短纤维增强水泥基复合材料
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。
复合材料增强体的作用
复合材料增强体的作用
复合材料增强体是指在基体材料中添加的强化材料，可以包括纤维、颗粒、层状结构等。
这些增强体可以提高复合材料的机械性能、耐热性、耐腐蚀性、耐磨性等方面的性能。
首先，添加纤维增强体可以大大提高复合材料的强度和刚度。
纤维可以分为长纤维和短纤维两种，长纤维增强体在复合材料中分布均匀，可以形成连续的纤维增强结构，提高材料的拉伸、弯曲和剪切强度。
而短纤维增强体则可以填充基体材料中的空隙，增加材料的密度和强度。
其次，添加颗粒增强体可以提高复合材料的硬度和耐磨性。
颗粒增强体可以填充基体材料中的孔隙和缺陷，增加材料的密度和硬度，提高材料的耐磨性和抗冲击性。
最后，添加层状结构增强体可以提高复合材料的耐腐蚀性和耐热性。
层状结构增强体可以形成层层叠加的结构，形成隔离层，防止氧气和水蒸气的侵蚀，增加材料的耐腐蚀性。
同时，层状结构增强体可以提高复合材料的耐高温性能，防止高温下材料的熔化和失效。
综上所述，复合材料增强体的作用是多方面的，可以提高材料的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐热性等方面的性能。
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纤维混凝土
纤维混凝土总结第一部分纤维混凝土简介1.纤维混凝土的定义：纤维混凝土又称纤维增强混凝土，是以净浆、砂浆或混凝土作为基材，以非连续的短纤维或连续的长纤维作为增强材料，均布地掺合在混凝土中而形成的一种新型水泥基复合材料的总称。
混凝土是一种抗压强度大而抗拉、抗弯、抗冲击以及韧性等性能却比较差。
随着现代建筑技术的不断发展，对水泥混凝土这一最大宗建筑材料提出了更高的要求，它正朝着高强度、高韧性、高阻裂、高耐久性、高体积稳定性和优工作性的方向发展。
纤维混凝土就是在对混凝土的改性过程中应运而生的。
2 .纤维在水泥中的作用1).阻裂。
阻止水泥基体中原有缺陷微裂缝的扩展并有效延缓新裂缝的出现2).防渗。
通过阻裂提高水泥基体的密实性防止外界水分侵入3).耐久。
改善水泥基体抗冻、抗疲劳等性能提高其耐久性4).抗冲击。
提高水泥基体的耐受变形的能力从而改善其韧性和抗冲击性5).抗拉。
在使用高弹性模量纤维前提下可以起到提高基体的抗拉强度的作用6).美观。
改善水泥构造物的表观性态使其更加致密、细润、平整、美观3.纤维混凝土的好处：使用纤维可以使混凝土在强度的某些方面有所改进，但类似的强度也可以适当改变水泥用量和水灰比等简单方法获得。
单纯的强度比较，不能体现纤维混凝土的价值。
对于适当压实的试件，加入纤维对纤维增强混凝土抗压强度几乎没有影响。
纤维对增强混凝土的弹性模量也没有多少影响。
纤维增强混凝土的直接抗拉强度，可由加入高弹性模量的纤维而有大幅度提高。
但其增加决定于纤维的长径比。
纤维的加入对抗扭强度的影响很小。
(只是钢纤维能改善混凝土的抗剪强度)采用纤维最大的好处在于可以增加了构件的韧性(破坏时构件吸收能量)。
就是说纤维的加入使混凝土的延性大增。
增加纤维含量对最大强度没有多少影响，纤维混凝土的抗冲击性与延性有关。
许多研究揭示混凝土耐冲击性可以因掺人纤维，大幅度增加。
如尼龙、聚丙烯一类低模量纤维在这方面特别有效。
纤维耐冲击的效率同样与粘结特性有关。
ECC研究进展与应用：综述
ECC研究进展与应用：综述摘要：ecc是engineered cementitious composites的简称，是一种具有超强韧性的乱向分布短纤维增强水泥基复合材料。
ecc不同于普通的纤维增强混凝（frc），它是一种经细观力学设计的先进材料，具有应变一硬化特性，在纤维体积掺量小于2%的情况下，其极限拉应变通常在3%—7%的范围内。
经过大量的试验与研究表明，ecc材料具有很多优良的性能，能够适用于土建工程中的很多领域。
关键字：ecc；韧性；应用一、引言近年来，我国国民经济得到了长足的发展，同时对公路事业的发展也提出了更高的要求，带动了高等级公路在我国的蓬勃发展。
水泥混凝土路面因具有强度高，稳定性好，持久耐用和养护费用低等优点而被广泛使用。
但是，水泥基材料在工程中还出现了诸多的问题，主要有两个方面：（1）极限荷载条件下的脆性破坏，如剥落、破碎等，均与混凝土低韧性密切相关；（2）正常工作状态下的破坏，如混凝土裂纹扩展导致有害离子引入，引发混凝土及钢筋的破坏。
因此，要发展绿色高性能甚至超高性能混凝土就要求混凝土既要有足够的强度，又要有良好的延性，以及必要的耐久性。
二、ecc发展概况新型的超强韧性纤维混凝土ecc（ engineered cementitious composites）是以水泥、砂、水、矿物掺合料和化学外加剂构成基体，用纤维体积掺量低于 3% 高强高弹模短纤维做增韧材料，硬化后具有应变–硬化和多重稳定开裂特征的新型高性能纤维增韧水泥基复合材料。
该水泥基复合材料是基于微观物理力学原理优化设计的具有应变硬化特性和多缝开裂特征的一种新型工程用水泥基复合材料.这种复合材料是在二十世纪九十年代由美国密歇根大学的li.v.c提出来的。
