

4、无毒，经核准可用于饮用水领域。

5、当进行回填土、扎钢筋、强化网或其他惯常程序时无需特别保护。

6、涂刷涂料之前，无须在混凝土表面做找平层，节省成本、缩短工期。

7、易于施工，可在完工48小时后回填。节省人力、更具成本效应。

8、能穿透深入及封闭混凝土中毛细管地带及收缩裂缝，在表面受损的情况下，其防水及抗化学特性仍能保持不变。

9、能封闭不大于0.4毫米的混凝土收缩裂缝。

三、施工方法及要求：

渗透结晶型防水涂料的防水机理决定了施工只能在混凝土结构的基面上进行，针对本项目情况并为了保证施工质量，拟采用刷涂施工法。

1、施工前准备：

人员：根据施工面积和工期需要，准备充分的施工人员。

备料：根据施工面积预算，备好施工需用材料、施工工具、辅料等。本产品在涂涮时所需的工具比较简单，只需要油漆铲刀（配合拌料用）、抹灰铁板或括板、3～4寸油漆刷、滚筒、手提喷雾器、水桶、拌料板或拌料桶 等。

2、灰浆调配注意事项：

调配好灰浆是保证防水施工质量的关键，本产品对灰浆的调配要求很严格。首先，要求在拌料时边拌边用，拌好的浆料要求20分钟内用完；一般一次性拌料不能超过10kg，以免来不及用完造成浪费。已经发硬的灰浆不能再用。其次，要求严格掌握好水灰比，本产品用3份料加入1份水搅拌至粘糊状。拌料时应慢慢地加水，至料能拌开为止，拌料时应注意搅拌均匀，灰浆中不能有没拌开的干料球。

3、施工步骤：

1）基面清理：

基面要求必须清洁，无油污、泥尘和其它残留物，最好使用高压水枪冲刷，将施工面用干净水浇透，但注意不得有明水。

2）检查混凝土基面裂缝：

大面积施工前首先检查裂缝并进行处理，细微裂纹只需适当加厚涂层即可；明显裂缝必须进行凿槽堵漏处理，可沿裂缝左右各凿开2cm宽、1cm深槽，冲洗后用速凝渗透结晶型防水材料刮平。

3）大面积涂刷施工：

首先是调配浆料。浆料调配不宜过多，每次调配一般不超过10公斤，按3份料加入1份水搅拌至粘糊状，使用滚筒涂刷时基面保持潮湿，才能够有效保证渗透结晶型防水材料的活性化学成分向混凝土内部的渗透，确保防水施

工的质量。但不能有明水；涂刷走势保持一致整洁。

待第一遍涂刷完成后，涂层已经初凝（手干状态），即可进行第二遍涂刷施工。第二遍涂刷所用浆料的搅拌，可比第一遍涂刷时的浆料略稀，但必须增加涂刷的细密度。

待第二遍涂刷终凝后检查是否有漏涂、空鼓、起粉等不良施工处，若有需及时修补。

4）养护：

渗透结晶型防水材料施工后12小时，其表面已经终凝，应洒水养护2～3天；

4、质量控制：

1）严把材料质量关：进场材料必须具备出厂质保书及检验报告。

2）严把材料用量关：本次施工用防水材料进行刷涂，故施工时要求涂刮均匀仔细，不可偷工减料。

水泥基材料 第6篇

摘要：笔者长期从事路桥路基路面现场施工管理工作，对于常见软基路面的加固处理方法有自己的认识和理解。本文主要了介绍水泥搅拌桩的施工机理和在某工程道路软基加固中的应用，旨在于同行探讨学习，共同进步。

关键词：水泥搅拌桩；施工原理；施工应用

1、引言

水泥搅拌桩复合地基，是在地基中设置竖向强度较高的水泥搅拌桩，由桩体与桩周土共同承担上部荷载的一种人工地基，对提高地基承载力具有明显的效果。某工程道路路基软土地基采用该项技术进行软基加固，取得了良好的技术经济效益。

某工程路全长15.848公里。公里等级为一级公路，路面采用沥青砼路面，设计行车速度80km/m。本地区属珠江三角洲冲积平原，路基处于饱和状态淤泥和淤泥质软弱地基，设计采用水泥搅拌桩加固处理。

2、工程地质及水文地质概况

2.1工程地质条件

根据钻探揭露，沿线地层主要有：人工填土、海陆交互相沉积层、第四系冲洪积层、第四系残积层及基岩。现自上而下分述如下：

①人工填土层：主要为粘性土、砂土，呈松散～稍密状。

②第四系海陆交互相沉积层：根据物质成分及粒组组成的差异，该土层可分为以下10个亚层。

1）淤泥：灰黑色，饱和，流塑，主要由淤泥质粉粘粒组成，含贝壳及少量腐殖质。

2）粉质粘土：浅黄色、灰白色，湿，软塑～可塑，主要由粉粘粒组成，含较多中砂，无摇震反应，稍有光滑，干强度中等，韧性中等。

3）中砂：灰白色、浅黄色、松散为主，主要由石英质中粒组成，磨圆度较差，分选性较好。

4）淤泥：灰黑色，饱和，流塑，主要由淤泥粉质粘粒组成，含少量腐殖质，局部夹团状及薄层粉细砂。

5）细砂：灰白色、浅黄色，松散为主，主要由石英质细粒组成，含较多粉粘粒，磨圆度较好，分选性一般。

6）淤泥质粉质粘土：灰黑色，饱和，流塑，主要由淤泥粉质粘粒组成，含少量腐殖质，局部夹团状及薄层粉细砂。

7）中砂：灰白色、浅黄色、稍密为主，主要由石英质中粒组成，磨圆度较差，分选性较好。

8）粉质粘土：灰白色、浅黄色，湿，软塑～可塑，主要由粉粘粒组成，含较多中粗砂，稍有光滑，干强度中等，韧性中等。

9）细砂：灰白色、浅黄色，松散为主，主要由石英质细粒组成，磨圆度较好，分选性一般。

10）中砂：灰白色、浅黄色、稍密为主，主要由石英质中粒组成，磨圆度较一般，分选性较好

③冲洪积层：

粉质粘土：棕红色、黄褐色，湿，可塑，主要由粉粘粒组成，切面稍有光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。

④残积层：

1）粉质粘土：棕红色、湿，可塑～硬塑，主要由粉粘粒组成，粘性较强，由泥质砂岩风化残积而成，原岩结构可辩。

2）砂质粘土：棕红色、黄褐色，湿，可塑～硬塑，主要由粉质粘土组成，残留原岩结构，泡水软化，手捏易成砂状，由混合岩残积而成。

④基岩

基岩为泥质砂岩及混合岩，按风化程度划分为全风化岩、强风化岩、弱风化岩及微风化岩。

2.2工程水文条件

根据勘察結果分析，场地各岩土层，各砂层为强透水性地层，地下水以大气降水及地表水渗补为主，稳定地下水位埋深1.3～4.3m，其稳定水位随地形及季节性气候影响而波动，结合该工程水文地质条件，本工程采用水泥搅拌桩复合地基的软基处理。

3、水泥搅拌桩的施工原理和特性

水泥搅拌桩加固地基的机理是利用深层搅拌机在钻孔过程中，用高压将浆液固化剂喷入被加固的软土中，凭借机械上特制的钻头叶片的旋转，使固化剂与原位软土就地强制搅拌混合。固化剂进行一系列物理化学反应，使桩位原土由软变硬，形成整体性好、水稳定性强和承载力高的桩体。这种桩体与桩间土相互作用形成比天然软地基承载力有大幅度提高的复合地基。目前在实际工程中所用的固化剂主要是水泥或石灰，喷拌成水泥土或石灰土桩。按固化剂喷入的形态（浆液或粉体），而采用不同的施工机械组合。

