高韌性水泥基復(fù)合材料研究進(jìn)展

趙占山， 孫 亮， 安 樂， 張廣田

(1.河北省建筑科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021;2.寬城滿族自治縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，河北 承德 067600；3.河北建研工程技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050021 ；4.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100833；5.河北建研科技有限公司，河北 石家莊 050021)

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高韌性水泥基復(fù)合材料研究進(jìn)展

趙占山1， 孫 亮2， 安 樂3， 張廣田4,5

(1.河北省建筑科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021;2.寬城滿族自治縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，河北 承德 067600；3.河北建研工程技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050021 ；4.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100833；5.河北建研科技有限公司，河北 石家莊 050021)

提高混凝土的韌性，可打破現(xiàn)代混凝土發(fā)展的瓶頸，因此高韌性水泥基復(fù)合材料成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)并取得了一定的成果。本文綜述了國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域已有的研究成果, 從聚合物改性、橡膠粉顆粒改性、纖維增韌、PVA纖維增韌4個(gè)方面介紹了高韌性水泥基復(fù)合材料的改性機(jī)理、研究進(jìn)展與存在的問題，并指出了今后的研究方向, 為深入研究高韌性水泥基復(fù)合材料提供參考。

水泥基復(fù)合材料；高韌性；纖維；抗震材料

0 引言

混凝土在早期養(yǎng)護(hù)過程中，會(huì)產(chǎn)生微小的裂縫，這些裂縫會(huì)隨著時(shí)間、受力等條件逐漸擴(kuò)展，造成結(jié)構(gòu)物承載力嚴(yán)重下降，耐久性受到嚴(yán)重的威脅。由于混凝土是多相非勻質(zhì)體材料，脆性較大，且抗壓強(qiáng)度越高，脆性越高，導(dǎo)致混凝土在較低的拉應(yīng)力的情況下，發(fā)生脆性斷裂[1-3]。脆性問題是混凝土的頑疾，提高混凝土的韌性，提高其抗拉性能，不僅可以打破現(xiàn)代混凝土發(fā)展的瓶頸，還可以使耐久性增強(qiáng)，減少鋼筋用量，為綠色環(huán)保節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)貢獻(xiàn)一份力量。本文對(duì)近些年來高韌性水泥基復(fù)合材料的研究成果進(jìn)行了綜述與分析，包括高韌性水泥基復(fù)合材料的改性機(jī)理、研究進(jìn)展、存在的問題與發(fā)展方向?？梢越o工程實(shí)際應(yīng)用與深入研究提供一些借鑒。

1 混凝土增韌的主要方法

由于混凝土是多相的非勻質(zhì)材料，在養(yǎng)護(hù)過程中，會(huì)出現(xiàn)較多的原始缺陷，單純從原材料及配合比來改善韌性，非常困難，現(xiàn)有的研究都集中在與金屬或高分子材料復(fù)合來提高混凝土的韌性，如在混凝土中加入鋼筋，鋼纖維，聚合物乳液，有機(jī)纖維，彈性橡膠顆粒等。

在混凝土中設(shè)置箍筋，箍筋可以對(duì)混凝土產(chǎn)生一定的約束作用，因而可以增加一定的彈性支撐，使得混凝土的脆性降低，結(jié)構(gòu)的剛度與強(qiáng)度增加。把有機(jī)聚合物乳液加入水泥混凝土中制備成的聚合物水泥混凝土(PMC)[4]，不僅具有良好的抗沖擊韌性，而且工作性與其他力學(xué)性能具有良好的效果；高鐵建設(shè)中把乳化瀝青與水泥混合制備成的CA砂漿，是一種柔性砂漿，不僅工作性與耐候性好，且可以承受列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的高頻率的振動(dòng)荷載。把廢舊橡膠磨細(xì)成顆粒加入到水泥混凝土中，制備成的橡膠細(xì)集料混凝土，可以使混凝土的韌性較大幅度的提高，具有一定的彈性恢復(fù)力；在混凝土制備的時(shí)候，加入一定量的鋼纖維，玄武巖纖維，有機(jī)纖維等纖維材料，由于纖維的限制作用，可以減少混凝土材料在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生的微裂縫，還可以有效的阻止混凝土在受力情況下裂縫快速的發(fā)展；現(xiàn)在研究較多的超高韌性水泥基材料ECC,采用普通硅酸鹽水泥、石英砂、PVA纖維制備，具有顯著應(yīng)變硬化的效果，具有良好的韌性?；炷另g性的提高，不僅可以提高混凝土的抗拉性能，還可以使混凝土的抗沖擊韌性與耐磨性大大提高。

