水泥毯特点与应用特性分析

陈燕，许明君，马凯欣，付洋洋，王建新

（新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

1 引言

自从1756年，英国工程师通过添加鹅卵石作为粗骨料并将动力砖混合到水泥中，制成了第一个现代混凝土以来，混凝土就一直作为建筑行业的主要材料，但是随着科学技术的发展和人们对生活质量的要求越来越高，混凝土技术的缺点也在不断的暴露：自重大，质量不易把控，养护周期长，养护程序繁琐，施工后易出现裂缝，耗时耗材耗资金等，这些问题一直困扰了人们百年之余，人们也一直在想方法解决这些问题。2004年，英国的Brewin和Crawford就混凝土这些缺点提出了新的解决方案——水泥毯。这个产品一经问世就在国外开始引用，但在国内却很难见到它的身影。文章就水泥毯的各方面特性进行了研究，并对水泥毯在我国工程方面的应用提出了一定的看法。

2 水泥毯简介

Brewin和Crawford发现快速搭建临时住房是军队或灾区迫切需要解决的问题，于是他们提出了一种新的想法，把水泥粉体填充在三维织物内部，然后将其放在帐篷一样大小的充气气囊上，最后在这个三位织物的外部即表面洒水成型，形成一种新型的三维间隔织物增强水泥基复合材料[1]。它是纤维和混凝土结合的复合型功能混凝土产物，在平时外表和毯子没有大的区别，可以密切覆盖任意结构的表面。使用时，不分正反面，只要去除防水封闭层，铺设好后，经洒水发生水合反应，在一定时间里水化成半固体，再经一段时间形成坚硬混凝土。

3 水泥毯特点

3.1 使用简单、应用灵活

水泥毯可以成大卷散装提供，一平方米的重量只有15kg，为人工装卸和运输带来了便利，且不需要大型的起重机械。水泥毯能够依从所覆盖的物体表面的复杂形状，既能垂直悬挂，也能铺设在沟槽之中，无需现场配置，不会发生过度水合反应[2]。无论是在路面还是水下，一旦发生水合反应，其能在24h内硬化到80%的强度，在施工2h内，可以根据需要使用普通裁剪切割工具对水泥毯进行必要的加工处理。如果有特殊的需求，也可自行定制水泥毯“配方”，达到快速凝固或延迟凝固的效果。

水泥毯的使用在一定程度上改善了施工人员有违规动作的情况，改善了现场文明施工情况，使得人员作业安全方面有了一定的保障，有效解决了目前边坡支护行业劳动力不足、从业人员素质水平高低不一的问题。

3.2 环境友好

当今世界，建筑材料受生态因素制约的问题引起了越来越多的人的重视。全球环保形势严峻，一些建筑材料如黄砂和水泥的生产量在下降，其运输也受到了限制。按重量来说，传统混凝土大约包含12%的水泥，8%的水和80%的沙石。照这个比例来计算，全世界每年混凝土需求量约115亿吨，即每年需要15亿吨水泥、10亿吨水以及90亿吨沙石。生产混凝土会耗费大量的环境资源，这会增加环境方面的压力。然而生产15亿吨水泥会产生等量的二氧化碳，占全球二氧化碳总量的5%。在水泥行业中，燃烧和煅烧是二氧化碳排放的主要来源，其中，燃烧会产生40%二氧化碳的排放量，煅烧则会产生50%的排放量，剩余的10%来自其他能源的使用。相比之下，水泥毯生产时最多能够节省95%的传统材料，这在一定程度上能够大幅降低二氧化碳的排放量，水泥毯碱含量有限，表面耐冲刷能力强，具有良好的耐化学性，所以对使用地的生态影响很小，且对环保方面有一定的帮助作用[3]。

3.3 经济

水泥毯在经济方面也有着一定的优势，主要体现在人工成本、养护成本、运输成本和时间成本上等，外国就曾有伦敦皇家艺术学院的两名学生威廉·克劳弗德和彼得·布瑞温利用混凝土帆布建造了用于震后救灾的“口袋房子”（如图1所示）。据实验测出，一个重230kg的袋子，经过充气肿胀成一个16m2的临时房屋，其造价约为1100英镑。然而，令人震惊的是，与此相当的临时房屋在英国的造价约为4000英镑，整整节省了2900 英镑[4]。

图1 水泥毯帐篷

3.4 材料强度高

水泥毯的初期强度非常高，经过实验测得其强度满足2002标准的抗车辆施加荷载的G类要求。并且在两辆平均160kN的车的压力下，其均布分布也未超过5kN/m2。另外水泥毯的抗压破坏能力和压缩弹性模量也非常出色，10天其抗压破坏就能达到40MPa，其压缩弹性模量也能达到惊人的1500MPa，和同等的C40混泥土材料相比，整整多出一倍。

3.5 拉伸性能好

水泥毯加入水泥基体对其极限荷载有明显提高，提高其抗拉性能。按照BSEN 12467:2004标准的弯曲试验，10天弯曲失效应力3.4MPa，10天弯曲杨氏模量180MPa，可有效解决传统混凝土的裂缝问题，并且其还有以下特点。

①水泥毯的极限荷载和水泥基梯有很大的关系，合理的加入水泥基体，可以在一定程度上提升水泥毯的抗拉性能，其次水泥毯的抗拉性能也在一定程度上与外织物基材有一定的联系。

②水泥毯的养护天数也影响着水泥毯的开裂荷载，由实验可得，养护天数和开裂荷载成正相关。

③在相同情况下，水泥毯在横向方向上的抗拉性能总是优于竖直方向的抗拉性能，并且由记录可得，在受拉变形方面，横向受拉变形的主要特点有受拉伸长、宽度递减、总体向内部收缩。相对的竖直方向的受拉主要特点有受拉伸长，但宽度变化不大，表面织物受拉出现裂纹。

