多尺度纤维增强水泥基材料的研究进展

邓　双，袁进平，靳建洲，于永金，李　明，郭小阳

(1.西南石油大学材料科学与工程学院，成都　610500；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学)，成都　610500；3.中国石油集团钻井工程技术研究院,北京　102206)



多尺度纤维增强水泥基材料的研究进展

邓双1，袁进平3，靳建洲3，于永金3，李明1，郭小阳2

(1.西南石油大学材料科学与工程学院，成都610500；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学)，成都610500；3.中国石油集团钻井工程技术研究院,北京102206)

随着现代工程技术的不断进步，超高层、超深井、大跨度等复杂恶劣环境对水泥基材料提出了更高的要求，鉴于水泥基材料是一种具有多尺度结构特征的复合材料，因此使用多尺度纤维是增强水泥基材料性能的有效途径。本文在综述国内外水泥基材料多尺度特征研究进展的基础上，介绍了水泥基材料的多尺度模型发展概况，指出了目前的研究中各个尺度模型之间的联系不够紧密的不足；总结了水泥基材料内部裂纹由微观至宏观的多尺度扩展、破坏过程；论述了单一纤维和多尺度纤维增强水泥基材料的研究现状，提出了目前应加强对多尺度纤维的增强机理的研究、开发性价比更高的纤维体系等建议。最后对多尺度纤维增强水泥基材料的研究方向进行了展望。

水泥基材料； 多尺度纤维； 模型； 破坏过程； 增强

1　引　言

水泥基材料是一种多相复合材料，在不同的尺度上具有不同的微观结构，这些微观结构又将直接影响其宏观力学性能[1]。研究发现，水泥基材料的破坏多是内部裂纹逐步发展、扩张为宏观裂缝，进而导致其失效的过程[2]。为获得高性能水泥基材料，必须从本质出发，即从微观结构逐步研究到实际尺寸，探究微裂纹在基体内部的扩展行为，由此多尺度概念逐渐被引入到水泥基材料科学中来[3]。

水泥基材料具有明显的脆性特征，因此添加纤维可以有效的约束裂纹扩展，提高水泥材料的韧性[4]，钢纤维混凝土作为隧道的初期支护和永久支护被广泛运用[5]，碳酸钙晶须和碳纤维可作为增韧剂有效改善油井水泥石的强度和韧性[6]等。同时，水泥基材料也具有明显的多层次、多尺度特征，因此，添加不同尺寸的增强纤维可以在多个尺度下抑制微裂纹的扩展：用纳米、微米尺寸的纤维在纳观、微观尺度上限制微裂纹的产生与初步扩展；用微米、毫米尺寸的纤维优化水泥基材料的细观结构，限制微裂纹贯通、吞并发展为宏观裂缝；再通过毫米级及以上尺寸的纤维承载宏观裂缝，最终形成一套从纳观、微观、细观到宏观的多层次协同增强的多尺度增强体系，有效改善水泥基材料的力学性能[7]。为此总结了国内外对水泥基材料多尺度特征、模型及破坏过程的研究现状，综述了单掺纤维和多尺度纤维增强水泥基材料的研究现状，以期为多尺度纤维增强水泥基材料研究指明方向。

2　水泥基材料多尺度特性的研究进展

2.1水泥基材料的多尺度特征及模型

水泥基材料是一种具有多尺度特性的多相复合材料，可将其划分为不同的尺度进行研究。Maekawa[8]对混凝土结构进行细化分析，以体积模块为单元，模拟出不同层次微结构之间的关系，并基于服役环境及载荷条件，建立了一套分析裂纹扩展的力学模型，对揭示水泥基材料内部裂纹扩展方式、模拟服役寿命具有重要意义。Touzou等[9]从饱和溶液、水泥浆、砂浆及混凝土四个尺度上研究了水泥浆体的流变行为，探究了不同组成物对水泥浆流变性的影响，建立了流变性与屈服强度之间的关系。Dalado等[10]在前人研究的基础上，总结出水泥基材料的纳观、亚微观、微观、细观及宏观5个尺度， 细化了各个尺度下的主要研究内容，指明了该领域后续的研究方向。