由于水泥搅拌桩是由水泥或石灰作固化剂而形成的灰土桩，它既不能掺入高强度的粗石骨料，也不能通过配置钢筋的方法来提高自身的承载力，所以水泥搅拌桩仅考虑竖直荷载的作用，不象砼桩那样，承受竖向力的同时还能承受水平力。它的刚度、抗压强度和抗侧向压力作用均小于刚性桩而大于柔性桩。由于水泥搅拌桩所用的固化剂是在钻孔过程中，通过钻杆喷入土层中的，桩截面中心的钻杆占去一定的空间，钻头叶片端头越近搅拌力矩越大，使灰土搅拌愈均匀。因此桩身截面的强度是不均匀的，中心轴处强度最低，沿截面径向由中心轴向外边缘强度逐渐增强，在水泥搅拌桩施工过程中应复拌一次，以便提高混合土的均匀性是非常必要的。

4、水泥搅拌桩在某工程路工程中的应用

4.1设计

本工程软土路基设计采用水泥搅拌桩加固处理。设计桩径为50cm，平面上呈正方形布置，间距根据计算确定，一般为1.0～1.4m，水泥搅拌桩处理深度一般应穿透软土层，进入持力层不小于50 cm。单桩承载力特征值不小于100KN，复合地基承载力特征值河道拓宽段不小于140kPa，一般路段不小于120kPa。

为保证复合地基承载力及路基的稳定性，要求桩身无侧限抗压强度为：R28≥1.2MPa，R90≥1.8MPa，配浆掺入比按试验选用7%～20%。

为了保证水泥搅拌桩的施工质量，要求施工时桩身全程复搅2次，以提高桩的承载力。

桩身材料要求：水泥采用强度等级不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥。

施工机械要求：施工机械应配置带电脑自动记录的流体计量设备。

4.2施工工艺：

①施工放样：依据设计图纸进行实地放样。

②制备水泥浆：按设计确定的配合比拌制水泥浆。

③搅拌机械就位，将搅拌头对准设计桩位。

④启动电机，待搅拌头转速正常后，边旋转切土边下沉。搅拌机下沉时开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷边旋转，直至达到加固深度。

⑤提升喷浆搅拌，搅拌机钻到设计深度后，提升搅拌机，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷边旋转，直至离地面50cm。

⑥重复上、下搅拌，为使软土和水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再搅拌机提升出地面，搅拌过程同时喷水泥浆。

⑦移动设备，再进行下一根桩施工。

4.3质量检验内容和方法

（1）材质检查

水泥基材料准静态压缩疲劳试验研究 第7篇

“水泥基材料”是指以水泥作为胶凝材料的工程材料,工程中最常见的有砂浆、水泥石和各种混凝土。如无筋混凝土、钢筋混凝土、聚合物混凝土、纤维混凝土、硅酸盐混凝土等。水泥基材料已被广泛地用于高层建筑、长跨桥、大坝、水电站、隧道、码头等。这些工程在服役期间不可避免的要承受随机或周期性的反复载荷,所以研究水泥基材料在反复载荷下的疲劳特性具有积极意义。

过去人们对素混凝土材料和钢纤维混凝土等水泥基材料的疲劳特性的研究较多[1,2,3,4],但是在亚临界载荷下的准静态压缩疲劳试验研究比较少,且测量水泥基材料的剩余力学性能数据和种类不全。本文重点测试了水泥砂浆在亚临界载荷压缩疲劳下的剩余强度和剩余弹性模量,揭示了其变化规律。

1水泥砂浆试样的准静态压缩疲劳试验

1.1 试件制备

试件尺寸为30×30 mm(L=D),如图1,砂浆的力学性能分散性与工艺密切相关,为了尽量减小试件引起的误差,采用的骨料为0.1～ 1 mm之间。砂浆材料配料质量比为砂∶水泥∶水=2∶1∶0.6。试件成型后24 h拆模,之后在HBY-40B 型水泥(混凝土)恒温恒湿标准养护箱里进行标准养护28 d,温度控制在20±1 ℃,湿度95%以上。标准养护后的试样经过磨床水磨加工,以保证试样的平整度、光洁度、垂直度在标准范围内。

1.2 压缩强度和弹性模量的测定

在Instron液压伺服试验机(见图2)上进行上述试样的准静态压缩破坏试验,应变率为10-3/s。通过对几组试件进行试验测定,得到砂浆在应变率为10-3/s准静态下破坏强度σf=22.4 MPa 和弹性模量E=17.9 GPa,测试结果见表1。

1.3 压缩疲劳试验方法与结果

采用Instron液压伺服试验机以90%破坏强度幅值(亚临界载荷)在应变率为10-3/s下对3组试样压缩n(n=1,2,3,…)次。并且运用Instron液压伺服试验机分别测量试样各次压缩之后的剩余力学性能σrs(剩余强度)和Er(剩余弹性模量),得到了水泥砂浆试样剩余强度和剩余弹性模量与压缩次数的变化图,分别见图3(a)～(b)。

(a) 剩余强度(b) 剩余杨氏模量

从图3可知:在亚临界准静态压缩疲劳下,水泥砂浆的剩余强度是逐渐减小的,但是剩余弹性模量则是一个先增加后减小的过程,试验结果应深入探讨。

2试验现象分析

疲劳损伤指的是由于重复载荷作用而引起的结构材料受力性能衰减的过程,即疲劳微裂纹的发生、发展、形成宏观裂纹、发生破坏的过程[5]。由于水泥基材料是一种非均匀的多相介质,在制作过程中伴随水化热和质量不均匀等因素,内部产生大量的微裂纹和微空洞。存在微裂纹的水泥基材料在受到循环载荷作用之后,微裂纹将发生改变、扩展、连接并根据载荷幅值大小稳定在一定的开裂水平或者最终破坏。这就是在亚临界压缩载荷下砂浆剩余强度逐渐减小的原因。由于水泥基材料存在微空洞,水泥基材料在受到循环载荷作用之后,将会造成微空洞的坍塌,刚开始疲劳载荷循环的几个周期之内,水泥砂浆试件变得越来越密实,即弹性模量逐渐增加。当疲劳载荷循环到一定程度时,由微裂纹扩展所引起的弱化效应超过微空洞坍塌所引起的弹性模量的增强效应时,此时剩余杨氏模量开始减小。这就是在亚临界压缩载荷下水泥砂浆剩余弹性模量先增大后减小的机理。

3结论

本文采用Instron液压伺服试验机以90%破坏强度幅值,在应变率为10-3/s下对水泥砂浆试样进行压缩疲劳试验,得到了在亚临界压缩载荷下水泥基材料的剩余力学性能的变化规律,也就是其剩余强度是逐渐减小的,而其剩余弹性氏模量则是一个先增大后减小的过程。本试验成果为后续对水泥基材料的深入研究打下了基础。

参考文献

[1]Byong Y B,Cheng-Tzu T H.Properties of Steel Fiber ReinforcedConcrete under Cyclic Loading[J].ATC Materails J.1998,95(2).

[2]Hsu T C.Fatigue and Microcracking of Concrete[J].RILEM,Ma-terials and Structures,1984,17(97).

[3]孙伟,高建明.路用刚纤维混凝土抗折疲劳特性研究[J].东南大学学报,1993,21(2):1-5.

[4]鞠杨,樊承谋.钢纤维混凝土轴压疲劳性能研究[A].第五界全国纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集[C].广州:广东科技出版社,1994.