试验研究已经证实它的应变能力可达几个百分点，最高可达6%，耗能能力是常规纤维混凝土的几倍，抗压强度在高强混凝土范围之内，是一种具有很大应变-硬化性能的复合材料。
目前美国与日本等国家已经对强韧性纤维混凝土ecc进行了大量的理论与试验研究工作，并已经在实际工程中得到了广泛的推广和应用。
第4章 纤维增强水泥基复合材料
（2）高温低压蒸汽养护。可缩短水泥复合材料制品的生产周期。 温度为40~100℃，最佳温度65~80℃。有资料报道，蒸汽养护对水 泥制品的耐久性有不利的影响。 （3）高温高压蒸汽养护。温度一般超过100℃（160~210℃），蒸 汽压力在0.6~2MPa。
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4.4 碳纤维增强水泥基复合材料
.Leabharlann 纤维增韧、抗裂机理：.
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② 钢纤维
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钢纤维在水泥基体中分布的均匀性随增大而下降。
①Dmax/lf=1/2时，纤维对混凝土的增强效果最好； ②Dmax/lf>1时，纤维过于集中并填充于粗集料间的砂浆中，难于增强混凝
土的强度，还影响纤维与基体的界面粘结；
③Dmax/lf<1/2时，可使混凝土的增韧效果明显，但因集料过小而难以发挥
油井水泥、大坝水泥
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快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥
硅酸盐水泥
根据GB 175-2007国家标准
1、硅酸盐水泥的定义为：由硅酸盐水泥熟料、
0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨
细制成的水硬胶凝材料称为硅酸盐水泥。
2、由硅酸盐水泥熟料、6~15%混合材料、适量
石膏磨细制成的水硬胶凝材料称为
普通硅酸盐水泥。
1983年，中国建筑材料研究院在国家科委、国家经委和国 家建材局支持下，研究了含锆抗碱玻璃纤维和低碱水泥，并取得了 成功，其强度半衰期为100年，其耐久性处于国际领先地位。
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4.3.2 玻璃纤维增强水泥基复合材料的原材料
（1）抗碱玻璃纤维
成分中的氧化锆（ZrO2）在碱液作用下，在纤维表面会转化 成含Zr(OH)4的胶状物，经脱水聚合在玻璃纤维表面形成保护膜， 减缓水泥中Ca(OH)2对玻璃纤维的侵蚀。
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。
ECC高性能纤维增强水泥基材料及其应用
ECC高性能纤维增强水泥基材料及其应用ECC 高性能纤维增强水泥基材料及其应用陈文永陈小兵丁一(中国京冶工程技术有限公司 ,北京 100088)摘要 : ECC 是 Engineered Cementitio us Co mpo site s 的简称 ,是一种具有超强韧性的乱向分布短纤维增强水泥基复合材料。
ECC 是一种经细观力学设计的先迕材料,具有应变 2 硬化特性 ,在纤维体积掺量为 2 %左右的情冴下,其极限拉应变通常能达到3 %以上。
ECC 具有的优良特性使其能广泛应用于土木工程的众多领域。
关键词 : ECC ; PV A ;应变 2 硬化 ;应用THE APPL ICATIO N OF ENGINEERED CEM ENTITIO US COMPOSITESChen Wenyo ng Chen Xiao bing Ding Yi( )Chi na J ingye Engi neering Co rpo ratio n L imit ed ,Beiji ng 100088 , China( ) Abstract :In t hi s p ap er , ECC engineered cementitio us co mpo site si s o ne of t he fi ber reinfo rced cementitio us co mpo site s , w hich sho w s p seudo st rai n ha r dening behavio r wit h several p ercent tensile st rain. When t he ECC co ntains a bo ut 2 % of PV A fi ber s , t he ultimate tensile st rain of ECC i s mo re t ha n 3 % , w hich i s 300 ti mes greater t ha n t hat of co ncrete . So , the ECC ha s been wildl y applied to a lot of fields in civil engineering.Key words :ECC ; PV A ; st rain2ha r dening ; applicatio n纨 90 年代早期率先开展了对 ECC 返种具有超高韧 0 前言性的水泥基复合材料的研究。
