摘 要

随着土木工程的飞速发展，对于工程结构混凝的强度有了更高的要求，水泥基复合材料是目前人类社会最广泛使用的建筑材料。新型高强水泥基复合材料具有高强度、低收缩的特性。本文采用一系列的对比试验新型高强水泥基复合材料的抗压抗折强度、体积稳定性进行了研究，对比分析了纤维、水灰比、外加剂、矿物掺合料对新型高强水泥基复合材料力学性能性能的影响，主要研究内容与结果如下：

（1）进行标准胶砂配比掺纤维的抗压抗折试验，其中纤维采用钢纤维和玄武岩纤维，高强胶砂配合比取水灰比、纤维掺量、硅灰掺量为水平变量，通过抗压抗折强度试验进行对比研究，研究发现：纤维对于水泥基复合材料的抗压抗折强度有一定的提升，但提升效果与纤维的种类和掺量有关，其中高弹模的钢纤维改善效果显著；水灰比是水泥基复合材料强度的主要影响因素，随着水灰比的提高水泥基材料的强度下降；硅灰对于水泥基复合材料的强度在一定范围内随着掺量增加而提升，且提升效果较明显。

（2）研究水灰比、纤维、硅灰对于水泥基复合材料体积稳定性的影响，对比试验发现：随水灰比减小，体积收缩率减小；纤维的掺加使体积收缩有一定的减小，提高体积稳定性；掺加硅灰后会有一定的减缩作用，使体积收缩率明显降低。

关键词：高强；水泥基复合材料；力学性能；纤维

New high strength cement base composite materials mechanics performance study

ABSTRACT

With the rapid development of civil engineering, project for the strength of the concrete structure have higher requirements, but the cement base composite material is still the most widely used building materials in human society.The new high-strength cement composite materials have high strength and low shrinkage.This paper adopts a series of contrast test of new type high strength cement base composite material compressive strength, flexural strength, volume stability were studied, the effect of fiber, water cement ratio, admixtures and mineral admixtures on the mechanical properties of new high-strength cement composite materials was analyzed.The main research contents and results are as follows:

(1) Standard ratio of mortar mixing fiber compressive flexural experiments, including fiber using steel fiber and basalt fiber. High strength ratio uses water cement ratio, fiber content, silica fume content as level variables, researching through the compressive flexural strength test and contrast, the study found that fiber for compressive flexural strength of cement base composite material has a certain improvement, but the promotion effect is associated with the type and dosage of fibre; water cement ratio is a major factor in the strength of cement composite materials, and the strength of cement base material decreases with the increase of water cement ratio.The intensity of the cement base composite materials is increased with the increase of the amount of silica fume in a certain range, and the effect is more obvious.

(2) Through contrast test, studying the influence of water cement ratio, fiber and silica fume to cement base composite material volume stability, the study found that with the water cement ratio is reduced, the volume shrinkage rate decreased;The addition of the fiber has a certain increase in volume shrinkage, but with the addition of silica fume, there will be a certain reduction effect, which is the reduction of volume shrinkage.

Key words: high strength; cement based composite material; mechanical properties; fiber

