复合材料-第七章水泥基复合材料
水泥基复合材料
水泥基复合材料水泥基复合材料是以硅酸盐水泥为基体，以耐碱玻璃纤维、通用合成纤维、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性能纤维、金属丝以及天然植物纤维和矿物纤维为增强体，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料。
水泥基复合材料可以分为水泥基和增强体两部分，目前比较热门的水泥基复合材料是纤维水泥基复合材料，它通常是指以水泥净浆，砂浆为基体，以非连续短纤维或连续长纤维为增强材料所组成的复合材料，也叫纤维混泥土。
在混泥土中加入纤维，可以强化水泥砂浆，提高水泥基复合材料拉伸、弯曲及冲击强度，控制裂纹的扩展，改善失效模式和成型时材料的流动性，是改善其性能的最有效途径。
纤维在水泥基体中至少有以下三个主要的作用：1，提高基体开裂的应力水平，即使水泥基体能承受更高的应力；2，改善基体的应变能力或延展性，从而增加它吸收能量的能力或提高它的韧性，纤维对基体韧性的改善往往比较显著，甚至在它对基体的增强作用小的情况下也是如此；3，能够阻止裂纹的扩展或改变裂纹前进的方向，减少裂纹的宽度和平均断裂空间。
其次纳米水泥基复合材料，水泥硬化浆体是由众多的纳米级粒子和众多的纳米级孔和毛细孔以及尺寸较大的结晶型水化产物所组成的。
采用纳米技术改善水泥硬化浆体的结构，可望在纳米矿粉---超细矿粉---高效减水剂---水溶性聚合物---水泥系统中，制的性能优异，高性能的水泥硬化--纳米复合水泥结构材料，并广泛应用于高性能或超高性能的水泥基涂料、砂浆和混泥土材料中，在不远的将来，继超细矿粉之后，纳米矿粉将有可能成为高性能混泥土材料的又一重要组分，这也是传统水泥材料的改进和又一次革命。
水泥基复合吸波材料，隐形技术是一种通过控制和降低武器系统和其他军事目标的特征信号，使其难以发现、识别、跟踪和攻击的综合性技术，通过对水泥基复合材料进行改性，使其能够吸收电磁波，从而达到对雷达的隐身性能，既得到所谓的水泥基复合吸波材料。
水泥基吸波材料是在水泥或混泥土中移入吸波剂而具有吸收电磁波功能的一类新型材料。
水泥基复合材料讲义
绪论一、简述混凝土的应用随着社会经济的发展，土木建筑事业也迅速发展，对混凝土的需求也日益增大。
目前，混凝土的应用已从一般的工业与民用建筑、港口码头、道路桥梁、水利工程等领域扩展到了海上浮动领域、海底建筑、地下城市建筑、高压储罐、核电站等领域，已成为世界上用量最大的人造石才。
二、混凝土的定义由胶结材(无机的、有机的或无机有机复合的)、颗粒状材料以及必要时加入化学外加剂和矿物掺合料等组分合理组成的混合料经硬化后形成具有堆聚结构的复合材料称为混凝土（这类混凝土的组织结构类似干某些天然岩石，故又称为人造石）。
三、混凝土的分类(一)按胶结材分1．无机胶结材混凝土(1)水泥混凝土：各种水泥为胶结材(2)石灰—硅质胶结材混凝土：石灰和各种合硅原料(砂及工业废渣等)以水热合成方法来产生水化矿物胶凝物质(3)石膏混凝土：以各种仓膏为胶结材制成(4)水玻璃—氟硅酸钠混凝土：木玻璃为胶结材，以氟硅酸钠为促硬剂制成2．有机胶结材混凝土(1)沥青混凝土：以沥青为胶结材制成，主要用于道路工程(2)聚合物胶结混凝土：以纯聚合物为胶结材制成3．无机有机复合胶结材混凝土(1)聚合物水泥混凝土：在水泥混凝土混合料中掺入聚合物或者用掺有聚合物的水泥制成(2)聚合物浸渍混凝：以水泥混凝土为基材，用有机单体液浸谈和聚合制成(二)按混凝土的结构分1．普通结构混凝土：它由粗、细集料和胶结材制成。
（碎石或卵石、砂和水泥制成者，即是普通混凝土。
）2．细粒混凝土：细集料和胶结材制成3．大孔混凝土：仅由粗集料和胶结材制成4．多孔混凝土：既无粗集料、也无细集料全由磨细的胶结材和其他粉料加水拌成的料浆用机械方法或化学方法位之形成许多微小的气泡后再经硬化制成(三)按容重分1．特重混凝土2．重混凝土3．轻混凝土4．特轻混凝土(四)按用途分结构用混凝土、隔热瘟凝土、装饰混凝土、耐酸混凝土、耐碱混凝土、耐火混凝土、道路混凝土、大坝混凝土、收缩补偿混凝土、海洋混凝土、防护混凝土等等。
水泥基复合材料
纤维增强
纤维增强水泥基复合材料是由不连续的纤维均匀地分散于水泥混凝土基材中形成的复合材料.纤维与水泥浆基 材的黏结比较牢固形成了遍布结构全体的纤维网。当基本材料受拉力过高开裂时拉力可逐步转移到横跨裂纹的纤 维上增大了混凝土结构的变形能力。纤维的拉伸强度较高使混凝土结构的拉伸强度增大。复合材料的抗拉、抗弯、 抗裂、抗疲劳、抗振及抗冲击能力得到显著改善。纤维增强水泥基复合材料的主要性能特点：力学性能比普通混 凝土明显改善；新拌混凝土的坍落度值比未掺纤维时低；混凝土的抗渗性有明显的改善；搅拌工艺不当时易产生 纤维结团现象；运输及浇注中有时会出现分层。纤维增强混凝土的开发趋势为：钢纤维和玻璃纤维被公认为最有 前途的增强纤维；耐碱玻璃纤维将来可能成为石棉的的代用品；聚丙烯和尼龙等合成纤维对增加抗拉强度完全无 效，但抗冲击性能十分优良；碳纤维的抗弯强度介于纲纤维和耐碱玻璃纤维之间，在各种纤维中钢纤维对裂缝的 约束能力最好对于抗弯、拉伸强度也最有效。增强混凝土的韧性最好。