水泥基材料的准静态耐压强度 第8篇

关键词：水泥基材料,耐压强度,准静态荷载

人们早已认识到, 水泥基材料的行为在动态荷载下和静态荷载下是不同的。载荷试验结果已经证实, 动态载荷可以增加混凝土抗压强度。在近几十年来, 许多研究人员已经证实了这一点[1,2]。另外, 与干物料相比, 湿物料的抗压强度随着载荷速率增加而明显增加。水分含量是影响混凝土之间强度和负荷率关系的主要因素之一。最近, 有关学者指出混凝土中孔隙水的粘性影响准静态区域 (10-4s-1~100s-1) 的强度, 骨料类型、水灰比或测试龄期与其关系不大[3,4,5,6]。本文的目的是提出一些有关水泥基材料准静态耐压强度建设性的分析结果, 进而来指导工程中的应用。

1 水泥基材料动态耐压强度的影响因素

随着载荷强度的增加, 动态强度最大量的增加有一定的分散性。这些差异的存在, 主要是因为混凝土的行为依赖于许多变量, 如静态强度, 固化条件, 样品尺寸、形状和类型。只要加载速率进一步增加, 孔隙水粘性效应, 惯性力等因素, 如传播或纯应力对动态强度的影响就会变得非常重要[7]。

表1指出了水泥基材料的动态区域和典型的影响混凝土的动态抗压强度的因素。在准静态的区域, 孔隙水对混凝土具体的动态行为起着决定性的作用。孔隙水的粘滞阻力可以抵抗拉伸扩展。粘性效应被形容为孔隙水的粘性流动, 往往会违背加载。更快的加载, 较大的阻碍被建立。在静态负载期间 (~10-5s-1) , 阻力很小可以忽略。但在准静态负载期间 (~10-4s-1, 100s-1) , 粘滞效应占据主导。这可能是由于相同的孔隙水的粘性流受阻机制发生在准静态区域内纯粹的压缩试验。然而, 在更高的动态负载期间 (~10 s-1) , 系统中惯性力作用显著[8]。

2 动态耐压强度

水泥基材料的动态压缩强度可由式 (1) 表示, 其反映了混凝土内压试验中的动态行为。其中, σd为动态强度;σs为静态强度;r为水灰比;σ0, r0均为静态材料常数;Δσ为动态强度自由变量。

式 (1) 的第一部分是Abrams的公式标准表达式。由于它是静态载荷下的有效表达式, 因此相关参数σ0和r0都是在静态载荷条件下测量的。只要静态参数已知, 将其代入式 (1) 就可以确定动态自由变量。为了确定动态自由变量Δσ, 专门设计了两个系列实验。第一个系列实验湿样品的静态载荷率为4×10-5s-1, 第二个系列实验样品的静动态载荷率为2×10-4s-1。

图1是静态和动态载荷下的试验数据图。由数据拟合知, 静态参数σ0=300 MPa, r0=0.21。为了得到动态自由变量, 将其代入动态数公式结合数据拟合得到Δσ=2.28 MPa。这个数据与静态动实验数值平均差值2.00 MPa相符。

从图1中可以看出, 两条数据曲线的形状相似, 动态自由变量在垂直轴上有变化。但是数据的不确定性可能会影响到动态自由参数的精确性。另外, 是否所有的静态自由参数由公式导出的动态自由参数都符合实际。当σ0=307 MPa, r0=0.2, 动态自由参数为Δσ=4.34 MPa。明显, 这个值是被高估了, 然而, 这种转变的主要部分是动态加载相关联的贡献。

3 结语

对于湿水泥基材料的动态耐压强度, Abrams公式需要增加动态自由变量Δσ来描述。动态自由变量Δσ是在准静态区域仅依赖于所使用的加载速率, 独立于水与水泥的比。在静态区域, Δσ接近零, 但随着负荷速率的增加, 其值不可忽略。

参考文献

水泥基材料 第9篇

随着现代建筑技术的发展, 对水泥混凝土这一最大宗的建筑材料提出了更高的要求[1]。但由于水泥砂浆和混凝土存在抗拉强度低, 应变能力低, 抗冲击性差等缺点, 研究用纤维材料增强水泥的技术引起了世界各国科学工作者的广泛关注。

目前大多数纤维增强水泥基复合材料的应用与研究较多为单一纤维[2,3,4]。由于多相、多组份混凝土本身具有多尺寸层次的结构特征, 因而用单一纤维增强其作用是有限的[5], 而采用不同性能和不同尺度的纤维混杂增强, 能使其在混凝土不同的结构层次和性能层次上充分发挥各种纤维的尺寸和性能效应, 制成高性能的混凝土。

混杂纤维复合水泥基材料可以根据结构的使用性能要求, 通过不同类型纤维、不同纤维的相对含量、不同的几何尺寸进行设计[5]。因此, 其设计自由度可进一步扩大, 通过两种或多种纤维混杂, 依据含量的不同、几何尺寸的不同可得到不同的混杂纤维水泥基复合材料, 以提高或改善水泥基体的某些性能从而达到材料结构功能的统一。即混杂纤维是实现高性能水泥基复合材料的有效途径。

2 试验原材料及过程

2.1 主要原料

⑴普通硅酸盐水泥。

普通硅酸盐水泥:PO42.5普通硅酸盐水泥。物理检测数据如表1所示。

⑵纤维。

玻璃纤维是由丹阳中亚玻璃纤维有限公司生产的玻璃纤维耐碱涂层短切纱 (简称GF) , 聚丙烯纤维是由射阳强劲纤维有限公司生产的聚丙烯工程纤维 (简称PPF) , 聚乙烯醇纤维是由安徽皖维高新材料股份有限公司生长的高强高模聚乙烯醇纤维 (简称PEF) 。主要的物理力学性能见表2。

⑶其他辅助材料:

CMC (甲基纤维素) 、减水剂等, 全部市售。

2.2 样品的制备与养护

在本次试验中, 样品的尺寸为4cm×4cm×16cm, 首先按照配合比中纤维的添加量与水泥混合, 然后把计量的水加到纤维与水泥的混合物中, 同时搅拌。搅拌充分后倒入模具中, 捣实, 刮平, 用湿布覆盖, 24小时后脱模, 置样品于水化池中养护至规定龄期。然后进行力学性能测试。

2.3 力学性能测试

本试验严格按照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法规定来进行。利用上海华龙测试仪器有限公司生产的微机控制全自动压力实验机对到达养护龄期的样品强度进行测量, 样品跨度为100mm, 形变速率控制在1mm/min。

3 试验结果与讨论

3.1 二元混杂纤维水泥基材料

⑴玻璃纤维与聚丙烯纤维不同掺量的混杂对水泥胶砂强度的影响。

两种不同耐久性纤维的混杂。由耐久性好的纤维增加混凝土长期的强度和韧性。由耐久性差的纤维提高混凝土在运输和安装等短期的性能, 如玻璃纤维与聚丙烯纤维混杂水泥基材料。玻璃纤维与聚丙烯纤维的具体配合比及强度变化情况见表3。

由表3我们可以看出添加纤维后水泥胶砂强度要比基准样Z的抗压强度、抗折强度都要有一定量上的提高, 聚丙烯纤维与玻璃纤维混杂后早期强度很高, 随着水化时间的变长, 强度有所下降, 也就是说后期单掺聚丙烯纤维的效果要比其与玻璃纤维混杂要好。具体原因可能是因为随着时间的延长, 玻璃纤维被水泥水化所产生的碱性环境影响, 导致部分玻璃纤维失去其原有的物理化学性能, 不仅没有很好的阻止微裂纹的生长, 反而因自身被腐蚀增加了水泥试样内部孔隙率, 强度发展缓慢。

