本书对纳米粒子和钢纤维增强混凝土的配合比设计进行了详细的阐述，系统地研究了纳米SiO2和钢纤维增强混凝土的拌和物工作性、强度特性、抗渗性能、抗冻融性能、抗碳化性能、抗裂性能、抗氯离子渗透性能和抗冲击性能，详细分析了纳米SiO2和钢纤维对高性能混凝土工作性、强度特性、耐久性和抗冲击性能影响的作用机制及规律。

随着世界各国城市程的发展，水泥混凝土在现代化的城市建设中成为用量大、应用范围广的水泥基建筑材料。长期以来，混凝土材料以其强度高、可塑性好被广泛使用。但随着社会的发展，各类工程对混凝土的耐久性及抗冲击性能提出了更高的要求。混凝土建筑因材料老化、化学侵蚀、冻融破坏、冲击破坏等原因未达到设计使用年限而导致开裂、破坏、倒塌的事故时有发生，给人民群众生命财产造成了巨大损失，并带来了不良的社会影响。传统混凝土存在自重大、抗拉强度低、韧性差、脆性大、可靠性低和开裂后裂缝宽度难以控制等缺陷，使得许多结构在使用过程中甚至是建设过程中就出现了许多不同程度、不同形式的裂缝。


为了弥补水泥混凝土的上述缺点，有效的方法是在其中添加均匀分布的、密集的、长径比适宜的高模量纤维。在诸多混凝土用纤维材料中，钢纤维是其中应用广泛的纤维材料之一。钢纤维在混凝土中可起到“桥梁纽带”的作用，限制外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷（拉、弯）初期，混凝土基体与钢纤维共同承受外力，阻止微观裂缝的扩展和宏观裂缝的发生。当混凝土基体发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者，阻止宏观裂缝一步发展。钢纤维的加入可极大提高水泥混凝土的抗弯拉性能，解决混凝土易脆的缺点，同时也可提高混凝土的耐久性和抗冲击性能。此外，纳米材料作为发展迅速的新兴材料，由纳米级粒径的细微颗粒组成，其自身具有良好的填充效应、活性效应、微集料效应，在混凝土中掺入纳米SiO2，可以填充孔隙，增加混凝土的密实性，提高混凝土早期强度，改善混凝土内部微观结构而提升混凝土的力学性能、耐久性和抗冲击性能。与普通混凝土和普通高性能混凝土相比，纳米高性能混凝土具有更好的耐久性，纳米材料可提高混凝土早期强度，提高混凝土的疲劳寿命，并对混凝土构件能起到减振作用。随着掺纳米粒子混凝土研究的深入和纳米材料制造成本的降低，掺纳米材料混凝土将是未来结构工程中应用潜力极大的一种新型高性能混凝土。


由此可见，在普通混凝土中同时掺加纳米SiO2和钢纤维可配制出既具有良好力学性能，又具有较高耐久性和抗冲击性能的混凝土。随着纳米增强混凝土和纤维混凝土研究的深入及纳米材料制造成本的降低，掺纳米粒子和钢纤维混凝土将是未来结构工程中应用潜力极大的一种新型高性能混凝土。目前，国内外针对纳米混凝土和钢纤维增强混凝行了大量的研究工作，而对混掺纳米粒子和钢纤维增强混凝土耐久性和抗冲击性能研究资料国内外报道较少。为了弥补当前研究的不足，本书在大量试验成果基础上，较为深入地研究了纳米SiO2和钢纤维增强混凝土的拌和物工作性、强度特性、抗渗性能、抗冻融性能、抗碳化性能、抗裂性能、抗氯离子渗透性能和抗冲击性能，详细分析了纳米SiO2和钢纤维对高性能混凝土工作性、强度特性、耐久性和抗冲击性能影响的作用机制及规律，以期为该新型混凝土材料在我国土木、水利及交通运输工程中的推广应用提供参考。


本书共分十一章，主要内括分析了纳米SiO2和钢纤维增强混凝土的配制原理，探讨了纳米SiO2和钢纤维增强混凝土的配合比设计方法，通过坍落度和扩展度试验，分析了纳米SiO和钢纤维对混凝土工作性能的影响；通过立方体抗压强度试验、抗折强度试验和劈裂抗拉强度试验揭示了纳米SiO,和钢纤维对混凝土强度特性的影响，得出了纳米SiO和钢纤维对混凝土各种强度影响的规律；通过抗渗性试验、冻融循环试验、碳化试验、抗裂性试验、抗氯离子渗透性能试验揭示了纳米SiO2和钢纤维对混凝土各种耐久性的影响，得出了纳米SiO和钢纤维对混凝土各种耐久性评价指标影响的规律；通过落锤冲击试验探明了纳米SiO2和钢纤维对混凝土抗冲击性能的影响，并得出了相应的影响规律。


本书研究的相关试验得到了河南省水利工程技术实验室、河南省工程材料与水工结构实验室等单位的大力支持和帮助，本书在研究和编写过程中还得到了国家自然科学、河南省高校科技创新团队支持计划、河南省杰出青年科学等资金支持，许参与了本书的试验和研究工作。另外，本书编写过程中还引用了大量的文献资料。在此，谨向提供支持和帮助的单位、参考文献的原作者、各种资助及所有试验人员表示衷心的感谢！