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简介
水泥基复合材料是指以硅酸盐水泥为基体，以耐碱玻璃纤维通用合成纤维、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性 能纤维、金属丝以及天然植物和旷物纤维为增强体，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料。
材料制备
基本上按所用的增强体品种划分，水泥基复合材料比一般混凝土性能有所提高。以短切的耐碱玻璃纤维约 3~10%含量的复合材料为例，其密度为1600~ 2500kg/m³，抗冲强度8.0~/mm²，压缩强度48~83MPa，热膨胀系数 为11-16X10¯⁶K¯ᴵ。性能随所用原材料、配比、工艺和养护条件而异。这种复台材料的成型工艺基本上有搅拌，喷 射、挤出缠绕和铺设等方法。成型后还需一定的养护过程使之不发生畸变和降低性能，水泥基复合材料基本上用 于制造建筑构件，如内、外墙板、天花板等。已试图将高性能纤维与树脂构成的复合材料代替传统的钢筋用于超 高层建筑的混凝士承重框架中 。
水泥基复合材料
《水泥基复合材料》总结无机非09-1班赵学伟23水泥基复合材料是以硅酸盐水泥为基体，以耐碱玻璃纤维、通用合成纤维、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性能纤维、金属丝以及天然植物纤维和矿物纤维为增强体，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料。
它比一般混凝土性能有所提高。
以短切的耐碱玻璃纤维约3％～10％含量的复合材料为例，其密度为1600～2500kg/m3，抗冲强度8.0～24.5N·mm/mm2，压缩强度48～83MPa，热膨胀系数为(11～16)×10-6K-1。
性能随所用原材料、配比、工艺和养护条件而异。
水泥基复合材料基本上用于制造建筑构件，如内、外墙板、天花板等。
主要分为混凝土，纤维增强水泥基复合材料及聚合物改性混凝土三大类。
今天主要介绍下纤维增强水泥基复合材料和聚合物改性混凝土材料。
一纤维增强水泥基复合材料国际上对碳纤维、聚丙烯腈纤维混凝土结构的研究日趋活跃，有关论文明显增多。
由于碳纤维是高科技纤维中发展最快的品种之一，它具有高强度、高弹模、高抗腐蚀的众多优点，因此把碳纤维应用于土木工程及建筑工程是许多科技人员长久的梦想。
决定碳纤维能否推广使用于土木工程的关键是其价格。
随着工业技术的进步，最近几年碳纤维价格逐年下降，为推广使用提供了条件。
国外将高性能纤维材料用于土木工程的领域己非常广阔，主要有以下几个途径：1）将短碳纤维、聚丙烯腈纤维加入新混凝土中，制成高性能纤维混凝土新结构，现已有一定的工程实例，目前主要用于薄壳结构、耐腐蚀结构、喷射混凝土及道路工程等。
2）将碳纤维长丝制成棒材，在新混凝土结构中替代钢筋或预应力钢筋，用于新建混凝土结构，主要用于海洋工程、大跨度桥梁及需电磁透过的工程结构，或将棒材用于结构加固，国外的工程实例已较多。
3）将碳纤维加工成束状或绳状，用于大跨度桥梁的拉素或大跨度空间结构的悬索、拉索等。
4）将碳纤维棒材与混凝土一起制成预制混凝土梁、板、屋架，或用纤维棒制作网架等，这些新结构具有质量轻、强度高和耐腐蚀等优点。
复合材料课件第七章 水泥基复合材料-2
湿养护有利于水泥的充分水化，以降低混 凝土的孔隙率和切断毛细孔的连续性，温 度养护可减少温度裂缝，从而提高混凝土 抗渗性。因此，混凝土浇筑完毕后，应根 据现场气温条件及时覆盖和洒水，混凝土 养护时间一般不少于14天。
切缝机
50
3、无宏观缺陷水泥
无宏观缺陷水泥（Macro Defect Free，简称 MDF）是20世纪80年代初英国帝国化学公 司实验室的Bitchall和牛津大学的Howard发 明的。
2、水泥混凝土路面
路基土组
粘性土
由各种水干泥湿混类凝型土面层与基层、垫中层湿和路基所构成的路面
22
1:1.5
行车道及 硬路肩路面 结构图示
18
20
土基E0=35MPa
图
例
普通水泥 水泥稳定级配 级配碎石
混凝土面板 碎石基层 底基层
交通等级与混凝土抗折强度（抗压强度） 之间的关系
交通等级
抗折强度
抗碱玻璃纤维 8－20
2.7 1400－2500 70－80
2.0－3.5
中碱玻璃纤维 8－20
2.6 1000－2000 60－70
3.0－4.0
无碱玻璃纤维 8－20
2.54 3000－3500
高弹碳纤维 聚丙烯单丝 Kevlar-29 尼龙单丝 水泥净浆
9 ―――
12 100－200
―――
1.9 0.9 1.44 1.1 2.0－2.2
工艺路线：将水泥加少量的水、水溶性聚 合物、甘油经高效剪切搅拌后，在较低的 温度下压制成型，得到一种抗压强度可达 到200MPa，抗折强度可达到60-70MPa的新 型水泥基材料。
4、超细粒子均匀排列密实填充体系
超细粒子均匀排列密实填充体系（Densitif ied system contain ing homogeneously arranged u ltrafine particles， DSP）是丹麦A alborg波特兰水泥混凝土实验室的Bache 等在20世纪70年代末首先研制出来的一种水泥基高强 材料。
