复合材料课件第七章 水泥基复合材料-2
混凝土水泥基复合材料原理
混凝土水泥基复合材料原理一、概述混凝土是一种由水泥、骨料、细集料和水按照一定比例配制而成的人造材料，具有高强度、高耐久性等优点，在建筑工程中被广泛应用。
然而，由于混凝土自身的缺陷，例如其强度低于一些金属材料，易受冻融和化学侵蚀影响等，因此需要通过复合材料的方式来弥补其不足。
混凝土水泥基复合材料就是一种由混凝土和一些在其中添加的其他材料组成的材料，它具有较高的强度、抗冲击性、耐久性等特点，可广泛应用于建筑工程中。
二、混凝土水泥基复合材料的组成混凝土水泥基复合材料一般由水泥、骨料、细集料和添加剂等组成。
其中，水泥是混凝土的主要胶凝材料，通过与骨料、细集料等混合物反应形成坚实的混凝土结构；骨料是混凝土的主要耐久性材料，其主要作用是增加混凝土的体积密度和强度；细集料则是混凝土的主要填充材料，其主要作用是填充骨料之间的空隙，从而提高混凝土的密实性和耐久性；添加剂则是混凝土中的辅助材料，其主要作用是调整混凝土的物理性质和化学性质，从而使混凝土的性能达到最佳。
三、混凝土水泥基复合材料的分类根据添加剂的种类和作用，混凝土水泥基复合材料可分为多种类型。
例如，钢纤维混凝土是一种将钢纤维添加到混凝土中以增强其强度和耐久性的复合材料；高性能混凝土则是一种通过添加掺和料、粉煤灰和矿渣粉等辅助材料来改善混凝土性能的复合材料；自密实混凝土则是一种通过添加特殊的气泡剂和高效分散剂等添加剂来使混凝土自行形成微细气泡从而提高其密实性和耐久性的复合材料等。
四、混凝土水泥基复合材料的原理混凝土水泥基复合材料的强度和耐久性主要是通过添加剂对混凝土的物理性质和化学性质进行调整和改善而实现的。
具体来说，混凝土水泥基复合材料的原理可以分为以下几个方面。
1、增强混凝土的强度混凝土水泥基复合材料可以通过添加钢纤维、纤维素纤维等增强材料来提高混凝土的强度。
这些增强材料能够在混凝土中形成一个网状结构，从而有效地防止混凝土的裂纹扩散和断裂，提高混凝土的强度和韧性。
复合材料基础知识PPT课件
箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。 1972年美国PPG公司研究成功热塑性片状模型料成型技术，1975年
投入生产。 80年代又发展了离心浇铸成型法
自从先进复合材料投入应用以来， 有三件值得一提的成果
1、美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机--里尔芳2100 号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它以结构小巧重量轻而称奇 于世。
1970年用玻璃钢蜂窝夹层结构制造了一座直径 44m的雷达罩
原材料：
包括基体相和增强相的原材及添加剂。 基体相材料指作为基体的各种聚合物，包
括热固性树脂和热塑性树脂 增强相材料则是指各种纤维，如玻璃纤维、
碳纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等。 添加剂是复合材料产品在生产或加工过程
中需要添加的辅助化学品通称为添加剂或" 助剂"
3、是在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构， 这架可载80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂 以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等 构件，不仅使收音机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。
复合材料在中国
起始于1958年 ，首先用于军工制品，而后逐渐 扩展到民用。
复合材料基础知识
2009.1.2
定义：
复合材料(Composite materials)，是以 一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为 增强体(reinforcement)组合而成的材料。 各种材料在性能上互相取长补短，产生协 同效应，使复合材料的综合性能优于原组 成材料而满足各种不同的要求。
