智能水泥讲解 - 修订版

1、智能水泥高分子112北5#A309宿舍楚志伟 郜彭阳(讲) 付域水工水泥地热水泥发泡水泥 特种水泥 土木工程结构在使用过程中出现损伤、疲劳或遭遇突然的灾害，造成财产损失、危及人的生命，近几年国内外都有这种不安全性的报导。这种不安全性能否预报，引起了相关科技专家的思考、探索和研究。工程理论研究所在进行光测力学的研究中，可以解决构件表面上位移、应力和应变的光学检测。在实际工作中，不断需要对构件内部进行检测，且由表及里的检测是很困难的，曾考虑用光导纤维和光时域反射计埋入构件内部的技术和方法来检测，但由于条件苛刻而无法进行。而由表及里的检测一直铭记心中，由此受到启发。在混凝土中掺入某种导电材料，使其具

2、有智能功能称为智能混凝土。包括智能水泥混凝土和智能沥青混凝土，即不仅具有原来承受荷载的能力，还具有传感的作用。智能材料和结构的研究内容非常丰富，需要与材料学、物理学、化学、力学、电子学、人工智能计算机等许多前沿科学的高科技交叉、渗透和综合，这具有广阔的应用前景，将产生巨大的经济效益。开始对智能水泥混凝土进行实验研究，并得到其电阻率随荷载变化而变化的实验规律。 智能沥青混凝土实验，首次得到其电阻率随荷载变化而变化的关系。通过网上检索，了解到美国布法罗大学研究人员关于智能水泥混凝土的简要报导，这方面在国内外尚无其它任何研究报导。 通过大量实验研究获得智能水泥混凝土的电阻率随应力变化曲线，并从导电机

3、理做了初步阐明。智能水泥混凝土不仅可用作结构材料，而且可用作智能材料，可制成新型的传感器。智能水泥混凝土可应用于土木工程结构的实时和长期监制以及损伤评价；检测车重、车速；作电磁屏蔽材料；电热元件等。美国发明智能水泥路面自动测车速车重 高速公路上的载重汽车称重站可能终将变为“遗址”它们正在被一种“智能水泥”地面所代替。这种地面能够辨别出从它上面开过的每一辆车的重量和时速。美国纽约州立大学的研究员德博拉D . L.邱格解释道, 这种加人炭素纤维制成的水泥随着所受压力的改变而改变其本身的电阻, 所以, 当一辆卡车从智能水泥上开过时, 路面所承受的压力增加, 电阻也相应变化。在汽车时速高达8 8k m

4、/h , 路面应力达10 k g / cm3的情况下, 其测量精度仍可保持在2% 以内。智能水泥与其它种类的高速公路传感器一样,能够把它的电子读数传输给监测站。虽然智能水泥比嵌人式传感器的造价便宜得多, 但是它仍比普通水泥贵30 %。不过它抗干缩性、抗冻性与抗热性方面都胜过普通水泥, 因此裂缝较少, 使用寿命更长。水泥建筑物地震 日本研制成功了一种新型的水泥。它的韧性相当好, 耐冲击, 可以弯曲, 也可象金属材料一样用普通车床进行切削加工。据报道, 这种水泥是在原普通硅酸盐水泥中添加一种水溶性聚合物, 如聚丙烯酞胺 , 使水泥粒子能够相互滑移, 并融合在一起。当聚合物干燥时, 已使颗粒的排列更

5、为紧密, 从而改善了普通硅酸盐水泥由于有空隙而造成的脆弱性质。据测量, 和传统的硅酸盐水泥相比较, 它的抗张和抗压强度提高了10 倍。若把它绕制成弹簧, 它能抗30 0 磅的张力。若用尼龙纤维增强这种水泥, 它能比普通水泥耐受1 0 0 0 倍冲击力。甲前国外已有许多领域尝试用它来取代塑料制品和金属产品如果成本可以降低，建筑物像轮胎一样，有高弹性，但又不会老化那么快。你懂得！ 学好高分子才是硬道理！ 水泥加水拌合后成为既有可塑性又有流动性的水泥浆，同时产生水化，随着水化反应的进行，逐渐失去流动能力到达“初凝”。待完全失去可塑性，开始产生结构强度时，即为“终凝”。随着水化，凝结的继续，浆体逐渐转

6、变为具有一定强度的坚硬固体水泥石，即为硬化。可见，水化是水泥产生凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水泥水化的结果。水工水泥（hydraulic engineering cement） 水工水泥是指专门用于大坝工程、海工工程、及常年与侵蚀介质，尤指硫酸盐介质接触的地下或水工程等的水泥。 按照其作用特点水工水泥可分为两类：一是低水化热水泥，包括中热硅酸盐水泥，低热硅酸盐水泥，低热矿渣硅酸盐水泥，低热粉煤灰硅酸盐水泥，低热微膨胀水泥以及以硅酸二钙为主要矿物的高性能低热硅酸盐水泥；二是抗硫酸盐侵蚀性较强的水泥，即抗硫酸盐水泥。前者主要用于大体积混凝土工程，如大坝，高层建筑底层楼板等；后者主要用于长期与硫酸