水泥基复合材料
纤维增强水泥基复合材料综述学号：079024444 姓名：王柳班级：无机072水泥基复合材料概述：最早的、最常见的水泥基复合材料其实就是我们所熟悉的混凝土。
自八十年代美国将混凝土定义为水泥基复合材料以来，这个称法已逐渐地被各国学者认同。
该定义赋予了水泥更多科技内涵，也为水泥研究提供了新的方法，将复合材料的研究方法引入水泥领域，将大大推动水泥科学的发展。
复合材料是指由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料，一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。
混凝土其实就是采用复合材料中的颗粒增强手段来提高性能。
混凝土中的水泥将砂、石等增强体胶结在一起，这就大大提高了单个材料的性能，这也是复合材料的优势！但是单纯的将沙石等颗粒材料胶结在一起形成的混凝土抗压但是不抗拉，其抗拉强度较低，韧性较差。
所以后来人们才混凝土中加入钢筋，钢筋混凝土类似我们在复合材料中所学的纤维增强，只不过钢筋比较粗还不能称作纤维，钢筋在混凝土中钢筋主要承受拉应力，这样混凝土的抗拉强度就得到了很大的提高，于是就出现了钢筋混凝土，我们现在大量运用的我其实就是这种！纤维增强水泥基复合材料的组成：一、水泥水泥在纤维增强水泥基复合材料中是一种胶结材料，与水拌合形成水泥浆，以其很高的粘结力将砂、石和钢纤维胶结成一整体。
目前，在纤维增强水泥基复合材料中常用的水泥强度主要为等级为32.5和42.5的普通硅酸盐水泥。
二、砂砂又称细骨料，用于填充碎石或砾石等粗骨料的空隙，并共同组成纤维增强水泥基复合材料的骨架。
砂的粗细程度用砂的细度模数表示用细度模数大的砂，即粗砂进行拌制容易产生离析和泌水现象。
用细度模数小的砂，即细砂进行拌制，则水泥用量较大!需要较多的水泥浆包裹在砂的表面。
因此，砂的细度模数应适中。
三、石又称粗骨料，是组成纤维增强水泥基复合材料的骨架材料，通常为碎石。
纤维增强水泥基复合材料的粗骨料的粒径不宜大于20mm,若骨料粒径过大,将削弱纤维的增强作用，且纤维集中于大骨料周围，不便于纤维的分散。
水泥基复合材料概论
水泥基复合材料概论水泥基复合材料z09016123柴亚春水泥基为材料既不像是钢材那样厚实，也不像是钢材那样坚毅，而沦为应用领域最广为的材料的三个主要原因就是其具备较好的耐水性、出色的可以加工性和明显的经济性。
因此，水泥基为材料仍然就是当今应用领域最为广为的建筑材料。
然而，水泥基为材料属脆性材料，它的的抗拉、抗弯强度高，音速快速反应大，抗冲强度高，脆性小，极易脱落，存有着轻微的耐久性问题，往往引起突发性的且难以掌控的建筑物的毁坏，造成了非常大的经济损失，并轻微污染环境，因此，做为一种结构材料在应用领域中受非常大管制。
通过纤维进一步增强水泥和纤维进一步增强混凝土复合材料，就是加强与韧化的水泥和混凝土、进一步提高了其阻裂能力和耐久性，就是赢得高性能水泥和混凝土的有效途径。
1.国内外发展概况自1990年提出高性能混凝土以来，高性能混凝土的内涵已经有了一个不断完善和发展的过程。
美国十分强调高强度和高耐久性；日本学者更关注施工性。
我国吴中伟院士则综合了各种论点提出了较为全面的高性能混凝土的定义，他认为高性能混凝土时一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在妥善的质量控制制成的具有耐久性高、抗阻裂能力强、工作性良好、实用性强、提及稳定性好以及经济合理的水泥基复合材料。
邓家才[4]等用压缩韧性指数衡量了碳纤维对水泥基复合材料韧性的增强作用，发现碳纤维水泥基复合材料的压缩韧性指数明显大于基准水泥基复合材料（增加59%～110%），并且随着碳纤维掺量的增加，变形能力和承载能力增强。
罗建林，段中东以改性巴基管（cnts）为增强材料，制成了巴基管水泥基材料。
2021年大连理工大学徐世r科研团队的高淑龄博士配制得到了拉应变能力为0．7％的pva纤维水泥基复合材料。
对水泥基为材料的音速抗拉强度和音速应变能力都获得了明显提升。
2.一些新型的高韧性水泥基复合材料（一）碳纳米管水泥基复合材料碳纳米管就是日本科学家在1991年辨认出的一种碳纳米晶体纤维材料。
水泥基复合材料
水泥基复合材料
水泥基复合材料是一种由水泥、骨料、掺合料和添加剂等原材料组成的新型建
筑材料，具有优异的力学性能、耐久性和耐腐蚀性能。
它是在水泥基体中加入特定的骨料和掺合料，经过一定的工艺方法制成的一种新型复合材料。
水泥基复合材料具有优良的抗压、抗弯、抗冻融和耐化学腐蚀等性能，广泛应用于建筑工程、道路工程、水利工程等领域。
首先，水泥基复合材料具有优异的力学性能。
由于在水泥基体中加入了特定的
骨料和掺合料，使得水泥基复合材料的力学性能得到了显著提高。
其抗压强度、抗折强度和抗冻融性能均远远优于传统的混凝土材料，可以满足各种工程的使用要求。
其次，水泥基复合材料具有优异的耐久性能。
水泥基复合材料在制备过程中，
采用了特殊的配比和工艺方法，使得其具有良好的耐久性能。
