碳酸钙晶须增强水泥基复合材料（CWRC）的基础研究

纤维水泥（混凝土）是一种新型特种水泥基复合材料，有效地改善了普通水泥混凝土高脆、低韧的秉性。但当前普遍采用的各类纤维材料或易起团、或耐久性低、或价格昂贵、或不环保，其性能与成本、能耗之间的矛盾始终是制约推广的"瓶颈"。高强度、高弹性模量、高耐久、廉价且具备可持续发展特征的新型纤维已成为迫切需要发展的增强、增韧材料。碳酸钙晶须是一种无机矿物微纤维，具有高纤度、高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特性，兼备纤维和细化增强颗粒的双重增强作用。相对于其它需要高温和较复杂工艺制得的无机晶须材料，其制造成本低、工艺简单、易于工业化生产；生产和使用过程洁净、无污染。本项目将碳酸钙晶须引入水泥基复合材料中，主要研究碳酸钙晶须增强水泥基复合材料的工作性、物理力学性能、长期耐久性能，揭示碳酸钙晶须增强水泥基材料的微观机理。期望能够替代或部分替代普通纤维，有效解决普通纤维材料存在的上述各类问题，实现增强增韧的目标。

碳酸钙晶须是一种无机矿物微纤维，具有高纤度、高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特性，兼备纤维和细化增强颗粒的双重增强作用。相对于其它需要高温和较复杂工艺制得的无机晶须材料，其原料来源广泛、制造成本低、 工艺简单、 易于工业化生产；生产和使用过程洁净、无污染，具有明显的在纤维水泥（混凝土）中推广应用的优势。. 本项目首先对其进行了较全面的组成-结构形貌-性能的表征，结果表明，碳酸钙晶须是以单晶形式生长的、形状类似于短纤维、而尺寸（长度30-40μm，直径0.5-1.0μm）远小于短纤维的须状文石型碳酸钙晶体，其纯度高、结晶度好、强度和模量接近于完整晶体材料键位强度的理论值；并具有良好的热稳定性及良好的与通用硅酸盐系列水泥的适应性、相容性。. 为解决碳酸钙晶须在水泥基材料中的分散问题，本研究探索有效的改性措施，实现了基于溶胶凝胶法的碳酸钙晶须合成与改性一体化生产技术，优化了生产工艺，提高了晶须的分散性。. 研究工作系统探讨了碳酸钙晶须对水泥基材料的流变性、力学性能、耐久性、微观结构的改善效果及补强增韧机理，结果表明，其对水泥基材料增韧效果明显，同时，对耐久性及变形性能亦有不同程度的改善，尤其能够缓解其他较大尺度纤维对水泥基材料孔结构的劣化。.机理分析表明，碳酸钙晶须兼具纤维和矿物微细粉的双重作用，通过裂纹桥接、裂纹偏转、晶须拔出三种微观增韧机制，可有效减少水泥基材料破坏过程中内部微裂纹尖端的应力集中，从而改善水泥材料的强度和韧性。. 碳酸钙晶须对水泥基材料的增韧效果在水泥石结构层次上尤其显著，价廉质优（1500元/吨）的优势，使其有望成为新型混杂纤维体系中微观纤维的理想选择。本研究结果不仅验证了其与玄武岩纤维（BF）在水泥砂浆基体中的良好混杂效果；同时将碳酸钙晶须用于传统的钢纤维（SF）与聚乙烯醇纤维（PVA）的混杂体系中，初步探明了从水泥基材料多层次、多尺度角度进行增强增韧的可行性，为进一步优化传统多尺度纤维增强水泥基材料（HyFRCC）提供理论及试验依据。