7、盐溶液接触的混凝土工程，如铁路隧道，海港码头，地下人防等工程。 从技术性能看，水工水泥的3d和7d水化热明显低于同标号的通用硅酸盐水泥，早期强度相应的降低。这完全是适应水工大体积混凝土的特点而特制的。众所周知，对于大坝等大体积混凝土而言，由于其内部处于绝热状态，水泥水化放出的的热量在混凝土内部积蓄，致使坝体内部温度升高，一般可达20-25c或更高，致使混凝土内外温差加大而产生拉应力，造成混凝土开裂，从而直接影响到工程质量和大坝的安全。为此，施工在采用合理施工工艺和温控措施的同时，强调使用水化热低的水工水泥。地热水泥应用时代背景 正随着工业和技术的发展,对于能源的开发和利用日益加速。由于石油已不

8、能满足需要,许多国家都在积极研究和开始利用太阳能、地热能、合成天然气能和氢能等。在开发海洋资源的同时,正在积极研究利用地热能。在地下30004000米的超深度地热井中,可以得到天然气和热水。而地热井的开掘和建筑需要具有特定性能的水泥地热水泥。地热水泥使用于地热井和岩石之间的地热环境,温度在250360,压力达500大气压。施工时往往采用泵送法,所以水泥浆在凝结和硬化过程中必须具有一定的强度和变形性能。特种水泥超轻特异水泥带有减水剂的水泥导磁水泥发泡水泥粘贴水泥 医用水泥 国外研制了一种不同于建造房子用的普通水泥的特种水泥。这种水泥被称为“医用水泥”,它是一种可塑性特别强的特种水泥。要是有人牙齿

9、被蛀坏了,医生便可用这种水泥来填补。磷酸钙骨水泥的研究与发展源自于材料领域与牙医领域，1987 年前后由美国牙科医生发明。由于磷酸钙水泥之水化产物的化学组成与人体骨骼成分相同，故应用于人体内部时不会产生毒性与排斤等不良反应。其中羟基磷灰石材料已作为一种优良的人工骨置换材料在临床得到大量的应用。上海第二医科大学附属九院采用磷酸钙、碳酸钙和磷酸氢钙为起始料，经高温固相反应合成的羟基磷灰石和-磷酸三钙组成的骨质材料压缩强度可达2 496MPa， 并进行了短期生物性能试验及体内骨种植试验，证实磷灰石骨水泥具有良好的生物相容性和骨组织结合性。目前，磷酸钙水泥被视为外科手术用的水泥，应用领域以牙医、骨科、

10、药物缓释载体、整形外科为主。磷酸钙骨水泥磷酸钙骨水泥 生物材料在骨组织缺损的填充与修复中的运用一直是医学界的研究热点。理想的骨修复材料不仅要有合适的孔隙结构、表面形貌和理化性能,也应具备良好的生物相容性。替代骨缺损的生物材料众多,各有其优缺点。新鲜自体骨的供骨来源受到限制,并且增加了手术创伤;同种异体骨及异种骨虽然骨源较多,但可以引起排斥反应;磷酸钙生物陶瓷虽然抗压强度较好,但可塑性较差,与骨结合的稳定性亦较差,各种有机材料同样存在着抗压强度低的问题,并且在修复的早期不能提供足够的机械强度。与其他植骨材料相比,磷酸钙骨水泥是一类自固化非陶瓷型羟基磷灰石类材料,具有任意塑形,降解速度适中,不需烧

11、结,无毒性、生物相容性好、可吸收降解并被新生骨组织替代、无聚合放热效应、在X射线下显影良好,可与多种有机材料复合等优点。主要用于填充骨缺损、辅助加固骨折内固定、作为牙科的填充材料、作为药物载体、用于椎体成形术等应用。发泡水泥 Foam cement 发泡水泥，是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。它属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。1) 保温性：导热系数为0.06-0.28W/(M.K)，热阻约为普

12、通混凝土的10-20倍。 2) 轻质性：干体积密度为300-1600KG/M3，相当于普通水泥混凝土的1/51/8左右，可减轻建筑物整体荷载。 3) 整体性：可现场浇注施工，与主体工程结合紧密，不需留界隔缝和透气管。 4) 低弹减震性：发泡水泥的多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。5) 隔音性：发泡水泥中含有大量的独立气泡，且分布均匀，吸音能力为0.09-0.19%，是普通混凝土的5倍，具备有效隔音的功能。 6) 抗压性：抗压强度为0.6-25.0MPA。7) 耐水性：现浇发泡水泥吸水性较小，相对独立的封闭气泡及良好的整体性，使其具有一定的防水性能。 8)