在各种恶劣的环境下，如潮湿、高温、酸碱等条件下，水泥基复合材料都能够保持稳定的性能，不易受到外界环境的影响。
此外，水泥基复合材料还具有良好的耐腐蚀性能。
传统的混凝土材料在受到化
学腐蚀时往往会出现表面起砂、龟裂等现象，影响使用寿命。
而水泥基复合材料由于添加了特定的掺合料和添加剂，使得其具有较强的抗化学腐蚀能力，能够在酸碱环境下长期稳定使用。
总的来说，水泥基复合材料作为一种新型的建筑材料，具有优异的力学性能、
耐久性和耐腐蚀性能，广泛应用于建筑工程、道路工程、水利工程等领域。
随着科技的不断进步和材料工艺的不断改进，相信水泥基复合材料将会在未来得到更广泛的应用和推广，为各种工程提供更加可靠、耐久的建筑材料。
水泥基复合材料
发展趋势
轻质高强 节能环保
智能化 生态化
上海的金茂大厦
设计高度：421m
大跨度桥梁
核电站
7.2 水泥基复合材料的种类及基本性能
水泥基复合材料是指以水泥净浆、砂浆或
混凝土做基体，以非连续的短纤维或连续的
长纤维做增强材所组成的复合材料的总称。
水泥基复合材料的种类
增强材料
基体
钢 玻 有 碳玄
序号 1 2 3
按纤维体积率分类
低纤维体积率纤维增强水泥基 复合材料
中纤维体积率纤维增强水泥基 复合材料
高纤维体积率纤维增强水泥基 复合材料
纤维体积率（%） 范围 0.1-1.0
＞1.0-5.0
＞5.0-20.0
典型的纤维增强水泥基复合材料 品种
（1）维纶纤维增强混凝土 （2）低掺率丙纶纤维增强混凝土 （3）尼龙纤维增强混凝土 （4）低掺率腈纶纤维增强混凝土 （5 ）Vf=0.5%-1% 的钢纤 维增强 混凝土
（1）Vf=1.5%-2.5%的钢纤维增强 混凝土
（2）抗碱玻璃纤维增强水泥 （3）维纶纤维增强水泥 （4）碳纤维增强水泥 （5）RPC （1）石棉水泥 （2）石棉增强硅酸钙 （3）压蒸木浆纤维增强水泥 （4）木浆纤维增强硅酸钙 （5）若干混杂纤维增强水泥基复 合材料
（6）注浆（钢）纤维混凝土 （SIFCON）
内容提纲
7.1 7.1概述 7.2水泥基复合材料的种类与性能 7.3纤维增强水泥基复合材料 7.4聚合物混凝土复合材料 7.5水泥基复合材料的应用
水泥
1 水泥的定义：
凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑 性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，
并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在
水泥基复合材料
水泥基复合材料水泥基复合材料是一种以水泥为基础材料，在其中添加各种复合材料进行改性的新型材料。
由于水泥基材料的强度和耐久性相对较低，加入复合材料能够显著提高其性能，使其具备更好的力学性能、耐久性和可塑性。
水泥基复合材料主要由水泥基体和复合材料组成。
水泥基体是指水泥基材料中的主体，一般为水泥混凝土或者水泥砂浆。
而复合材料是指在水泥基体中添加的改性材料，如纤维、颗粒、胶凝材料等。
常见的复合材料有玻璃纤维增强材料、碳纤维增强材料、聚合物纳米复合材料等。
水泥基复合材料相比传统的水泥材料，具有以下优点：首先，水泥基复合材料具有更好的强度和耐久性。
由于添加了各种复合材料，水泥基体的力学性能得到了显著提升。
在应力作用下，复合材料能够有效地抵抗拉伸、压缩、弯曲等不同形式的力，从而增强了材料的整体强度。
同时，复合材料还可以提高材料的抗裂性能和抗热震性能，延长材料的使用寿命。
其次，水泥基复合材料具有更好的抗渗透性和抗化学侵蚀性。
由于复合材料具有较好的致密性和耐腐蚀性，能够有效地阻止水分和化学物质的渗透，从而减少材料的老化和腐蚀。
这使得水泥基复合材料在潮湿环境和酸碱腐蚀环境中具有更好的性能，适用于海洋工程、化工工程等特殊环境。
最后，水泥基复合材料具有更好的可塑性和施工性能。
由于复合材料的添加，水泥基材料的流动性和可塑性得到了改善，能够更好地适应各种复杂的施工要求。
同时，水泥基复合材料在施工过程中可与钢筋和其他结构材料良好结合，在工程中的适用性更广。
总之，水泥基复合材料的研发和应用，为水泥材料的改性提供了一种新的思路和方法。
通过合理选择和添加不同的复合材料，可以达到对水泥基材料性能的全面提高，增强其力学性能、耐久性和可塑性，从而拓宽了水泥材料的应用领域，也为建筑工程的可持续发展提供了新的解决方案。
水泥基复合材料
用之不竭。天然纤维增强水泥基材料的研究与开发， 具有重要的意义和广阔的前景。用于增强水泥基材料 的天然纤维很多，目前主要有棉杆秸、玉米秸、黄麻、 亚麻、剑麻、椰子壳、甘蔗渣、木纤维等。
近几年来出于环境污染和制造成本的考虑，许多科 学家开始系统研究天然纤维增强水泥基材料，并已发 表了大量的研究论文和综述评论。
动 桥墩、以及河流水库、隧道的内衬等。
态
8.3
石棉纤维增强水泥基材料
纤
石棉纤维增强水泥基材料是现代最早应用的纤维增
维 强水泥基材料，也是用量最大的纤维增强水泥基材料，
增 目前，每年用于增强水泥材料的石棉纤维大约为200
强 万吨。石棉纤维来源丰富价格低廉，具有很高的强度
水 和模量，且纤维与水泥基体相互作用良好，因此是一
72－77
3.6－4.8
