高性能水泥基复合材料研究综述

王 静 徐俊鹏 张云龙

（吉林建筑大学交通科学与工程学院， 吉林 长春 130118）

0 引言

高强高性能水泥基复合材料则是以高强混凝土为基础，在剔除粗骨料后复合而成的一种胶凝材料。目前对于高强高性能混凝土的研究，国内外采用最普遍的技术路线为：“普通硅酸盐水泥+单掺或复合使用超细矿物掺合料+高性能减水剂”[1]。在上世纪90年代美国就将C90以上的超高强高性能混凝土运用到了一些建筑结构上。我国从20世纪70年代才开始对高强混凝土进行大量的研究，并在90年代兴起了对高性能混凝土的研究热潮。但就目前的发展形势而言，高性能水泥基复合材料在实际运用上还存在很多问题和影响因素，本文作者就高性能水泥基复合材料的主要影响因素进行了归纳总结。

1 水胶比对复合材料性能的影响

对于高强混凝土而言，为了提高混凝土的强度，水胶比一般在 0.16～0.28之间。如王军[2]以0.16的水胶比，制成的立方体抗压试件，在60天和90天的抗压强度分别达到146.5MPa和159.7MPa，当水胶比继续降低时，混凝土的强度反而有所降低。郭向勇[3]以0.2、0.25、0.3三种水胶比为对照，分析其对高强混凝土强度的影响，发现水胶比在0.2时立方体的抗压强度最高，7天和28天强度分别达到了79.3MPa和120MPa。文献[4]采用正交试验，研究分析了水胶比、矿物掺合料、减水剂等因素，对高强混凝土的工作性能和力学性能的影响，结果指出水胶比是影响高强混凝土抗压强度的显著因子。所以在进行高强度等级的混凝土配制过程中一定要严格控制水胶比对混凝土强度的影响。

2 胶凝材料对复合材料性能的影响

为了保证混凝土的强度要求，在配制超高强混凝土时，胶凝材料总量的控制也是一个主要因素，其中王军委[5]通过正交试验发现，胶凝材料总量是继水胶比之后又一个影响混凝土强度的主要因素，试验指出胶凝材料总量在 600kg/m3时，混凝土的抗压强度最高。而李丽娟[6]利用高性能混凝土外加剂和掺合料，在胶凝材料为540kg/m3的情况下，配制出了28天抗压强度为100MPa以上的高强度混凝土。与上述研究不同，王冲[7]在极低的水胶比情况下，将胶凝材料的总量扩大为700～1100kg/m3，最终制得的28天抗压强度为130MPa以上的特超高性能混凝土。

3 矿物掺合料对复合材料性能的影响

国内很多学者针对矿物掺合料的掺入方式、掺量以及对混凝土的工作性和力学性能等问题做了大量的研究[8-9]，结果表明硅灰、矿渣、粉煤灰在取代水泥后，具有类似的作用，即在不增加用水量的情况下可以改善混凝土和易性，降低水泥的水化热，提高混凝土的耐久性。而关于矿物掺合料的掺量大致为：硅灰在 10%左右时各项性能最佳；矿渣和粉煤灰的掺量大致相当，在20%～30%的范围内居多。此外，相关研究表明[10]，不同矿物掺合料对混凝土的早期收缩率有着不同程度的影响，其中粉煤灰可以降低混凝土早期的收缩率；矿渣在降低早期收缩率的同时对于后期收缩率的发展则会产生不利的影响；而硅灰对于混凝土的各个龄期的收缩率都有不利的影响。

4 纤维对复合材料性能的影响

随着混凝土强度的提高，材料的脆性变得越发明显，研究发现在其中加入纤维可以明显改善混凝土的脆性，提高混凝土的强度和韧性，作者就目前研究较多的纤维混掺情况进行了一个总结。其中夏冬桃[11]的研究表明，掺量 0.8%的钢纤维+0.11%的聚丙烯纤维的混杂效应最好；华渊[12]指出掺量为0.5%的碳纤维+0.7%的聚丙烯纤维、0.5%的钢纤维+0.7%的聚丙烯纤维和小于2%的玻璃纤维+聚乙烯纤维都能对混凝土产生正的混杂效应。莫海涛[13]用玄武岩纤维代替钢纤维，研究两者对混凝土性能的影响，结果表明用玄武岩纤维取代20%的钢纤维之后，7天和28天的抗压强度和抗折强度，分别为钢纤维混凝土的98%和90%，但改善了混凝土的和易性。

5 结论

（1）水胶比的大小在一定程度上直接决定混凝土材料的力学性能与耐久性，因此在高强高性能混凝土制备过程中，要严格控制水胶比的大小，一般不大于0.26。

（2）考虑到胶凝材料对混凝土的流动性、强度和耐久性的影响，就目前的研究成果来看，胶凝材料使用最多的为600～700kg/m3。

（3）在矿物掺合料中硅灰的掺量多为胶凝材料总量的10%，且有利于混凝土的早期强度的发展；而粉煤灰和矿渣的掺量相对较大，占胶凝材料总量的 30%～40%，且对混凝土的后期强度贡献最大，同时可以降低混凝土的开裂风险，增加结构的耐久性。

（4）合理的纤维混掺可以充分发挥各自的特性，提高混掺纤维混凝土的力学特性和耐久性，同时达到降低施工难度和成本的目的。