先進水泥基復(fù)合材料是通過組成、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，采用先進技術(shù)制備的具有優(yōu)異性能的新型高技術(shù)水泥基材料，其性能特點是韌性好、強度高、可設(shè)計性好，是當(dāng)前本領(lǐng)域研究的重點和技術(shù)應(yīng)用的難點。本書是作者團隊近二十年來開展先進水泥基復(fù)合材料研究與實踐的成果總結(jié)，內(nèi)容包括理論研究、實驗分析、生產(chǎn)與制備、工程應(yīng)用。作者圍繞材料的增強機理、設(shè)計與制備，工程應(yīng)用技術(shù)的難點和關(guān)鍵進行了深入系統(tǒng)的研究，介紹了所取得的系統(tǒng)性理論和技術(shù)應(yīng)用成果。
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目錄
第1章 先進水泥基復(fù)合材料發(fā)展概況 1
1.1 引言 1
1.2 傳統(tǒng)水泥基材料所面臨的挑戰(zhàn) 2
1.3 新型水泥基復(fù)合材料的特征與概念 3
1.4 先進水泥基復(fù)合材料研究動態(tài) 5
1.5 先進水泥基復(fù)合材料的研究內(nèi)容與重點 7
參考文獻 9
第2章 有機物與水泥的界面化學(xué)反應(yīng) 12
2.1 實驗原材料 12
2.1.1 水泥品種 12
2.1.2 水泥熟料礦物制備 13
2.1.3 有機物的選擇 13
2.2 化學(xué)反應(yīng)性的紅外光譜研究 15
2.2.1 實驗方法及測試條件 15
2.2.2 測試結(jié)果分析 15
2.2.3 紅外加合譜分析 20
2.3 水溶性聚合物溶液的性質(zhì) 22
2.3.1 聚合物的溶解特性 22
2.3.2 聚電解質(zhì)性質(zhì) 24
2.3.3 PVA和PAM的化學(xué)活性 24
2.4 X射線光電子能譜研究 26
2.4.1 XPS技術(shù)原理 26
2.4.2 實驗設(shè)備及制樣方法 27
2.4.3 測試結(jié)果及討論 28
2.4.4 俄歇參數(shù)分析法 32
2.5 水化反應(yīng)體系中的離子濃度變化及熱效應(yīng) 34
2.5.1 液相中Ca2+和Al3+的濃度變化 34
2.5.2 水化體系的反應(yīng)熱效應(yīng) 36
2.5.3 水化固相的XRD分析 38
參考文獻 40
第3章 水泥基復(fù)合材料的界面組成、結(jié)構(gòu)及其改性 41
3.1 水泥基材料的界面 41
3.1.1 界面的概念與黏結(jié)類型 41
3.1.2 水泥基材料的界面研究 44
3.2 聚合物-鋁酸鹽水泥界面黏結(jié)層的結(jié)構(gòu)模型 45
3.2.1 高效液相色譜法實驗原理 45
3.2.2 實驗方法與結(jié)果分析 45
3.3 界面化學(xué)鍵合層的深度分析 50
3.3.1 XPS轉(zhuǎn)角深度分析原理 50
3.3.2 實驗方法及條件 52
3.3.3 PAM與CA單礦水化界面鍵合層的組成、結(jié)構(gòu) 52
3.4 纖維增強水泥基復(fù)合材料界面特性 59
3.4.1 纖維水泥基材料界面的細觀特性 59
3.4.2 纖維-基體界面力學(xué)模型 60
3.4.3 纖維-基體界面黏結(jié)性能的試驗方法 62
3.4.4 影響纖維與水泥基體界面黏結(jié)性能的因素 63
3.4.5 改善合成纖維-基體黏結(jié)性能的措施 64
3.5 界面改性與偶聯(lián)劑作用 65
3.5.1 界面改性與偶聯(lián)劑作用機理 65
3.5.2 硅烷偶聯(lián)劑增強界面黏結(jié)作用 68
3.5.3 偶聯(lián)劑改性的水泥基復(fù)合材料界面行為 72
參考文獻 78
第4章 水泥基復(fù)合材料的多層次結(jié)構(gòu) 81
4.1 硬化水泥漿體微結(jié)構(gòu) 81
4.1.1 水泥水化硬化機理 81
4.1.2 硬化水泥漿體微觀結(jié)構(gòu)的形成 83
4.1.3 硬化水泥漿體微結(jié)構(gòu)模型 85