1.9
2600
230
1.0
0.9
400
5－8
18
1.44
2900
69
4.0
1.1
900
4
13.0－15.0
史
水泥净浆
―――
2.0－2.2
3－6
10－25
0.01－0.05
水泥砂浆
―――
2.2－2.3
2－4
25－35
0.005-0.015
水泥混凝土
―――
2.3－2.45
1－4
30－40
实心粘土砖的目的。针对上一指示精神，墙材革新与建
8.1
筑节能是节约能源、改善建筑功能、促进住宅产业化的
客观要求，是当今全球建筑业的共同选择，是关系实施
可持续发展战略的重大问题。随着限期禁止使用粘土砖
概 述
水泥与水泥基复合材料
新拌混凝土的性能
工作性：指新拌混凝土适宜各种施工操作，并保 证获得均匀、密实的混凝土的性能 包含：
初凝状态：水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性 所需的时间——初凝时间 终凝状态：水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性 所需的时间——终凝时间
水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分时间搅拌、运输、浇注 和砌筑等操作；否则在施工前已失去流动性和塑性而无法施工。 水泥的终凝不宜过迟，以便施工完毕后尽快硬化，达到一定的强度， 以利于下一步施工工艺的进行；否则将延长施工进度和模板的周转率。
SiO2、Al2O3、Fe2O3
硅酸盐水泥的生产
原材料：石灰质过程：两磨一烧
两磨：生料粉磨、熟料＋石膏粉磨 一烧：1450℃
硅酸盐水泥熟料的矿物组成
熟料矿物： 、
、
组成：
36％～60％ 15～37％ 7～15％ 10～18％
矿物特点： 水化速度、水化放热量、凝结硬化速度、强 度发展速度、最终强度 水泥中的石膏及作用： 调节凝结时间
水泥基复合材料
混凝土的广义定义 新拌混凝土的性能 硬化混凝土的结构 混凝土的性能 混凝土的应用 先进水泥基复合材料
广义混凝土
以胶凝材料、散粒状材料及必要的外掺材 料按比例配制搅拌均匀的混合料经硬化而 得的人工石材，称混凝土。
不加特指，一般即认为是水泥混凝土，即 以水泥石为基体，以砂石等散粒材料为增 强材料的复合材料（水泥基复合材料）。
硅酸盐水泥的技术性质
细度 标准稠度用水量 凝结时间 水化热 强度 体积安定性
水泥技术性质－细度 （1）定义：水泥颗粒的粗细程度或分散度。 （2）细度与性质关系：细度决定了水泥与水接触的 表面积，从而影响水泥的凝结时间和性质。 （3）指标（ GB175-1999） 比表面积：是指单位质量的水泥粉末所具有的表 面积的总和。 —勃氏法（硅酸盐水泥比表面积＞300 m2/kg ） 筛 余 量: 通过0.08mm方孔筛的筛余量（%） —负压筛法（适用于其它水泥） 细度不合格者为不合格品
7水泥基复合材料-1
25
技术要点：
为防止Ca(OH)2和水对纤维的不利影响，水泥中需掺入矿 渣、火山灰或粉煤灰等活性填料。
基体强度要高——强度取决于基体，选高标号水泥。 膨胀系数要适当——af > am，产生预压应力。 纤维足量——纤维相互交错搭接，产生叠加效应。
耐久性：在一般情况下，混凝土具有良好的耐久性。
19
1990年首次提出高性能混凝土（HPC，High Performance Concrete）。
高性能混凝土能更好地满足结构功能要求和施工 工艺要求，能最大限度地延长混凝土结构的使用 年限，降低工程造价。
20
工艺原理与配制技术
配制高性能混凝土的要点：
11
防水混凝土
12
以水泥为基，加入砂、石以及钢筋，钢筋混凝土。 骨料要求强度高，耐碱性好，与基体有良好的结
合，价廉。 钢筋与水泥相容性好，耐碱。为提高钢筋强度和
结合力，近年来要求冷拉、表面轧槽。
13
14
混凝土设计与施工
设计过程：原料选择→工程计算→实验校核调整。 初定配方：水:灰:砂:石=0.5:1:1.5:3。 实验校核：强度实验与和易性实验。 调整：提高水泥标号或用量，可提高强度；提高水量、
降低石料用量，可提高和易性。 最终配方中水泥用量、水灰比 W/C需满足耐久性要求。
Water cement ratio，拌制水泥浆、砂浆、混凝土时所用的水和水泥的重量之比。
15
16
预应力技术
17
Prestressed Concrete
18
和易性：混凝土拌合物最重要的性能。它综合表示拌合物的稠 度、流动性、可塑性、抗分层离析泌水的性能及易抹面性等。
复合材料-第七章水泥基复合材料
1.3 制备高强度水泥混凝土的技术路线
优质的水泥
（低水灰比）
浇筑捣实
优质的骨料 高流动性 （高效率）
养护
（温、湿度）
硬化混凝土
超细矿粉
掺合料 高效减水剂
坍落度损 失的控制
强度 耐久性
1.4 高强混凝土配合比设计原则
（1）水灰比宜小于0.35，对于80~100MPa混凝 土宜小于0.30，对于100MPa以上混凝土宜小于 0.26，更高强度时取0.22左右。
玻璃纤维增强水泥可做雕塑、门窗、花盆等
3．聚合物水泥基复合材料的成型
(1)、聚合物浸渍混凝土的制备方法
使混凝土中空隙和裂缝被填充，是原来的多孔体系 变成较密实的整体，提高了强度和各项性能。