纤维增强水泥基复合材料
纤维增强型水泥基复合材料一、纤维增强型水泥基复合材料的概述纤维增强型水泥基复合材料是以水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆体作为基体，以不连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。
普通混凝土是脆性材料，在受荷载之前内部已有大量微观裂缝，在不断增加的外力作用下，这些微裂缝会逐渐扩展，并最终形成宏观裂缝，导致材料破坏。
加入适量的纤维之后，纤维对微裂缝的扩展起阻止和抑制作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。
二、纤维增强型水泥基复合材料的力学性能在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。
• 2.1 抗拉强度•在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材料的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。
•• 2.2 抗裂性在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。
• 2.3 抗渗性纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。
另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。
2.4 抗冲击及抗变形性能在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基体中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。
工程水泥基复合材料(ECC)的性能及应用 (2)
毕业设计报告(论文)工程水泥基复合材料（ECC）的性能及应用所属学院土木与交通工程学院专业土木工程（道路与桥梁）学号 32415240姓名徐振指导教师杨若冲起讫日期 2018.12 -- 2019.5设计地点东南大学成贤学院工程水泥基复合材料（ECC）的性能及应用摘要工程水泥基复合材料(ECC)，指的是一种新型的纤维增强型水泥基复合材料。
本文主要分析了ECC现阶段的发展状况，对其发展特点及性能进行了介绍，同时简要介绍了ECC的具体工程应用，并展望了ECC的发展前景。
混凝土是目前世界上应用最广泛的建筑材料。
在实际工程应用中，混凝土主要存在以下不足: 一是极限受拉荷载下的脆性破坏。
混凝土的抗拉强度较低，当受到拉应力作用时极易发生脆性破坏，如剥落、破碎等。
二是混凝土的耐久性问题。
如混凝土收缩、化学侵蚀以及热效应等环境因素所引起的耐久性问题，同时混凝土表面不断扩展的裂缝也会极大地影响结构的耐久性，缩短结构的服役寿命。
近年来，以ECC ( Engineering CementitiousComposites) 为代表的纤维增强水泥基复合材料引起国内外广泛关注。
与普通混凝土、钢纤维混凝土以及高性能混凝土相比，其在韧性、耐久性和抗疲劳性能等方面都有大幅度的提高和改善。
在美国、日本和欧洲等国家及地区，ECC 已经开始大量应用于边坡加固、桥面修复、桥梁连接板及高层建筑连梁等领域。
在国内，ECC 的研究主要还集中在试验室条件下的材料性能研究，尚没有ECC的工程应用实例。
关键词：ECC 超高韧性水泥基复合材料；多缝开裂；应变硬化；耐久性；聚乙烯醇纤维；水泥基复合材料；PVA纤维；抗压强度；应用；抗震性能Performance and application of engineering cement-basedcomposites (ECC)AbstractEngineering cement-based composite (ECC) refers to a new type of fiber-reinforced cement-based composite.This paper mainly analyzes the development status of ECC at this stage, introduces its development characteristics and performance, and briefly introduces the specific engineering application of ECC, and looks forward to the development prospect of ECC.Key words: ECC ultra-high toughness cement-based composite; multi-slot cracking; strain hardening; durability; polyvinyl alcohol fiber; cement-based composite; PVA fiber; compressive strength; application目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景和意义 (1)1.2 国内外主要研究现状 (1)1.3 本文的研究目的及主要研究内容 (2)第一章 ECC的使用性能 (3)2.1 ECC的原理及主要特征 (3)2.2 国产与美国ECC性能对比分析 (5)第二章 ECC的应用及展望 (7)3.1 ECC的应用 (7)3.2 ECC的发展趋势 (9)第三章结语 (10)4.1 主要结论 (10)4.2 展望 (10)致谢 (11)参考文献 (12)第一章绪论1.1课题研究的背景和意义随着现代社会的高速发展，建筑需求明显加大，而在建筑所需材料中以水泥应用范围最广。
