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第1章 先进水泥基复合材料发展概况1

1.1 引言1

1.2 传统水泥基材料所面临的挑战2

1.3 新型水泥基复合材料的特征与概念3

1.4 先进水泥基复合材料研究动态5

1.5 先进水泥基复合材料的研究内容与重点7

参考文献9

第2章 有机物与水泥的界面化学反应12

2.1 实验原材料12

2.1.1 水泥品种12

2.1.2 水泥熟料矿物制备13

2.1.3 有机物的选择13

2.2 化学反应性的红外光谱研究15

2.2.1 实验方法及测试条件15

2.2.2 测试结果分析15

2.2.3 红外加合谱分析20

2.3 水溶性聚合物溶液的性质22

2.3.1 聚合物的溶解特性22

2.3.2 聚电解质性质24

2.3.3 PVA和PAM的化学活性24

2.4 X射线光电子能谱研究26

2.4.1 XPS技术原理26

2.4.2 实验设备及制样方法27

2.4.3 测试结果及讨论28

2.4.4 俄歇参数分析法32

2.5 水化反应体系中的离子浓度变化及热效应34

2.5.1 液相中Ca2＋和Al3＋的浓度变化34

2.5.2 水化体系的反应热效应36

2.5.3 水化固相的XRD分析38

参考文献40

第3章 水泥基复合材料的界面组成、结构及其改性41

3.1 水泥基材料的界面41

3.1.1 界面的概念与黏结类型41

3.1.2 水泥基材料的界面研究44

3.2 聚合物-铝酸盐水泥界面黏结层的结构模型45

3.2.1 高效液相色谱法实验原理45

3.2.2 实验方法与结果分析45

3.3 界面化学键合层的深度分析50

3.3.1 XPS转角深度分析原理50

3.3.2 实验方法及条件52

3.3.3 PAM与CA单矿水化界面键合层的组成、结构52

3.4 纤维增强水泥基复合材料界面特性59

3.4.1 纤维水泥基材料界面的细观特性59

3.4.2 纤维-基体界面力学模型60

3.4.3 纤维-基体界面黏结性能的试验方法62

3.4.4 影响纤维与水泥基体界面黏结性能的因素63

3.4.5 改善合成纤维-基体黏结性能的措施64

3.5 界面改性与偶联剂作用65

3.5.1 界面改性与偶联剂作用机理65

3.5.2 硅烷偶联剂增强界面黏结作用68

3.5.3 偶联剂改性的水泥基复合材料界面行为72

参考文献78

第4章 水泥基复合材料的多层次结构81

4.1 硬化水泥浆体微结构81

4.1.1 水泥水化硬化机理81

4.1.2 硬化水泥浆体微观结构的形成83

4.1.3 硬化水泥浆体微结构模型85

4.2 界面过渡区结构92

4.2.1 界面过渡区微观结构形成92

4.2.2 界面过渡区结构模型93

4.2.3 影响界面过渡区微观结构的因素97

4.2.4 界面过渡区微观结构劣化机理99

4.3 水泥石与集料的界面及其结构101

4.3.1 集料-水泥石的界面结构101

4.3.2 集料的理想结构模型——功能集料102

4.3.3 集料孔结构与表面活性设计103

4.3.4 集料外表面活性层104

4.4 聚合物水泥互穿网络结构104

44.1 聚合物和水泥浆体的自身网络105

4.42 两种网络相互贯穿的条件105

4.4.3 聚合物用量计算108

4.4.4 IPCN结构的稳定110

4.5 低C/S水泥基复合材料的微观结构111

4.5.1 正电子湮没技术简介111

4.5.2 测试仪器及条件112

4.5.3 实验结果及讨论112

参考文献117

第5章 水泥基复合材料体积稳定性与控制技术120

5.1 水泥基材料的体积稳定性120

5.1.1 收缩与变形120

5.1.2 化学稳定性123

5.2 水泥基材料的膨胀与补偿收缩125

5.2.1 膨胀种类与补偿收缩125

5.2.2 膨胀性能与组成设计129

5.2.3 胶凝组分与膨胀组分的匹配优化135

5.3 水泥基材料的膨胀控制技术140