非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机可减轻重量、提高速 度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧，其 刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。
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。
《复合材料》PPT课件
界面在复合材料中起到传递载荷、阻止裂纹扩展和调节内应力的作 用。
界面优化
通过改变界面形态、引入界面相容剂或采用表面处理技术等方法，可 改善界面性能，提高复合材料的综合性能。
03
复合材料的制备工艺
原材料选择与预处理
增强材料选择
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比强度、高比模量等 优点。
医疗器械
复合材料可用于制造医疗器械如手术器械、牙科 设备和医疗床等，具有轻质便携、X光透过性好 和耐消毒等优点。
能源领域
复合材料可用于制造风力发电机叶片、太阳能板 支架和石油管道等，具有耐候性强、抗腐蚀和轻 质高强等优点。
06
复合材料的未来发展趋势
新型复合材料研究进展
碳纳米管增强复合材料
具有优异的力学、电学和热学性能，广泛应用于航空航天、汽车 、电子等领域。
航天器结构
复合材料用于制造卫星、火箭和导弹等航天器的结构件，如碳纤维/环 氧树脂复合材料在卫星结构中的应用。
03
发动机部件
复合材料可用于制造航空发动机的叶片、机匣和涡轮等部件，提高发动
机的推力和效率，如陶瓷基复合材料在发动机热端部件中的应用。
汽车工业应用
车身结构
复合材料用于制造汽车车身、车门、车顶等结构件，具有 减重、提高刚度和耐撞性等优点，如碳纤维复合材料在高 端跑车和电动汽车中的应用。
外墙材料
复合材料可用于制造建筑外墙板、保温材料和装饰材料等，提高建筑的保温性能和美观度 。
桥梁和道路
复合材料可用于制造桥梁结构、道路护栏和标志牌等，具有耐久性强、维护成本低等优点 。
其他领域应用
1如网球拍、高尔 夫球杆和自行车车架等，具有轻质高强和良好的 力学性能。
水泥基复合材料讲稿
硬化水泥浆体碳化前后纳米压痕数值[11]
Fig. 3. Summary of (a) the 1-year-old slag cement paste and (b) OPC paste (W/C=0.45) nano-indentation test results. NC: non-carbonated, CAR: carbonated. [11] Oğuzhan Çopuroğlu, Erik Schlangen, Modeling of frost salt scaling, Cement and Concrete Research 38 (2019) 27–39
[12] MARIA S K G, METAXA Z S, SHAP S P. Multi-scale mechanical and fracture characteristics and early-age strain capacity of high performance carbon naotube /cement nanocomposites [J]. Cement and Concrete Composites, 2019, 32: 110–115.
硬化水泥浆体碳化前后的形貌[11]
Fig. 4. Photomicrographs of 1-year-old high-slag and OPC pastes in noncarbonated and carbonated conditions (W/C=0.45).
多壁碳纳米管增强的水泥净浆的 弹性模量和SEM照片[12]
水泥基复合材料
水泥基复合材料1. 混凝土概述水泥基复合材料指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。
混凝土材料发生了几次重大变革,其中三次最为突出。
1. 19世纪中叶法国首先出现了钢筋混凝土2. 1928年法国发明了预应力钢筋混凝土3.近30年来聚合物复合混凝土及混凝土外加剂的出现混凝土材料按胶结材料分类：无机胶结材料混凝土，有机胶结材料混凝土，无机与有机复合胶结材料混凝土。
