先进水泥基复合材料是通过组成、结构优化设计，采用先进技术制备的具有优异性能的新型高技术水泥基材料，其性能特点是韧性好、强度高、可设计性好，是当前本领域研究的重点和技术应用的难点。本书是作者团队近二十年来开展先进水泥基复合材料研究与实践的成果总结，内容包括理论研究、实验分析、生产与制备、工程应用。作者围绕材料的增强机理、设计与制备，工程应用技术的难点和关键进行了深入系统的研究，介绍了所取得的系统性理论和技术应用成果。
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目录
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
4.4.1 聚合物和水泥浆体的自身网络 105
4.4.2 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
6.3.4 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
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