基于上述水泥基材料多尺度结构的划分，大量研究人员对基体各个尺度下的成分、结构变化过程进行模拟，取得了不俗的研究成果。上世纪末，以Bentz[11，12]为代表的一批学者对水泥基材料的多尺度特性进行了研究，建立了水泥基材料的纳米、微米、毫米尺度的模型，研究了不同尺度下的结构特征，并应用于水泥材料的离子传输、扩散方面的研究；Breugel[13]提出了HYMOSTRUC模型，模拟了水化过程中大颗粒产物层对小颗粒的吞噬行为(图1)，划分了内部水化产物(IP)与外部水化产物(OP)两种组织形态，较为详细的模拟了颗粒微结构的发展对水化进程的影响。

图1　HYMOSTRUC水化颗粒吞噬模型Fig.1　Schematic representation of particale-phagocytic

Jennings等[14]提出了C-S-H纳米胶凝模型(CMⅠ)，认为C-S-H凝胶由一些球状颗粒排列聚集，划分了低密度(LD)和高密度(HD)两种颗粒堆积形态(图2a、b)。CMⅠ模型可以通过纳米压痕实验获得C-S-H的弹性模量与硬度[15-17]，较为准确的预测体积弹性模量，但它不能解释基体材料干燥自收缩与受载蠕变行为，因此结合小角度中子散射(SANS)的测定结果，Jennings等[18,19]将CMⅠ模型改进为扁平状结构的CMⅡ模型(图2c)，模拟了C-S-H凝胶在干燥过程中水分在C-S-H颗粒间的行为，演绎了C-S-H凝胶在受载蠕变过程中的变形情况，建立了水泥基材料纳米结构与整体性能之间的定量关系，得到了较为广泛的认可。

Bentz等[20]提出了基于数字图像处理的CEMHYD 3D模型(图3a)，用以分析水化进程及微观结构的变化，通过背散射电子像及X射线能谱图像对比分析，可以获得特定区域内的产物成分分布，精确的区分模型上的不同的物相，这对于研究水泥基体微观力学行为具有重要的指导作用。Qian等[21,22]通过HYMOSTRUC 3D软件模拟出水泥浆的微观晶体结构，用不同晶格单元代表不同物相，研究了该虚拟模型在外加载荷下的断裂性质(图3b)。

图2　C-S-H二维示意图CMⅠ模型(a)LD C-S-H(b)HD C-S-H(c)CMⅡ模型Fig.2　2D schematics of C-S-H

Xi等[23]针对水泥基材料的收缩特性建立了多尺度多相模型，模拟水化产物各相的分布情况，明确定义了自收缩、体积系数及各相的体积分数的物理意义，推动了多尺度理论在水泥基材料领域中的发展。

2.2水泥基材料的破坏过程

水泥基材料大多由裂纹扩展导致断裂失效，因此探究微裂纹的扩展行为对研究基体失效机理、制定合理的增强措施具有重要的意义。Eckardt等[24]通过有限元模型模拟水泥基材料的细观结构，研究了水泥基体中微裂纹的萌生、增殖及传播过程。Bolander等[25]模拟了毫米级、微米级纤维在水泥基体内的分布情况，通过拉伸载荷模型分析了微裂纹从微观到宏观的扩展、融合进程及纤维的阻裂机理(图4)。

图3　HYMOSTRUC 3D微观结构模型(a)数字图像基模型;(b)受载的虚拟3D模型Fig.3　Micro structure of HYMOSTRUC 3D models

图4　水泥基体内裂纹的存在形式及桥连作用Fig4　Pattern of cracks and bridgingcrack in cement based materials