按容重分类：特重混凝土，重混凝土，轻混凝土，特轻混凝土。
按混凝土结构分类：普通结构混凝土，细粒混凝土，大孔混凝土，多孔混凝土。
按用途分类结构用混凝土，隔热混凝土，装饰混凝土，耐酸混凝土等。
混凝土的性质：混凝土混合料必须具有良好的和易性以保证获得良好的浇灌质量。
①流动性：指混合料在本身自重或在机械振捣的外力作用下产生流动或坍落能均匀密实地填满模板的性质。
②黏聚性：指混合料具有一定的黏聚力在运输或浇筑过程中不致出现分层离析使混凝土保持整体均匀的性能。
③保水性：指混合料在施工过程中具有保水能力保水性好的混料不易产生严重泌水现象。
2. 高性能混凝土混凝土：由胶结材料水泥和粗细集料石子和沙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。
高强混凝土（high-strength concrete,HSC)与高性能混凝土(high-performance concrete)的首要区别是后者强调耐久性。
高性能混凝土不仅要具备高的强度而且应具备高密实性和高体积稳定性。
高性能混凝土在微观结构方面的特点：由于存在大量未水化的水泥颗粒浆体所占比例降低浆料的总孔隙率小，孔径尺寸较小，仅最小的孔为水饱和浆体-集料界面与浆体本体无明显区别消除了薄弱区游离氧化钙含量低。
高性能混凝土的特性：有自密实性；体积稳定性好；强度高，其抗压强度已有超过200MPa；水灰比较低，水化反应终止得较早，水化热总量相应降低；在较长的持续期后，高性能混凝土的总收缩应变量与其强度成反比，早期收缩率随着强度的提高而增大；徐变变形显着低于普通混凝土；Cl-渗透率低于普通水泥更符合环保要求；具有较高的密实性和抗渗性抗化学腐蚀性显着优于普通强度混凝土；高温作用下会产生爆裂、剥落。
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PPT(共34页)
12
纤维与基体在弹性模量上的匹配：当复合材料 的应变达到纤维或基体中比较小的那个应变时， 只有Ef Em ，纤维才可分担复合材料中更多 的负荷水平。所以要求选用的纤维具有较高的 弹性模量。
1凝土的配合比设计及成型工艺控制
在组成材料已定的条件下，决定混凝土各项性能的 则主要是各组成材料之间的相对比例。
1）选择水泥品种，确定混凝土试配强度；
2）确定水灰比；
3）选取用水量，计算水泥用量；
4）选取砂率；
5）计算砂石用量。
18
8.3.2钢筋混凝土的成型工艺
性能：纤维的掺入可显著地提高混凝土的极限 变形能力和韧性，从而大大改善水泥浆体的抗 裂性和抗冲击能力。
13
聚合物改性混凝土 对混凝土最基本力学性能的改善要借助于向混凝土
中掺加外掺剂，在大多数情况下是掺加聚合物。 主要有三种形式： 一是聚合物浸渍混凝土； 二是聚合物混凝土； 三是聚合物水泥混凝土。
19
8.3.3纤维增强水泥的成型工艺 1、直接喷射法 直接喷射法是目前最常用的成型方法。其关键是玻
璃纤维的均匀分布以及喷射砂浆的脱泡和厚度的均 匀性。 用这种方法，纤维在二维方向无规配向。因此，在 制造时制品的形状、大小、厚度等自由度最大，通 用性也最大，设备费用较便宜
而且是受力的主体。 纤维与基体水泥间的相互作用： （1）当纤维间距大于或等于两倍界面层厚度时，
各纤维的界面层将保持自身形状，互无干扰和影 响，不因纤维间距改变而变；当纤维间距小于两 倍界面层厚度时，由于界面层相互交错、搭接， 产生叠加效应，不同程度地引起界面层弱谷变浅， 对界面产生强化效应。
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。
水泥基复合材料讲解共35页文档
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
《复合材料》PPT课件
纳米绘画艺术—— 纳米中国
这是中国科学院化学所的科技人员利用 纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制 出的世界上最小的中国地图。
碳纳米球（富勒稀）
The Nobel Prize i n Chemistry 1996 for discovery of fullerenes（C60).