⑵聚乙烯醇纤维与聚丙烯纤维不同掺量的混杂对水泥胶砂强度的影响。

两种不同的尺寸、不同弹性模量的纤维混杂, 在试块变形、断裂的过程中, 能够各尽所能的发挥阻裂作用, 提高其韧性与耐久性。聚乙烯醇纤维与聚丙烯纤维的具体配合比及强度变化情况见表4。

由表4我们可以看出添加纤维后水泥胶砂强度要比基准样的抗折强度都要有一定量上的提高, 其中提高最多的是H, 也就是说混杂掺入聚乙烯醇纤维与聚丙烯纤维的效果要比单掺聚乙烯醇纤维要好。具体原因是纤维在混杂过程中对水泥胶砂试块中的微裂纹的产生以及其扩展起到了很好的阻碍作用, 也就是说这两种不同的尺寸、不同弹性模量的纤维能够各尽其能的均匀分布在裂纹产生和扩展区域, 随着试块变形的增加, 微裂缝在不断扩大成宏观裂缝、宏观裂缝进一步扩大时, 受到了混杂纤维的有效阻止, 一定程度上减少了宏观及微观裂纹的产生与扩展, 提高了抗折强度。

3.2 三元混杂纤维水泥基材料

采用三种不同尺寸及不同弹性模量的纤维的混杂。表5是耐碱玻璃纤维、聚乙烯醇纤维与聚丙烯纤维的具体配合比及强度变化情况。

由表5我们可以看出玻璃纤维、聚乙烯醇纤维与聚丙烯纤维混杂后的强度相对于空白样的抗折强度都要高 (除了M、O) , 其中K和P的28天抗折强度都已经达到了9.2MPa和9.1MPa, 而K和P刚好是3种纤维都添加后的情况, 这说明三种纤维混掺要比两种纤维的混杂效果要好;而两种高弹性模量的M和P混掺后的效果比空白样Z来得要差, 根本没有起到增强效果;L和N的增强效果刚好可以说明高弹性模量与低弹性模量的纤维混杂确实能够产生一定程度上的混杂效应。

4 结论

⑴玻璃纤维与聚丙烯纤维混杂后的抗折强度比空白样大, 但是产生的混杂效果却没有单掺聚丙烯纤维好。

⑵聚丙烯纤维与聚乙烯醇纤维混杂后的抗折强度比空白样、单掺聚乙烯醇纤维的效果好。

⑶玻璃纤维、聚乙烯醇纤维与聚丙烯纤维3种纤维混杂后的强度比空白样的抗折强度好。

⑷玻璃纤维和聚乙烯醇纤维这两种高弹性模量纤维混杂后的抗折强度没有空白样品好。

摘要：本文研究了添加不同种纤维后对水泥混凝土材料产生的混杂增强效应。结果表明, 不同弹性模量的纤维在水泥材料中会发生互补效应, 说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：玻璃纤维,聚丙烯纤维,聚乙烯醇纤维,混杂纤维

参考文献

[1]钱红萍, 贡浩平, 孙伟.纤维混杂增强水泥基复合材料特性的研究[J].混凝土与水泥制品, 1997, (6) :43-47

[2]ARMEI IN H S, HEI ENE P.Physical and mechanical properties of steel fiber reinforced dry-mix shotcrete[J].ACI Material, Journal, 1995, 92 (3) :258-267

[3]BAYASI Z, ZENG J.Properties of polypropylene fiber reinforced concrete[J].ACI Material Journal, 1993.90 (6) :605-610

[4]ZHU M.CHUNG D D L.Improving brick-to-mortar bond strength by the addition of carbon fibers to the mortar[J].Cement and Concrete Research, 1997, 27 (12) :1829-1839

水泥基材料 第10篇

植物纤维是一种数量大、可再生的资源,据估计,这些生物质中95%以上未得到有效利用,而是直接就地焚烧,造成了环境污染和资源浪费。中国每年产生的农业废弃物数以几十亿吨计,农业废弃物污染呈现出数量大、品质差、危害多的特点[1],严重影响生态环境及景观、居民的日常生活和身体的健康。而建筑材料工业是典型的资源、能源消耗型产业,在建筑材料的制备过程中水泥及建筑制品是原材料和能耗最大的行业[2],因而研究相关可替代原料,进行低能耗、低资源消耗材料制备,对节约我国建筑材料制备过程的原料具有重要的意义。植物纤维具有与普通合成纤维相似的强度与刚度,且密度小[3],因此比强度、比刚度高。纤维含量高的竹、麻、椰壳、甘蔗渣和野草等植物纤维都可用作增强件,制成增强石膏或水泥等基体的复合材料[4]。植物纤维密度小,可减轻水泥的质量,同时价格低廉,是一种可发展的水泥填充材料[5]。本实验就改性水稻秸秆纤维对水泥基材料性能的影响做了相关研究,探讨了其在水泥制品中的应用可行性。

1 原材料及设备仪器

实验中所用的水稻秸秆纤维产自武汉,其主要成分见表1;水泥为阳逻亚东42.5普通硅酸盐水泥;标准砂产自厦门艾思欧;H2O2为工业级;NaOH为国药产,化学纯;甲基甘油为上海宏敖化工生产,聚丙烯纤维长度为6mm。

实验中使用的测试仪器主要有:日本HIROX产KH-7700数字光学显微镜,镜头为MX(F)-5040Z旋转型变焦物镜,放大倍数为200,摄像头有效像素200万,扫描方式为逐行扫描,光源为60 W金属卤素灯;无锡建仪仪器有限公司TYE-300型电脑全自动恒应力水泥压力机;河北鼎盛公司产水泥净浆标准稠度仪;上海雷韵公司产水泥砂浆收缩仪,千分表精度0.001mm,最大量度12.7mm。

2 实验

将水稻秸秆剪切成20~30mm的小段,然后将其在质量分数为1%的H2O2中浸泡60min,再将秸秆清洗至中性,烘干备用。按照m(水)∶m(秸秆)∶m(NaOH)=30∶1∶0.4加入到磁力搅拌器內,设定加热温度为90 ℃,加热60min,制备细丝状秸秆纤维,过滤并收集碱液,循环使用,将其清洗至近中性,放入质量分数为5% 的甲基甘油水溶液中,在50 ℃浸泡60min,以提高秸秆纤维的分散性,滤水后待用。

在已处理好的纤维中取少许作为代表样,放入烘箱中烘干,根据前后质量的变化,计算纤维含水率,根据所需的干纤维质量计算出掺入的湿纤维的质量,加水量为浆体的总需水量减去纤维中的水的质量,以确保各组水灰比固定。

为了研究水稻秸秆纤维对水泥净浆性能的影响,采用水稻秸秆纤维与6mm聚丙烯纤维不同的掺量进行对比,具体为:水泥净浆中水、水泥的质量比为0.28,水稻秸秆纤维和聚丙烯纤维掺量分别为水泥质量的1.5%、3.0%、4.5%、6.0%。水泥砂浆中水、水泥、砂的质量比为0.4∶1∶3,水稻秸秆纤维掺量为水泥及砂总质量的1.5%、3.0%、4.5%、6.0%。在实验过程中,由于纤维掺入量较大,为了保证其能够均匀分散在浆体中,先将纤维加入到水中并搅拌,使其均匀悬浮在水中,边搅拌边加水泥,标砂。