图5　裂纹的扩展、融合(a)70.52 kN时的裂纹形态;(b)79.92 kN时的裂纹形态;(c)最终裂纹形态Fig.5　Expansion and fusion of cracks

Rossi等[26]通过实验分析总结了多尺度纤维增强水泥基材料在冲击载荷、疲劳条件下的破坏机制。Hamidreza等[27]对自密实混凝土(SFRSCC)进行加载试验，探究了不同载荷下裂纹的扩展形式(图5)。

裂纹在水泥基材料中的萌生、扩展是一个非常复杂的过程，目前的研究多为描述受载基体细观及以上尺度裂纹的形态，并没有阐明微裂纹的产生、扩展方式，而现有的断裂力学模型所描述的裂纹尖端应力场并不能代表断裂过程区域真实的应力分布，因此对于裂纹产生、扩展的力学行为研究还需要加强。

3　多尺度纤维增强水泥基材料的研究进展

3.1纤维增强水泥基材料的研究进展

利用纤维材料增强水泥基材料的历史由来已久，目前研究中常用的纤维材料包括毫米尺度的碳纤维、聚丙烯纤维、微米尺度的晶须及纳米尺度的碳纳米管等。上世纪末，Victor等[28,29]学者对高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)进行了广泛研究，论证了ECC构件在安全性、耐久性及可持续性方面较传统水泥材料均有较大优势；王伟等[30]研究了碳纤维和聚酯纤维对磷铝酸盐水泥基材料力学性能的增强效果：在28 d龄期时，掺量0.2%碳纤维混凝土的断裂能相较于基准混凝土提高了28%，掺量0.2%而聚酯纤维混凝土的断裂能相较于基准混凝土提高了58%，约束裂纹扩展的能力明显提高；李明等[31,32]研究了水镁石纤维、碳纤维对油井水泥基材料抗压、抗拉及抗折强度的改善效果，探讨了纤维增强的机理；Pehlivanl等[33]研究了聚丙烯纤维、碳纤维、玄武岩纤维及玻璃纤维对蒸压加气混凝土的增强效果，曹明莉等[34]采用碳酸钙晶须与玄武岩纤维对水泥材料进行增强；论述了纤维/晶须对抗氯离子渗透能力的影响，文章指出，碳酸钙晶须掺量10%时对水泥基体有一定的填充密实作用，单掺6 mm玄武岩纤维在体积掺量为0.05%时，可减少基体多害孔数量，有利于基体抗氯离子渗透性能的改善； Xu等[35]的研究结果表明，掺入碳纳米管能改善水泥基材料的微观结构，提高其力学性能。Samuel等[36]率先提出用氧化石墨烯薄片代替传统一维纤维对水泥基材料进行改性。

由于纤维材料长径比较高，比表面积大，纤维之间结合力强，易发生团聚现象，严重影响对水泥基体的改性效果，因此对纤维材料在水泥浆中的分散性研究是非常必要的。李庚英[37]利用浓酸羧化剂、十二烷基苯磺酸钠(SDS)表面活化剂、KH570 SCA偶联剂等分散剂对多壁碳纳米管(MWCNTS)进行分散处理，结果表明：不同分散剂对碳纳米管水泥基复合材料的力学性能、电学性能以及压敏性能具有完全不同的作用。张源等[38]探究了纳米碳纤维对水泥基材料的改性效果，利用浓混酸对纳米碳纤维进行表面修饰，再采用多种分散剂进行处理，结果表明十二烷基硫酸钠和甲基纤维素的按1∶5浓度比组合时，纳米碳纤维在水溶液中的分散效果最佳，28 d纳米碳纤维水泥基复合材料抗压、抗折强度均提高30%左右。

这些研究虽然阐述了不同尺度纤维对水泥基材料的增强效果以及如何处理纤维分散性等问题，但并未从基体材料的多尺度特性入手，实现不同尺寸的混杂纤维在不同尺度下的协同增强。