碳原子组成的小单元看起来和 足球一样。碳原子的活性差， 导电，非常稳定。绝佳的材料 和电性能
材料的创新：新材料的出现为产品设计提供更广阔 的前，由于其独
有的体积和表面效应，它从宏观上显示出许多奇妙 的特征。
制备纳米粒子的物理方法
1．球 磨
实施方法
2．振动 球磨
3．振动磨
4．搅拌磨
5．胶体磨
6．纳米气流粉碎 气流磨
球磨 (Milling)
新型日光温室复合材料 温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成
绿可木，生态木塑 复合材料，木塑复
合材料吸音板
复合材料（玻璃 钢）制品
采用高分子复合材料制作浮雕和雕塑
碳纤维/树脂复合 材料
碳/碳复合材料
生物医学制品和体育运动
复合材料被用来预防受伤， 矫正生理机能，和帮助病人 复原。
生物医学制品和以体育运动器 材为主的碳纤维复合材料制品
• 台湾碳纤维约有3000吨/年的产能。
体育休闲用品应用
山地车
工业应用
这是一个覆盖甚广，内容甚多，也是一个发展最快， 前景最好的应用领域。
1、基础设施领域（混凝土结构加固补强）
基础设施（Infrastructure）系指建筑领域的房屋 、桥梁、隧道、涵洞、地铁及其相关的混凝土工程，其修 复、更新、加固已构成复合材料目前极重要的应用领域。
② 碳纤维增强复合材料 由碳纤维与酚醛、环氧、聚酯、聚四氧乙烯 等树脂组成的复合材料 特点：密度更低，比强度和比模量更高 具有优良的疲劳性能、耐冲击性能、自润滑 性能和耐磨、耐蚀、耐热性能
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。
水泥基复合材料分类
水泥基复合材料分类水泥基复合材料，光是这个名字听起来就很高大上，对吧？大家一听“水泥”就知道，它跟咱们的建筑、基础设施密切相关，咱们每天走的路、住的楼，基本上离不开水泥。
可是你知道吗？水泥这玩意儿，单打独斗可不行，它需要一些帮手，才更有劲儿。
咱今天就来聊聊这些“帮手”，就是那些让水泥更加坚固、更耐用的复合材料。
别看名字复杂，实际上，它们可都在悄悄地给我们的生活带来改变呢。
水泥基复合材料其实就是在水泥里面加入了一些其他的材料，让水泥的性能更加优秀。
比如，有的会加入钢筋，有的会加上一些纤维，甚至还有的加入一些新型的化学物质，这样做的好处多得很，不仅能提高水泥的强度，还能增加它的抗裂性、耐磨性。
这些水泥基复合材料有点像给水泥穿上一件“防护服”，让它在更恶劣的环境下也能表现得像个硬汉子，坚不可摧。
有些朋友可能会问，水泥基复合材料到底怎么分类？说实话，这个问题看似简单，答案却有点复杂。
简单来说，咱们可以根据材料的不同功能和特性，把它们分为几类。
咱可以根据添加的材料来分。
比如，有一种叫做钢筋水泥复合材料，这可就不一般了，钢筋和水泥结合在一起，打破了水泥“脆弱”的弱点，增加了它的抗拉力和抗弯曲的能力，大家走在大街上看到的高楼大厦，多半就是这种组合。
还有一种是纤维水泥基复合材料，纤维就像是水泥的“护身符”，加入了它，水泥不容易开裂，特别适合一些承受大压力的地方，比如地铁的隧道，水坝这些地方，纤维水泥就派上了大用场。
除了钢筋和纤维，还有一些更先进的材料能被添加进去，比如超细粉体或者是各种化学添加剂。
这些材料加入水泥中，能让水泥的性能得到更大的提升。
例如，有些高性能水泥基复合材料的抗渗性、耐腐蚀性极强，特别适合在一些特别苛刻的环境中使用。
想象一下，如果你是一座桥梁，下面每天都有洪水经过，那么你就需要这种耐腐蚀的水泥基复合材料，帮你抵挡岁月的侵蚀。
再聊聊另外一个分类方法，按照水泥基复合材料的用途来分，这个也挺简单。
比如，有一些水泥基复合材料特别适合做高强度的结构性建筑，它们往往需要在大压力下保持稳固。
水泥与水泥基复合材料PPT课件
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天津彩虹大桥，成桥于1998年
34
混凝土输送车
35
混凝土泵车
36
泵送施工
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先进水泥基复合材料
智能混凝土（自适应、自检测、自修复） 活性粉末混凝土（RPC） 化学结合陶瓷（CBC） 无宏观缺陷材料（MDF）
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
工程意义
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。
水泥与水泥基复合材料