2 增韌混凝土工程應(yīng)用與研究進(jìn)展

2.1 聚合物增韌混凝土

聚合物改性混凝土就是在混凝土拌合的過程中，加入聚合物粒子或者有機(jī)液體，聚合物粒子通?？梢苑稚⒃谒校纬赡z乳，常見的有丁苯共聚乳液。有機(jī)物液體常見的有水溶性的甲基纖維素，聚乙烯醇，聚丙烯酰胺。還有環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂類聚合物。加入聚合物后，由于范德華力和氫鍵的作用，聚合物可以覆蓋在水化產(chǎn)物表面，封閉空洞與微裂紋。另外由于聚合物中含有活性基團(tuán)—OH、—CO—OR、—COOH等水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生鍵合作用，在以硅氧四面體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了有機(jī)碳?xì)滏I。水泥水化產(chǎn)物與聚合物乳液共同形交叉連生的空間雙套網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。另外聚合物乳液的加入可以提高微中心質(zhì)效應(yīng)，增加界面過渡區(qū)的粘結(jié)性能，從而改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高抗拉性能。聚合物摻加的常用方法有兩種：第一種是把聚合物分散在水中加入混凝土中，另一種是把聚合物以固體的形式與水泥砂子進(jìn)行分散混合。采用聚合物改性增韌混凝土，操作簡(jiǎn)單，效果明顯，被廣泛的應(yīng)用于防水材料、石材瓷磚之間的粘結(jié)劑、防腐地面材料、混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)材料、無宏觀缺陷水泥(MDF)。

20世紀(jì)60年代末，德國(guó)[6]為了減少瀝青混凝土路面的病害，采用不同瀝青及瀝青混凝土稀漿等微表面養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在不破壞原有路面的基礎(chǔ)上來解決瀝青混凝土路面出現(xiàn)的破損、裂縫、車轍等病害，取得了較好的效果。80年代，美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家[4]引用這項(xiàng)技術(shù)，使之得到了廣泛應(yīng)用，并得到了不斷的發(fā)展，逐漸采用乳化瀝青稀漿體，聚合物改性瀝青乳液、丙烯酸纖維等材料，增加拌合物的和易性，提高韌性。

Shaker F.等研究者[7]把15%丁苯橡膠乳液加入混凝土中來提高防水性、抗氯離子滲透性、抗硫酸鹽侵蝕與防止鋼筋銹蝕能力。Bureau L.等研究者[6]發(fā)現(xiàn)：W/C=0.45保的砂漿的抗折強(qiáng)度隨著丁苯聚合物乳液摻量的提高不斷提高。但PascalS.等[8]實(shí)驗(yàn)表明,在保持水灰比不變且丁苯橡膠乳液的摻量>10%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度有相反的表現(xiàn)，不斷降低。

我國(guó)在從20世紀(jì)80年代就對(duì)聚合物乳液改性水泥基材料進(jìn)行了大量的研究，研究范圍包括：不同聚合物對(duì)水泥基材料性能的影響，聚合物乳液與水泥水化產(chǎn)物之間的影響機(jī)理[9]。蘇州混凝土水泥制品研究院[10]在90年代采用乳膠劑其他化學(xué)高分子材料研制出的MA型、MB型、MS型聚合物水泥改性液產(chǎn)品，可以廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)及其他領(lǐng)域[11-12]。