3.2多尺度纤维增强水泥基材料的研究现状

由水泥基材料的多尺度特性及其破坏过程可知，微裂纹的持续扩展是水泥材料破坏的根源，因而针对其多尺度结构特点掺加多尺度纤维，在不同尺度下分别抑制裂纹扩展，可以有效改善水泥基材料的力学性能。

国际上，Parant等[39]提出了“多尺度纤维增强水泥基材料(MSFRCC)”的概念，向水泥基体中添加不同尺寸的钢纤维，研究了其破坏行为、机理；Banthia等[40]考察了不同几何尺寸钢纤维、纤维素纤维对水泥基材料的混杂增强作用，阐述了不同纤维组合增强的协同增强效应；Yap[41]的研究结果显示，1%钢纤维与0.1%聚丙烯纤维的混杂纤维体系可以显著提高油棕壳混凝土的弯曲韧性，改善效果可达83%；Stynoski等[42]对碳纤维、碳纳米管增强水泥基材料进行了研究，得出混杂纤维的增强效果明显优于单掺纤维的结论；Scheffler等[43]通过裂纹宽度衡量耐碱玻璃纤维、碳纤维对水泥基体的混杂增强效果，并通过ESEM图像分析了增强机理。

在国内，马保国等[44]研究了不同几何尺寸纤维对水泥基材料性能的影响，结果表明添加多尺度纤维可以显著改善水泥基材料的强度、抗裂、抗渗性能，论证了混杂纤维改善性能的正叠加效应；梁宁慧等[45-47]通过掺加不同尺寸的聚丙烯纤维，对水泥基材料进行了拉伸、断裂实验，实验表明不同尺寸的混杂纤维能有效提高水泥基材料的韧性，并且能达到阶段抗裂、层次抗裂的效果；李明等[48]研究了碳酸钙晶须、碳纤维对水泥基材料力学性能的影响，结果显示晶须、碳纤维通过桥连等机制显著改善水泥基材料的强度与韧性，体现出二元纤维的正混杂增强效应；曹明莉等[49,50]研究了复掺碳酸钙晶须、玄武岩纤维对水泥砂浆抗氯离子渗透及抗硫酸盐侵蚀性能的影响；张聪等[51]基于水泥基材料的多尺度结构特征与破坏过程，设计了一种由钢纤维聚乙烯醇纤维以及碳酸钙晶须构成的多尺度纤维增强水泥基复合材料，研究了其抗压强度、抗弯强度、弯曲韧性、多缝开裂形态以及断裂过程等基本力学性能。从这些研究可以看出，混杂纤维可以在不同尺度下对基体材料进行协同增强，体现出纤维增强基体的梯度、层次，增强效果明显优于单掺纤维。

3.3现有研究存在的不足

在多尺度特性研究方面，目前对水泥基材料单个尺度特性的研究较为活跃，但是建模方法多样，缺乏比较权威的建模软件及模型，不能准确、完整地揭示水泥基材料成分、结构的秘密；并且在建模时所考虑的影响因素也比较单一，外部载荷因素与内部结构物理参数存在一定的偏差，难以将模拟结果进行深化、推广；同时各个尺度模型之间的联系不紧密，不能从纳观尺度到实际尺寸连续贯通的研究水泥基材料内部成分、结构的变化过程。

在纤维增强水泥基材料方面，现有的研究大多只阐述了纤维具有改善基体性能的能力，对多尺度纤维体系的增强机理缺乏系统的研究，未能探明不同纤维的分布、位向及与基体粘结性能对增强效果的影响机制；鲜有研究基于基体材料多尺度结构与破坏特征提出选择纤维体系的标准，并且部分纤维的成本较高，不适合工程应用。这些问题的存在虽然制约了现阶段对于该领域的探索，但也为科研工作者提供了突破方向，相信这些问题会逐步得到解决。