4.2 界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu) 92
4.2.1 界面過渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu)形成 92
4.2.2 界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)模型 93
4.2.3 影響界面過渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu)的因素 97
4.2.4 界面過渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu)劣化機理 99
4.3 水泥石與集料的界面及其結(jié)構(gòu) 101
4.3.1 集料-水泥石的界面結(jié)構(gòu) 101
4.3.2 集料的理想結(jié)構(gòu)模型——功能集料 102
4.3.3 集料孔結(jié)構(gòu)與表面活性設(shè)計 103
4.3.4 集料外表面活性層 104
4.4 聚合物水泥互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 104
4.4.1 聚合物和水泥漿體的自身網(wǎng)絡(luò) 105
4.4.2 兩種網(wǎng)絡(luò)相互貫穿的條件 105
4.4.3 聚合物用量計算 108
4.4.4 IPCN結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 110
4.5 低C/S水泥基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu) 111
4.5.1 正電子湮沒技術(shù)簡介 111
4.5.2 測試儀器及條件 112
4.5.3 實驗結(jié)果及討論 112
參考文獻 117
第5章 水泥基復(fù)合材料體積穩(wěn)定性與控制技術(shù) 120
5.1 水泥基材料的體積穩(wěn)定性 120
5.1.1 收縮與變形 120
5.1.2 化學(xué)穩(wěn)定性 123
5.2 水泥基材料的膨脹與補償收縮 125
5.2.1 膨脹種類與補償收縮 125
5.2.2 膨脹性能與組成設(shè)計 129
5.2.3 膠凝組分與膨脹組分的匹配優(yōu)化 135
5.3 水泥基材料的膨脹控制技術(shù) 140
5.3.1 釋水因子反應(yīng)控制技術(shù) 140
5.3.2 膨脹精確控制技術(shù) 146
5.4 低水/膠比聚合物水泥基材料的水穩(wěn)定性 149
5.4.1 低水/膠比聚合物水泥基復(fù)合材料的特性 149
5.4.2 聚合物濕水溶脹性 150
5.4.3 聚合物水泥基復(fù)合材料的水損性 152
5.4.4 水損機理和改性途徑 153
5.5 膠結(jié)相滲透特性與濕度控制 154
5.5.1 實驗方法 154
5.5.2 膠結(jié)相組成與分布 155
5.5.3 聚合物改性對耐濕性和抗折強度的影響 156
5.6 未反應(yīng)水泥對微觀結(jié)構(gòu)與水敏性能的影響 160
5.6.1 實驗方法 160
5.6.2 含未反應(yīng)水泥復(fù)合材料的相組成、孔結(jié)構(gòu)與濕性能 161
5.7 偶聯(lián)劑對水泥基復(fù)合材料水敏性的改性 165
5.7.1 實驗材料與實驗方法 165
5.7.2 偶聯(lián)劑用量的選擇 167
5.7.3 偶聯(lián)劑對復(fù)合材料抗折和吸濕性能的改善 167
5.7.4 偶聯(lián)劑改性復(fù)合材料表面分析 168
參考文獻 170
第6章 水泥基復(fù)合材料的復(fù)合增強機理 172
6.1 影響水泥漿體強度的因素 172
6.2 復(fù)合材料黏結(jié)面的破壞分析 176
6.2.1 SEM-XPS表面聯(lián)檢分析方法 176
6.2.2 實驗方法及結(jié)果討論 177
6.3 聚合物在水泥基復(fù)合材料中的作用 180
