具有低碳钢性能的无机复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种具有低碳钢性能的无机复合材料及其制备方法，属于混凝土材料技术领域。

背景技术：

低碳钢具有235～345mpa弹性极限强度和高塑形与韧性等特点，在钢结构工程中得到广泛的应用和发展。但是钢材在潮湿环境，尤其是处于腐蚀性介质中容易锈蚀，严重影响其使用的耐久性。而且钢结构耐火性能较差，随着温度的升高，强度下降，250℃以内强度变化很小，在300℃以后，强度逐渐下降，达到450～650℃时强度下降为零。因此，需要寻找一种新型材料，既具有低碳钢结构的高强度与高韧性，又具有低碳钢结构不具备的耐蚀性和耐火性。

普通低碳钢的耐腐蚀性较差，往往需要经过表面镀锌处理、表面喷涂防锈树脂等措施进行耐腐防护。这些表面防护方法随着低碳钢构件服役时间延长，表面保护层逐渐腐蚀与剥落，维护和维修成本高。普通低碳钢制作的高速公路防撞护栏、高铁声屏障槽形钢龙骨、建筑外挂大理石轻钢龙骨、公共停车场轻钢屋架、建筑城市雕塑钢结构等在自然环境中的日照雨淋、干湿循环使得普通低碳钢耐腐加剧，带来安全隐患。

活性粉末(rpc)材料具有高耐久性、耐蚀性、耐火性等特点，但是现有的利用活性矿物掺加料(如硅灰、石英粉)制备的rpc材料大都是采用自然养护或者干热养护，这导致其内部矿物掺料的活性未能得到充分的发挥，抗压强度大致只能达到170-230mpa，弯曲强度大致为30-60mpa(安明哲,王庆生,丁建彤.活性粉末混凝土的配制原理及应用前景[j].建筑技术,2001,32(1):15-16.)，各项性能指标均未能达到低碳钢的水平。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有抗压强度>300mpa，抗折强度接近100mpa的具有低碳钢性能的无机复合材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：

具有低碳钢性能的无机复合材料，按重量份数计包括：水泥100份，硅灰30～40份，石英砂90～110份，粉煤灰55～65份，减水剂2～4份，拌合水22～24份，体积分数为3％～8％的长钢纤维和体积分数为1％～3％的短钢纤维，所述的水泥、硅灰和粉煤灰组成胶凝材料，所述的胶凝材料的钙硅比为0.65～0.75。

本发明中所述的水泥为52.5号普通硅酸盐水泥。

本发明中所述的硅灰为无定形结晶状颗粒，呈灰白色，二氧化硅含量为90wt％～95wt％。

本发明中所述的粉煤灰为i级灰d50<8μm，比表面积>0.70m²/g，二氧化硅含量为40wt％～60wt％。

本发明中所述的石英砂为粒径范围为16目～100目。

本发明中所述的拌合水为冰水混合物，拌合水的温度为0℃。

本发明中所述的减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

本发明中所述的短钢纤维的直径为20～40μm，长度为1000～1500μm。

本发明中所述的长钢纤维的抗拉强度大于2000mpa，直径为0.2mm，长度为12～20mm。

上述的具有低碳钢性能的无机复合材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，按比例将硅灰、石英砂和粉煤灰搅拌混合均匀，加入30％冰水搅拌使矿物材料表面润湿，再加入水泥、剩余冰水和减水剂，搅拌至形成浆体，最后加入钢纤维，搅拌得到砂浆；

步骤2，将砂浆放入模具中，振动成型，覆盖保鲜膜，置于20±2℃养护环境中静置，脱模；

步骤3，脱模试样置于50～90℃水中，进行水浴养护1～3天；

步骤4，将水浴养护后的试样置于200±2℃饱和蒸气压下养护12～24h，自然冷却至室温，得到具有低碳钢性能的无机复合材料。

优选地，步骤1中，所述的硅灰、石英砂和粉煤灰搅拌混合时间为2～3min，加入30％冰水搅拌的时间为2～3min，加入钢纤维后的搅拌时间为1～2min。

优选地，步骤2中，所述的振动时间为3～6min，24h以后脱模。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)采用粉煤灰作为主要原料，充分发挥粉煤灰的火山灰活性，降低制备成本，同时实现粉煤灰的回收综合利用。