4　多尺度纤维增强水泥基材料的研究展望

在水泥基材料微结构特性研究方面，目前对单个尺度微结构的模拟研究已经比较广泛，但多数模型只考虑力学因素，鲜有研究考虑力学因素与环境条件的共同作用，因此今后应基于日益先进的计算机技术开发新的模拟软件，建立更完善的模型，充分考虑实际应用条件，深度揭示水泥基材料内部的成分、结构与性能之间的关系；同时如何将各个尺度统一起来，连续、系统的分析水泥基材料成分、结构变化将成为研究的热点与难点。此外，归纳建模方法，系统的阐述微观、宏观模型参数与实际物理性能之间的关系，总结权威、系统的建模理论，对推进多尺度理论在水泥基材料中的应用发展至关重要。

对于纤维增强水泥基材料而言，今后应加强对纤维、基体材料结构特点的认识，结合基体材料的结构特征与破坏过程选择合适的纤维体系，采用合理的分散方法对纤维进行分散预处理，在量化纤维种类、掺量对基体材料的增强效果的基础上，探明多元纤维的分布、位向以及其与基体界面粘接强弱对增强效果的影响机制，以期形成一套较为完善的多尺度纤维增强理论体系；此外，目前的纤维体系多为无机纤维、合成纤维等，造价昂贵，因此在确定纤维体系时可多开发成本低、来源广的自然纤维。

[1] 胡曙光.先进水泥基复合材料[M].北京:科学出版社,2009.

[2] 阎培渝,郑峰.水泥基材料的水化动力学模型[J].硅酸盐学报,2006,34(5):555-559.

[3] 郭雅芳,王崇愚.多尺度材料模型研究及应用[J].材料导报,2001,15(7):8-11.

[4] 沈荣熹,王璋水,崔玉忠.纤维增强水泥与纤维增强混凝土[M].北京:化学工业出版社,2006.

[5] 王志杰，喷射钢纤维混凝土及其在隧道和地下工程中的应用[J].公路，2004,(1)：145-146.

[6] 李明,刘萌,杨元意,等.碳酸钙晶须与碳纤维混杂增强油井水泥石力学性能[J].石油勘探与开发,2015,42(1):94-99.

[7] 张聪,曹明莉,许玲.混凝土多尺度特征与多尺度纤维增强理论研究进展[J].混凝土与水泥制品,2014,(3):44-47.

[8] Maekawa K,Ishida T.Mulri-scale modeling of concrete performance[J].JournalofAdvancedConcreteTechnology,2003,1(2):91-126.

[9] Toutou Z,Rousse N.Multi scale experimental study of concrete rheology: From water scale to gravel scale[J].MaterialsandStructures,2006,39(2):189-199.

[10] Dolado J S,Breugel K.Recent advances in modeling for cementitious materials[J].CementandConcreteResearch,2011,41(7):711-726.

[11] Bentz D P,Quenard D A,et al.Modeling drying shrinkage of cement paste and mortar Part 1:Structural model from nanometers to millimeters[J].MaterialsandStructures,1995,28(8):450-458.

[12] Bentz D P,Garboczi E J,et al.Multi-scale digital image based modeling of cement based materials[J].MaterialsResearchSociety,1995,(370):33-41.

[13] Breugel V.Numerical simulation of hydration and microstructural development in hardening cement paste (I): theory[J].Cem.Concr.Res,1995,25(2): 319-331.

[14] Jennings H M.A model for the microstructure of calcium silicate hydrate in cement paste[J].CementandConcreteResearch,2000,30(1):101-116.

[15] Constantinides G,Ulm F,Vliet K V,On the use of nanoindentation for cementitious materials[J].MaterialsandStructures,2003,36(3): 191-196.

[16] Constantinides G,Ulm F J.The effect of two types of C-S-H on the elasticity of cement-based materials: results from nanoindentation and micromechanical modeling[J].CementandConcreteResearch,2004,34(1):67-80.

[17] Jennings H M,Thomas J J,Gevrenov J S,et al.A multi-technique investigation of the nanoporosity of cement paste[J].CementandConcreteResearch,2007,37(3):329-336.

