高性能纤维增强水泥基复合材料的研究.pdf

第卷第期武汉理工大学学报
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高性能纤维增强水泥基复合材料的研究

王悦辉谢永贤林宗寿涂成厚
（武汉理工大学）

摘要：介绍了在高性能蒸养水泥中掺入钢纤维制备出高性能水泥基复合材料的研究结果。研究了水灰比（2／3）、砂
灰比（4／3）、钢纤维掺量对水泥基复合材料性能的影响；并用567、489分析其微观结构和形貌。试验结果表明：将钢纤
维掺入到高性能蒸养水泥中并采用适当的工艺，可制备出抗压强度达-009:;，抗折强度达!"(19:;的高性能水泥基
复合材料。
关键词：高性能蒸养水泥；钢纤维；复合材料

中图分类号：<=1文献标识码：>

高性能混凝土是当今混凝土材料的发展趋势，降低混凝土结构物能源、资源的消耗，减少污染以获得可
持续发展的环境，也正成为混凝土界关注的热点。虽然高性能混凝土的抗压强度比普通混凝土成倍提高，但
抗折强度却提高很少，表现为脆性显著增大。为了改善混凝土的脆性，通常在混凝土中掺入钢纤维，制成钢
纤维混凝土，改善混凝土的脆性。钢纤维混凝土具有抗拉、抗折强度高，弯曲韧性、抗冲击耐疲劳、阻裂限缩
能力优异等特点，在工程中得到广泛的应用，取得了良好的技术经济效果。
钢纤维混凝土是以混凝土为基体，非连续的短纤维作为增强材料所构成的水泥基复合材料，钢纤维在混
凝土中各向随机分布，跨越混凝土中存在的微细裂隙，并对裂隙产生约束作用，阻止裂隙扩展，从而达到增强
的作用。其增强效果主要取决于钢纤维的尺寸，基体的粘结强度及掺量。前两者可由选用的钢纤维原材料
来确定，钢纤维的掺量太小增强效果不明显，太大则不易搅拌分散。钢纤维虽然能大大提高混凝土的抗拉强
度和韧性，但对混凝土的抗压强度影响较小。而由本试验制得的高性能水泥基材料，在水泥中掺入超细矿
渣，具有良好的火山灰效应和微粒充填效应，能改善混凝土的密实性，提高抗压强度和抗渗性。在实验中应
用以下基本原理配制超高性能混凝土：
（-）去除混凝土中原有的粗骨料，从而消除粗骨料和水泥浆体之间的薄弱界面，增加了整个基体的均质
性；（!）以多元粉体细颗粒优化级配，提高整个基体的堆积密度；（0）通过掺加微细的钢纤维，增强韧性；（"）优
化搅拌、成型和养护制度；（1）采用外掺硬石膏的蒸养水泥，进一步提高制品强度。
3试验研究

3(3试验原材料
［］
（-）水泥试验用水泥采用作者已研究开发的高性能蒸养水泥-。其最佳配比如表-所示。（!）细集料
标准砂，粒径$(!1$(#1@@。（0）减水剂采用=)A1高效减水剂，掺量为-($B。（"）钢纤维选用东洲
钢纤维发展公司生产的冷板型钢纤维，见表!。试验用配比见表0、表"、表1、表#。
3(4试件制备
钢纤维在水泥砂浆中的分散、搅拌工艺：采用先干后湿的搅拌工艺，水和高效减水剂混合均匀，按配比将
水泥、砂、钢纤维加入到水泥胶砂搅拌机内干搅!@C,；加入水和高效减水剂湿拌-$@C,，达到钢纤维在水泥
砂浆中均匀分散的目的。这种方法可避免钢纤维尚未分散即被水泥砂浆包裹成钢纤球现象。

收稿日期：!$$-/--/!$(
作者简介：王悦辉（），女，硕士；武汉，武汉理工大学材料学院（）
万方数据-?."/"0$$.$(
3武汉理工大学学报3))3年%月

表!高性能蒸养水泥配比!表"钢纤维的性能

水泥矿渣硬石膏名称规格杨氏模量／&’(抗压强度／&’(
"#$$%冷板切削异型)*$+)*,+")-"*.!$$)

表#空白试验配比表$砂灰比试验配比

编号水泥/01$／!砂灰比水灰比钢纤维／!编号水泥/01$／!砂灰比水灰比钢纤维／!

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表%钢纤维掺量试验配比表&水灰比试验配比

编号水泥/01$／!砂灰比水灰比钢纤维／!编号水泥/01／!砂灰比水灰比钢纤维／!
&...*).*$)*33.*36...*).*$)*3).*5
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注：钢纤维掺量为钢纤维体积分