(2)本发明控制钙硅比为0.65～0.75，有利于形成单碱水化硅酸钙，单碱水化硅酸钙相对于双碱水化硅酸钙，其抗压强度较高，从而增强无机复合材料制品的强度。

(3)利用长短钢纤维复合增韧效应，提升该无机复合材料的力学性能。1-2mm短钢纤维既可阻滞基体内部微裂纹发生和发展又可以充当超强骨料的作用，提升无机复合材料的弹性模量；12-20mm长钢纤维具有锚固作用，约束基体的开裂，提升基体的韧性和结构延性。

(4)采用0℃冰水，吸收水泥水化时的放出的热量，提升水泥砂浆流动性。

综上所述的，本发明的无机复合材料的抗压强度能达到300～400mpa，抗弯强度80～110mpa，弯曲挠度达到1.25mm(见图1弯曲载荷与中点位移)，具有显著塑性，其强度已经达到低碳钢性能，适用于制备高速公路防撞护栏，既具有高强度，高冲击韧性，又具有良好的耐久性，同时本发明的无机复合材料在受到冲击时，由于弹性模量较碳钢低，冲击时受力时间较长，缓冲效果更佳，减轻交通事故形成的危害。

附图说明

图1为无机复合材料三点弯曲试件载荷与位移变化趋势图，试件尺寸40х40х160mm；测试条件，跨距100mm；最大弯曲载荷43.3kn；弯曲强度101.5mpa。

图2为长度1～2mm短钢纤维的形貌图。

图3为长度12～20mm钢纤维的形貌图。

图4为无机复合材料的制备流程图。

具体实施方式

与现有相比，本发明的技术方案的创造性在于：

(1)利用粉煤灰的火山灰效应，微集料效应以及与硅灰的超叠加效应来提升无机复合材料的力学性能。由于粉煤灰独特的矿物颗粒特征，在高效减水剂作用下可大大提高浆料流动性。粉煤灰的“微集料效应”则是由于独立的粉煤灰颗粒进入水泥颗粒间隙中，防止水泥粘结，有利于水化反应，增强了无机复合材料的致密性水化的进行。粉煤灰中还含有活性sio2和a12o3，一旦其活性受到激发，能和水泥水化生成的氢氧化钙(ch)发生二次水化反应.既消耗了ch含量，又生成具有胶凝性的c～s～h凝胶，改善基体强度。粉煤灰与硅灰配合使用时产生的超叠效应，硅灰中sio2能与水泥中早期水化时产生的ch发生反应，有利于无机复合材料早期强度的增长，而粉煤灰由于其二次水化反应较慢，主要参与后期的水泥二次水化反应，这就有利于粉末活性无机复合材料的后期强度的增长。

普通硅酸盐水泥中硅酸三钙(c3s)与硅酸二钙(c2s)占总重75％以上，在水泥水化时形成csh凝胶与氢氧化钙，反应式如下：

3cao·sio2+nh2o→cao·xsio2·yh2o+nca(oh)2(1)

2cao·sio2+mh2o→cao·xsio2·yh2o+mca(oh)2(2)

随着水化反应的进行，氢氧化钙(ch)不断生成，同时伴随着热量的释放，使水溶液呈碱性环镜，暴露于水溶液的硅灰颗粒开始和水溶液中的ch反应生成csh凝胶相，其反应如下：

ca⁺²+2yoh^-1+xsio2^-2→cao·xsio2·yh2o(cshgel)(3)

这对无机复合材料早期强度的改善起到很大的作用。在之后进行200℃，1.55mpa饱和大气压蒸汽养护时，蒸压养护促进材料二次水化反应，改善制品内部的微晶体结构。在高温水热介质中，由于sio2与cao溶解速度和产物在溶液中迁移速度不同，因此蒸压养护时，水化硅酸钙最先在砂粒表面生成，然后扩展到砂粒之间的空间，随着水化结晶的发展，它们逐步连接，形成结晶连生体，把砂粒胶结起来，形成致密的空间结构，提高无机复合材料制品的强度。

本发明利用粉煤灰中al2o3与sio2形成的硅铝玻璃体，在蒸压条件下形成cao～al2o3～sio2～h2o体系，高温水化反应下生成多种矿物胶凝物质，最终形成最为致密的微晶结构。从晶体微观结构上看，单纯的某种水化物并不能获得最高的强度，多元矿物微晶体组成的无机复合材料才是最佳的微晶体结构。利用粉煤灰中的活性al2o3，在200℃饱和蒸气压下，容易形成具有巨大的结晶能力水石榴石(c3asnh6-2n)经过碳化或者干湿循环后强度增加，不仅能够弥补单碱水化物碳化后强度降低不足的缺点，还能提升制品的抗冻性，从而增加制品的耐久性。