3 结果与讨论

3.1 改性纤维在水泥净浆中的分布

水泥净浆试块的性能与纤维在水泥净浆试块中的分布特性密切相关。如果纤维不能均匀分散在水泥净浆试块中,则水泥净浆试块的最终强度会受到很大的影响,水稻秸秆纤维在水泥净浆试块中不能真正起到抗裂的作用,所以会直接导致水泥净浆试块的抗压强度、抗折强度等下降。图1为在光学显微镜下放大100倍所拍摄的图片,可见水稻秸秆纤维在净浆中的分布整体较为均匀,断裂面有纤维拔出的现象,而聚丙烯纤维在净浆中成团分布,断面处有纤维脱落,此为材料的界面缺陷,使材料强度降低。纤维断裂或拔出时,吸收断裂功,提高了水泥的韧性和强度,但随着掺量的增加,水稻秸秆纤维与水泥的粘结界面也增加,脱粘的负效应比纤维增强的正效应影响更大,复合材料的强度达到一个临界点之后就会下降[6]。水稻秸秆纤维在改性过程中,各纤维束各向分布,而聚丙烯纤维合成后成束,多为同向分布,因而改性水稻秸秆纤维各向性较好,在水泥中分布均匀,更能提高水泥的性能。

图1试块断面的纤维分布Fig.1 Distribution of fibres in cement fracture surface

3.2 对水泥净浆凝结时间的影响

图2为不同水稻秸秆纤维掺量下水泥净浆的初凝时间和终凝时间的对比。

图2掺改性水稻秸秆纤维水泥净浆的凝结时间Fig.2 Hardening time of cement slurry with modified rice straw fibres

由图2可见,经改性后的水稻秸秆纤维对水泥净浆凝结时间的影响很小。据文献报道,未改性的水稻秸秆纤维对水泥等胶凝材料具有缓凝作用,其主要原因是水稻秸秆纤维中的糖类和木质素等可在水泥颗粒表面形成吸附层,使凝胶体系中颗粒表面的性质有所改变,一些离子被交换,使吸附的双电层电位增加,颗粒之间的表面张力增加,对水泥有一定的束缚作用,从而使水泥凝胶体系的稳定性增加,水化速度降低,宏观上表现为对水泥的缓凝。而在实验中水泥的凝结时间并没有因为水稻秸秆纤维的掺入而发生明显变化,可以推断经过改性的水稻秸秆纤维中半纤维素和木质素等已经脱离得较为彻底。

3.3 对水泥净浆力学强度的影响

图3是不同掺量的水泥净浆的抗折强度、抗压强度对比图(PF-改性水稻秸秆纤维,PP-聚丙烯纤维)。从抗折强度比较图中可以看出,随着水稻秸秆纤维的加入,试块抗折强度呈先增加后减小的趋势,在改性水稻秸秆纤维掺量为4.5%时达到最大,比基准组抗折强度提高11%。

图3掺改性水稻秸秆纤维与聚丙烯纤维水泥净浆的抗折强度(a)、抗压强度(b)Fig.3 The compressive(a)and flexural(b)strength of cement slurry with modified rice fibers and polypropylene fibers

加入改性水稻秸秆纤维的水泥净浆试块较加入聚丙乙烯纤维强度高,特别是28d抗折强度较为明显,由于水稻秸秆纤维经过处理后,被分散成宽度为0.2~0.4mm的纤维束,表面并不是光滑的,有小突起,比聚丙烯纤维的表面粗糙,与水泥基的接触面增大,粘结强度也就相应比较大,在图3的PP-7d、PP-28d中有特殊点的出现,如掺量为3.0%时,掺聚丙烯纤维试件的7d抗折强度略高,这是由于纤维在水泥浆中的分散不均匀,造成强度的偏差。纤维的掺入在前期是为水泥水化产物提供“桥梁”作用[7],随着纤维量的增加,“桥梁”增多,水泥水化产物的量减少,多余的“桥梁”就会成为缺陷,使水泥抗折强度降低[6],因此,当掺量达到一定值后,水泥净浆抗折强度就会降低。

而抗压强度与抗折强度的变化规律不同,水稻秸秆纤维和聚丙烯纤维的掺入均使水泥净浆的抗压强度降低,而且随着掺入量的增加强度逐渐降低。改性水稻秸秆纤维对水泥净浆强度的降低程度比聚丙烯纤维略低,这是由于水稻秸秆纤维表面具有亲水性,且直径小,对水泥的颗粒分布影响较小,强度变化也相应较小。加入水稻秸秆纤维的抗折强度提高,抗压强度降低,其本身的韧性得到了很大的改善。

3.4 对水泥砂浆抗干缩性能的影响

水稻秸秆纤维水泥砂浆的收缩率随龄期的变化存在指数关系,前期变化激烈,后期平缓,这主要是由早期水化不充分,基体内部毛细孔水、吸附水和层间水含量较多,水分蒸发较快所致,而随着龄期的延长基体内部毛细孔水、吸附水和层间水逐渐减少,水分蒸发变慢从而基体收缩比较平缓[8]。

图4不同改性水稻秸秆纤维掺量的水泥砂浆抗干缩性能Fig.4 The dry shrinkage performance of mortar in different rice straw

由图4可以看出,改性水稻秸秆纤维的掺入显著改善了水泥砂浆的干缩性能,降低了硬化后期的干缩值,且随纤维掺量的提高,干缩值降低。28d龄期时,水稻秸秆纤维掺量为1.5%的M-1水稻秸秆纤维砂浆与参照组相比干缩率减少14%,掺量为3.0% 时减少20%,掺量为4.5% 时减少32%,掺量为6%时达到37%,这是因为水稻秸秆纤维具有良好的亲水性[9],能够蓄存纤维质量约40%的自由水,在水泥水化过程中,这部分水会缓慢释放,促进水泥水化,补偿水泥浆体的收缩,而且水稻秸秆纤维长度小、数量多、易分散,众多乱向分布的纤维可以约束砂浆的收缩。

水稻秸秆纤维砂浆和参照水泥砂浆的干缩变化率随龄期的延长而逐渐衰减,前期衰减剧烈,后期趋于平稳。这主要是由于砂浆早期水分蒸发快,干缩比较大,纤维的掺入可平衡内部复杂应力,从而有效地抑制砂浆的收缩变形[10]。水稻秸秆纤维砂浆的早期干缩变化率明显降低,说明水稻秸秆纤维可以显著改善砂浆早期干缩变形性能。在试验掺量范围内,当水稻秸秆纤维掺量低于4.5%时,掺量越大,纤维对改善砂浆早期干缩性能的效果越明显,当掺量超过4.5%时,与掺量为4.5%时的纤维砂浆相比,早期的干缩变化率基本不变,纤维对于早期干缩性能的改善作用相差不大,因此水稻秸秆纤维掺量为4.5%时较为合理。

4 结论

改性水稻秸秆纤维不仅对水泥基材料的凝结过程无影响,而且对水泥基材料具有显著的增韧效应,具体为在掺量为1.5%~6.0%时,可提高水泥基材料的抗折强度6.4%~11%,与常用的聚丙烯纤维相比,在相同掺量条件下,水泥净浆抗折强度可提高4.2%,干缩实验结果表明,改性水稻秸秆纤维可很好地提高水泥砂浆的抗干缩能力。

摘要：为了减少农作物纤维废弃造成的污染,研究了利用植物纤维制备建筑材料的工艺,首先采用碱煮法对植物纤维进行改性,然后将其分别与聚丙烯纤维按照不同的比例加入到水泥净浆中进行比较,结果表明:植物纤维在水泥净浆中的分散比加入聚丙烯纤维均匀,经过改性后的秸秆纤维对水泥凝结硬化时间无明显影响,随掺量增加,水泥净浆的抗折强度呈先增后减趋势,且在掺量为4.5%时最高,与未掺纤维的参照组相比抗折强度提高了11%,抗压强度降低了近24%。并将其掺入砂浆中,砂浆抗干缩性能得到改善,植物纤维掺量为6.0%时砂浆干燥收缩值比基准组下降了37%,在本研究掺量条件下,与加入聚丙烯纤维相比,加入秸秆纤维对水泥净浆的抗折强度和抗压强度影响较小,原因在于其分散性更好。