梁乃興[13]等人把丁苯乳液加入混凝土中，7d抗折強(qiáng)度提高22%，但抗折彈性模量降低22%?；炷?8d抗折強(qiáng)度提高了38%，抗折彈性模量降低了19%，總體柔性增加，且干縮性能與耐磨性能也有一定的提高。姜洪義[14]采用丁苯橡膠乳液改性砂漿，提高了抗水性，但是抗壓和抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加而后降低的現(xiàn)象。申愛琴[15-18]等研究發(fā)現(xiàn)，丁苯橡膠乳液混凝土可降低開口孔孔隙率同時(shí)細(xì)化孔隙，降低脆性，提高防水性。

2.2 橡膠粉顆粒增韌混凝土

在混凝土中加入橡膠粉顆?？商岣呋炷恋捻g性，并具有良好的抗震性能，被稱為彈性混凝土。一般加入到混凝土中的膠粉顆粒粒徑在3mm左右，通常作為細(xì)集料。由于橡膠粉顆粒對(duì)混凝土有一定的保水性，減少泌水，粘聚性增加，使得結(jié)構(gòu)密實(shí)。橡膠粉顆粒在混凝土中充當(dāng)軟性彈性體的作用，可以有效的增加能量耗散，抵抗應(yīng)力的破壞，如溫度應(yīng)力，凍脹應(yīng)力。在混凝土內(nèi)部，形成結(jié)構(gòu)變形中心，當(dāng)外力作用時(shí)，膠粉顆粒周圍會(huì)產(chǎn)生微小極細(xì)的裂紋，降低了混凝土的剛性，可以有效的吸收產(chǎn)生的震動(dòng)能，從而改善混凝土的韌性與抗沖擊性能。當(dāng)橡膠顆粒摻入到一定程度，混凝土呈現(xiàn)出塑性屈服破壞的形式，循環(huán)多次都不會(huì)完全遭到破碎，吸收能量的性能比普通混凝土增加1/4以上[19-20]。如在瀝青混凝土中加入橡膠顆粒，使得抗滑移性能顯著提高，瀝青混凝土的疲勞開裂減小，壽命達(dá)到大大延長(zhǎng)。

陳波[21]等人制備C50橡膠粉顆粒改性混凝土，是用不同比例的膠粉顆粒替代了一部分的水泥和砂子，對(duì)抗?jié)B與抗凍性能進(jìn)行了初步研究，并探討了加壓成型對(duì)抗壓、抗彎拉的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改性混凝土力學(xué)性能較基準(zhǔn)混凝土有所下降，但加壓成型工藝可有效改善其下降幅度，膠粉、膠粒摻量在 10%以下時(shí)，可明顯改善混凝土的抗凍和抗?jié)B性能。白二雷[22]等人在混凝土中加入EPS聚苯顆粒，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在混凝土組成相同的情況下，隨著EPS顆粒體積份數(shù)在10%～30%的范圍內(nèi)，隨著摻量的增加，混凝土的沖擊韌性不斷增大，摻量在20%的時(shí)候，效果最好，但是摻量超過30%后，隨著摻量的增加，混凝土的韌性不斷降低。Raghvan等[23]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了隨著橡膠坍落度隨顆粒摻量的增加不斷減小。坍落度在橡膠顆粒摻量為40%時(shí)，坍落度幾乎為零。在橡膠粉顆粒摻量相同的情況下，細(xì)橡膠粉顆粒對(duì)工作性的影響優(yōu)于粗橡膠粉顆粒。覃峰等[24]試驗(yàn)表明，混凝土的坍落度在橡膠粉顆粒摻量<10%時(shí)，幾乎沒有變化，但隨著橡膠粉顆粒摻量增加，坍落度呈現(xiàn)出變小的趨勢(shì)。PaineKA等[25-26]研究摻入粒徑大小不同的膠粉顆?；炷量箖鲂裕l(fā)現(xiàn)橡膠粉顆粒能有效的提高混凝土的抗凍融性能，效果和摻入引氣劑相當(dāng)。Savas等[27]把粒徑為2～6mm的橡膠粉顆粒按水泥總量的10%、15%、20%、30%加入到混凝土里，快凍試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：摻加10%、15%的混凝土的抗凍性提高幅度較大。