(2)钢纤维约束无机复合材料基体的膨胀产生自应力约束增强。

无机复合材料经过自然养护生成以cshgel为主要的水化产物，在蒸压养护时形成托贝莫来石相为主要的水化产物。大量研究表明cshgel密度在2.60-2.86(见表1)(jeffreyj.thomas,hamlinm.jennings,andandrewj.allen.relationshipsbetweencompositionanddensityoftobermorite,jennite,andnanoscalcao～sio2～h2o[j].j.phys.chem.c2010,114:7594–7601)，水泥水化形成的cshgel与氢氧化钙(ch)硅灰反应形成的cshgel在蒸压养护条件下形成托贝莫来石，其反应式如下：

cshgel+ca⁺²+oh^-1+sio2^-2→5cao·6sio2·5h2o(4)

由于cshgel密度大于托贝莫来石相，蒸压阶段cshgel转变托贝莫来石由高密度向低密度转化导致体积增加，产生膨胀。对膨胀进行约束，限制自由膨胀将产生约束应力。本发明采用大掺量钢纤维抑制内部胶凝材料转变时产生的微膨胀，从而在无机复合材料内部形成自应力，提升无机复合材料的力学性能。

表1c～s～h相的密度数据

该类型无机复合材料的强度主要是由水泥水化反应、硅灰、粉煤灰火山灰活性等共同作用下产生。其中硅灰在常温下具有良好的火山灰活性，在试样进行20～90℃浴养期间，硅灰参与二次水化反应，这使得制品早期就具有很高的强度，这能有效抑制无机复合材料早期的膨胀或收缩。试样在经过200℃，1.55mpa的饱和蒸气压养护时，充分发挥的各组分矿物材料的火山灰活性，已经水化形成的csh凝胶。水热条件下溶液中ca⁺²、si⁺⁴、oh^-1等离子浓度达到过饱和析出tobermorite晶体；这种高密度(2.60g/cm³)、高钙硅比的csh凝胶相向低密度(2.48g/cm³)、低钙硅比的托贝莫来石(tob)转变时，试样产生体积微膨胀。在低水胶比情况下，由于经过热水浴养护后的csh凝胶就具有很高的强度，托贝莫来石(tob)的生长就受到结晶空间的约束，最终导致该无机复合材料结构致密，宏观缺陷少，最可几孔分布小于10nm。

(3)短钢纤维与长钢纤维对无机复合材料基体协同复合增韧增强机制。选用长度分别为1～2mm短钢纤维(直径0.05～0.1mm)和12～20mm镀铜钢纤维(直径0.2mm)作为增强相，见图2、3。

长、短钢纤维掺加协同增强增韧具有三种功能：①短钢纤维长度在1～2mm，在混合料搅拌过程中比较容易均匀分布在无机复合材料基体中。在相同钢纤维体积掺加量的条件下，短钢纤维数根成倍增加，有效的阻碍无机复合材料内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展，提高基体的抗裂强度，同时还可以使裂纹尖端的应力集中得到松弛；②短钢纤维掺加均匀分布在无机复合材料基体中作为高弹性模量的骨料，可以提高无机复合材料的弹性模量；③掺加12～20mm钢纤维改善无机复合材料的韧性及结构的延性。钢纤维在无机复合材料的失效形式是钢纤维拔出，蒸压过程产生csh凝胶向托贝莫来石相转变产生体积膨胀，基体膨胀对钢纤维具有挤压作用，增加钢纤维与基体的锚固性，同时钢纤维对无机复合材料膨胀约束产生自应力，钢纤维对基体约束抑制基体的开裂。因此，短钢纤维在基体内部均匀分布对裂纹扩展的阻断，基体膨胀与钢纤维的约束两者复合作用提升无机复合材料的力学性能。

(4)无机复合材料体系设计较低钙硅比，有利于形成单碱水化硅酸钙。单碱水化硅酸钙相对于双碱水化硅酸钙，其抗压强度较高，从而增强无机复合材料制品的强度。单碱水化硅酸钙的晶体尺度较小，比表面积大，由此生成的结晶连生体具有很多的接触点，因而强度高，而由双碱水化硅酸钙粗大晶体所组成的连生体，其接触点数量相对单碱水化硅酸钙大大减少，所以形成的制品强度相对较低。