6.3.1 用于水泥基材料的聚合物 180
6.3.2 水溶性聚合物的塑化作用 183
6.3.3 聚合物的減孔作用 184
6.3.4 聚合物對水泥石的增韌機理 186
6.4 纖維在水泥基復(fù)合材料中的作用 190
6.4.1 纖維的作用機理與選用原則 190
6.4.2 纖維的品種與性能 191
6.4.3 纖維的黏結(jié)性能與表面處理 195
6.4.4 影響纖維增強效果的因素 196
6.4.5 纖維的抗裂、增強與增韌作用 198
6.5 顆粒增強作用 201
6.5.1 水泥基材料致密增強原理 202
6.5.2 水泥基材料顆粒最緊密堆積規(guī)律 203
6.5.3 超細粉的顆粒增強作用 204
6.5.4 水泥基復(fù)合材料的密實途徑 206
6.6 外加劑和礦物輔料的作用 207
6.6.1 合成化學(xué)外加劑及其作用 207
6.6.2 礦物輔料的作用機理 212
6.6.3 超細礦物輔料的種類與作用 213
6.7 界面復(fù)合增強作用 219
6.7.1 復(fù)合原理與作用機理 219
6.7.2 復(fù)合界面的增強效果試驗 220
6.7.3 界面增強機理 223
參考文獻 224
第7章 先進水泥基復(fù)合材料的研制與應(yīng)用 227
7.1 高速鐵路用水泥瀝青復(fù)合砂漿的研究與開發(fā) 227
7.1.1 背景 227
7.1.2 CA砂漿的原材料 228
7.1.3 CA砂漿的膠結(jié)硬化過程 230
7.1.4 CA砂漿的基本性能 231
7.2 鋼管混凝土復(fù)合材料及其在結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用 235
7.2.1 背景 235
7.2.2 鋼管混凝土體積變形特征 236
7.2.3 工作性能與力學(xué)性能的設(shè)計 238
7.2.4 鋼管混凝土復(fù)合材料的工程應(yīng)用 240
7.3 水泥基吸波復(fù)合材料的設(shè)計與制備 242
7.3.1 背景 242
7.3.2 新型水泥基吸波復(fù)合材料的設(shè)計 242
7.3.3 水泥基吸波材料的制備 245
7.3.4 結(jié)果與分析 246
7.4 鋼箱梁橋面鋪裝層梯度設(shè)計及應(yīng)用 248
7.4.1 背景 248
7.4.2 基于材料梯度設(shè)計的新型鋼箱梁橋面鋪裝技術(shù) 249
7.4.3 工程應(yīng)用效果 253
7.5 纖維增強MDF水泥材料的研究 253
7.5.1 背景 253
7.5.2 纖維增強MDF水泥材料的設(shè)計 254
7.5.3 原材料及試驗方法 255
7.5.4 試驗結(jié)果和分析 255
7.6 礦物輔料在水泥基材料中的密實填充作用 262
7.6.1 背景 262
7.6.2 原材料及試驗方法 263
7.6.3 結(jié)果與分析 265
7.7 高強輕質(zhì)混凝土及其強韌化抗震設(shè)計 268
7.7.1 背景 268
7.7.2 輕質(zhì)鋼筋混凝土柱抗震設(shè)計原理 268
7.7.3 具有阻尼功能的高強高韌性輕質(zhì)混凝土材料的研究 269
7.8 功能集料設(shè)計及其混凝土界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化 273
7.8.1 背景 273
7.8.2 功能集料設(shè)計 274
7.8.3 功能集料的性能 275
7.8.4 功能集料制備關(guān)鍵技術(shù) 275
7.8.5 功能集料對界面過渡區(qū)的優(yōu)化 277
7.9 混凝土梯度組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 282
7.9.1 背景 282
7.9.2 設(shè)計應(yīng)用 283
7.10 密實骨架堆積法設(shè)計高摻粉煤灰高性能混凝土 285
7.10.1 背景 285
7.10.2 原材料及試驗原理 286
7.10.3 密實骨架混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計 286