水泥搅拌桩在道路软基加固中的运用 第11篇

【关键词】水泥搅拌桩；市政道路；加固；应用

水泥搅拌桩以其自身多方面的优势而被广泛的运用在道路的建筑工程中，特别是在道路软基加固中的运用。水泥搅拌桩在道路软基加固中的运用在很大程度上与道路建设的质量息息相关。因此，对于水泥搅拌桩在道路软基加固中的运用具有十分重要的意义。我国道路建设在水泥搅拌桩方面虽然有了一定的研究，但是，随着社会对道路建设质量要求的日益提高，现有的对水泥搅拌桩的研究已经越来越不能满足道路建设的发展需求。因此，我国道路建设的有关部门应该加强对水泥搅拌桩在道路软基加固中的研究，并在不断的研究中逐渐的将水泥搅拌桩在道路软基加固中运用的研究纳入到道路建设领域中研究的一个重点课题，逐步的推进道路建设的发展和进步。

1.水泥搅拌桩的优点

水泥搅拌桩有以下几个优点：

（1）因为水泥搅拌桩将固化剂以及原地基软土就地搅拌混合，所以能最大限度地利用了原土。

（2）水泥搅拌桩在进行搅拌时无振动、无噪声以及无污染，并且可以在市区内或者密集的建筑群中进行旌工。

（3）水泥搅拌桩在进行搅拌时不会导致基侧向挤出，因此对周围原有建筑物以及地下沟管影响很小。

（4）根据上部结构的需要，可以灵活地采用柱状、壁状、格栅状以及块状等加固形式。

2.水泥搅拌桩的施工工艺

2.1施工前的准备

（1）平整场地。应清除有碍成桩的混凝土块、块石等硬质杂物及场地内树根、杂草、有机质、腐泥等软质杂物，并将凹凸不平的地面回填整平。若施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层，再用平地机精平。

（2）根据施工图纸画出桩位平面布置图，用全站仪準确地放出施工段落的起始桩位及边线位置，然后用钢尺按设计要求在施工现场定出每根水泥搅拌桩的桩位，并做好标记。

（3）原材料的质量控制。水泥：所用水泥品种和质量应符合设计及规范要求。水泥进场之前，必须抽样做安定性试验、检验胶砂强度等指标，合格后方可进场使用。进场水泥数量应能满足施工进度的要求。

（4）成桩试验。试桩一般不应少于5根。通过试桩，可以确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量等各项技术参数。

2.2施工工艺流程

施工工艺流程：场地平整→测量放样→桩机就位→制备水泥浆→第一次预搅下沉→第一次提升喷浆搅拌→第二次搅拌喷浆下沉→第二次提升喷浆搅拌→成桩结束→施工下一根桩。

2.3施工控制要点

（1）做好施工平台后放样定位，搅拌机定位，注意搅拌机的平整度并控制导向架对地面的垂直度，偏斜率≯1%。

（2）采用经纬仪进行桩位施工放样，定出桩位中心。所测放的桩位轴线经复核后予以保护，桩位放样误差≯5cm；桩径偏差不得大于4%。

（3）水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2。严禁带水下钻；第一次下钻和提钻时一律采用低档操作。复搅时可提高一个档位，每根桩的正常成桩时间应不少于40min；喷浆压力不小于0.4MPa。

（4）喷浆搅拌均匀，不允许出现断桩。严格按试验确定的参数控制水泥浆的喷出量、搅拌及提升的速度和次数，保证喷浆搅拌的均匀性和连续性。灰浆泵的出口压力保持在0.4～0.6MPa，使水泥浆自动连续喷入地基土层内并且搅拌均匀。

（5）应根据设计要求在地面下一定深度范围内进行重复搅拌。钻头边旋转、边钻进、边喷浆至设计要求复拌的深度后，再反向边旋转、边喷浆、边提升，使受到搅动的土块被充分粉碎，土体和水泥浆能充分拌和均匀。

（6）应严格控制重复搅拌时的下沉和提升速度，保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌；一般，提升速度不得大于0.6m/min。

（7）清洗。向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残存的水泥浆，直至基本干净，并将黏附在搅拌头上的软土清洗干净。

（8）钻具提升至地面后，钻机移位对孔，按上述步骤进行下一根桩的施工。

3.施工注意事项

由上述可知，水泥搅拌桩在道路软基加固中的运用技术涉及的内容比较多，同时每一个环节又比较复杂，使得在使用该技术时具有一定的难度。所以，我国道路建设的专业人士应该加强对该技术的研究，同时研究该技术的注意事项，使得在应用该技术时，在最大程度上保证施工的质量。本文在此提出了几点水泥搅拌桩在道路软基加固中运用的施工注意事项，希望能够为提高该技术的应用而提出一些借鉴。

（1）施工时设计停浆（灰）面一般应高出基础底面标高0.5m，在开挖基坑时应将上部0.5m挖去。

（2）为保证水泥搅拌桩端、桩顶及桩身施工质量，当浆液达到出浆口后，应喷浆座底60s，余浆上体过程中全部喷入桩体，使浆液完全到达桩端，使水泥浆与桩身土体充分搅拌。

（3）水泥浆液的供应必须连续，一旦因故中断，必须将搅拌头下沉到停浆面以下0.5m处，待恢复供浆后再搅拌提升，以防断桩；若停机超过3h，为防止浆液硬结堵管，宜先拆卸输浆管路，再清洗。

（4）为保证桩头质量，喷浆搅拌应高于设计桩基顶500mm；搅拌机提升至地面以下1.0m时宜用慢速，且当喷浆提升至设计桩顶标高时，应稍有停滞，搅拌数秒，以保证桩头均匀密实。

4.水泥搅拌桩的质量检测

要想保证水泥搅拌桩在道路软基加固效果，首先就要确保水泥搅拌桩的质量。因此，必须对水泥搅拌桩的质量进行检测。水泥搅拌桩的检测技术有很多种，如现场载荷试验、轻型动力触探（N10）检测等等，其具体内容如下：

4.1现场载荷试验

对于作为建筑物基础的搅拌桩应在成桩28d后按桩数1%的数量进行单桩载荷试验和复合地基载荷试验，搅拌桩设计单桩承载力标准值为110kN，复合地基承载力标准值120kPa。

4.2轻型动力触探（N10）检测

施工单位按照5%的检测频率，在成桩1～3d内，采用轻型动力触探（N10）检测桩身的强度。根据N10贯入30cm的锤击数来判定桩上部强度是否合格。检测出来的锤击数如大于等于设计给定锤击数，则认为桩的上部强度合格；否则，则认为不合格。

5.结语

综上所述，水泥搅拌桩在道路软基加固中的运用在道路建设的发展中有着十分重要的作用。然而，水泥搅拌桩在道路软基加固中运用是一项难度较高的技术，且我国道路建设领域对水泥搅拌桩的研究还没有达到一定的深度，所以，对于我国道路建设的质量造（下转第168页）（上接第34页）成了很大的影响。因此，我国道路建设的有关部门应该加强对水泥搅拌桩在道路软基加固中运用的重视，同时从水泥搅拌桩的多个方面，从道路软基的多个角度进行研究，从而研究出更好的、更有效的方法使得水泥搅拌桩在道路软基加固中发挥更大的作用，促进道路建设的发展和进步。 [科]

【参考文献】

[1]李娟.公路与城市道路连接问题的研究[J].交通运输工程与信息学报，2010（01）.