5.3.1 释水因子反应控制技术140

5.3.2 膨胀精确控制技术146

5.4 低水／胶比聚合物水泥基材料的水稳定性149

5.4.1 低水／胶比聚合物水泥基复合材料的特性149

5.4.2 聚合物湿水溶胀性150

5.4.3 聚合物水泥基复合材料的水损性152

5.4.4 水损机理和改性途径153

5.5 胶结相渗透特性与湿度控制154

5.5.1 实验方法154

5.5.2 胶结相组成与分布155

5.5.3 聚合物改性对耐湿性和抗折强度的影响156

5.6 未反应水泥对微观结构与水敏性能的影响160

5.6.1 实验方法160

5.6.2 含未反应水泥复合材料的相组成、孔结构与湿性能161

5.7 偶联剂对水泥基复合材料水敏性的改性165

5.7.1 实验材料与实验方法165

5.7.2 偶联剂用量的选择167

5.7.3 偶联剂对复合材料抗折和吸湿性能的改善167

5.7.4 偶联剂改性复合材料表面分析168

参考文献170

第6章 水泥基复合材料的复合增强机理172

6.1 影响水泥浆体强度的因素172

6.2 复合材料黏结面的破坏分析176

6.2.1 SEM-XPS表面联检分析方法176

6.2.2 实验方法及结果讨论177

6.3 聚合物在水泥基复合材料中的作用180

6.3.1 用于水泥基材料的聚合物180

6.3.2 水溶性聚合物的塑化作用183

6.3.3 聚合物的减孔作用184

63.4 聚合物对水泥石的增韧机理186

6.4 纤维在水泥基复合材料中的作用190

6.4.1 纤维的作用机理与选用原则190

6.4.2 纤维的品种与性能191

6.4.3 纤维的黏结性能与表面处理195

6.4.4 影响纤维增强效果的因素196

6.4.5 纤维的抗裂、增强与增韧作用198

6.5 颗粒增强作用201

6.5.1 水泥基材料致密增强原理202

6.5.2 水泥基材料颗粒最紧密堆积规律203

6.5.3 超细粉的颗粒增强作用204

6.5.4 水泥基复合材料的密实途径206

6.6 外加剂和矿物辅料的作用207

6.6.1 合成化学外加剂及其作用207

6.6.2 矿物辅料的作用机理212

6.6.3 超细矿物辅料的种类与作用213

6.7 界面复合增强作用219

6.7.1 复合原理与作用机理219

6.7.2 复合界面的增强效果试验220

6.7.3 界面增强机理223

参考文献224

第7章 先进水泥基复合材料的研制与应用227

7.1 高速铁路用水泥沥青复合砂浆的研究与开发227

7.1.1 背景227

7.1.2 CA砂浆的原材料228

7.1.3 CA砂浆的胶结硬化过程230

7.1.4 CA砂浆的基本性能231

7.2 钢管混凝土复合材料及其在结构工程的应用235

7.2.1 背景235

7.2.2 钢管混凝土体积变形特征236

7.2.3 工作性能与力学性能的设计238

7.2.4 钢管混凝土复合材料的工程应用240

7.3 水泥基吸波复合材料的设计与制备242

7.3.1 背景242

7.3.2 新型水泥基吸波复合材料的设计242

7.3.3 水泥基吸波材料的制备245

7.3.4 结果与分析246

7.4 钢箱梁桥面铺装层梯度设计及应用248

7.4.1 背景248

7.4.2 基于材料梯度设计的新型钢箱梁桥面铺装技术249

7.4.3 工程应用效果253

7.5 纤维增强MDF水泥材料的研究253

7.5.1 背景253

7.5.2 纤维增强MDF水泥材料的设计254

7.5.3 原材料及试验方法255

7.5.4 试验结果和分析255

7.6 矿物辅料在水泥基材料中的密实填充作用262

7.6.1 背景262

7.6.2 原材料及试验方法263

7.6.3 结果与分析265

7.7 高强轻质混凝土及其强韧化抗震设计268

7.7.1 背景268

7.7.2 轻质钢筋混凝土柱抗震设计原理268

7.7.3 具有阻尼功能的高强高韧性轻质混凝土材料的研究269

