內(nèi)摻CCCW的水泥機(jī)敏材料性能研究及應(yīng)用

【摘要】通過對(duì)內(nèi)摻水泥基滲透結(jié)晶型材料（簡稱CCCW，下同）的水泥機(jī)敏材料若干性能研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，得出在水泥漿體中加入CCCW材料后能夠顯著改善密實(shí)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微裂紋，提高了自身強(qiáng)度和密實(shí)度，同時(shí)它的加入對(duì)水泥機(jī)敏材料的電學(xué)性能、電阻率改變等壓敏性能指標(biāo)的改善也是有目共睹的。

【關(guān)鍵詞】CCCW;碳纖維;水泥機(jī)敏材料

1.水泥基滲透結(jié)晶材料的研究論點(diǎn)

CCCW材料在工程使用中是以普通硅酸鹽水泥為載體，選用精細(xì)的石英砂為骨架，加入加拿大凱頓公司生產(chǎn)的特殊活性化學(xué)物質(zhì)混合后得到的一種新型剛性防水材料。該材料是無機(jī)的剛性的防水材料，它會(huì)在水泥漿中形成結(jié)晶體，能夠有效密封住物體表面微小開裂帶來的滲漏問題，后期還不易老化，一旦晶體表面干燥，多年后遇水仍能激活水泥漿體，產(chǎn)生新的晶體繼續(xù)密實(shí)封閉微小孔隙，因此具有獨(dú)特的自我修復(fù)能力，所以說CCCW材料的加入對(duì)混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性等指標(biāo)有很大的改善作用。多數(shù)研究結(jié)果[1-2]表明該材料的加入能夠使混凝土強(qiáng)度提高了20%-30%左右，混凝土的抗?jié)B性能可以提高一個(gè)等級(jí)。

混凝土結(jié)構(gòu)體的開裂問題是個(gè)世界性的大難題，許多國家的建筑物都會(huì)遇到結(jié)構(gòu)體的開裂，結(jié)構(gòu)物開裂帶來的滲漏現(xiàn)象是個(gè)非常棘手的問題。CCCW防水材料具有難以置信的二次防滲透破壞能力、與普通混凝土優(yōu)良的相容性能力，它加入混凝土結(jié)構(gòu)體中雖不能完全治愈裂紋寬度大小，但對(duì)于降低結(jié)構(gòu)體裂縫繼續(xù)增高趨勢(shì)具有顯著成效。根據(jù)研究表明CCCW防水材料確實(shí)能夠產(chǎn)生大量具有閉孔作用的顆粒結(jié)晶體，這些微小顆粒結(jié)晶體對(duì)混凝土防水作用到底有多大，目前在防水界材料研究中存在爭論，不過這些爭論主要針對(duì)微小顆粒結(jié)晶體滲透深度的說法不一。有的研究表明只要水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)體表面的侵淫到什么深度，那么認(rèn)為滲透結(jié)晶體達(dá)到的深度就有多深。

綜上所述，水泥基材料本質(zhì)上是一種多孔性材料，其抗?jié)B性主要與其密度和內(nèi)部孔隙的大小和構(gòu)造有關(guān)。CCCW材料的加入能夠讓水泥體的抗?jié)B透性能提高，能夠使水泥基基體材料的粘結(jié)力變強(qiáng)，且該材料綠色環(huán)保、施工簡易等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于地下工程、橋梁工程、蓄水工程等結(jié)構(gòu)中，業(yè)界人士普遍認(rèn)為防水效果優(yōu)良。那么該材料的防水優(yōu)越性能的影響因素有哪些呢？本人認(rèn)為控制好水泥基體材料的水灰比、水泥用量、CCCW的摻量這些因素，就可大大提升結(jié)構(gòu)體的防滲性能，水灰比不能太大，否則多余的水分蒸發(fā)后留下很多小孔道，特別是當(dāng)水灰比大于0.7時(shí)，材料的抵抗水壓力滲透性能大幅降低。同時(shí)制作的質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)條件也是提高滲透能力的重要指標(biāo)，如果振搗不密實(shí)、澆水養(yǎng)護(hù)不足也會(huì)嚴(yán)重降低基體的抗?jié)B性能。由于CCCW防水材料優(yōu)良的防堵結(jié)合的特性，業(yè)界人士認(rèn)為它的防水功效雖不至于在防水界有天降神兵架勢(shì)，但卻優(yōu)于普通的防水材料，已是一個(gè)不爭的事實(shí)，它的重復(fù)使用率必將愈來愈高。

2.國內(nèi)外有關(guān)機(jī)敏材料電學(xué)性能的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