[2]苏万军.解决城市道路窨井危害的创意设计[J].城市道桥与防洪，2011（01）.

水泥基材料 第12篇

钢筋混凝土是目前应用最广泛的建筑结构材料。但是,由于对混凝土耐久性认识不足,使得国内外大量的混凝土结构过早破坏,造成了巨大的经济损失[1]。氯盐是导致混凝土中钢筋锈蚀的主要因素之一[2]。氯盐中的氯离子到达钢筋表面吸附于局部钝化膜时,氯离子的局部酸化作用使钢筋钝化膜破坏,形成“腐蚀电池”;氯离子的阳极去极化作用、导电作用加速了钢筋的电化学腐蚀作用[3]。混凝土中的氯离子有2种存在形式:一是混凝土孔溶液中游离(自由)的氯离子;二是被水泥组分或水化产物结合(固化)的氯离子,它在混凝土孔溶液中无法自由移动。只有溶解在混凝土孔溶液中的氯离子(自由氯离子)对钢筋的腐蚀起作用,被混凝土结合的氯离子(固化氯离子)不会引起钢筋的锈蚀。混凝土固化氯离子的性能对港工混凝土和除冰盐环境下的钢筋混凝土的寿命预测具有重要意义,它首先降低了钢筋表面的自由氯离子浓度,减小了钢筋腐蚀的风险;其次降低了自由氯离子流量,减弱了氯离子的渗透速率;最后由于Friedel′s盐(简称F盐)的形成堵塞了混凝土中的孔隙,降低了氯离子的传输速率[4]。因此,研究混凝土中氯离子的传输与混凝土的寿命预测必须考虑混凝土对氯离子的固化作用。

水泥基材料对氯离子的固化十分复杂,影响因素众多,本文主要从固化能力测试方法、固化能力影响因素和固化机理等方面对国内外文献进行综述。

1 固化能力测试方法

目前,测试水泥基材料固化氯离子能力的方法主要有压滤法、滤取法和平衡法。Glass等[5]比较了测试氯离子含量的压滤法和滤取法,认为在压力作用下由于松散结合的氯离子释放引起压滤法获得的自由氯离子含量偏高,而酸溶法得到的总氯离子含量偏低,同时超声波处理也能引起松散结合的氯离子释放,从而限制了它的使用。管学茂等[6]比较了测试固化氯离子的3种方法即压滤法、滤取法和平衡法,认为滤取法是最适合测定氯离子含量的方法。

此外,还有一些其它方法被应用于测试氯离子的固化。Ping Yu等[7]用核磁共振方法研究了水泥的水化物羟钙石、水化碳铝酸钙和水化硅酸钙对氯离子的吸附,结果表明羟钙石和水化碳铝酸钙有较强的固化能力,而水化硅酸钙固化能力相对较小。M. Castellote等[8]用蒸发水量法测定了混凝土试样中的自由氯离子含量,并与孔溶液压滤法进行了比较,认为蒸发水量法可以快速测定自由氯离子含量且误差较小。

2 水泥基材料组成对固化氯离子的影响

普遍认为在水泥基材料的矿物组成中水泥的铝含量是影响固化能力的主要因素。Zibara[9]研究了C3A、C4AF、C3S、C2S单矿各自对氯离子的固化,发现C3A对氯离子的固化起着至关重要的作用,特别是当氯离子浓度高时起着决定性的作用,但在低浓度时它的作用不明显;C4AF的固化能力是C3A的1/3;C3S对氯离子的固化贡献在25%～50%的范围以内。Csizmadia等[10]研究了含C3A 1.41%的抗硫酸盐水泥对氯离子固化的影响,发现抗硫酸盐水泥具有一定的固化能力,认为这是由于氯盐与C4AF生成了类Friedel 盐的化合物,并用XRD和DSC证实了他们的结论。Erik P. Nielsen等[11]运用C3A含量为4%和12%的白水泥和C3A含量为7%的普硅水泥,从相平衡角度研究了不同水泥对氯离子的固化,同时建立了固化的热力学模型。

水泥基材料中的辅助胶凝材料对氯离子的固化也起着重要的作用。Jitendra等[12]研究了不同氯离子浓度下掺粉煤灰浆体的氯离子固化能力,发现粉煤灰的加入提高了氯离子的固化量。Ha-Won Song 等[13]研究了在矿渣的不同掺量下水泥浆对氯离子固化的影响,结果表明随着矿渣掺量的增加氯离子的固化量加大。余红发等[14]研究了矿渣掺量对混凝土氯离子固化能力的影响,发现掺加矿渣并没有改变混凝土对氯离子的等温吸附规律,且随着矿渣掺量的增加,混凝土对氯离子的结合能力先增大后减小。Delagrave等[15]研究了ASTM Ⅰ型水泥、ASTM Ⅲ型水泥中掺入6%的硅灰对氯离子固化的影响,计算了C-S-H 凝胶固化氯离子的量和自由氯离子的量,结果表明,掺6%硅灰的ASTM Ⅲ型水泥固化量明显偏低,认为这主要是硅灰的水化引起C/S较低的缘故,同时引起了C-S-H 凝胶的比表面积减少。此外,胡红梅等[16]研究了几种典型矿物功能材料对氯离子的初始固化力,结果表明矿物功能材料对氯离子有较强的初始固化力,且这种初始固化力主要归因于它们对氯离子的物理吸附作用。

3 环境因素对固化氯离子的影响

3.1 氯离子浓度的影响

浸蚀液中氯离子浓度可能是水泥基材料对氯离子固化的主要因素之一。Dhir等[17]研究了不同氯离子浓度下的固化性能,发现随着浸蚀液中氯离子浓度的增加,混凝土孔溶液中的氯离子浓度增加,固化氯离子的量也增加,认为这是由于高浓度的氯离子增大了结合的机会,但同一水泥浆体固化氯离子的量存在一个最大值。谢友均等[18]研究了不同氯离子浓度下单位浆体结合氯离子的性能,发现随着氯离子浓度的增加,结合的氯离子量增加,但结合氯离子量占总氯离子含量的百分数减小。Y.Elakneswaran等[19]研究了不同氯离子浓度下的固化性能,发现随着浸蚀液中氯离子浓度的增加,固化氯离子的量也增加。

3.2 OH-浓度的影响

Delagrave等[15]研究了溶液pH值对固化氯离子性能的影响,认为当浸泡液的pH值从12.55上升到13时,固化氯离子的量随着OH-浓度的增加而减少。Paul Sandberg[20]通过原位溶出法试验研究了氯离子固化与孔隙中OH-浓度变化的关系,发现氯离子渗入混凝土的速率与OH-溶出的速率一致,随着孔隙中OH-浓度的减小,固化氯离子的量增加,固化氯离子的速率与传输速率取决于孔隙中能自由移动的OH-浓度。B. Reddy等[21]通过普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和抗硫酸盐水泥研究了pH值对固化氯离子的影响,认为随着pH值的减小,结合的氯离子会释放出来。

3.3 SO42-浓度的影响

Guerrero等[22]测定了硫酸根离子浓度对固化氯离子性能的影响,发现随着硫酸根离子浓度的增加水泥浆体固化氯离子的量减少。Brown等[23]研究了混凝土受NaCl、MgSO4和Na2SO4侵蚀时对氯离子和硫酸根离子的固化情况,发现在混凝土试样的顶部和底部形成了钙矾石,在中间部位形成了钙矾石和Friedel 盐,认为中间部位Friedel 盐的形成是由于氯离子的渗透速率比硫酸根的高所致。H.A.F.Dehwah等[24]用不同的硫酸盐溶液研究了硫酸根对氯离子固化的影响,结果表明,Na2SO4加NaCl能使混凝土孔隙溶液中的pH值增大,从而使氯离子的固化量减少,而MgSO4加NaCl对孔隙液中的pH值没有影响。