纤维增强水泥基复合材料
纤维增强型水泥基复合材料一、纤维增强型水泥基复合材料的概述纤维增强型水泥基复合材料是以水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆体作为基体，以不连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。
普通混凝土是脆性材料，在受荷载之前内部已有大量微观裂缝，在不断增加的外力作用下，这些微裂缝会逐渐扩展，并最终形成宏观裂缝，导致材料破坏。
加入适量的纤维之后，纤维对微裂缝的扩展起阻止和抑制作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。
二、纤维增强型水泥基复合材料的力学性能在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。
• 2.1 抗拉强度•在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材料的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。
• 2.2 抗裂性在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。
• 2.3 抗渗性纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。
另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。
2.4 抗冲击及抗变形性能在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基体中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。
纤维增强水泥基复合材料单轴拉伸状态下性能综述
纤维增强水泥基复合材料单轴拉伸状态下性能综述首先，单轴拉伸性能是评价FRCC材料力学性能的重要指标之一、由于纤维的加入，FRCC材料在单轴拉伸状态下表现出较高的抗拉强度和延伸性能。
纤维可以阻碍开裂的扩散，增强材料的抗拉能力。
研究发现，FRCC的单轴抗拉强度明显高于传统水泥基材料。
此外，纤维的加入还会延缓材料的断裂过程，显著提高材料的延展性。
其次，纤维增强材料对FRCC的拉伸裂缝控制和延展性能改善起到了重要作用。
短纤维的加入可以有效地增加FRCC材料的延展性。
当加载应力达到材料的极限强度时，指数衰减的裂缝扩展发生，而不是剧烈的断裂。
这是因为纤维的引向性使得裂缝在纤维之间传播，从而提高了材料的塑性变形能力。
研究发现，纤维含量的增加可以显著改善FRCC的延展性。
此外，采用纤维方向性控制的方法，如预应力纤维和网状纤维，能够进一步提高材料的延展性。
此外，在单轴拉伸状态下，纤维增强水泥基复合材料还具有良好的防裂性能。
纤维的加入可以有效地抑制裂缝的发展和扩展。
细观机理研究表明，纤维的引导作用可以使材料中的裂缝转化为纤维间的变形裂纹，从而减缓和防止裂缝的扩展。
研究发现，纤维含量和长度的增加可以提高FRCC材料的防裂性能。
此外，纤维类型的选择也会对材料的防裂性能产生影响，如钢纤维具有较高的抗拉性能，在延展性和防裂性方面表现出优势。
最后，纤维增强水泥基复合材料在单轴拉伸状态下还具有良好的耐久性能。
纤维的加入可以改善材料的耐久性，如抗离析性能、抗氯离子侵蚀性能和抗碱颜料侵蚀性能。
研究发现，纤维的引导作用可以减缓氯离子的渗透和材料中的碱颜料的溶出，从而提高材料的耐久性。
综上所述，纤维增强水泥基复合材料在单轴拉伸状态下具有优异的性能。
纤维的加入可以显著提高材料的抗拉强度、延展性和防裂性能。
此外，纤维还可以改善材料的耐久性。
然而，纤维的类型、含量和方向等参数仍然需要进一步研究，以进一步优化材料的性能。
纤维混凝土
非连续的短纤维 纤 维 长 度 连续的长纤维
低弹性模量
二、概述
3、纤维性能
减重
阻裂
防渗 性 能 抗冲击
美观
抗拉
耐久
纤维混凝土有效的克服了普通混凝土抗拉强度低，抗冲击，抗阻裂，抗爆 延性，耐火等性能，同时对混凝土抗渗、防水、抗冻、护筋、减重等方面也有 很大的贡献。
二、概述
4、 发展历程
初探性阶段：1910年，美国H.F.Porter在有关以短纤维增强混凝土的研究报告中，