④由于受各种因素影响，如水灰比、水泥含量等，不一样的水泥搅拌而成的混凝土收缩性也各不相同。由此可见，水泥浆是混凝土的收缩性能的决定性因子，它直接决定了混凝土的收缩率大小。再者，骨料中泥量、级配、粒径和弹性模量等参数的选择也影响着混凝土的收缩性能。

3.6 防渗、防火性能好

有聚氯乙烯（PVC）底衬做为水泥毯底面，使得材料具有完全防水和良好抗化学腐蚀的性能[5]。按照BS EN 12467：2004标准第5.4.4节水渗透性试验通过。

水泥毯厚度3mm相当于300mm厚的压实土层，其防渗也能具有良好的阻燃特性（如图2所示）。水泥毯着火时产生的危险气体排放量极少，保证了人们的安全，并且水泥毯已经达到欧洲建筑材料阻燃标准的B-s1、d0等级。

图2 水泥毯帐篷防火

3.7 长期耐用

水泥毯的使用寿命在30年左右，因为水泥毯中间有三维纤维骨架，与水泥相比不易断裂，具有良好的抗化学特性、抗风雨侵蚀能力。通过BS EN 12467：2004标准第5.5.2节冻融试验。水泥毯耐用与否还与后期的养护有关系，水泥毯的养护较简单，只需要在表层涂一层水泥浆，比起传统混凝土的养护来说简单快捷。

4 工程应用

4.1 公路排水沟工程

水泥毯具有显著的高品质、节能环保的优势，在国外已经有了水泥毯的应用案例。但是在我国这一领域仍属空白。水泥毯具有良好的抗压、防水等性能，且施工方便、简单，可应用在公路排水沟工程中。

2010年11月18日英国M4号公路旁的排水沟考虑到管道易堵塞，选用水泥毯，因其抗磨损能力强，不易生长野草，省去了维护工作，且三个工人一天能够铺设20m，节省了人力、物力及缩短了施工时间。2011年1月1日，为了改善路面排水状况，英国A34号干线公路，横向宽度铺设共125m2的水泥毯。2011年2月8日英国威尔士的卡菲利县煤矿为防止废弃的煤矸石冲刷排水沟造成损坏，使用散装大卷水泥毯，铺设面积达到了2000m2。英国铁路网运营公司在一次加固铁路护堤中指定用水泥毯，100m长的排水沟只用了不到8h就完成了修复。

4.2 管道铺设

无论地下还是水下，在工作中管道都面临着腐蚀问题，水泥毯有着良好防渗、耐腐蚀性和拉伸性能，可以作为优良的管道防护材料。2010年10月4日直径6英寸长1200m的卡塔尔多哈水下盐水输送管道，铺设在水下5m深度，水泥毯作为加重层，防止管道在水里漂浮。作业人员一天能够铺设的管道就大约60m长，并且在海水里水泥毯就能直接发生水合反应。2010年8月19日南非高登到卡祖鲁纳塔尔的燃油管道，现场焊缝用水泥毯快速保护，因其质地柔软，适合弯头等形状特殊的部位防护。

4.3 边坡防护工程

喷射混凝土与坡顶路面结合部位易形成积水，且作业时粉尘大，对工人的身体伤害较大，对作业工人工作专业性要求强。水泥毯对场地的适应性极强，相比原有的喷射混凝土支护，适用范围更广，效果更好，其可覆盖原本上方通道及排水沟，及时形成新的作业通道，提供良好的工作环境。此外，水泥毯弥补了传统喷射混凝土边坡由于反应时间长造成的安全隐患，也排除了传统混凝土作业时受下雨天气的影响。水泥毯良好的特性能使其能在短时间内提供较大面积的平整场地[6]。在一定程度上，水泥毯可取代低级别传统混凝土，降低对传统混凝土的依赖。

4.4 水泥毯家具

家具产品中有近80%为木质家具，这种天然古老的材质因其美观、无污染，给人们一种舒适清新的感觉，备受人们的青睐。2019年全国木质家具产量为25315.33万件之多。这种大量的木材需求，以及家具的回收处理等问题毫无疑问地给社会造成了巨大压力。

水泥毯强度性能表明，其完全可以满足户外家具用材的各项使用标准，并且水泥毯良好的阻燃性能也远远优于当前多数常用的户外家具材料。如果使用水泥毯代替常用户外家具用材，不仅提高了家具使用年限，改善了家具处理问题，而且减少了常用户外家具用材的使用，如木材、金属、塑料等常用材料的需求。虽然，水泥毯家具目前存在着一些问题，如表面光滑度不好、颜色种类不多且不便着色、细小精致家具困难等问题。但是，随着科学技术的进步和水泥毯制作工艺的逐步成熟，这些问题终将被解决。因为户外家具材料的短缺，水泥毯家具的良好性能以及人们环保意识的逐渐增强，水泥毯家具会被越来越多人们所接受[7]。

5 结语

水泥毯的应用将逐步进入人们的视野。首先，传统的胶凝材料定义逐步被打破，水泥毯作为新材料、新技术，正在引起人们的关注。其次，也因为使用水泥毯方便灵活、环保经济、坚硬抗裂、防火防渗等优点，水泥毯有充分的价值不断开发出更加合适它的应用领域。最后，国外的应用实例提供了应用经验，也表明了水泥毯应用前景十分广阔，在未来的工程中将占据越来越重要的地位。水泥毯将以一种全新的姿态在中国乃至全世界，展现出别样的风采。