3.4 氯盐阳离子类型的影响

Delagrave[16]指出,与NaCl相比,浸泡液为CaCl2时混凝土能固化更多的氯离子,认为强碱性的金属阳离子能显著影响氯铝酸盐的溶解度,能使氯离子从吸附状态解吸;同时,硬化水泥浆体的Na+比Ca2+和Mg2+更能引起混凝土孔隙液中的pH值增大,OH-取代氯离子被混凝土固化。Wowra等[26]则认为由于C-S-H 凝胶对钙离子吸附,为了补偿电荷平衡,双电子层上固化的氯离子浓度增加。F. Pruckner等[25]从混凝土电阻的角度研究NaCl和CaCl2对混凝土固化氯离子性能的影响,发现CaCl2能引起混凝土中Friedel 盐的生成量增加。

3.5 温度的影响

Guerrero[22]发现随着温度的升高氯离子的固化量减少,认为随着温度的升高,物质的分子运动加速,使氯离子的物理吸附解吸,同时随着温度的升高Friedel 盐的溶解度增加,两者的共同作用导致固化氯离子的量减少。Zibara[9]发现氯离子浸蚀液的浓度在1mol/L以下,随着温度的升高固化氯离子的量减少,但在高浓度时随着温度的升高固化氯离子的量增加。

3.6 碳化的影响

Suryavanshi等[26]研究了碳化对氯离子固化的影响。结果表明,在碳化作用下,水泥水化产物表面覆盖一层CaCO3、硅胶和铝胶,同时系统的pH值下降。由于C-S-H 凝胶的分解和孔隙率降低能减少氯离子的物理吸附,pH值下降能增加Friedel 盐的溶解度,从而使氯离子的化学固化量降低。金祖权等[27]研究了碳化对混凝土中氯离子扩散的影响,混凝土与净浆试样快速碳化14天,28天后浸泡到3.5%的NaCl溶液中650天,发现混凝土中的氯离子扩散系数增大,混凝土对氯离子的结合能力下降,且随着碳化时间的延长,变化幅度变大。

3.7 电学的影响

Castellote等[28]研究了非稳态扩散试验后电压对固化氯离子性能的影响,发现当氯离子浓度低于0.14%时,加速试验没有氯离子固化,这明显比自然扩散的要小。胡曙光等[29]研究了杂散电流对固化氯离子性能的影响,发现杂散电流会对水泥石固化氯离子的性能产生不良影响,使一部分结合的氯离子转化成游离状态的氯离子。

4 固化机理的研究

4.1 化学固化

化学固化的反应机理目前仍不太清楚,人们只知道水泥中的C3A相可与氯离子反应生成水化氯铝酸钙(C3A·CaCl2·10H2O),通常又将这种物质称为Friedel盐。另有学者[10]认为,C4AF与氯离子之间也有类似的反应,生成氯铁酸钙盐(C3F·CaCl2 ·10H2O),其与Friedel盐的结构类似。罗睿等[30]认为反应物应是硅酸盐水泥中的C3A相,但存在硫酸盐时,硫酸根会与氯离子争夺C3A相,并与之发生反应,在这一竞争中,硫酸根更具优势,即在有氯离子存在的水化反应中,先是C3A与硫酸盐生成钙钒石(AFt),硫酸盐消耗完毕后,才生成Friedel盐,而在氯离子消耗尽后,钙钒石又继续与C3A或C4AF反应生成单硫铝酸盐类水化物(AFm)。但在无内掺氯离子的条件下,外部氯离子首先要渗透进入硬化浆体,此时C3A已经水化完毕。Manera等[31]发现在这种条件下AFt与AFm相仍保持稳定,仅有未水化的C3A相与渗透进入的氯离子反应。但Glasser等[32]的研究表明,水化了的C3A相也可与氯离子反应生成Friedel盐。

M.R.Jones等[33]提出了Friedel盐形成机理,一种是离子交换机理,AFm通过离子交换转化成Friedel盐,对于氯化钠,由于氯离子进入AFm结构,混凝土液相中的Na+浓度增大,为了补偿电荷平衡,OH-从AFm中释放出来,即[Cl-]bound=[OH-]released。另一种是吸附机理,Friedel盐由2个[Ca2Al(OH)6·2H2O]+结构层组成,氯离子被吸附进入结构层,平衡其电荷,钠离子则离开孔溶液被吸附到固相中,可能被C-S-H凝胶吸附。Suryavanshi等[34]则研究了内掺氯离子条件下氯离子的固化,认为离子交换作用下固化的氯离子仅是总固化量中的一小部分,Friedel盐主要是在内掺氯离子条件下水化过程中生成的,仅有很少一部分是在水化之后通过氯离子与AFm结构发生离子交换而生成的。Paul Brown等[35]从相平衡角度讨论了Friedel盐与其他氯的化合物之间的共溶问题,从而提出了混凝土中Friedel盐的稳定机理。

4.2 物理固化

氯离子的物理固化主要是指水泥基材料对氯离子的物理吸附作用,如水化硅酸钙(C-S-H)凝胶表面吸附氯离子,由于水泥基材料中C-S-H凝胶量远大于C-A-H,所以物理固化占很大的比重。文献[36]的研究表明,当C-S-H中的C/S比为1.5时,其吸附氯离子的能力最强,文献[37]的研究表明,随C/S比增大吸附氯离子的能力增强。不过遗憾的是,至今有关氯离子的物理固化或吸附的相关机理研究同样不很完整。近来的研究多集中在利用双电层理论来解释氯离子在C-S-H凝胶表面被固化的现象。Larsen[38]解释,水化物因吸附了溶液中的阳离子(如Ca2+、Na+等)而带正电,并使带负电的氯离子被吸附在其上。双电层的电位与所吸附阳离子的价数、温度和孔溶液中的氯离子浓度均有关系,特别是后者具有决定性的影响。

此外, Diamond报道了其他形式的氯离子与C-S-H凝胶的固化情况,通过观察背散射电子的SEM图像,发现有氯离子存在于C-S-H结构内部,认为这是由于内掺氯离子条件下某些氯离子可进入C-S-H结构的内部。Ramachandran则通过研究CaCl2与C3S水化物的作用机理,成功区分了3种不同反应类型,根据作者的论述,氯离子可以存在于水化硅酸钙的化学吸附层上,渗透进入C-S-H层间孔隙,还可被紧紧固化在C-S-H微晶点阵中。

5 结语

(1)水泥中的C3A对氯离子的固化作用很大,固化的机理是生成了Friedel盐,然而Friedel盐究竟是直接反应生成还是先生成AFm后再转化为Friedel盐还没有一致的定论,而这直接影响水泥基材料对氯离子的固化量,所以有待于进一步的研究。

(2)普遍认为水泥中掺入粉煤灰和矿渣能增加氯离子的固化量,然而对于掺入混合材的固化机理一般认为是由于水泥基材料中铝含量的变化,没有进一步地分析水泥基材料的AFm量、C/S比、C/A比的变化,即除化学固化机理外对物理固化机理的研究太少,需要进一步的研究。

(3)外界环境因素中随着氯离子浓度增加氯离子的固化量增加,而OH-和SOundefined的浓度增加、温度升高、测试时的电流增大、碳化作用均降低氯离子的固化量。特别是OH-和SOundefined比Cl-更易与[Ca2Al(OH)6]+结构层结合,在此情况下AFm能否转化为Friedel盐还是一个疑问。