[18] Jennings H M.Refinements to colloid model of C-S-H in cement:CM-II[J].CementandConcreteResearch,2008,38(3):275-289.

[19] Thomas J J,Jennings H M.A colloidal interpretation of chemical aging of the C-S-H gel and its effects on the properties of cement paste[J].CementandConcreteResearch，2006,36(1):30-38.

[20] Bentz D P.CEMHYD3D: A Three-Dimensional Cement Hydration and Microstructure Development Modeling Package (Version 3.0)[R].National Institute of Standards and Technology Interagency Report.Technology Administration,U.S.Department of Comemerce,2005,(6):7230-7232.

[21] Qian Z.3-D lattice fracture model: application to cement paste at microscale[J].KeyEngineeringMaterials,2011,(65):452-453.

[22] Qian Z,Schlangen E,Ye G,et al.Three dimensional micromechanical modeling of fracture process in hydrating cement paste[J].JournaloftheChineseCeramicSociety,2010,38(9):1658-1664.

[23] Xi Y P,Jennings H M.Shrinkage of cement paste and concrete modeled by a multiscale effective homogeneous theory[J].MaterialsandStructures,1997,30(6):329-339.

[24] Eckardt S,Könke C.Simulation of damage in concrete structures using multiscale models[C].Computational Modelling of Concrete Structures,2006:77-83.

[25] Bolander J E,Choi S,Duddukuri S R.Fracture of fiber-reinforced cement composites:effects of fiber dispersion[J].InternationalJournalofFracture,2008,154(1):73-86.

[26] Rossi P,Parant E.Damage mechanisms analysis of a multi scale fibre reinforced cement-based composite subjected to impact and fatigue loading conditions[J].CementandConcreteResearch,2008,38(3):413-421.

[27] Salehian H,Barros J A O.Assessment of the performance of steel fibre reinforced self-compacting concrete in elevated slabs[J].Cement&ConcreteComposites,2015,55:268-280.

[28] Li V C.Engineered cementitious composites-Tailored composites through micromechanical modeling[C].//Fiber reinforced concrete: present and the future,Canada,Montreal,1998:64 -97.

[29] LI V C,LEUNG C K.Steady-state and multiple cracking of short random fiber composites[J].J.Eng.Mech.,1992,118(11): 2246-2264.

[30] 王伟,李仕群,赵发伟,等.碳纤维和聚酯纤维磷铝酸盐水泥混凝土力学性能的研究[J].硅酸盐通报,2008,27(4):800-803.

[31] 李明,杨雨佳,靳建州,等.水镁石纤维对固井水泥石力学性能的增强效果及机理[J].天然气工业,2015,35(6):82-86.

[32] 李明,杨雨佳,郭小阳.碳纤维增强油井水泥石力学性能[J].复合材料学报,2015,32(3):782-788.

[33] Pehlivanl Z O,Uzun I,Demir I.Mechanical and microstructural features of autoclaved aerated concrete reinforced with autoclaved polypropylene,carbon,basalt and glass fiber[J].ConstructionandBuildingMaterials,2015,96(15):428-433.

[34] 曹明莉,张会霞,许玲.无机矿物纤维增强水泥砂浆抗氯离子渗透的试验研究[J].建材技术与应用,2014,3:13-16.

[35] Xu S L,Liu J T,Li Q H.Mechanical properties and microstructure of multi-walled carbon nanotube-reinforced cement paste[J].ConstructionandBuildingMaterials,2015,76(1):16-23.

[36] Samuel C,Zhu P,Sanjayan J G,et al.Nano reinforced cement and concrete composites and new perspective from graphene oxide[J].ConstructionandBuildingMaterials,2014,73(30):113-124.

[37] 李庚英.碳纳米管水泥基材料力学性能及机敏性能[D].上海:同济大学学位论文,2006.