聚合物浸渍混凝土
聚合物浸渍混凝土由于良好的力学性能、 耐久性及抗腐蚀能力，主要用于受力的混 凝土及钢筋混凝土结构构件。
按照增强体的种类分类：
混凝土、 纤维增强水泥基复合材料、 聚合物水泥基复合材料。
1、混凝土
混凝土是以水泥为基体，加入水、粗细骨料、 钢筋，按适当比例拌和均匀，经搅拌振捣成 型，在一定条件下养护而成的复合材料；
原料丰富，价格低廉，生产工艺简单；
抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽；
使用范围广泛，如土木工程、造船业、机械 工业、海洋的开发、地热工程等。
(2）、聚合物混凝土的制备方法
聚合物混凝土(PC) 以聚合物（或单体）全部代 替水泥，作为胶结材料的聚合物混凝土。
常用一种或几种有机物及其固化剂、天然或人工 集料（石英粉、辉绿岩粉等）混合、成型、固化而 成。 聚合物在此种混凝土中的含量为重量的8～25%。 与水泥混凝土相比,它具有快硬、高强和显著改善 抗渗、耐蚀、耐磨、抗冻融以及粘结等性能。
水泥基复合材料讲义
水泥基复合材料讲义绪论一、简述混凝土的应用随着社会经济的发展，土木建筑事业也迅速发展，对混凝土的需求也日益增大。
目前，混凝土的应用已从一般的工业与民用建筑、港口码头、道路桥梁、水利工程等领域扩展到了海上浮动领域、海底建筑、地下城市建筑、高压储罐、核电站等领域，已成为世界上用量最大的人造石才。
二、混凝土的定义由胶结材(无机的、有机的或无机有机复合的)、颗粒状材料以及必要时加入化学外加剂和矿物掺合料等组分合理组成的混合料经硬化后形成具有堆聚结构的复合材料称为混凝土（这类混凝土的组织结构类似干某些天然岩石，故又称为人造石）。
三、混凝土的分类(一)按胶结材分1．无机胶结材混凝土(1)水泥混凝土：各种水泥为胶结材(2)石灰—硅质胶结材混凝土：石灰和各种合硅原料(砂及工业废渣等)以水热合成方法来产生水化矿物胶凝物质(3)石膏混凝土：以各种仓膏为胶结材制成(4)水玻璃—氟硅酸钠混凝土：木玻璃为胶结材，以氟硅酸钠为促硬剂制成2．有机胶结材混凝土(1)沥青混凝土：以沥青为胶结材制成，主要用于道路工程(2)聚合物胶结混凝土：以纯聚合物为胶结材制成3．无机有机复合胶结材混凝土(1)聚合物水泥混凝土：在水泥混凝土混合料中掺入聚合物或者用掺有聚合物的水泥制成(2)聚合物浸渍混凝：以水泥混凝土为基材，用有机单体液浸谈和聚合制成(二)按混凝土的结构分1．普通结构混凝土：它由粗、细集料和胶结材制成。
（碎石或卵石、砂和水泥制成者，即是普通混凝土。
）2．细粒混凝土：细集料和胶结材制成3．大孔混凝土：仅由粗集料和胶结材制成4．多孔混凝土：既无粗集料、也无细集料全由磨细的胶结材和其他粉料加水拌成的料浆用机械方法或化学方法位之形成许多微小的气泡后再经硬化制成(三)按容重分1．特重混凝土2．重混凝土3．轻混凝土4．特轻混凝土(四)按用途分结构用混凝土、隔热瘟凝土、装饰混凝土、耐酸混凝土、耐碱混凝土、耐火混凝土、道路混凝土、大坝混凝土、收缩补偿混凝土、海洋混凝土、防护混凝土等等。
水泥基复合材料
水泥基复合材料一：凡是细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固的交接在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。
由于水泥具有高抗压强度、低廉的价格、使用方便、耐久性良好等优点，故水泥是目前地球上使用最广泛、最大宗的结构材料，但其脆性是制约水泥无限应用的致命弱点，如何通过复合改性提高水泥的韧性成为水泥基复合材料研究的重要方向之一。
二：（1）材料背景开始利用材料复合的方式来解决水泥基材料的脆性问题，钢筋混凝土就是很好的例子，钢筋混凝土已具备现代材料复合工艺的雏形。
大体看来，水泥基复合材料的增韧措施主要可以分为三大类：一是对水泥自身进行调节来增强水泥基体的韧性，这类方法主要有加入聚合物，制得聚合物水泥，调节水泥的矿物组成，减少脆性矿相含量，加入外加剂来改善界面、提高抗拉强度等；另一类是引入高抗拉强度的增强体，如引入钢筋、秸杆、纤维等，这类方法能显著改善水泥基复合材料的韧性，这也是目前研究的热点；还有一类就是通过适当工艺处理来增强水泥基复合材料的韧性，用的较多的就是预应力法；各种方法相互渗透，在实际工程中往往是多种方法同时使用以达到最佳的增韧效果。
（2）加工工艺1 喷射法是目前最常用的成型方法，将水泥、砂子、水搅拌成砂浆，与耐碱短切玻璃纤维短时间混合后形成预混料，振动模浇铸成型后养护。
[2] 喷射脱水法：砂浆和玻璃纤维同时往模具上喷射的机理与直接喷射法相同。
但它是把玻璃纤维增强水泥喷射到一个常有减压装置的开孔台上，开孔台铺有滤布。
喷射完后进行减压，通过滤纸或滤布，把玻璃纤维增强水泥的剩余水分脱掉。
这种方法是成型水灰比低的高强度板状玻璃纤维增强水泥的方法。
[3] 预混料浇铸法：水泥、砂子、水、外加剂和切成适当长度的耐碱玻璃纤维（短切纤维）在搅拌机中混合成预混料，然后不断地注入到振动着的模具里进行成型。
[4] 压力法：预混料注入到模具里后，加压除去剩余水分，即使脱模，可以提高生产率，并能获得良好的表面尺寸精度。
水泥基复合材料