7.8 功能集料设计及其混凝土界面结构优化273

7.8.1 背景273

7.8.2 功能集料设计274

7.8.3 功能集料的性能275

7.8.4 功能集料制备关键技术275

7.8.5 功能集料对界面过渡区的优化277

7.9 混凝土梯度组成与结构设计方法282

7.9.1 背景282

7.9.2 设计应用283

7.10 密实骨架堆积法设计高掺粉煤灰高性能混凝土285

7.10.1 背景285

7.10.2 原材料及试验原理286

7.10.3 密实骨架混凝土配合比优化设计286

7.10.4 试验结果及机理分析289

7.10.5 工程应用289

7.11 热养制度对钢渣粉RPC微结构和强度的影响291

7.11.1 背景291

7.11.2 原材料及方法292

7.11.3 热养护制度对掺钢渣粉RPC强度的影响293

7.11.4 恒温温度与时间对掺钢渣复合体系微观结构的影响295

7.12 蒸养制度对盾构隧道混凝土管片体积稳定性的影响299

7.12.1 背景299

7.12.2 原材料与试验方法299

7.12.3 结果与分析300

7.12.4 工程应用307

7.13 高吸水性树脂颗粒对混凝土自收缩与强度的影响308

7.13.1 背景308

7.13.2 试验原材料与方法309

7.13.3 结果与讨论310

7.14 高韧性水泥基修复修补材料在高速公路的应用315

7.14.1 背景315

7.14.2 水泥混凝土路（桥）面修复修补材料存在的主要问题316

7.14.3 水泥基修复修补材料的复合技术方法317

7.14.4 修复修补水泥基复合材料的工程应用318

7.15 水下不分散砂浆的制备及其在隧道工程的应用322

7.15.1 背景322

7.15.2 原材料及试验方法323

7.15.3 试验结果分析323

7.16 聚合物改性盾构隧道同步注浆用水泥砂浆326

7.16.1 背景326

7.16.2 原材料与试验方法327

7.16.3 结果与讨论328

7.17 工业废渣双液注浆材料的设计与应用332

7.17.1 背景332

7.17.2 材料设计332

7.17.3 试验334

7.17.4 工程应用337

7.18 抗冲磨水工混凝土的设计与应用338

7.18.1 背景338

7.18.2 混凝土的磨蚀破坏特征339

7.18.3 抗冲磨混凝土设计340

7.18.4 抗冲磨混凝土结构调控341

7.18.5 主要影响因素及性能342

7.19 混凝土复合抗裂技术的研究344

7.19.1 背景344

7.19.2 有机-无机复合抗裂材料对混凝土抗收缩性能的影响345

7.19.3 自养护材料对混凝土抗收缩性能的影响347

7.20 钢渣基高活性微膨胀矿物辅料的制备与性能349

7.20.1 背景349

7.20.2 钢渣基高活性微膨胀掺合料制备方法350

7.20.3 钢渣基高活性微膨胀掺合料性能研究350

7.21 地聚合物基轻质耐高温混凝土354

7.21.1 背景354

7.21.2 试验原材料与试验方法354

7.21.3 结果与分析356

7.21.4 聚合物基轻质耐高温混凝土配合比的设计360

7.22 免振捣高性能混凝土的研究与应用361

7.22.1 背景361

7.22.2 免振捣高性能混凝土配合比设计方法361

7.22.3 免振捣混凝土的原材料选择362

7.22.4 免振捣混凝土的流变学特征及其工作性能评价363

7.22.5 硬化免振捣混凝土性能365

7.22.6 高性能免振捣混凝土工程应用366

7.23 轻质桥面混凝土的研究与应用366

7.23.1 背景366

7.23.2 原材料及试验方法367

7.23.3 结果与讨论367

7.23.4 工程应用371

7.24 钢渣-偏高岭土地聚合物的胶凝性研究372

7.24.1 背景372

7.24.2 原材料与试验方法372

7.24.3 试验结果与分析374

参考文献377