建议把短纤维均匀分散在混凝土中用以强化基体材料。 20世纪40年代，美、英、法、德等国先后公布了许多关于用钢纤维混凝土方面的 专利。 日本在第二次世界大战期间，由于军事上的需要。也曾进行过有关钢纤维水泥混 凝土方面的研究，但当时均尚未达到实用化的程度。
实用化研究阶段：1963年，J.P.Romualdi和H.Batson提出了钢纤维混凝土开裂强度
四、产品介绍
1.2 力学性能
SFRC （0.25%）与普通混凝土性能比较
物理性能 Ｒ折（MPa）（开裂）
Ｒ折（MPa）（破裂） Ｒ压（MPa） Ｒ剪（MPa） 弹性模量（MPa） Ｒ冲（kg/cm）
普通混凝土 200～250
200 ～550 2100 ～5500 250 2.0×105 4.8
SFRC 550 ～1250
Vf———纤维体积；Vm———基体体积。
三、纤维的作用机理
2、纤维对基体的增强作用
（2）Romualdi计算公式
Romualdi推导出的纤维平均间距公式 S=1.25×d×Vf-1/2 d———纤维直径; Vf———单位体积内的纤维体积。
式中 S———某一截面的平均间距;
纤维增强水泥基复合材料的性能试验研究
纤维增强水泥基复合材料的性能试验研究摘要：最冷月平均温度≤-10℃或日平均温度≤5℃的天数≥145d的严寒地区在我国分布较广，这些寒冷地区的建筑施工问题一直是亟待解决的技术难题,这主要是因为目前国内建筑体系多采用混凝土结构，而寒冷环境下的混凝土施工需要克服混凝土缓凝以及冻胀破坏等问题,这些问题的存在给严寒地区的混凝土的材质和施工工艺提出了更高的要求。
目前，碳纤维增强水泥基复合材料在混凝土建筑结构中应用较为广泛，而这种复合材料在严寒地区的冻融循环作用下的性能变化规律仍不完全清楚。
本文采用干压成型法制备了碳纤维增强水泥基复合材料，研究了不同冻融循环次数下水泥基复合材料的显微形貌、孔隙率、抗压强度和热电性能，该试验成果已初步探明水泥基复合材料冻融循环作用对其性能影响的变化规律，并将利用这些变化规律解决严寒地区施工技术难题。
关键词：纤维增强水泥基；复合材料；性能试验；措施1纤维水泥基复合材料的相关概念1.1纤维水泥基复合材料纤维水泥基复合材料就是指以水泥砂浆、水泥浆或混凝土为粘结剂，以间歇短纤维或连续长纤维为增强材料的水泥基复合材料。
在水泥砂浆中加进去一定量的纤维不仅能够提升混凝土的刚度和韧性，同时对于水泥基复合材料的抗拉强度、抗弯强度和韧性也有一定的帮助，此外还能够有效抑制裂纹扩展，提高非成形材料的流动性，是改善其性能的最有效途径。
1.2纤维掺入水泥基复合材料的作用将纤维掺入水泥基复合材料具备以下三种作用：1.能够有效地增加水泥的基体的应力，促使水泥基体可以承受更大的外部压力。
2.在一定程度上能够对水泥基体韧性和冲击强度有所帮助，纤维基质的改善比水泥基体韧性的改善效果更加明显。
3.它可以有效地阻止裂纹的扩展或改变裂纹的方向，减小裂纹的宽度和平均裂缝面积。
1.3碳纤维水泥基复合材料碳纤维水泥基复合材料是将碳纤维材料合金化成水泥基复合材料而制成的复合材料，具有抗裂、耐腐蚀、抗静电、耐磨、重量轻等优点。
碳纤维材料对水泥基复合材料的改善主要是由于其优异的力学性能和两种材料的协同作用，以提高其整体力学性能。
水泥基复合材料的性能研究与应用
水泥基复合材料的性能研究与应用水泥是一种常见的建筑材料，但单纯的水泥材料在力学性能和耐久性方面有一定的限制。
水泥基复合材料则通过与其他材料的复合，实现了优异的性能提升和更广泛的应用范围。
本文将从水泥基复合材料的来源、结构、性能和应用等方面进行探讨。
一、来源和分类水泥基复合材料是指水泥作为基础材料，与其他材料进行复合而成的材料。
常见的复合材料有纤维增强水泥基复合材料、矿物质增强水泥基复合材料和高性能混凝土等。
其中，纤维增强水泥基复合材料是最常见的形式。
纤维增强水泥基复合材料（FRC）是以水泥为基础材料，加入高强度、高模量的玻璃纤维、碳纤维等纤维增强材料组成的复合材料。
根据纤维长度，FRC又可分为短纤维FRC和长纤维FRC两类。
短纤维FRC一般采用纤维长度小于25mm的纤维，常用于钢筋混凝土结构界面处理、自修复材料等领域；而长纤维FRC则采用长度大于25mm的纤维，具有很高的拉伸、屈服和断裂韧性，广泛应用于隧道、桥梁、航道、机场跑道等重载交通设施。
二、结构和性能FRC的主要结构包括水泥基体、纤维及其界面结合层。
其中，水泥基体主要是水泥、砂和粉煤灰等混合材料，其作用是提供FRC的黏结、凝固和硬化功能；纤维则承担FRC的拉伸、扭转、剪切和挤压等力学功能；界面结合层则承担着水泥基体和纤维之间的结合作用。
FRC的主要性能包括拉伸、屈服和断裂韧性，抗压、抗弯等力学性能、耐久性能、自修复性能等。
其中，拉伸、断裂韧性和自修复性能是FRC相较于传统材料的优势所在。
拉伸和断裂韧性是指FRC在受到拉伸应力作用时，材料仍能够保持良好的强度和变形能力，具有延缓裂纹扩散、促进材料自修复的作用；自修复性能是指FRC受到部分损伤后，具有继续自我修复的能力。
这些性能使得FRC在开发高强度和高韧性的建筑材料方面起到了重要作用。
三、应用FRC已经被广泛应用在建筑工程、交通工程、水利工程、航空航天等领域，成为建筑材料中的“新宠”。
在建筑工程中，FRC可用于隔墙板、楼梯、地面等构件的制造，并可加入相应的颜料、黏合剂、填充料等，用于墙面装饰、地面美化等。