上世紀(jì)末，國外的研究學(xué)者大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水泥粉末加水拌和后形成的凈漿試樣中摻入PAN基碳纖維后，能使試樣的抗沖擊韌性與抗疲勞性能提高不少。接下來學(xué)者們嘗試往水泥砂漿試樣中加入天然砂，由于砂漿試塊的抗壓性能本身較高，隨著機(jī)敏材料碳纖維的加入，進(jìn)行的研究結(jié)果進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)碳纖維水泥砂漿試樣的抗拉強(qiáng)度、抗?jié)B性能均具有較高的改善，且壓力作用下的導(dǎo)電效果非常顯著。業(yè)內(nèi)人士西安交大的王秀峰教授團(tuán)隊(duì)[3]是國內(nèi)這方面研究的佼佼者和權(quán)威人士，他研究了碳纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合砂漿的導(dǎo)電性及壓敏性能，他認(rèn)為在該砂漿中加入適量的碳纖維后，砂漿試塊的導(dǎo)電率將大大增強(qiáng)，電阻率則大大降低，外力作用下該試塊的電阻率會(huì)隨應(yīng)力的變化呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，其研究成果得到了業(yè)界高度認(rèn)可。

由于碳纖維機(jī)敏材料的比重小，強(qiáng)度高（即比強(qiáng)度大），偏向于輕質(zhì)高強(qiáng)型材料，因此它的自身重量的減輕，就可以應(yīng)用在建筑物外墻裝飾中。據(jù)調(diào)查查明從上世紀(jì)90年代開始，鋼結(jié)構(gòu)架體尤其是高層建筑的外墻面大量使用了碳纖維機(jī)敏材料。隨著國外市場(chǎng)的廣泛使用，在水泥凈漿和砂漿材料的研制成功基礎(chǔ)上，近些年來我國也開始了在普通混凝土中加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳纖維制成機(jī)敏混凝土的有關(guān)研究工作。例如國內(nèi)知名211武理工大學(xué)的李卓球教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的努力研究提出了碳纖維混凝土的力學(xué)特性和電學(xué)特性效應(yīng)。李教授名下的博士生學(xué)生孫明清等人繼續(xù)攻克難關(guān)，系統(tǒng)地研究了碳纖維機(jī)敏材料的電力學(xué)性能，具體表現(xiàn)在：研究了力電效應(yīng)與壓阻力效應(yīng)的耦合關(guān)系，研究了碳纖維含量對(duì)機(jī)敏混凝土穩(wěn)定性的影響。重大李長太教授團(tuán)隊(duì)、韓寶國團(tuán)隊(duì)研究了碳纖維機(jī)敏材料的導(dǎo)電—壓阻特性曲線分部圖形，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在碳纖維摻量為水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%——1.5%時(shí)，最開始分部壓阻特性圖形毫無規(guī)律可言，后期其壓阻特性的穩(wěn)定性隨著碳纖維量的變化呈正態(tài)分布;而摻量》水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.5%時(shí)，壓阻特性會(huì)變差再次出現(xiàn)規(guī)律性減弱的現(xiàn)象。

結(jié)論：CCCW防水材料雖然因自身具備自我修復(fù)微裂紋的能力，應(yīng)用前景尚可。但是其內(nèi)摻在水泥機(jī)敏混凝土中還存在若干性能研究比較模糊、不夠明確具體，主要表現(xiàn)在：（1）碳纖維在分散劑和消泡劑的聯(lián)合攪拌過程中，分散性能到底如何，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)還不清楚;（2）內(nèi)摻CCCW的碳纖維增強(qiáng)水泥混凝土材料的制作工藝還不夠成熟，電阻測(cè)試時(shí)電阻變化率離散性較大;（3）國內(nèi)外若干文獻(xiàn)闡明了碳纖維在水泥基和砂漿基中的研究比較多，在此等基礎(chǔ)上加入天然的碎石或卵石粗骨料制備成的機(jī)敏混凝土的有關(guān)性能研究不足，粗骨料的加入后導(dǎo)致試樣的攪拌過程、工藝制作過程非常難以開展，可能會(huì)對(duì)混凝土的電學(xué)力學(xué)性能影響偏大;（4）PAN基纖維材料的價(jià)格偏貴，目前不能大規(guī)模在實(shí)際工程中應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎清容.高性能滲透結(jié)晶型防水材料在地下防水混凝土工程中的應(yīng)用[J].材料研究與應(yīng)用，2020.12

[2]李冰.內(nèi)摻水泥基滲透結(jié)晶型防水材料混凝土自愈合性能研究[D].昆明理工大學(xué)碩士論文，2019.

[3]王秀峰、王永蘭、金志浩.碳纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料的機(jī)敏性[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，1998，26（3）：253-257.

作者簡介：董旭，男，山東萊陽人，黃岡師范學(xué)院建筑工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室主任，主要從事土木工程教學(xué)及建筑新材料實(shí)驗(yàn)研究。

2019年度湖北省住建廳建設(shè)科技計(jì)劃科研開發(fā)項(xiàng)目（建筑節(jié)能領(lǐng)域）。