高性能水泥基復合材料研究綜述

王 靜 徐俊鵬 張云龍

（吉林建筑大學交通科學與工程學院， 吉林 長春 130118）

0 引言

高強高性能水泥基復合材料則是以高強混凝土為基礎，在剔除粗骨料后復合而成的一種膠凝材料。目前對于高強高性能混凝土的研究，國內外采用最普遍的技術路線為：“普通硅酸鹽水泥+單摻或復合使用超細礦物摻合料+高性能減水劑”[1]。在上世紀90年代美國就將C90以上的超高強高性能混凝土運用到了一些建筑結構上。我國從20世紀70年代才開始對高強混凝土進行大量的研究，并在90年代興起了對高性能混凝土的研究熱潮。但就目前的發展形勢而言，高性能水泥基復合材料在實際運用上還存在很多問題和影響因素，本文作者就高性能水泥基復合材料的主要影響因素進行了歸納總結。

1 水膠比對復合材料性能的影響

對于高強混凝土而言，為了提高混凝土的強度，水膠比一般在 0.16～0.28之間。如王軍[2]以0.16的水膠比，制成的立方體抗壓試件，在60天和90天的抗壓強度分別達到146.5MPa和159.7MPa，當水膠比繼續降低時，混凝土的強度反而有所降低。郭向勇[3]以0.2、0.25、0.3三種水膠比為對照，分析其對高強混凝土強度的影響，發現水膠比在0.2時立方體的抗壓強度最高，7天和28天強度分別達到了79.3MPa和120MPa。文獻[4]采用正交試驗，研究分析了水膠比、礦物摻合料、減水劑等因素，對高強混凝土的工作性能和力學性能的影響，結果指出水膠比是影響高強混凝土抗壓強度的顯著因子。所以在進行高強度等級的混凝土配制過程中一定要嚴格控制水膠比對混凝土強度的影響。

2 膠凝材料對復合材料性能的影響

為了保證混凝土的強度要求，在配制超高強混凝土時，膠凝材料總量的控制也是一個主要因素，其中王軍委[5]通過正交試驗發現，膠凝材料總量是繼水膠比之后又一個影響混凝土強度的主要因素，試驗指出膠凝材料總量在 600kg/m3時，混凝土的抗壓強度最高。而李麗娟[6]利用高性能混凝土外加劑和摻合料，在膠凝材料為540kg/m3的情況下，配制出了28天抗壓強度為100MPa以上的高強度混凝土。與上述研究不同，王沖[7]在極低的水膠比情況下，將膠凝材料的總量擴大為700～1100kg/m3，最終制得的28天抗壓強度為130MPa以上的特超高性能混凝土。

3 礦物摻合料對復合材料性能的影響

國內很多學者針對礦物摻合料的摻入方式、摻量以及對混凝土的工作性和力學性能等問題做了大量的研究[8-9]，結果表明硅灰、礦渣、粉煤灰在取代水泥后，具有類似的作用，即在不增加用水量的情況下可以改善混凝土和易性，降低水泥的水化熱，提高混凝土的耐久性。而關于礦物摻合料的摻量大致為：硅灰在 10%左右時各項性能最佳；礦渣和粉煤灰的摻量大致相當，在20%～30%的范圍內居多。此外，相關研究表明[10]，不同礦物摻合料對混凝土的早期收縮率有著不同程度的影響，其中粉煤灰可以降低混凝土早期的收縮率；礦渣在降低早期收縮率的同時對于后期收縮率的發展則會產生不利的影響；而硅灰對于混凝土的各個齡期的收縮率都有不利的影響。

4 纖維對復合材料性能的影響

隨著混凝土強度的提高，材料的脆性變得越發明顯，研究發現在其中加入纖維可以明顯改善混凝土的脆性，提高混凝土的強度和韌性，作者就目前研究較多的纖維混摻情況進行了一個總結。其中夏冬桃[11]的研究表明，摻量 0.8%的鋼纖維+0.11%的聚丙烯纖維的混雜效應最好；華淵[12]指出摻量為0.5%的碳纖維+0.7%的聚丙烯纖維、0.5%的鋼纖維+0.7%的聚丙烯纖維和小于2%的玻璃纖維+聚乙烯纖維都能對混凝土產生正的混雜效應。莫海濤[13]用玄武巖纖維代替鋼纖維，研究兩者對混凝土性能的影響，結果表明用玄武巖纖維取代20%的鋼纖維之后，7天和28天的抗壓強度和抗折強度，分別為鋼纖維混凝土的98%和90%，但改善了混凝土的和易性。

5 結論

（1）水膠比的大小在一定程度上直接決定混凝土材料的力學性能與耐久性，因此在高強高性能混凝土制備過程中，要嚴格控制水膠比的大小，一般不大于0.26。

（2）考慮到膠凝材料對混凝土的流動性、強度和耐久性的影響，就目前的研究成果來看，膠凝材料使用最多的為600～700kg/m3。

（3）在礦物摻合料中硅灰的摻量多為膠凝材料總量的10%，且有利于混凝土的早期強度的發展；而粉煤灰和礦渣的摻量相對較大，占膠凝材料總量的 30%～40%，且對混凝土的后期強度貢獻最大，同時可以降低混凝土的開裂風險，增加結構的耐久性。

（4）合理的纖維混摻可以充分發揮各自的特性，提高混摻纖維混凝土的力學特性和耐久性，同時達到降低施工難度和成本的目的。