浅谈纤维增强水泥基复合材料
浅谈纤维增强水泥基复合材料（卢静娴）一、什么是纤维增强水泥基复合材料？纤维增强水泥基复合材料是由水泥净浆、砂浆或水泥混凝土作基材，以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。
纤维在其中起着阻止水泥基体中微裂缝的扩展和跨越裂缝承受拉应力的作用，因而使复合材料的抗抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。
二、纤维增强水泥基复合材料有哪些特质？（主要指力学性能）纤维增强水泥基复合材料具有抗裂、大延性、高韧性、抗冲击、抗渗、抗剪、耐高温、耐腐蚀、良好的化学稳定性和优越的能量吸收能力，在减小混凝土裂缝、提高混凝土耐久性、改善混凝土脆性破坏、电学性能等方面都起了重要作用。
在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。
1.抗拉强度内部缺陷是水泥基复合材料破坏的主要因素，任意分布的短切纤维在复合材料硬化过程中改变了其内部结构，减少了内部缺陷，提高了材料的连续性。
在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。
在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。
宏观上看，当基体材料受到应力作用产生微裂缝后，纤维能够承担因基体开裂转移给它的应力，基体收缩产生的能量被高强度、低弹性模量的纤维所吸收，有效增加了材料的韧性，提高了其初裂强度、延迟了裂缝的产生，同时，纤维的乱向分布还有助于减弱水泥基复合材料的塑性收缩及冷冻时的张力。
纤维增强水泥基复合材料
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 把坡璃纤维增强水泥喷射到一个带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 泥中的剩余水分脱掉。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。 用喷射脱水法成型的刚脱水的未养护的板具有保持某种程度形状的能 力，因此，加上成型模具，可以进行弯曲加工等两次成型。 用喷射脱水法制作的制品，比直接喷射制品强度高，但制品形状仅限 于以板状或异形断面等的弯曲加工制造。喷射—脱水过程可通过机械 化很容易进行连续操作。
预混料注入到模具里后， 加压除去剩余水分，及 时脱模．可以提高生产 率，并能获得良好的表 面尺寸精度。这种方法 的要点是在加压时，根 据玻璃纤维增强水泥预 混料的配比来选定流动 性和剩余水的脱水方法。
使用这种方法制造的制 品，因形状和强度的原 因，使用范围有限。
与混凝土管的离心成型相同，在旋转的管状模具中喷入玻璃纤 维和水泥浆。该法能够控制纤维的方向性，使它有效地作用到 管子的结构强度上、而且在厚度方向上可以改变纤维量。
纤维增强水泥，无论在用途上，还是制法上， 都是处于开发的新材料。这里以玻璃纤维为 例来介绍纤维增强水泥的成型工艺。
直接喷射 法
抄造法
预混料浇 铸法
纤维增强 水泥
喷射脱水 法
压力法
Байду номын сангаас
离心成型法
把直径2mm以下的细骨料和水泥以及若干量的外加剂以一定的比例 进行拌合，制成水泥砂浆，经泵压送，用喷枪喷到模具面上。 同时，操作者手持喷射设备一边用粗纱切割器把耐碱玻璃纤维 精纱切成规定的长度(纤维的长度一般为12—50mm，含量为3 ％—5％)，一边重复水泥砂浆的喷吹途径直接将玻璃纤维喷射 到模具上而成型的。这种成型方法的关键是玻璃纤维的均匀分 散，以及喷射砂浆的脱泡和厚度的均匀性。这是最常用的成型 方法。
短纤维增强聚合物复合材料 用途
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纤维增强复合材料成型工艺
纤维增强复合材料成型工艺纤维增强复合材料（Fiber-Reinforced Composite，简称FRC）是一种由纤维和塑料基质组成的材料。
由于其具有卓越的力学性能和轻质化特性，在航空、航天、汽车工业、体育器材等领域得到了广泛应用。
在FRC制造过程中，成型工艺是至关重要的环节之一，影响着其最终力学性能和外观质量。
本文将介绍一些常见的FRC成型工艺。
1.手层叠模压成型工艺手层叠模压成型工艺是将预先切割好的纤维和树脂层通过手工堆叠，形成FRC板材，再通过模压成型的工艺将其塑化形成具有一定形状的FRC制品。
该工艺成本低廉，适用于少量、多品种的生产，但生产效率低，产品质量容易受到人工操作技术和操作环境等因素的影响。
2.注塑成型工艺注塑成型工艺是将预先制备好的纤维增强料通过注塑机注入模具中，进行压实成型的工艺。
在注塑成型工艺中，树脂和纤维的混合是在注塑机中实现的，可大大提高生产效率，且制品外观质量和力学性能稳定。
但注塑成型工艺需要投资大型注塑设备和模具，且对原材料的选择和加工工艺要求较高。
压片成型工艺是将预先切割好的纤维和树脂层堆叠在一起，然后通过加热和压力的作用使其塑化成型的工艺。
在压片成型工艺中，不需要液态的树脂，较为适合生产薄壁、平面和简单立体结构的FRC制品。