(5)水泥水化热高，放热反应加速水泥水化是使水泥砂浆流动性降低的主要原因。利用冰水混合物，加入0℃拌和水能有效降低水泥水化早期的水化速率，吸收水泥水化放热量，提高了水泥砂浆流动度。

实施例1

此实施例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.3:0.62:0.03:0.24:1.1，钙硅比为0.75，长钢纤维体积比为7％，短钢纤维1％。

第一步，将671.5g石英砂、183.2g硅灰和378.5g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)44.0g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余102.6g冰水与18.3g减水剂混合均匀，将610.5g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中，搅拌混合物6～10min，待材料形成浆体之后，加入长钢纤维420g与短钢纤维60g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入80℃水中养护2天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始抗压强度。

第四步，将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护24小时，然后自然冷却至室温，得到具有低碳钢性能的钢纤维增韧无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度为390.0mpa，抗折强度为103.4mpa，为具有低碳钢性能的无机复合材料。

实施例2

此实施例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.35:0.60：0.04:0.23:1.0，钙硅比控制为0.72，长钢纤维体积比为4％，短钢纤维2％。

第一步，将630g石英砂、220.5g硅灰和378g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)43.5g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余101.4g冰水与25.2g减水剂混合均匀，将630g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入长钢纤维240g、短钢纤维120g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入90℃水中养护1天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始抗压强度。

第四步，将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护18小时，然后自然冷却至室温，得到具有低碳钢性能的钢纤维增韧无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度326.8mpa，抗折强度为87.2mpa，为具有低碳钢性能的无机复合材料。

实施例3

此实施例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.3:0.62：0.03:0.24:1.1，钙硅比控制为0.75，长钢纤维体积比为5％，短钢纤维2％。

第一步，将671.5g石英砂、183.2g硅灰和378.5g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)44.0g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余102.6g冰水与18.3g减水剂混合均匀，将610.5g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入长钢纤维300g，短钢纤维120g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入50℃水中养护3天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始抗压强度。

第四步，将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护18小时，然后自然冷却至室温，得到具有低碳钢性能的钢纤维增韧无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度355.6mpa，抗折强度为93.7mpa，为具有低碳钢性能的无机复合材料。

实施例4

此实施例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.40:0.55：0.04:0.24:0.9，钙硅比控制为0.73，长钢纤维体积比为8％，短钢纤维1％。

第一步，将594g石英砂、264g硅灰和363g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)47.5g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余110.8g冰水与26.4g减水剂混合均匀，将660g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入长钢纤维480g、短钢纤维60g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入90℃水中养护3天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始强度。

第四步，将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护24h小时，然后自然冷却至室温，得到具有低碳钢性能的钢纤维增韧无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度407.5mpa，抗折强度为108.5mpa，为具有低碳钢性能的无机复合材料。

实施例5

此实施例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.40:0.65：0.03:0.23:1.1，钙硅比控制为0.68，长钢纤维体积比为3％，短钢纤维3％。

第一步，将671.6g石英砂、244.2g硅灰和396.8g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)42.1g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余98.3g冰水与18.3g减水剂混合均匀，将610.5g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入长钢纤维180g、短钢纤维180g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入90℃水中养护2天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始强度。

第四步，将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护12h小时，然后自然冷却至室温，得到具有低碳钢性能的钢纤维增韧无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度335.5mpa，抗折强度为80.4mpa，为具有低碳钢性能的无机复合材料。

表2实施例数据汇总

*注：钢纤维掺加量为体积掺加量。

以下以实施例5为基准，分别设计6组对比例，为短钢纤维长度过长、只加短钢纤维、只加长钢纤维、钙硅比过低、钙硅比过高以及使用常温(30℃)拌和水进行对比说明。

对比例1：短钢纤维长度过长。

此对比例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.40:0.65：0.03:0.24:1.1，钙硅比控制为0.68，长钢纤维体积比为3％，5mm短钢纤维3％。

第一步，将671.6g石英砂、244.2g硅灰和396.8g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)44.0g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余102.6g冰水与18.3g减水剂混合均匀，将610.5g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入镀铜长钢纤维180g、5mm短钢纤维180g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入90℃水中养护2天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始强度。

