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  水泥是建筑材料的主要成分，被廣泛用于建造世界各地的住房、路面和其他社會基礎設施，2022年全球水泥消耗量超過40億噸。然而，水泥固有的脆性導致其材料極易開裂，給水泥基復合材料的增韌加工帶來了重大挑戰。

  針對水泥材料增韌問題，武漢紡織大學科研團隊通過纖維素輔助濕法紡絲技術，實現了水泥纖維的大規模連續制備，該工藝將水泥顆粒原位嵌入多孔纖維素基體中。該水泥纖維具有較好的柔性，可編織成織物；同時具備水泥水化硬化特性。硬化后的水泥纖維織物展現出高韌性、抗沖擊性能、輕量化特性、低導熱率及優異防水性，為隔熱工程、抗震高層建筑及耐久建材領域提供了重要應用前景。

  2025年7月15日，該工作以題為“Flexible Cement Fibers with High Toughness and Water-Activated Setting Behavior for Construction”的論文發表在《Nature Communications》上。武漢紡織大學朱坤坤副教授為本文第一作者，武漢紡織大學徐衛林教授、王金鳳教授和張曉芳教授為本文通訊作者。

  本研究聚焦于傳統水泥材料韌性不足的問題。受織物結構材料韌性高的啟發，團隊提出了一種纖維素輔助濕法紡絲策略，用于開發水泥基纖維材料。所得水泥纖維在91 %的高水泥含量下仍具柔性，可編織成織物。此外，該策略具備大規模生產可行性，且纖維織物力學性能優異，為新型水泥基材料的開發與應用提供了新思路。

圖1. 水泥纖維的設計和制備

  在水泥水化過程中，水化產物通常會在未水化的水泥顆粒周圍形成保護殼，這會減緩水分向內部擴散的速度，從而限制水化速率。對于水泥纖維，具有良好親水性的纖維素骨架可作為水分的傳輸通道以及水化產物的成核位點，這大大加快了水化進程。

圖2. 纖維素網絡加速水泥的水化反應速度

  水泥纖維具有獨特的互穿雙網絡結構。遇水前，水泥纖維中纖維素呈網絡結構，水泥呈松散顆粒結構，此時纖維具有柔性可用于編織。遇水后，水泥顆粒水化固化呈網絡結構，此時纖維具有剛性可用定型。

圖3. 水泥纖維的互穿雙網絡結構

  水泥纖維的柔性和水硬性受其組分的影響：纖維素含量越高，水泥纖維遇水前的柔性越好；水泥含量越高，水泥纖維遇水后的硬度越高。同時，水泥纖維可與粘膠纖維、棉纖維等其他纖維一起制備復合織物。水泥織物遇水前可編輯形狀，遇水后固化定型。

圖4. 水泥纖維的可編織性

  水泥纖維兼具高韌性（約600 kJ/m3）和輕質特性（密度低至1.2 g/cm³）。此外，該織物還展現出顯著增強的抗沖擊性能，這與原始水泥板因結構應力集中而易產生脆性裂紋的特性形成鮮明對比。數值模擬分析證實，織物結構不僅具備強大的能量吸收能力，還能在塑性變形過程中保持完整結構不發生斷裂。

圖5. 水泥纖維織物的優勢

  綜上所述，該工作提出了一種通過濕法紡絲技術實現大規模纖維素基水泥纖維制備的簡便方法，該工藝使水泥在纖維素基質中原位嵌入。經水化處理后獲得的纖維形成具有互穿雙網絡結構的水泥基復合材料，其由硬化結構與連續纖維素網絡相互連接構成，界面結合緊密。所得水化纖維織物展現出優異的韌性與抗沖擊性能，超越了大多數水泥基復合材料。更重要的是，這種水泥基纖維通過簡單的水化固化工藝即可加工制造，可編織成具有復雜三維結構的多樣化水泥基織物。此外，這類水泥基織物兼具優異性能：韌性良好、強度高、重量輕、隔熱性強、防水性好，且適合大規模生產，因此在建筑工程、藝術創作、水利工程、土木工程及裝飾工程等領域具有廣闊應用前景。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61855-2