目 录

1绪论 - 1 -

1.1本课题研究的背景和意义 - 1 -

1.1.1本课题研究的背景 - 1 -

1.1.2本课题研究的目的及意义 - 1 -

1.2国内外的研究现状 - 2 -

1.2.1纤维增强高强混凝土 - 2 -

1.2.2外加剂增强高强混凝土 - 6 -

1.2.3集料和配合比增强高强混凝土 - 7 -

1.3本课题研究的内容 - 9 -

1.3.1本课题的实验内容 - 9 -

1.3.2本课题所解决的问题 - 9 -

1.4本章小结 - 9 -

1.4.1小结 - 9 -

1.4.2技术路线 - 9 -

2实验原材料及方法 - 11 -

2.1原材料实验 - 11 -

2.1.1水泥 - 11 -

2.1.2硅灰 - 11 -

2.1.3减水剂 - 12 -

2.1.4水 - 12 -

2.1.5钢纤维 - 12 -

2.1.6玄武岩纤维 - 13 -

2.2实验方法 - 13 -

2.2.1水泥胶砂强度试验 - 13 -

2.2.2体积稳定性试验 - 19 -

2.3试验配合比的设计 - 22 -

2.4本章小结 - 24 -

3试验结果及数据处理分析 - 25 -

3.1水泥胶砂试验 - 25 -

3.1.1标准胶砂配合比掺纤维抗压抗折试验 - 25 -

3.1.2高强胶砂配比抗压抗折试验 - 27 -

3.2体积稳定性试验 - 32 -

3.2.1标准胶砂配合比掺钢纤维和玄武岩纤维试件体积稳定性试验 - 32 -

3.2.2高强胶砂配合比试件体积稳定性试验 - 35 -

3.3讨论与分析 - 39 -

3.4本章小结 - 40 -

4结论与展望 - 42 -

4.1结论 - 42 -

4.2展望 - 42 -

致谢 - 43 -

参考文献 - 44 -

1绪论

1.1本课题研究的背景和意义

1.1.1本课题研究的背景

水泥基复合材料是目前人类社会最广泛使用的建筑材料。水泥基复合材料，顾名思义就是以水泥浆体为基体，并加以各种增强体的材料，如高性能的纤维材料、金属材料等，以及一些外加剂复合而成的复合材料。而混凝土作为一种水泥基复合材料，它是将水泥作为胶结剂，掺加多种集料和外加剂等，从而形成的水硬性胶凝材料。作为当今时代用量最多的建筑材料，混凝土从未离开科研人员的视线，与其他的建筑材料相比较，混凝土的生产耗能较低、原材料来源广、工艺简单且可制成任意形状、成本低廉且维修方便，与此同时，混凝土的耐久性、防火性能、适应性能等较强，正是有了这些优点，混凝土才能得到如此广泛的应用。随着时代进步和经济的发展，混凝土虽然仍然是应用最广、用量最多的建筑材料，但混凝土自重较大、脆性较大、强度（尤指抗拉强度）低的缺陷也严重制约和限制了混凝土的发展和应用范围。

1.1.2本课题研究的目的及意义

近年来，经济迅速发展，工程结构不断深入发展，大量高层建筑结构、大跨桥梁和港口机场等建筑拔地而起，对混凝土的性能要求也不断提高，传统混凝土已经不再能够满足结构设计需要了。正是这种对于混凝土强度要求的提升，促进了混凝土向着多样化、复杂化、特殊化发展。20世纪20年代、50年代、70年代，混凝土的平均抗压强度得到了很大的提升，分别可以达到20，30，40MPa，而到了20世纪70年代末，一些新型材料得到了开发和应用，如减水剂和高活性掺合料，因此，强度超过60MPa的高强混凝土出现并得到广泛应用^[1]。然而，只是单纯地提高混凝土的抗压强度，并不能改变其脆性大和抗拉强度不足的缺陷，现在的混凝土技术已经开始向着高强度、高阻裂、高耐久、高韧性、高体积稳定性方向发展。

目前，纤维混凝土和高性能混凝土是具有良好力学性能的新型混凝土材料，并且因其各自的优异性能在工程实践中广泛应用并取得良好的经济技术效益。纤维混凝土（Fiber Reinforced Concrete,缩写为FRC）是指在混凝土基体中乱向地把纤维分布在其中，在混凝土的两者之间起到“桥梁”的作用，能够让混凝土材料性能趋于稳定，得到改善^[2]。关于高性能混凝土（High Performance Concrete,缩写为HPC），虽然出现较晚，但是一出现就受到世界各国的重视，并且迅速发展起来，对于高性能混凝土的定义和解释，因为各国不同的实践认识和应用而各有不同，但其基本要素基本保持一致，那就是新拌混凝土的工作性、硬化混凝土的强度和耐久性，高强混凝土只是高性能混凝土的一种^[2]。