⽔泥基复合材料⽔泥基复合材料艾ai青摘要: 本⽂论述了⽔泥基材料改性⽤聚合物种类、聚合物改性机理、聚合物改性⽔泥基材料研究进展和发展趋势。
加⼊了聚合物材料后，⽔泥基材料的性能，如强度、变形能⼒、粘结性能、防⽔性能、耐久性能等都会有所改善，改善的程度与聚灰⽐、聚合物的品种和性能有很⼤关系。
但也存在不⾜之处，如抗压强度提⾼不⼤，有时还降低，最⾼使⽤温度不如普通混凝⼟等。
笔者认为，研究如何⼤幅度提⾼聚合物改性⽔泥基材料的抗压强度和最⾼使⽤温度很有意义。
关键词: 关键词聚合物改性⽔泥基材料进展机理性能1.引⾔普通混凝⼟因抗压⽐低，⼲缩变形⼤，抗渗性、抗裂性、耐腐蚀性差，密度⼤，其使⽤范围受到很⼤限制。
随着⼯业的发展，出现了钢筋混凝⼟、⾃应⼒混凝⼟和纤维混凝⼟。
但在这些改进中，胶结材料⽔泥的性能没有发⽣改变，因此也限制了混凝⼟性能的提⾼。
⽔泥混凝⼟（砂浆）的⼀个新动向就是⽔泥混凝⼟（砂浆）与有机⾼分⼦材料复合，这样可以有效地改善混凝⼟（砂浆）的性能。
因为有机⾼分⼦聚合物的长分⼦链结构以及⼤分⼦中的键节或链段的⾃旋转性，决定其具有与⽆机⾮⾦属材料不同的性质—弹性和塑性[1]。
所以在⽔泥混凝⼟（砂浆）中加⼊少量有机⾼分⼦聚合物，既可以使混凝⼟获得⾼密实度，⼜不⾄于使混凝⼟（砂浆）的脆性加⼤，这样便可制得⾼强度、⾼抗渗和⾼耐腐蚀性的混凝⼟。
如今，聚合物改性砂浆和混凝⼟不仅在混凝⼟结构的修补和维护⽅⾯成为⼀种⾮常重要的材料，就是在新的建筑中也获得越来越⼴泛的应⽤，尤其是在桥⾯、停车场、码头、瓷砖和⽯材粘结、建筑防⽔、防腐等⼯程领域。
2. 聚合物改性⽔泥基复合材料1.1. 改性⽤聚合物种类聚合物改性⽔泥基复合材料是指在⽔泥混合时加⼊了分散在⽔中或者可以在⽔中分散的聚合物材料，包括掺和不掺⾻料的复合材料、⽔泥浆、砂浆和混凝⼟。
⽤于⽔泥混凝⼟（砂浆）改性的聚合物有四类，即⽔溶性聚合物、聚合物乳液（或分散体）、可再分散的粉料和液体聚合物。
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可作为高效能结构材料应用于特种工程，例如腐
蚀介质中的管、桩、柱、地面砖、海洋构筑物和路 面、桥面板，以及水利工程中对抗冲、耐磨、抗冻 要求高的部位。 也可应用于现场修补构筑物的表面和缺陷，以提 高其使用性能。
(2）、聚合物混凝土的制备方法
聚合物混凝土(PC)
以聚合物（或单体）全部代 替水泥，作为胶结材料的聚合物混凝土。 常用一种或几种有机物及其固化剂、天然或人工 集料（石英粉、辉绿岩粉等）混合、成型、固化而 成。 聚合物在此种混凝土中的含量为重量的8～25%。 与水泥混凝土相比,它具有快硬、高强和显著改善 抗渗、耐蚀、耐磨、抗冻融以及粘结等性能。
（5）为改善工作性，必须掺加高效减水剂。
1.5
高强混凝土的应用
日本：在60年代，在制桩和桥梁工程
广泛应用；美国在高层建筑中应用高 强混凝土；
我国近年来在铁路、公路、桥梁建设
中广泛应用高效减水剂制造高强混凝 土，港口工程中应用高强混凝土制造 管柱、桩和管道等。
应用实例： 黄石长江大桥
红水河大桥（广西）
(2)、喷射脱水法 直接喷射法经减压，脱去多余水份，提高 密度和强度。
(3)、预混料浇铸法 纤维与砂浆混合，铸模成型。
关键：
(4)、压力法 预混料铸模后，加压脱水。 (5)、离心成型法
离心成型 + 脱水。
适合于回转体构件，纤维可进行 表面集中增强。
碳纤维增强水泥可用来代替木材，制成 住宅的屋顶、构架，地板，梁以及隔板 等，但是价格昂贵。
§7-1 水泥概述
凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体， 既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将 砂石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水 硬性胶凝材料，通称为水泥.
普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙 （3CaO· SiO2）、硅酸二钙（β-2CaO· SiO2）、 铝酸三钙（3CaO· Al2O3）和铁铝酸四钙 （4CaO· Al2O3· Fe2O3）四种矿物组成的. 水化：3CaO· SiO2+H2O→CaO· SiO2· YH2O（凝胶） +Ca（OH）2
2.1 高性能混凝土定义
高性能混凝土一词是 20 世纪 90 年代提出的， 各国学者各有不同的看法，主要有： 1、法国、美国、加拿大等国家定义：HPC 应具有高强度、高耐久性，例如高体积稳定 性（高弹性模量、低干缩率和低的温度应 变）、高抗渗性高工作性。 2、日本学者认为高性能混凝土应具有将高 工作性、低温升、低干缩率、高抗渗性和足 够的强度，属于水胶比很低的混凝土家族。
目前：50Mpa以上。
1.1 高强混凝土的特点：
有效地减小结构自重；
大幅度提高混凝土耐久性；
减少掺料用量及建筑成本，降低生产、运
输和施工能耗。
例如：60MPa取代35MPa的混凝土，可节 约混凝土40%，自重减轻35%，钢筋混凝土 的配筋率为6%时，可使用钢量减少240kg/m3.