7.10.4 試驗結(jié)果及機理分析 289
7.10.5 工程應(yīng)用 289
7.11 熱養(yǎng)制度對鋼渣粉RPC微結(jié)構(gòu)和強度的影響 291
7.11.1 背景 291
7.11.2 原材料及方法 292
7.11.3 熱養(yǎng)護制度對摻鋼渣粉RPC強度的影響 293
7.11.4 恒溫溫度與時間對摻鋼渣復(fù)合體系微觀結(jié)構(gòu)的影響 295
7.12 蒸養(yǎng)制度對盾構(gòu)隧道混凝土管片體積穩(wěn)定性的影響 299
7.12.1 背景 299
7.12.2 原材料與試驗方法 299
7.12.3 結(jié)果與分析 300
7.12.4 工程應(yīng)用 307
7.13 高吸水性樹脂顆粒對混凝土自收縮與強度的影響 308
7.13.1 背景 308
7.13.2 試驗原材料與方法 309
7.13.3 結(jié)果與討論 310
7.14 高韌性水泥基修復(fù)修補材料在高速公路的應(yīng)用 315
7.14.1 背景 315
7.14.2 水泥混凝土路(橋)面修復(fù)修補材料存在的主要問題 316
7.14.3 水泥基修復(fù)修補材料的復(fù)合技術(shù)方法 317
7.14.4 修復(fù)修補水泥基復(fù)合材料的工程應(yīng)用 318
7.15 水下不分散砂漿的制備及其在隧道工程的應(yīng)用 322
7.15.1 背景 322
7.15.2 原材料及試驗方法 323
7.15.3 試驗結(jié)果分析 323
7.16 聚合物改性盾構(gòu)隧道同步注漿用水泥砂漿 326
7.16.1 背景 326
7.16.2 原材料與試驗方法 327
7.16.3 結(jié)果與討論 328
7.17 工業(yè)廢渣雙液注漿材料的設(shè)計與應(yīng)用 332
7.17.1 背景 332
7.17.2 材料設(shè)計 332
7.17.3 試驗 334
7.17.4 工程應(yīng)用 337
7.18 抗沖磨水工混凝土的設(shè)計與應(yīng)用 338
7.18.1 背景 338
7.18.2 混凝土的磨蝕破壞特征 339
7.18.3 抗沖磨混凝土設(shè)計 340
7.18.4 抗沖磨混凝土結(jié)構(gòu)調(diào)控 341
7.18.5 主要影響因素及性能 342
7.19 混凝土復(fù)合抗裂技術(shù)的研究 344
7.19.1 背景 344
7.19.2 有機-無機復(fù)合抗裂材料對混凝土抗收縮性能的影響 345
7.19.3 自養(yǎng)護材料對混凝土抗收縮性能的影響 347
7.20 鋼渣基高活性微膨脹礦物輔料的制備與性能 349
7.20.1 背景 349
7.20.2 鋼渣基高活性微膨脹摻合料制備方法 350
7.20.3 鋼渣基高活性微膨脹摻合料性能研究 350
7.21 地聚合物基輕質(zhì)耐高溫混凝土 354
7.21.1 背景 354
7.21.2 試驗原材料與試驗方法 354
7.21.3 結(jié)果與分析 356
7.21.4 聚合物基輕質(zhì)耐高溫混凝土配合比的設(shè)計 360
7.22 免振搗高性能混凝土的研究與應(yīng)用 361
7.22.1 背景 361
7.22.2 免振搗高性能混凝土配合比設(shè)計方法 361
7.22.3 免振搗混凝土的原材料選擇 362
7.22.4 免振搗混凝土的流變學(xué)特征及其工作性能評價 363
7.22.5 硬化免振搗混凝土性能 365
7.22.6 高性能免振搗混凝土工程應(yīng)用 366
7.23 輕質(zhì)橋面混凝土的研究與應(yīng)用 366
7.23.1 背景 366
7.23.2 原材料及試驗方法 367
7.23.3 結(jié)果與討論 367
7.23.4 工程應(yīng)用 371
7.24 鋼渣-偏高嶺土地聚合物的膠凝性研究 372
7.24.1 背景 372
7.24.2 原材料與試驗方法 372
7.24.3 試驗結(jié)果與分析 374
參考文獻 377
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