由于作者有限，本书尚有不妥之处，敬请各界读者朋友批评指正。

前言
第1章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.2 纳米混凝土的增强机制及 外研究现状
1.3 钢纤维混凝土增强机制及 外研究现状
1.4 本书研究内容
第2章 纳米粒子和钢纤维增强混凝土的制备
2.1 原材料
2.2 纳米粒子和钢纤维增强混凝土配合比设计
2.3 试件制备
2.4 小结
第3章 纳米粒子和钢纤维增强混凝土工作性能研究
3.1 引言
3.2 混凝土拌和物工作性测定
3.3 纳米SiO2掺量对混凝土工作性的影响
3.4 钢纤维掺量对纳米混凝土工作性的影响
3.5 小结
第4章 纳米粒子和钢纤维增强混凝土强度特性研究
4.1 引言
4.2 立方体抗压强度试验研究
4.3 抗折强度试验研究
4.4 劈裂抗拉强度试验研究
4.5 小结
第5章 纳米粒子和钢纤维增强混凝土抗渗性能研究
5.1 引言
5.2 试验方法
5.3 试验结果与分析
5.4 小结
第6章 纳米粒子和钢纤维增强混凝土抗冻性能研究
6.1 引言
6.2 试验方法
6.3 快冻法试验结果与分析
6.4 单面冻融循环法试验结果与分析
6.5 小结
第7章 纳米粒子和钢纤维增强混凝土抗碳化性能研究
7.1 引言
7.2 试验方法
7.3 试验结果与分析
7.4 小结
第8章 纳米粒子和钢纤维增强混凝土抗裂性能研究
8.1 引言
8.2 试验方法
8.3 试验结果与分析
8.4 小结
第9章 纳米粒子和钢纤维增强混凝土抗氯离子渗透性能研究
9.1 引言
9.2 试验方法
9.3 抗氯离子渗透试验过程
9.4 试验结果与分析
9.5 小结
0章 纳米粒子和钢纤维增强混凝土抗冲击性能研究
10.1 引言
10.2 试验方法
lO.3 抗冲击试验过程
10.4 抗冲击试验结果与分析
10.5 小结
1章 结
11.1 本书工作结
11.2 一步研究的展望
参考文献

1.1研究的背景及意义


1824年，英国人约瑟夫·阿斯普丁发明了波兰特水泥，自此开始了现代的水泥混凝土工业。随着世界各国城市程的发展，水泥混凝土也经过长时间的发展，在现代化的城市建设中成为用量大、应用范围广的建筑材料。《中国混凝土和水泥制品协会》数据显示，2018年1~8月商品混凝土产量115928.9万m2，同比增长12.4%。相对于发达国家，中国城市化开始较晚，截至2017年，中国城市化率达到58.52%。对比发达国家超过70%的城市化率，中国的城市化还需要一个长期的过程。因此，水泥混凝土作为一种良好的建筑材料，在长期的城市化过程中仍会有大量的需求，依然会发挥巨大的作用。


混凝土材料以其强度高、可塑性好被广泛使用，但随着社会的发展，各类工程对混凝土的耐久性及抗冲击性能提出了更高的要求。混凝土建筑因材料老化、化学侵蚀、冻融破坏、冲击破坏等原因未达到设计使用年限而发生开裂、破坏、倒塌的事故时有发生[2]，给人民群众生命财产造成了巨大损失，并带来了不良的社会影响。房屋建筑设计使用年限一般为50年，轨道交通、大跨度桥梁一般为百年工程，港口海岸工程要承受盐碱腐蚀，桥面铺装用混凝土要承受车辆荷载、风载等荷载的冲击作用，这些都对混凝土的耐久性能及抗冲击性提出了更高的要求。


普通水泥混凝土是由水泥、砂、石等用水混合凝结成整体的工程复合材料，其本身是多孔结构，该特点也成为限制其耐久性和强度的主要原因。纳米材料作为发展迅速的新兴材料，由纳米级粒径的细微颗粒组成，其自身具有良好的填充效应、活性效应、微集料效应，在混凝土中掺入纳米SiO2，可以填充孔隙，增加混凝土的密实性，提高混凝土早期强度，改善混凝土内部微观结构而提升混凝土的力学性能、耐久性能和抗冲击性能。


钢纤维在混凝土中可起到“桥梁纽带”的作用，限制外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷（拉、弯）初期，混凝土基体与钢纤维共同承受外力，阻止微观裂缝的扩展和宏观裂缝的发生；当基料发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者，阻止宏观裂缝一步发展。纤维材料的加入极大地提高了水泥混凝土的抗弯拉性能，解决了混凝土易脆的缺点，同时也提高了混凝土耐久性能和抗冲击性能。


由此可见，在普通混凝土中同时掺加钢纤维和纳米SiO，可望配制出既具有良好力学性能，又具有较高耐久性和抗冲击性的混凝土。因此，本书拟通过抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验、抗折强度试验、抗渗性试验、抗冻性试验、抗碳化性能试验、抗裂性能试验、抗氯离子渗透试验及抗冲击试验，研究纳米SiO和钢纤维对普通混凝土性能的影响，并揭示纳米材料和钢纤维掺量对混凝土基本力学性能、耐久性和抗冲击性能影响的规律，使纳米粒子和钢纤维增强混凝土能够得到更好的应用。


1.2纳米混凝土的增强机制及国内外


研究现状


1.2.1纳米混凝土的增强机制


纳米材料是指在三维空间中至少有一维几何尺介于原