该工艺生产效率较高，但制品的纤维排列和树脂分布不易控制，容易产生短纤维断裂和树脂气泡等缺陷。
4.纺织品成型工艺纺织品成型工艺是将预先编织好的纤维布与树脂注射、固化成型的工艺。
该工艺对于制造具有一定弯曲形状或复杂的立体结构FRC制品非常适用，且研制所需的成型设备和工艺相对简单。
但编织布的形成难度较大，纤维排列难以控制，制品外观质量容易受到纺织品表面的杂质和缺陷影响。
总之，选择合适的FRC成型工艺需要考虑到生产规模、生产效率、产品形态和质量要求等因素，同时要根据材料特性和成型工艺的特点，采用切合实际的生产方案，提高FRC制品的生产效率和外观质量，从而满足市场的需求。
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水泥混凝土
―――
2.3－2.45
1－4
30－40
0.01－0.02
第14章 无机基复合材料
14.3 纤 维 增 强 水 泥 的 国 内 外 动 态
三、纤维增强水泥的国内外动态
课件
用于增强水泥基复合材料的纤维品种很多，主要 有钢纤维、石棉纤维、天然纤维和合成纤维、玻璃纤 维。科学家和工程师对这些纤维增强水泥基材料进行 了广泛的研究，取得了许多有意义的研究结果并且其 中某些品种已经应用于工程建设中。
第14章 无机基复合材料
4、合成纤维增强水泥基材料
课件
14.3 纤 维 增 强 水 泥 的 国 内 外 动 态
迄今为止，在国际上已被用以替代石棉制造纤维 水泥板的合成纤维主要有维纶(聚乙烯醇纤维)、脂纶 (聚丙烯脂纤维)、丙纶(聚丙烯纤维)与乙纶(聚乙烯纤 维)。芳纶(芳族聚酰胺纤维)虽具有较高的弹性模量 (可与石棉纤维的弹性模量相近)，但由于此种纤维的 价格太高，尚难为纤维水泥工业所采用。 根据我国与国外对用维纶制造的无石棉纤维水泥 板的耐久性的研究结果，认为此种制品即使暴露于大 气中仍具有较高的强度，但其韧性随时间而有所下降。 这主要是由于纤维与水泥基体界面的粘结不断提高所 致。
1、钢纤维增强水泥基材料 2、石棉纤维增强水泥基材料 3、天然纤维增强水泥基材料 4、合成纤维增强水泥基材料 5、玻璃纤维增强水泥基材料 6、混杂纤维增强水泥板
第14章 无机基复合材料
14.3 纤 维 增 强 水 泥 的 国 内 外 动 态
1、钢纤维增强水泥基材料
课件
钢纤维增强水泥基材料是纤维增强水泥基材料理 论研究最早的一种。与其它增强纤维相比钢纤维增强 水泥基材料研究得最广泛最深入。目前，钢纤维增强 水泥基材料在工程建设中应用最广，钢纤维的消耗量 仅次于石棉纤维。 钢纤维加入到水泥基材料中后，改变了材料的破 坏方式，提高了材料的强度(包括热压强度、抗拉强度 和抗弯强度，特别是大幅度提高了材料的韧性。另外， 复合材料的耐磨性、耐疲劳性、抗冲击性和冻融性等 也有不同程度的改善。钢纤维增强水泥基材料的用途 广泛，主要应用于公路、飞机跑道、工厂地板、堤坝 桥墩、以及河流水库、隧道的内衬等。
第14章 无机基复合材料
14.3 纤 维 增 强 水 泥 的 国 内 外 动 态
课件
3、天然纤维增强水泥基材料 天然纤维是自然界中最大品种的纤维，取之不尽， 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。 天然纤维加入到水泥基材料中后，复合材料的强 度和韧性都有明显的提高，提高的程度取决于纤维的 用量和纤维的长度，纤维用量和纤维长度均有一最佳 值。过多的纤维用量和过长的纤维长度，都会降低天 然纤维增强水泥基材料的增强效果。
第14章 无机基复合材料
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课件
为充分发挥聚丙烯纤维对水泥基体的增强作用， 英国萨里大学研究成功用经高倍拉伸制得的纤化聚丙 烯薄膜以较高的体积率掺加于水泥基体中，在实验室 内制成抗拉强度与变形能力均较高的薄壁纤维水泥板。 意大利Fibronit公司根据英国此项技术的专利进行了 商业性开发，设计并制作了专门生产纤化聚丙烯薄膜 增强水泥板的装备，产品的商品名称为“Netcem”。根 据10年大气暴露的试验结果，Netcem波板的耐久性是 令人满意的，但尚需积累更长期的试验资料。英、美 等国还研究了将编织聚丙烯纤维网格布以较高的体积 率掺加于水泥基体中，也得到了较好的试验结果。
160 150－170
3.0 2.0－3.0
青石棉纤维
抗碱玻璃纤维 中碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维 高弹碳纤维 聚丙烯单丝 Kevlar-29 尼龙单丝 水泥净浆 水泥砂浆
0.1－20
8－20 8－20 8－20 9 ――― 12 100－200 ――― ―――
3.4
2.7 2.6 2.54 1.9 0.9 1.44 1.1 2.0－2.2 2.2－2.3
第14章 无机基复合材料
短纤维增强水泥基复合材料
课件
概 述
一、概述 短纤维增强水泥基复合材料包括结构材料和非结构 材料。结构材料大都用于建筑物墙体和构件的承重结构 中，非结构材料则主要用做装饰性材料和非承重功能性 材料。随着人们生活水平的提高和住宅环境的日益改善， 人们对住宅的美观及诸多功能提出了更加苛刻的要求。 因此，对非承重功能性材料进行改革将是现代建筑中墙 体材料改革的大势所趋。世界上许多国家在二十世纪二、 三十年代已着手墙体材料改革，逐步推进墙体材料的环 保化，严格限制粘土砖（制品）的生产与使用，大力推 广各种非粘土类制品及大尺寸的块材与板材。
