超高强水泥基复合材料及制品探讨

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1前言

作为建筑建设使用量最大的建筑材料，水泥基材料在国内各类型建设工程中都有着极为广泛的应用。根据有关部门统计，早在2014年，国内商品混凝土使用方量就已经超过了15亿方，且呈现出了明显的上升趋势。随着国内自然资源消耗量的不断增加，环境负荷也在持续加大，此时需要对水泥基材料性能进行改善，要通过对其服役期限进行延长的方式，有效降低建筑施工对于自然环境所产生的影响，因此超高强水泥基复合材料开始出现。

2超高强水泥基复合材料

现阶段，国内外并没有对超高强水泥基材料做出明确解释。按照国际对混凝土研究与使用情况分析，可以将≥60MPa的混凝土视为是高强混凝土，将100MPa以上混凝土视为是超高强混凝土【1】。此种材料主要由高效减水剂、水泥以及沙石等组成，并掺有一定量的硅灰、粉煤灰以及F矿粉等矿物掺合料，在经过普通生产工艺处理之后，便可以得到超高强混凝土。高强混凝土发展主要经历了三个阶段：第一，20世纪30年代，通过提高工艺水平以及降低水胶比的方式，获得高等级混凝土；第二，20世纪60年代，开始对高性能减水剂进行使用，并对低水胶比下混凝土流动性进行强化，配制出高强度混凝土；第三，从60年代到现在，矿物掺合料与外加剂的合理运用，使得高强混凝土获取效率得到了显著提升。

3复合材料主要性能与用途

通过不断优化，超高强水泥基材料性能要远远优于普通复合材料，可以有效降低建筑结构自重，以达到突破自重限制，确保钢筋混凝土可以得到切实发展的目标。根据有关机构研究表明，一般建筑体系结构自重如果是有效荷载的8-10倍，会对其性能形成严重制约，但在对超高强水泥材料进行使用之后，建筑自重得到了有效控制，材料使用量以及生产、运输等环节中的能源消耗量也达到了切实降低的目标，为现代建筑行业发展奠定了良好基础【2】。由于超高强水泥材料具备良好工作性、耐久性以及强度，所以其可以在建筑物、大跨度桥梁以及海底隧道等工程中进行使用。目前，此种材料已经在地下、桥梁、隧道以及港口等多个工程领域中得到了广泛应用，其所具备的经济效益以及社会效益得到了有效发挥。

4制品分析

在此将以检查井盖为例，对超高强水泥基复合材料制品展开分析与研究。

4.1背景介绍

检查井是交通信号、电力以及通讯等地下管线设施内，用于设备安装、连接以及检查的竖向构筑物。一般检查井都是由井盖、井座以及井身等所组成的，在通讯以及电力等公共设施保护中发挥着极为重要的作用。传统检查井盖多为铸铁生产产品，具有材料存在局限以及加工能耗较大等方面的问题，并不利于环境保护以及工程造价，且经常出现被盗以及损坏等问题，会使国家经济受到直接损失。所以检查井盖生产开始出现转变，超高强水泥基复合材料检查井盖开始出现并使用。此种井盖是经过大型机械压制成型的，支撑做宽度0.4米，φ700mm【3】。

4.2试验方案

（1）在此将通过试验，选择出此类检查井盖最有配合比。在具体进行试验过程中，试验人员应先对相关检验标准进行明确：首先需按照GB26537-2011相关标准，对检查井盖承载能力等级展开监测；其次在井盖表面存在0.2mm宽度裂缝时，要保证裂缝荷载要在125kN或以上，破坏荷载要保持在250kN或以上；最后D400级以及C250级，应保证钢纤维混凝土强度可以满足50等级以上要求，而A15级以及B125级要满足40等级以上钢纤维混凝土强度要求【4】。（2）实施本次试验的目的，就是为了选择出最佳配合比，并要对配合比中水量展开科学调整，以对材料流动性进行保证，确保大型压力成型机械压力成型效果。由于本次试验所做井盖为φ700mm重型井盖，所以按照相关标准，钢纤维井盖几何尺寸，井盖外径、井口尺寸、井盖搁置面宽度分别为700mm、620mm以及40mm【5】。经过分析，井盖厚度设置为60、70mm两种。（3）本次试验对两种车辆承受荷载进行了模拟：第一，水平荷载，即车辆在制动时对井盖所形成的荷载；第二，竖向荷载，车辆运动、井盖自重以及车辆载重所形成的冲击荷载。在测试时，会运用厚度40mm、直径φ356mm刚性垫块与厚度10mm橡胶垫块对均布轮压荷载展开模拟，并会运用环形钢圈对周边简支约束进行模拟。按照CJ/T3012-93标准规定，如果刚性垫块直径为φ356mm，则其面积与200×500mm车辆轮压接触面积相同，与GB26537-2011规范要求相符【6】。（4）按照井盖受力方式，要在井盖不同位置设置电阻应变计设备，要重点在井盖底面正中心以及路基中心190mm处进行设备粘贴。同时在进行实验过程中，要通过对机电式百分表的使用，对应变采集仪进行连接，以对检查井受力应变变化情况展开实时监测。技术人员要将机电式百分表分别布置在井盖边缘、井盖底部中心以及距离中心210mm等位置，以对井盖展开全面监测。在实施加载试验过程中，应对刚性垫块与拉应力传感器位置展开科学调整，要保证其几何中心能够与井盖相互重合，以对加载受力均匀性进行保证，确保竖向加载速率可以被控制在1-3kN/s范围内，并要对0.2mm裂缝出现时裂缝荷载进行记录，要通过持续性进行加载的方式，对试件破坏荷载进行确定。