2009.03.20
1
现代材料概论－水泥与水泥基复合材料
概述 硅酸盐水泥 掺加混合材料的硅酸盐水泥 其它水泥 水泥基复合材料
2
现代材料概论－水泥与水泥基复合材料概述
胶凝材料 水泥 水泥基复合材料
3
概述-胶凝材料
定义：通过一定的物理或化学变化，本身能够硬化，
且能粘结砂石等散粒状材料，使之共同成为坚硬石状 体，这种材料称胶凝材料。 分类：
有机 依据成分分类 无机
复合 气硬性胶凝材料（空气中）
依据硬化条件分类 水硬性胶凝材料（空气或水）
4
概述-水泥
定义：加水拌和能形成塑性浆体，能在空气中硬
化，且能在水中更好地硬化，并能粘结砂石等散 粒状材料形成坚硬的石状体，这种无机粉末，称 水泥。
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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。
7.5 其他水泥基复合材料
• 1 、高抗渗、抗侵蚀混凝土
• 混凝土的耐久性是指组成混泥土的材料在长期使 用过程中，抵抗其自身及环境因素长期破坏作用， 保持其原有性能而不变质、不破坏的能力，主要 指抗渗性、抗冻性、抗碳性、抗化学侵蚀及碱集 料反应等。
• 混凝土的抗渗性，指混凝土抵抗压力水渗透的能 力。混凝土阻碍液体向其内部流动的能力越好， 混凝土的抗渗性越好。混凝土的耐久性于水和其 它有害化学液体流入其内部的数量、范围等有关， 因此抗渗性能高的混凝土，其耐久性就高。
b) 模仿骨骼的结构和形成。在集体磷酸钙水泥中加入多 孔的编制纤维网，在水泥水化和硬化过程中，纤维放出
聚合物和聚合反应引发剂形成高聚物，聚合反应留下的 水分参与水化。纤维网表面形成大量有机、无机物质穿
提高混凝土拌合物的流动性。在用水量和强度一定的条件 下，坍落度可提高100～200mm。
节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下， 可节约水泥5～20％。
改善混凝土拌合物的性能。掺入减水剂可以减少混凝土拌 合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水 泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻 性。
抗压强度
特重交通 5.0MPa （5.5）
C40
重交通
5.0MPa
C35
中等交通 4.5MPa
C30
轻交通
4.0MPa
C25
水泥混凝土路面的特点： ➢ 强度高：较高的抗压强度/抗弯拉强度/抗磨耗能力 ➢ 稳定性好：水稳定性、热稳定性均较好； ➢ 耐久性好； ➢ 养护费用少、经济效益高； ➢ 能见度好，有利于夜间行车。 ❖不足： ➢ 对水泥和水的需要量大； ➢ 接缝：增加施工和养护的复杂性/易引起行车跳动/影响行车舒 适性/强度薄弱点； ➢ 需养护，开放交通较迟； ➢ 修复困难。
工艺路线：DSP材料是由70～80％水泥、20～30％平均 粒径比水泥小1～2个数量级的超细材料、高效减水剂 和水组成的。其制品的抗压强度也可达到300MPa以上。
矿物掺合料的填充效应 不同粒径组合对空隙率的 影响
5、活性粉末混凝土
活性粉末混凝土（Reactive Power Concrete，简称RPC） 是法国Bouygues公司的工程师P. Richard于1993年研制 的。RPC材料是一种超高强度、超高耐久性超高韧性 的新型水泥基材料。由于提高了细度和反应活性，因 此叫活性粉末混凝土。
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。
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）。
• 减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲 水基团和憎水基团组成；
掺入减水剂前：当水泥加水拌合形成水泥浆的过 程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形 成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥；
水泥颗粒
絮凝状结 构
水泥颗粒
游离水 减水剂
电性斥力
水泥颗粒
溶剂化水膜
游离水
• 掺入减水剂后：