13、耐久性：与主体工程寿命相同。 9) 施工简单：只需使用水泥发泡机可实现自动化作业，可实现垂直高度200米的远距离输送，工作量为150300M3/工作日。 10) 生产加工性：发泡水泥不但能在厂内生产成各种各样的制品，而且还能现场施工，直接现浇成屋面、地面和墙体，并可进行锯、刨、钉、钻孔等加工。 11) 环保性：发泡水泥所需原料为水泥和发泡剂，发泡剂为中性，不含苯、甲醛等有害物质，避免了环境污染和消防隐患。 12) 经济性：综合造价低。 一些大型的机器放置在水泥地面上，一般水泥的性能不能满足需要，这时需要在水泥砂浆中加入一些物质，以增强使用性能。新型水泥胶乳通过技术鉴定 一种新型的淡基丁苯水泥胶

14、乳, 由兰化研究院科研人员研制成功, 并于近日通过了中国石化总公司组织的技术鉴定。据专家介绍, 该院采用复合温乳液聚合法合成水泥专用梭基丁苯胶乳, 反应速度快, 单价转化率高, 工艺过程简单可靠, 其产品性能居国内领先水平。用该技术生产的胶乳改性水泥砂浆显著提高了水泥砂浆的粘接、防水、耐磨、抗裂、抗冲击和抗压强度 众所周知，钢筋混凝土材料在使用过程中，不可避免的有些腐蚀性物质会渗透到混凝土内部，对钢筋造成破坏。怎样避免这种情况发生？渗透结晶混凝土防水材料渗透结晶混凝土防水材料(X Y P E X ) 是一种粉末状物质,它是混凝土防水及防护的较好材料。它含有波特兰水泥、极细的处理过的硅砂及多种性

15、质活泼的化学物质。与水调合后作为混凝土表面和泥浆涂层, 或者作为工程连接处和修补裂缝的半干燥修补剂。其工作原理是: 当X Y P E X材料与水混合用于水泥表面涂层时, 其中活泼的化学物质产生催化反应, 以至产生不溶性的枝蔓状的结晶体, 使从任何方向来的水及其它液体的通道永远被封住. X Y PE X 的优点是: 对经受到水压的地下工程内部有防水作用。由于X Y P E X 内所含的化学物质对水有一种亲和力, 在渗透过程中使结晶体顺着混凝土内部的空隙及毛细管逐渐形成, 即使在很强的水压下仍然发生; x Y P E x 处理层对大多数腐蚀性物质具有很强的抵抗作用, 可以防止加固钢筋受化学物质的侵

16、蚀; 除可用作表面涂层防水外, 还可与混凝土混合使用成为防水水泥混合物。该材料适用于: 水库、隧道、地下室、地基、下水道、水处理池、核电站、混凝土桥梁、地铁等工程。变色水泥 国外最近开发出一种变色水泥,这种水泥也称“气象水泥”,它能够用来预报天气情况。其原理是,在这种水泥中加入二氧化钴,它在空气干燥时是蓝色的,空气潮湿时变成紫色,当下雨时又因吸收了水份而变成鲜艳的玫瑰色。用这种水泥建筑房子,等于使家家户户装置了一个天然的“气象台”可塑性水泥 英国一公司生产出一种可塑性水泥, 是在普通水泥中添加少量的聚醋化合物, 采用特殊的配料和生产工艺。这种塑性水泥加水调和后, 一可在4 8 小时内具有柔软性

17、和可塑性, 并有高的抗拉强度, 4 8 小时后开始凝固, 凝固后没有气泡和缺陷。这种型水泥为建筑物装饰和大型泥塑提供了理想的原料。光催化水泥基复合材料 汽车排放的尾气是大气污染源之一，对人类的健康危害日益严重，鉴于汽车排放后首先与路面接触的事实，东南大学钱春香教授研制了负载光催化剂的水泥材料路面，该光催化水泥材料已成功应用于南京长江三桥桥北收费站，使用该技术光催化水泥路面对氮氧化物的光催化率可达80%以上。在实验中发现，光催化水泥光催化氧化随NO2浓度提高呈线性下降，光催化反应速率随NO2浓度提高而加快。磁性水泥基复合材料 磁性水泥基复合材料在近代海洋工程和水下工程中,为了便于定位，方便施工，提出了磁性水泥的概念。磁性水泥复合材料是指经特殊工艺将磁化粒子混入水泥基体中制备而成的磁性体。我国学者叶青等人利用掺石墨和铁氧体磁粉的磁性水泥进行了研究，结果表明磁性水泥材料的剩余磁感应强度可达4.010-3 T，抗压强度在80160 MPa4。这类磁性材料的性能主要取决于可磁化粒子的性质，磁化粒子定向排列的有序化程度越高，材料的磁性越好；同时还与水泥品种、粒子掺量及成型工艺有密切关系。导电水泥基复合材料 俄罗斯混凝土和钢筋混凝土科学研究所发