2.3 纖維增韌混凝土

纖維增韌混凝土的研究最為豐富，纖維按彈性模量的分類可分為柔性纖維與剛性纖維。而柔性纖維的彈性模量小于水泥硬化體，常見的有聚酯纖維，聚丙烯纖維、纖維素纖維。柔性纖維混凝土，主要通過提高材料延性來增加其材料韌性。在混凝土中加入短切亂向分布纖維,可以象篩子一樣,抑制了混凝土的顆粒下沉,減少了混凝土中水溢出而形成的毛細(xì)通道,減少了泌水現(xiàn)象，減少了原始缺陷的生成。另外柔性纖維在裂縫擴(kuò)展中伸長(zhǎng)量非常大，纖維伸長(zhǎng)變形后的變形可以消耗大部分的能量，可以有效的提高水泥基材料的應(yīng)變能力、韌性、抗沖擊性能。由于柔性纖維在受力破壞的過程中容易產(chǎn)生較大幅度的徐變，多用于基體在受力過程中不產(chǎn)生破裂與受到瞬間應(yīng)力的情況。研究表明，在混凝土中加入聚丙烯纖維，具有良好的抗裂性能，耐久性較好。如體積分?jǐn)?shù)為 0.7%～0.9%時(shí)，混凝土梁的斷裂韌性是空白組的18～24倍，初裂荷載是空白組的1.37倍，裂紋平均間距是空白組的64%～56%，因此聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土在我國(guó)的應(yīng)用越來越廣泛[28]。武漢大學(xué)劉剛[29]等人研究發(fā)現(xiàn)：摻加1.3kg/m3的聚丙烯纖維，混凝土KIC的值提高了31%。GF值提高了165.2%，抗沖擊功由45.8kN·m增加到59.1kN·m。杜志芹等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土中加入PVC和聚丙烯纖維，聚丙烯纖維會(huì)降低混凝土的抗?jié)B性,但是PVC纖維可以提混凝土的抗?jié)B性。NajmH[31]研究發(fā)現(xiàn)采用長(zhǎng)徑比越大的PVC纖維可以有效降低混凝土的干燥收縮。

剛性纖維的彈性模量大于水泥基材料基體，常用的剛性纖維有：玻璃纖維，碳纖維，鋼纖維等。剛性纖維混凝土的韌性提高是由于材料強(qiáng)度和延性兩方面的增強(qiáng)所引起的 ,主要表現(xiàn)在裂縫擴(kuò)展初期，其耗能效果與纖維與基體間粘結(jié)強(qiáng)度有大關(guān)系。在混凝土中加入一定量的鋼纖維后，在水泥水化，結(jié)構(gòu)硬化的過程中，鋼纖維會(huì)減少原始裂縫的產(chǎn)生，減小微裂縫的尺寸與數(shù)量，減弱裂縫尖端的應(yīng)力集中。在結(jié)構(gòu)受力的情況下，鋼纖維可以有效的跨過裂縫，把應(yīng)力有效的傳遞到裂縫的兩端，裂縫的擴(kuò)展必須會(huì)受到鋼纖維的約束作用。當(dāng)鋼纖維被拉斷或者從水泥石中拔出，必然會(huì)消耗大量的能量。可以有效的提高水泥基材料的抗沖擊性能、抗拉性能、阻裂性能等。應(yīng)用于橋面鋪裝層，其抗裂性，抗沖擊性能與行車舒適性也得到了極大的改善，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于瀝青混凝土與普通混凝土。美國(guó)日本等已研發(fā)出超高韌性超高強(qiáng)混凝土，其強(qiáng)度比普通混凝土強(qiáng)度高500倍，可應(yīng)用于道路橋梁工程，高層建筑物，國(guó)防等重要工程中[32]。武漢大學(xué)劉剛[29]等人研究發(fā)現(xiàn)：摻入70kg·m-3的鋼纖維，混凝土沖擊功超過了70.6kN·m。牛荻濤[33]等人研究發(fā)現(xiàn)在凍融環(huán)境中鋼纖維混凝土抗凍性能得到顯著提高，鋼纖維的摻入不僅提高了混凝土的劈裂強(qiáng)度，還延緩了凍融損傷后混凝土劈裂強(qiáng)度的降低速率，當(dāng)摻量為1.5%V時(shí)，增強(qiáng)效果最好，大于1.5%V后，增強(qiáng)性能降低。