4.3井盖试件破坏状态分析

在不添加钢纤维情况下，试件破坏相对较为集中，很容易会在某点受到破坏后，延伸形成相应裂缝，与中心位置受力不均匀有着直接关联。如果试件出现裂缝，表明其骨料存在断裂问题，会使试件快速受到破坏，造成受力集中地区块状出现快速脱落问题。而在加入一定量钢纤维之后，试件破坏裂缝会呈现出较为均匀的情况，裂缝会均匀分布在破坏底面，部分钢纤维会被拉出。而钢纤维的拔出，可以在一定程度上对裂缝发展速度形成控制，防止井盖出现大幅度变形的情况，也保证材料基体到达极限应变的时间可以得到有效推迟，以对井盖使用寿命进行延长。试件在进行受压过程中，其边缘会因为钢圈支撑作用而出现翘起情况，会在钢圈支撑上方以及圆形钢板间产生正面裂缝，主要是因为钢板界面处出现水平方向滑移以及边缘位置产生竖向裂缝所造成的，板件被挤坏受剪连接件达到极限承载力与此区域正处于剪力最大部位，所以在井盖处于极限状态时，试件中的剪力会主要分布在中心直径为356mm圆圈到边缘部分位置，如果此部分出现裂缝，则表明试件受到剪切破坏，应对其展开针对性分析。

4.4井盖性能分析

在此将以此井盖与市场广泛使用类型井盖实施性能对比分析的方式，对超高强水泥基复合材料所制成的井盖产品性能进行明确。（1）普通混凝土井盖制造成本较为低廉，且制作过程较为简单，但却没有较大回收价值，笨重以及承载力不足缺点较为明显，同时开启困难以及耐久性能差的特征，也会对其使用形成限制，因此其多应用于人行道之中，应用范围较为有限。（2）超高强水泥基复合材料井盖具备良好的力学性能，所有性能都与铸铁井盖相似，且有着耐久性强以及使用期限长等方面的优势，但其也没有较高回收价值，存在开启困难、笨重以及承载力等缺点。但由于其优势较为突出，在城市绿化带、道路以及人行道等处都能对其进行使用。（3）铸铁井盖具有高强度、刚度以及抗冲击力较强等方面的优势，但其同时也存在着容易被盗取，车辆经过噪声较大以及容易发生跳动等问题，会对周边居民正常生活形成一定影响。通过对比可以发现，在掺入钢纤维材料之后，井盖性能得到了有效提升，成本也得到了合理控制。在相同质量条件下，井盖基本力学性能得到了有效改善，且经济效益较为突出，有着较为可观的发展前景，值得推广。

5结论

目前,世界上的基本情况和形势,资源是有限的。能源危机开始显现，人类在消耗资源的同时，也在思考如何去解决资源浪费的问题。新材料、新技术的应用在建筑工程中是希望尽可能高效地缓解和处理这种问题。建筑工程在近现代仍处于快速发展的状态。建设规模和规模都在迅速扩大。因此,探讨新材料、新技术在建筑装饰中的应用是必然趋势。社会经济的快速发展促进了现今当代工程技术的更新和发展。特别是在现当代人们对生活水平层次要求越来越高的基础条件下,新技术的开发利用是建设项目长期可持续发展的重要保证。到目前为止,新技术和新材料在建筑装饰中的应用越来越广泛。第一,他们大大提高了建筑装饰从业人员的素质。提高装饰工程的质量,第二,这也有利于建设项目的长期可持续发展。特别是对提高全社会建筑业的效率有很大的帮助。

参考文献：

[1]郑鹭龙.新技术和新材料在建筑设计中的应用[J].科技向导,2011(27).

[2]莫柏松.节能新材料和新技术在建筑工程中的应用探讨[J].科技向导,2013(21).

[3]赖汉清.建筑节能新材料应用探究[J].中国新技术新产品,2010(13).

[4]王彦华,李吉.新材料在建筑节能中的应用及质量问题探析[J].价值工程,2010(21).

[5]王文光,汪毅.建筑装修工程施工项目管理[J].电力标准化与计量,2002(4).

[6]楼宝洪,石永尧.论装饰设计的创新[J].科技创新导报,2009(10).

[7]孙力.建筑装饰中新材料和新技术的应用[J].科技创新导报,2011(7).

作者:王狄龙 单位:浙江省建材集团有限公司