形成混杂复合材料。由于少量聚合物的掺入， 填充了混凝土内部的孔隙和微裂缝，大大的 提高了混凝土的性能。例如: ①抗折强度和柔韧性提高。 ②内部孔结构有所改善，趋向连续密实。 ③建筑物耐久度大大提高。
聚合物作用：增韧、增塑、填孔和固化
聚合物浸渍混凝土 聚合物混凝土 聚合物水泥混凝土
(1)聚合物浸渍混凝土
上石油平台、跨海大桥，海底隧道，污水管道，核废 料容器，核反应堆外壳，盛有有害化学物的容器等；
这些工程结构的特点是性能要求高，包括高强度、高
的耐久性和高的体积稳定性，若要现场浇注施工，要 求水泥混凝土的流动性很高。——高性能混凝土（HPC）
高性能混凝土是近年来混凝土工程界研究与应用的最
热点之一，被认为是有别于传统的普通混凝土的一种 新型水泥基材料。
1.2 混凝土高强化的技术途径：
1、从混凝土工程学角度 搅拌用水要少；浇筑捣实要充分；混凝土硬化 后要充分养护。 2、从材料学的方面 材料的组成，内部结构及其对混凝土材料性能 （包括流动性，强度和耐久性）的影响； 考虑混凝土内部的界面结构与孔结构对强度与 耐久性的影响。
1.3 制备高强度水泥混凝土的技术路线
玻璃纤维增强水泥可做雕塑、门窗、花盆等
3．聚合物水泥基复合材料的成型
(1)、聚合物浸渍混凝土的制备方法
使混凝土中空隙和裂缝被填充，是原来的多孔体系 变成较密实的整体，提高了强度和各项性能。
聚合物浸渍混凝土
聚合物浸渍混凝土由于良好的力学性能、
耐久性及抗腐蚀能力，主要用于受力的混 凝土及钢筋混凝土结构构件。 因浸渍工艺复杂、成本较高，混凝土构 件需要预制并且尺寸受到限制，因而主要 在特殊情况下使用。
水泥特点：
和易性是混凝土拌和物在拌和、运输、浇筑过程 中，便于施工的技术性能。 它是一项综合的技术 性质，包括流动性、粘聚性和保水性等 。 流动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣的作 用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的 性能。 粘聚性是指新拌混凝土的组成材料之间有一定 的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离 析现象的性能。 保水性是指在新拌混凝土具有一定的保水能力， 在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。
1、混凝土
混凝土是以水泥为基体，加入水、粗细骨料、
钢筋，按适当比例拌和均匀，经搅拌振捣成 型，在一定条件下养护而成的复合材料；
原料丰富，价格低廉，生产工艺简单； 抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽； 使用范围广泛，如土木工程、造船业、机械
工业、海洋的开发、地热工程等。
水和水泥形成 水泥浆，起胶 结作用；
§7-4 先进的水泥基复合材料
高强混凝土 高性能混凝土 无宏观缺陷水泥基材料 均布超细颗粒致密体系 活性粉末混凝土
1. 高强混凝土
我国通常将强度等级超过C50的混凝土称为 高强混凝土(HSC);抗压强度在100Mpa的称 为超高强混凝土(SHSC)。 混凝土强度类别，在不同的时代和不同的 国家有不同的概念和划分: 50年代以前, 30Mpa以上; 50年代，35Mpa以上; 60年代以来提高到41～52Mpa；
聚合物掺加量一般为水泥重量的
5～20%。 使用的聚合物一般为合成橡胶乳液。此外环 氧树脂及不饱和聚酯一类树脂也可应用。
由于聚合物的引入，聚合物水泥混凝土改进
了普通混凝土的抗拉强度、耐磨、耐蚀、抗 渗、抗冲击等性能，并改善混凝土的和易性。
可应用于现场灌筑构筑物、路面及桥面修
补，混凝土储罐的耐蚀面层，新老混凝土的 粘结以及其他特殊用途的预制品。
也就是说高性能混凝土要求高的强度、高的流 动性、良好的体积稳定性与优异的耐久性。
4、我国定义：高性能混凝土为一种新型高
技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性 能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝 土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对 不同用途的要求，对下列性能有重点的加以 保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体 积稳定性和经济性。
将已硬化的混凝土构件，浸入聚合物单体或预聚体溶 液中使其渗入空隙，通过加热聚合、固化形成聚合物 填充。提高密度、强度和韧性。
(2)聚合物混凝土
聚合物完全取代水泥，作为集料的结合剂。
常用聚合物：环氧、脲醛、糠醛、聚酯树脂等。性
能好，价格较高。应用：如人造石 (3)聚合物水泥混凝土
聚合物部分取代水泥。要求聚合物具有亲水性，在
可现场应用于混凝土工程快速修补、地下管
线工程快速修建、隧道衬里等，也可在工厂 预制。
(3）、聚合物水泥混凝土的制备方法
聚合物水泥混凝土以聚合物(或单体)
和水泥共同作为胶凝材料的聚合物混 凝土。
其制作工艺与普通混凝土相似，在加
水搅拌时掺入一定量的有机物及其辅 助剂，经成型、养护后，其中的水泥 与聚合物同时固化而成。
（2）水泥用量400~500 kg/m3 ,对于80MPa以上
混凝土可达500kg/m3，更高强度时也不宜超过
550 kg/m3 。应通过外加矿物掺合料来控制和
降低水泥用量。高强混凝土必须采用优质水泥。
（3）选择高强度和低吸水率的碎石，最大粒 径不超过15~20mm，并尽量排除针片状石子。 如混凝土强度等级不是很高可以放宽到 25mm，并尽量排除针片状石子。 （4）砂率可降低到0.3，甚至更低.
粗骨料粒径≤20mm,砂率40-60%，W/C 比小； 纤维长径比40-80，纤维有高拉抗强 度； 纤维与水泥的性能必须匹配：钢纤维 适宜碱性大的水泥，GF适宜碱性小的 水泥。
3.聚合物改性水泥基复合材料
普通混凝土的缺点：脆性材料，刚性大，柔
性小，抗压强度远远大于拉伸强度；
聚合物混凝土是设法将聚合物掺入混凝土而
杨浦大桥
九江长江大桥
钢筋混凝土防护门 日本高强混凝土桥梁 美国高层建筑用高强混
凝土 瑞典的Tjorn大桥
高强超轻陶粒混凝土
高强预应力混凝土管桩
2. 高性能混凝土（HPC）
建筑物越来越向着高层、超高层化、超大跨化方向发
展；
各种严酷环境下使用混凝土结构也越来越多，如：海
优质的水泥
（低水灰比）
凝土
优质的骨料
高流动性
（高效率）
超细矿粉 掺合料 高效减水剂
坍落度损 失的控制
强度
耐久性
1.4 高强混凝土配合比设计原则
（1）水灰比宜小于0.35，对于80~100MPa混凝
土宜小于0.30，对于100MPa以上混凝土宜小于
0.26，更高强度时取0.22左右。
§7-2 水泥基复合材料的种类及基本性能
水泥基复合材料是指水泥与水发生水化、硬 化后形成的硬化水泥浆作为基体与其他各种 无机、金属、有机材料组合而得到的具有新 性能的材料。
§7-2 水泥基复合材料的种类及基本性能 按照增强体的种类分类：
混凝土、 纤维增强水泥基复合材料、 聚合物水泥基复合材料。