2.4 新型高韌性ECC混凝土

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外研究較多的超高韌性水泥基復(fù)合材料，是采用微觀力學(xué)，斷裂力學(xué)的原理對(duì)PVA纖維、混凝土基體及混凝土與纖維界面進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)與調(diào)整[34-35]，使ECC材料處于拉伸，彎曲荷載及剪切荷載作用下具有多縫開裂、應(yīng)變硬化的特點(diǎn)，其極限抗拉應(yīng)變能力可以超過3%，是普通混凝土的200～500倍，遠(yuǎn)超普通的鋼纖維混凝土。在受到壓力的作用下，具有比普通混凝土高的變形性能，并具有良好的裂縫控制能力?？梢援a(chǎn)生許多微細(xì)的裂紋，并把裂縫寬度控制在很細(xì)的范圍內(nèi)，具有極高的斷裂能。

將ECC材料作為修補(bǔ)材料可以有效的和舊的混凝土界面粘結(jié)，可以將在外力作用下產(chǎn)生的裂縫無害化處理，極大的提高結(jié)構(gòu)的耐久性能，增加結(jié)構(gòu)的使用年限，減少資源的浪費(fèi)。

2003年日本采用噴射ECC材料對(duì)廣島三鷹大壩一些壩體部分進(jìn)行了修復(fù)，封閉了壩體上的裂縫，阻止了壩體上混凝土的剝落[36-37]。Gilan與Li等人[38]采用ECC材料制作連接板，2005年美國(guó)采用ECC作為連接板的示范工程已完成。結(jié)果表明：采用ECC制作的橋梁連接板的性能遠(yuǎn)優(yōu)于混凝土連接板，采用ECC的連接板在疲勞荷載作用下剛度損失幾乎為零，經(jīng)過一百萬次循環(huán)荷載后，ECC連接板裂縫寬度還保持為0.050mm左右；利用ECC材料對(duì)于橋梁的建設(shè)與改造具有極大的應(yīng)用前景。2005年日本采用ECC與型鋼組成的復(fù)合材料做為北海道三原大橋的橋面板，使得橋面的自重降低了約40%，且壽命預(yù)計(jì)可達(dá)100年之久[39]。

在我國(guó)，超高韌性水泥復(fù)合材料(ECC)也進(jìn)行了較為深入的研究，但實(shí)際應(yīng)用較少。徐世烺[40]等在2006年制作出的高韌性水泥基復(fù)合材料拉應(yīng)變能力達(dá)到了0.7%，張君等[41]把極限拉應(yīng)變能力提高到了1.65%，裂縫平均寬度在63μm左右。但與國(guó)外相比較，拉應(yīng)變能力仍然偏小。徐世烺[42]在2008年，制作出的超高韌性水泥基復(fù)合材料拉應(yīng)變達(dá)到3.6%～4.2%，拉應(yīng)變能力性質(zhì)穩(wěn)定，且裂紋平均寬度在33～99μm，其抗壓強(qiáng)度為20～60MPa，彈性模量在12～19GPa，且具有良好的凍融循環(huán)能力與抗碳化性能。

3 韌性水泥基復(fù)合材料應(yīng)用存在的問題

3.1 利用聚合物改性水泥基復(fù)合材料

雖然聚合物改性混凝土，研究了較長(zhǎng)時(shí)間，取得較多的成果，但是也存在明顯的問題，主要集中在3方面：(1)聚合物價(jià)格本身較高，且在混凝土中摻量達(dá)到5%～15%，因此綜合性價(jià)比較低; (2)常用一些聚合物乳液遇高溫容易分解，極易老化，因此聚合物耐高溫的性能較差; (3)加入的聚合物有一定的味道，有的材料還有一定毒性、易燃性。