第四步，将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护12h小时，然后自然冷却至室温，得到增韧无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度205.3mpa，抗折强度为49.3mpa，不具有低碳钢性能。

对比例2：只加短钢纤维

此对比例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.40:0.65：0.03:0.23:1.2，钙硅比控制为0.68，1～1.5mm短钢纤维3％。

第一步，将732.6g石英砂、244.2g硅灰和396.8g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)42.1g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余98.3g冰水与18.3g减水剂混合均匀，将610.5g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入1～1.5mm短钢纤维180g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入90℃水中养护2天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始强度。

第四步，将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护12h小时，然后自然冷却至室温，得到无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度218.4mpa，抗折强度为32.5mpa，不具有低碳钢性能。

对比例3：只加长钢纤维

此对比例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.40:0.65：0.04:0.24:1.5，钙硅比控制为0.68，长钢纤维体积比为3％。

第一步，将786.7g石英砂、209.1g硅灰和340.9g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)37.8g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余88.1g冰水与21.0g减水剂混合均匀，将524.5g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入长钢纤维180g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入90℃水中养护2天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始强度。

第四步,将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护12h小时，然后自然冷却至室温，得到无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度200.9mpa，抗折强度为65.4mpa，不具有低碳钢性能。

对比例4：钙硅比过低

此对比例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0:2.0:0.04:0.26:1.5，钙硅比控制为0.53，长钢纤维体积比为3％，1～1.5mm短钢纤维3％。

第一步，将620.7g石英砂和827.6g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)32.3g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余75.3g冰水与16.6g减水剂混合均匀，将413.7g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入长钢纤维180g、1～1.5mm短钢纤维180g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入90℃水中养护2天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始强度。

第四步，将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护12h小时，然后自然冷却至室温，得到无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度148.8mpa，抗折强度为35.4mpa，不具有低碳钢性能。

对比例5：钙硅比过高

此对比例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.20:0.20：0.03:0.23:0.7，钙硅比控制为1.28，长钢纤维体积比为3％，1～1.5mm短钢纤维3％。

第一步，将611.9g石英砂、174.8g硅灰和174.8g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)60.3g冰水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余140.7g冰水与26.2g减水剂混合均匀，将874.1g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入长钢纤维180g、1～1.5mm短钢纤维180g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入90℃水中养护2天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始强度。

第四步，将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护12h小时，然后自然冷却至室温，得到无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度204.1mpa，抗折强度为42.8mpa，不具有低碳钢性能。

对比例6：常温水

此对比例中原料组成为：水泥：硅灰：粉煤灰：减水剂：水：石英砂＝1:0.40:0.65：0.03:0.20:1.1，钙硅比控制为0.68，长钢纤维体积比为3％，1～1.5mm短钢纤维3％，水为30℃常温水。

第一步，将671.6g石英砂、244.2g硅灰和396.8g粉煤灰放入搅拌机中搅拌2～3min，待混合物搅拌均匀，加入(30％)36.6g水润湿矿物材料，搅拌2～3min。将剩余85.5g水与18.3g减水剂混合均匀，将610.5g水泥与剩余冰水依次置入搅拌锅中搅拌6～10min，待材料形成浆体之后，加入长钢纤维180g、1～1.5mm短钢纤维180g，搅拌1～2min，至钢纤维均匀分布与水泥砂浆中。

第二步，将第一步的复合砂浆放入40*40*160mm的三联模具中，采取振动成型的方法，振动3～6min，确保料浆在模具中均匀摊开和成型，表面刮平，覆盖上保鲜膜，放置在20±2℃养护环境静停，24小时后脱模。

第三步，将第二步制成的无机复合材料放入90℃水中养护2天，在此期间发生部分氧化钙与二氧化硅预反应，生成水化硅酸钙并使得试样具有良好的初始强度。

第四步,将水浴养护之后的试样，送入蒸压釜中，于200℃饱和蒸气压下养护12h小时，然后自然冷却至室温，即可得到具有低碳钢性能的钢纤维增韧无机复合材料。

第五步，将无机复合材料根据《水泥胶砂强度检验方法法(iso法)》(gb/t17671～1999)进行力学性能测试，制得的无机复合材料的抗压强度217.3mpa，抗折强度为44.2mpa。该配比由于常温拌和水温度较高，水泥水化速度较快，导致浆体在变搅拌过程中边凝结；在浇筑时由于流动性不佳，容易在内部形成孔隙造成制品性能不佳，因此不具有低碳钢性能。