水泥基复合材料的制备

水泥基复合材料的制备

一、实验目的

（1）了解水泥各种技术性质定义，进一步理解水泥胶凝和硬化的原理，水灰比、掺合料对水泥强度的影响；

（2）掌握玻璃纤维增强水泥基复合材料的制备工艺和操作方法；

（3）学习水泥相关仪器，例如胶砂搅拌机、振实机等的使用。

二、实验内容

以水泥为基体材料、玻璃纤维为增强材料，制备水泥基复合材料。

三、实验原理

水泥，粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

硅酸盐水泥的化学成分：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简式C3S），硅酸二钙（2CaO·SiO2，简式C2S），铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简式C3A），铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF）。

水泥的胶凝和硬化：

1)、3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca(OH)2；

2)、2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca(OH)2；

3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙，不稳定）；

3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（钙矾石，三硫型水化铝酸钙）；

3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2(3CaO·Al2O3)+4 H2O→3(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O)（单硫型水化铝酸钙）；

4)、4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O。

当水泥拌水后，半水石膏迅速水化为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。

本实验采用短玻璃纤维为增强材料，将其混合在水泥胶砂里，入模成型，经过养护固化之后，形成复合材料，得到产品。

四、实验仪器和药品

1、原材料：水泥（PC32.5）、河沙、玻璃纤维等；

2、仪器：水泥胶砂搅拌机、水泥胶砂振实机、水泥板块标准模具、天平等。

五、实验步骤

1、模具准备

将水泥板块标准模具表面擦洗干净、拼装、涂抹脱模剂，备用。

2、水泥胶砂原料称量

分别称量水292.5g，水泥450g，河沙1350g，备用。

3、玻璃纤维称量

各组按照配比要求，分别称取20g、30g、40g玻璃纤维，备用。

4、胶砂的搅拌与振实

（1）将称量好的水泥和水倒进水泥胶砂搅拌机的容器中，将容器固定在搅拌机上。确认安全后，开启自动搅拌开关，搅拌30s后会发出提示，此时将称量好的沙子加入，搅拌至没有明显的水聚集之后，少量逐渐地加入玻璃纤维，然后等待搅拌完成（注意1）。

（2）将水泥板块标准模具安装到水泥胶砂振实机上（注意2）。待水泥胶砂搅拌完成之后，取下容器，将水泥胶砂分两次加到模具中，第一次加到模具的一半容积，确认安全后开启振实机。待振实机停止之后，检查模具有没有偏移，（如有偏移，及时装正卡进）。

将剩下的胶砂添加到模具中，进行第二次振实。

（3）第二次振实结束之后，取下模具，刮去模具表面多余的胶砂（注意3）。

5、水泥复合材料样品的养护

将做好的水泥复合材料样品放入水泥材料养护箱中进行养护（注意4），约24h之后可以硬化。拆除模具，取出样品，测量性能。

六、实验记录

实验记录员要记录实验过程中所有的称量数据以及搅拌和振实等过程现象。

称量数据主要有：每一组的水、水泥、河沙以及玻璃纤维的量（见实验步骤）。

七、注意事项

注意1：由于水泥胶砂具有泌水现象，为了将胶砂搅拌的更加均匀，水泥胶砂搅拌机自动搅拌模式下，第120s会暂停至180s，让胶砂中的水渗透出来。期间可以将搅拌器上粘附的水泥胶砂和玻璃纤维刮掉至容器中，但是要注意安全：随时准备远离搅拌器，特别是在第160s之后。

注意2：在水泥胶砂振实机上安装水泥板块标准模板时，要将模板装正卡紧，避免震动过程中模板发生偏移甚至脱落。

注意3：刮除模具表面多余胶砂的时候，需要遵循先切后刮、少量多次、方向一致的原则，目的是切断模具表面的多余胶砂与模具内部胶砂的联接，避免刮除时将内部的胶砂带出，破坏产品的形状。

注意4：水泥材料的养护需要在恒温恒湿环境下进行，所以必须要在水泥材料养护箱中进行，切不可置于开放环境中自由固化。

注意5：所有机器操作过程中，务必注意安全。

八、分析与讨论

1、实验中，为什么要求各组保持水泥胶砂的成分（水、水泥、河沙）比例不变？

2、为什么样品振实过程要分两次操作？