3.2 橡膠集料水泥基復(fù)合材料

由于橡膠粉顆粒屬于憎水性材料，與水泥基體材料粘結(jié)性能較弱，橡膠粉顆粒幾乎與水泥石之間不存在化學(xué)反應(yīng)，只是微弱的范德華力，產(chǎn)生的弱界面效應(yīng)，使得橡膠粉顆粒的改性作用弱化，抗壓強(qiáng)度降低。

3.3 高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料

與普通混凝土相比，鋼纖維增強(qiáng)混凝土抗裂性能大幅度提高，但是由于鋼纖維的摻入，混凝土也呈現(xiàn)出較多的問題：造價(jià)增大，鋼纖維較重，使得結(jié)構(gòu)的自重增加，流動(dòng)性變差，施工更加困難。鋼纖維的耐火性能較差，且鋼纖維混凝土極易在火災(zāi)中爆裂。表層鋼纖維易銹蝕，因此需要進(jìn)行改性處理。

在混凝土中加入一定量的聚丙烯纖維，可以使得混凝土的抗沖擊和抗疲勞性能，抗動(dòng)載能力、路面材料性能等性能得到了極大提高。但由于聚丙烯纖維彈性模量低，延伸率高，當(dāng)這些聚合物纖維加入到混凝土后，混凝土的抗壓，抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)并不明顯。當(dāng)聚合物纖維摻量較多的時(shí)候，還會(huì)對(duì)這些性能有一定的弱化作用。另外由于聚丙烯纖維的彈模較低，混凝土處于高應(yīng)力的情況下，結(jié)構(gòu)變形易達(dá)到極限。而且聚丙烯纖維具有較大的柔性、吸水性差，纖維之間容易結(jié)團(tuán),導(dǎo)致與水泥材料基體的粘結(jié)性能較弱。

3.4 新型高韌性ECC混凝土

ECC增韌性能原理基于PVA纖維和混凝土基體的界面結(jié)構(gòu)和粘附性，而界面結(jié)構(gòu)和粘附性又受PVA表面的化學(xué)性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的影響，如果使PVA纖維與混凝土基體的粘結(jié)性能達(dá)到最優(yōu)化，可以產(chǎn)生水泥基材料增強(qiáng)，增韌的雙優(yōu)效果。因而如何提高纖維表面的質(zhì)量，是一個(gè)需要解決的問題。在實(shí)際工程應(yīng)用中, 國(guó)產(chǎn)PVA纖維分散性較差，極易在混凝土中結(jié)團(tuán)，會(huì)導(dǎo)致混凝土均勻性較差，抗裂性能會(huì)受到影響。目前僅有日本可樂麗公司生產(chǎn)品質(zhì)較好，但價(jià)格非常高，每方混凝土中僅纖維增加的費(fèi)用達(dá)300元。另外PVA纖維本身對(duì)于ECC混凝土抗裂影響的微觀機(jī)理研究處于起步階段。PVA-ECC采用粒徑小于0.1mm的石英砂，實(shí)際相當(dāng)于水泥凈漿，收縮較大。

4 展望

到現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)高韌性水泥基復(fù)合材料，進(jìn)行了大量的研究與應(yīng)用。但也出現(xiàn)了較多的問題，亟待解決：

(1)由于PMC具有優(yōu)良的性能，如果可以降低聚合物的成本，選用更優(yōu)的聚合物或?qū)酆衔镞M(jìn)行改性，提高耐候性，并進(jìn)一步研究改性后的聚合物的增韌機(jī)理以及性能設(shè)計(jì)方法，會(huì)使PMC有一個(gè)較好的發(fā)展。未來的發(fā)展主要會(huì)集中在節(jié)能環(huán)保的PMC, 功能性PMC材料的研究和聚合物無皂乳液的改性劑的研究。