[38] 张源.纳米碳纤维水泥基复合材料的制备及其性能研究[D].山东：大连理工大学学位论文,2014.

[39] Parant E,Rossi P,et al.Fatigue behavior of a multi-scale cement composite[J].CementandConcreteResearch,2007,37(2):264-269.

[40] Banthia N,Majdzadeh,F Wu J,et al.Fiber synergy in hybrid fiber reinforced concrete (HyFRC) in flexure and direct shear[J].Cement&ConcreteComposites,2014,48:91-97.

[41] Yap S P,Bu C H,Alengaram U J,et al.Flexural toughness characteristics of steel polypropylene hybrid fibre-reinforced oil palm shell concrete[J].MaterialsandDesign,2014,(57):652-659.

[42] Stynoski P,Mondal P,Marsh C.Effects of silica additives on fracture properties of carbon nanotube and carbon fiber reinforced Portland cement mortar[J].Cement&ConcreteComposites,2015,(55):232-240.

[43] Scheffler C,Gao S L,Plonka R.Interphase modification of alkali-resistant glass fibres and carbon fibres for textile reinforced concrete II: Water adsorption and composite interphases[J].CompositesScienceandTechnology,2009,69(7-8):905-912.

[44] 马保国,温小栋,杨雷,等.不同几何尺寸纤维对混凝土的性能影响[J].公路，2007,4:134-137.

[45] 梁宁慧,刘新荣,孙霁.多尺度聚丙烯纤维混凝土单轴拉伸试验[J].重庆大学学报,2012,35(6):80-84.

[46] 梁宁慧,刘新荣,孙霁.多尺度聚丙烯纤维混凝土抗裂性能的试验研究[J].煤炭学报,2012,37(8):1304-1309.

[47] 梁宁慧.多尺度聚丙烯纤维混凝土力学性能试验和拉压损伤本构模型研究[D].重庆：重庆大学学位论文,2014:20-140.

[48] 李明,刘萌,杨元意,等.碳酸钙晶须与碳纤维混杂增强油井水泥石力学性能[J].石油勘探与开发,2015,42(1):94-99.

[49] 曹明莉,张会霞,许玲.无机矿物纤维增强水泥砂浆抗氯离子渗透的试验研究[J].建材技术与应用,2014,(3):12-17.

[50] 曹明莉,许玲,张会霞.无机纤维增强水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能试验研究[J].混凝土与水泥制品,2014,10(3):50-53.

[51] 张聪,曹明莉.多尺度纤维增强水泥基复合材料力学性能试验[J].复合材料学报,2014,31(3):661-668.

Multi-scale Fiber Reinforced Cement Based Materials

DENGShuang1,YUANJin-ping3,JINJian-zhou3,YUYong-jin3,LIMing1,GUOXiao-yang2

(1.School of Material Science and Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;2.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploration,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;3.CNPC Drilling Research Institute,Beijing 102206,China)

With the development of architectural engineering technology, more complex service conditions such as super high-rise and large span structures or ultra-deep well has put forward higher requirements for properties of cement based materials, and multi-scale fiber reinforced cement based materials theory provide a new solution based on its multi-scale structure characteristics. Some structural models and destruction researches were chosen to compared and analyzed after summarizing the multi-scale characteristics researches of cement based materials at home and abroad, and the insufficient connection between different scale models in the current study were pointed out. The research status of single doped fiber and multi-scale fiber reinforced cement based materials were summarized, also more suggestions such as the further research in the strengthen mechanism and the higher cost efficiency multi scale fiber system were proposed, and then the research prospects have been analyzed.

cement based materials;multi-scale fiber;model;destruction process;enhancement

国家科技重大专项课题(2016ZX05020004-008);中国石油集团重大科技项目(2014A-4213).

邓双(1991-)，男,硕士研究生.主要从事固井水泥材料改性方面的研究.

李明，博士，副教授.

TQ175

A

1001-1625(2016)04-1137-07