✓ 表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有 同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力， 使水泥颗粒分散，絮凝状结构中的水分释放出来，混凝土拌 合用水的作用得到充分的发挥，拌合物的流动性明显提高；
2600 400 2900 900 3－6
水泥砂浆
――― 2.2－2.3
2－4
水泥混凝土 ―――
2.3－ 2.45
1－4
72－77
230 5－8 69
4 10－25 25－35
30－40
3.6－4.8
1.0 18 4.0 13.0－15.0 0.01－0.05
0.005-0.015
0.01－0.02
2纤维长径比40~80 高的抗拉强度，抗拔强度。
3纤维与水泥的性能必须搭配适当（防腐蚀等）
性能特点：
• 1、力学性能改善 • 2、掺纤维-坍落度高 • 3、抗渗性改善 • 4、易产生纤维团聚现象 • 5、分层现象
开发
• 1、有前途—钢纤维和玻璃纤维 • 2、耐碱玻璃纤维替代石棉 • 3、聚丙烯和尼龙等合成纤维对裂缝开展的
影响因素
• 致密化—无缺陷、低空率 • 空结构—25nm以下的渗透空不透水（引
入减水剂、引气剂和活性微细集料—— 改善孔结构，提高抗渗性能和抗腐蚀）
减水剂
混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易 性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂， 又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化 剂”。
减水剂的作用机理
约束能力较差，对抗拉强度无效，抗冲击 性能优良 • 4、抗弯强度，碳纤维介于钢纤维和耐碱玻 璃纤维之间 • 5、钢纤维对裂缝约束能力最好，抗弯、拉 伸强度提高，韧性最好。
• 6、钢纤维的合理直径为0.25~0.5mm，长为 12.5~50mm
• 7、纤维增强混凝土理论—“纤维间隙学说” 和“复合强度学说”
工艺路线：将水泥、微硅粉、石英砂、钢纤维搅拌均 匀，先加入三分之二溶解了超塑化剂的水进行搅拌， 最后加入另三分之一水搅拌均匀。把拌合物倒入模具 振动成型，在标准模式下养护24小时后脱模，然后在 90℃水中养护或蒸汽养护。
6、渗浆纤维混凝土
钢纤维和混凝土搅拌浇灌成型——施工技术不同于一 般的搅拌浇筑成型的钢纤维混凝土，它是先将钢纤维 松散填放在模具内，然后灌注水泥浆或砂浆，使其硬 化成型。SIFCON与普通钢纤维混凝 土相比，其特点 是抗压强度比基体材料有大幅度提高，可达 100~200MPa，其抗拉、抗弯、抗剪强度以及延性、 韧性等也比普通掺量的钢纤维混凝土有更大 的提高。
纤维增强水泥基复合材料
纤维增强脆性材料的历史，可以追溯到远 古时代。当时人们把稻草等植物纤维掺到泥土 中，制备较为坚固耐用的建筑材料，这一原始 的制造工艺，至今在我国的部分农村仍被采用。 现代最早广为使用的纤维增强复合材料是大约 1900年出现的石棉水泥板。其后，其他各种 纤维增强材料相继被研究开发出来，如纤维增 强树脂，纤维增强陶瓷和纤维增强水泥基材料 等这些纤维增强复合材料广泛应用于观代生活 的许多领域，已为人类社会的发展做出了巨大 的贡献。
• 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。
• 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。
基本要求：
1 集料最大粒径较小，一般不超过20mm（越大韧性越低） 沙率较大，一般为40%~60% 水泥用量较大 水灰比较小
✓ 表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表 面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起 到润滑作用，改善了拌合物的流动性。
减水剂的作用效果
减少混凝土拌合物的用水量，提高混凝土的强度。在混凝 土拌合物坍落度基本一定的情况下，减少混凝土的单位用 水量5～25％（普通型5～15％，高效型10～30％）。
纤维名称 不锈钢纤维 温石棉纤维
纤维直径 容积密度 /μm （g/cm3）
10－330
7.8
抗拉强度 /MPa
2100
―――
2.6
500－1800
弹性模量 (MPa) 160
150－170
极限延伸率(%) 3.0
2.0－3.0
青石棉纤维 0.1－20
3.4
700－2500 170－200
2.0－3.0
的比例混合起来的材料克服以上缺点，具有好的柔性和 弹性