(2)利用橡膠粉改性的水泥基復(fù)合材料：現(xiàn)代普通混凝土配合比設(shè)計(jì)適用于橡膠粉顆粒增強(qiáng)混凝土，需要建立專門配合比設(shè)計(jì)方法。另外由于橡膠粉顆粒密度小，比較輕，導(dǎo)致混凝土在拌合的時(shí)候，橡膠粉顆粒大量的浮在混凝土的表層，橡膠粉顆粒嚴(yán)重分布不均勻。其次橡膠顆粒的摻加會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，由于所采用的橡膠粉顆粒種類，粒徑不同，導(dǎo)致混凝土的坍落度變化難以掌控，因此需要對(duì)橡膠粉顆粒粒徑大小，橡膠粉種類，前處理方式對(duì)混凝土性能的影響進(jìn)行深入研究。

(3)雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)ECC進(jìn)行了大量的研究，取得了較多的研究成果，但是還需要對(duì)ECC材料的基本力學(xué)性能進(jìn)行深入的研究，包括ECC材料的拉伸、彎曲、抗剪、抗疲勞性能、斷裂韌性，以及在使用情況下的耐久性。由于ECC材料的設(shè)計(jì)理論缺少完備的資料。不同特征的PVC纖維對(duì)混凝土工作性以及耐久性的影響缺少深入的研究，例如PVC纖維的強(qiáng)度、直徑、界面狀態(tài)等方面。對(duì)于ECC的破壞機(jī)理研究也集中在對(duì)宏觀試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從微觀到宏觀多尺度結(jié)構(gòu)，多性能層次的研究比較匱乏。對(duì)于ECC混凝土材料的本構(gòu)方程的研究還處于基礎(chǔ)階段，需要深入的研究。另外ECC在工程應(yīng)用中缺少完備的理論基礎(chǔ)與相應(yīng)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。PVA增韌水泥基復(fù)合材料的研究，對(duì)于發(fā)展高性能新型水泥基材料，推動(dòng)相應(yīng)工程的廣泛應(yīng)用，提高具有高抗裂、高韌性要求的工程水泥基材料的的耐久性與安全性，具有重大的研究意義和技術(shù)提升價(jià)值。

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Progress in the Study of High Toughness Cementitious Composites

Zhao Zhanshan1， Sun Liang2， An Le3， Zhang Gangtian4,5

(1.Hebei Academy of Building Research，Shijiazhuang 050021，China;2.Kuancheng Manchu Autonomous County Housing and urban planning and Construction Bureau，Chengde 067600,China;3.Hebei Institute Engineering Technology Co., Ltd.,Shijiazhuang 050021，China;4.College of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing，Beijing 10083，China；5.Hebei Institute of Technology Co., Ltd.,Shijiazhuang 050021，China)

High toughness of cement matrix composite material is a research hotspot in the field of the current cement base composite material, which has a wide range of application and has made a lot of progress already. This paper reviews the existing research results both in China and abroad in the field , introduces the research progress of high toughness of cement matrix composites, existing problems and the basic mechanism comprehensively, points out the future research direction, Which may have reference value for the further reseovrch and guiding significance for the further research and application of high toughness of cement matrix composites .

cement-based composites；high toughness；fiber；anti-seismic material

2016-02-26 責(zé)任編輯:劉憲福

10.13319/j.cnki.sjztddxxbzrb.2016.04.14

河北省科技支撐項(xiàng)目(13211213D),河北省建設(shè)科技研究資助項(xiàng)目(2016-104)

趙占山(1981-)，男，正高級(jí)工程師，從事土木工程相關(guān)研究。E-mail:18033878665@163.com

張廣田(1985-)，男，博士生，工程師，從事高性能水泥基復(fù)合材料研究。E-mail:syzx1206@163.com

TU525

A

2095-0373(2016)04-0083-07

趙占山，孫亮，安樂，等.高韌性水泥基復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016,29(4):83-89.