第14章 无机基复合材料
14.3 纤 维 增 强 水 泥 的 国 内 外 动 态
课件
与玻璃纤维相似，在碱性环境中，天然纤维会发 生分子降解而失去力学性能。因此，其增强水泥基材 料同样存在一个长久使用性问题。某些科学家采用天 然纤维涂覆疏水保护剂和／或采用低碱性基体的方法， 来解决天然纤维增强水泥基材料的耐久性问题效果显 著，但最终结果仍不甚令人满意。因此，如何提高天 然纤维的耐碱性，提高天然纤维增强水泥基材料的耐 久性将是未来研究的重要领域。
第14章 无机基复合材料
14.3 纤 维 增 强 水 泥 的 国 内 外 动 态
5、玻璃纤维增强水泥基材料
课件
玻璃纤维具有很高的强度和模量，并且来源丰富 制造成本较低，是复合材料增强纤维的主要品种之一。 最早进行玻璃纤维增强水泥基材料研究的，当属前苏 联科学家Biryukovich等人，我国科学家在1958年后也 曾参与了早期研究工作。 普通玻璃纤维的耐碱性较差，在水泥基体这样的 碱性环境中极易失去其强度和刚性，因此在六十年代， 虽然玻璃纤维增强水泥基材料的研究已经比较深入系 统，但其制品一直未被推广应用；直到七十年代初期， 英国建筑研究院向普通玻璃纤维中加入二氧化锆，研 制成功了耐碱玻璃纤维后，玻璃纤维增强水泥制品才 由英国的Pilkington Brothers公司大量生产推广应用。
第14章 无机基复合材料
课件
概 述
国务院99年72号文件已明确指出：“2001年在沿海 城市和土地稀缺的城市禁止使用实心粘土砖；在其他地 区框架结构建筑中也禁止使用实心粘土砖。到2003年在 全国禁止生产、使用实心粘土砖。”以实现最终淘汰实 心粘土砖的目的。针对上一指示精神，墙材革新与建筑 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的 “禁砖令”的下达，鼓励生产使用轻质、高强、保温、 隔热、隔音的新型墙体材料，以代替“秦砖汉瓦”，推 进建筑节能工作的开展，国家、省、市都制定了一系列 政策和法规。现在，针对实心粘土砖为主要对象的墙体 材料革新已成为历史的必然。
700－2500
1400－2500 1000－2000 3000－3500 2600 400 2900 900 3－6 2－4
170－200
70－80 60－70 72－77 230 5－8 69 4 10－25 25－35
2.0－3.0
2.0－3.5 3.0－4.0 3.6－4.8 1.0 18 4.0 13.0－15.0 0.01－0.05 0.005-0.015
第14章 无机基复合材料
课件
纤 维 增 强 水 泥 的 历 史
纤维增强水泥基复合材料的基体，通常是普通波 特兰水泥，有时也采用高铝水泥和特种水泥。而用于 增强的纤维，除最早广为使用的石棉纤维外还有钢纤 维，玻璃纤维，天然纤维(如玉米秸、麦杆秸、黄麻 等)，合成纤维(如高模量的碳纤维，芳纶纤维和较低 模量的聚丙烯纤维等)。这些增强纤维的性能，增强 效果和制造成本差别较大（见表1）。在纤维增强水 泥基材料中，纤维的使用状态和分布是多种多样的： 既可以是长纤维的一维铺设，也可以是长纤维或者织 物的二维分布，还可以是短纤维的二维或者三维不连 续的乱向分布。因此，近些年来，纤维增强水泥基复 合材料的研究比较活跃，并取得了许多有意义的研究 结果。
第14章 无机基复合材料
14.3 纤 维 增 强 水 泥 的 国 内 外 动 态
课件
目前除我国外，英国、德国、瑞士、比利时、意 大利等国均在抄取工艺线上用维纶生产无石棉纤维水 泥板。国外有的用改性维纶或改性脂纶替代适量的高 模量维纶。丹麦Eternit公司用改性丙纶替代全部石棉， 并用纤维素纤维作辅助纤维在抄取工艺线上制造无石 棉纤维水泥板。
14.1
第14章 无机基复合材料
课件
目前，西方发达国家的墙体材料正向纵深方向发 展，提倡建筑节能，不断提高新型墙材的生产比例， 综合利用工业废渣，节能降耗，使产品系列化与配套 化。同时不断开发多功能的“绿色”材料。
14.1 概 述
我国墙体材料的革新工作虽已进行多年，但传统 的实心粘土砖在整个墙体材料中所占的的比例仍然很 大。由于实心粘土砖保温隔热性能差，生产能耗高， 不符合现行建筑设计规范的建筑节能的要求，更为严 重的是毁坏耕地的现象十分严重。所以，寻找具有生 产能耗低、保温节能的高性能新型墙体材料来取代传 统的实心粘土砖，已成为我国墙体材料改革的大势所 趋。
第14章 无机基复合材料
14.3 纤 维 增 强 水 泥 的 国 内 外 动 态
课件
(2)使用专门制造的低碱度水泥:例如中国建筑材料科 学研究院开发的硫铝酸盐型低碱度水泥(由无水硫铝酸 钙、石灰石、无水石膏组成)，日本秩父水泥公司开发 的CGC水泥(由无水硫铝酸钙、C2S含量高的波特兰水泥、 矿渣与石膏组成)。根据国内外的经验，为降低GRC制 品的干缩率，应使灰砂比控制在1：1—1：1.5之间。 Biryukovich测定了单向抗拉的基本性能，他得到的E 型玻璃纤维高铝水泥的应力－应变曲线如图1.