《复合材料教学课件》8水泥基复合材料

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增强剂 — 短纤维; 基体— 硅酸盐水泥、调凝水泥
及高铝矿渣水泥等; 填料 — 沙、粉煤灰等。
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2-2 影响材料性能的因素: 1)基体的性能: 2)纤维与基体水泥间的相互作用: 3)纤维与基体在热膨胀系数上的匹配: 4)纤维与基体在弹性模量上的匹配: 5)增强体性能:
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1) 基体的性能:水泥基体不仅是传 递应力载荷,而且是受力的主体。
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聚合物混凝土: 以聚合物为结合料与砂石等骨料形成混
凝土。大部分情况下是把聚合物单体与粗骨 料拌和,通过单体聚合把粗骨料结合在一起, 形成整体,可用预制或现浇的方法施工。这 种混凝土有比普通混凝土无法比拟的特殊性 质,如速凝等,但价格昂贵,多用于特殊用 途,如抢修等。
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2)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。
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(2)纤维间距对界面层的影响与纤维/骨 料间距改变对界面层的影响具有一致的规 律性和同类性,诸界面层在基体水泥中将 有双重界面随机强化效应,只要纤维、沙 粒空间随机间距小于两倍界面层厚度,混 合料工作性又能满足要求,界面层,尤其 是界面最薄弱层的强化效应就会发生。
4、聚合物改性混凝土的成型工艺
四、(钢筋混凝土.)纤维/基体的界面
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一、水泥 1、水泥的定义和分类: 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。
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通用水泥:硅酸盐水泥、普通硅酸盐水 泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水 泥、粉煤灰硅酸盐水泥。
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(3)纤维间距改变对界面层性状的影 响与对界面力学性能的影响具有相同的 规律性 。当纤维间距小于两倍界面层厚 度时,界面诸力学性能均有不同程度的 提高。
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3)纤维与基体在热膨胀系数上的匹配:利 用纤维与基体在热膨胀系数上的不同,如 纤维的热膨胀系数大于基体的热膨胀系数, 复合材料在基体上产生一定的压预应力, 而纤维则处于张应力状态,这样则对复合 材料的性能是有好处的。
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图12-4 标准水泥的原料配比
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水泥强化的方法: 1)改善水泥浆自身强度;尽量缩小空隙, 包括降低W/C比、提高流动性、聚合物 浸渍和结合等。 2)骨料与水泥浆界面的强化; 3)最佳骨料的选择。包括选择高强度骨 料、小粒径骨料和短纤维补强等。
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二、水泥复合材料混凝土 1、纤维增强水泥复合材料 2、聚合物改性混凝土
固的过程叫做凝结。再经一段时间凝固就 更加强固,该过程叫做硬化。普通水泥凝 结过程是几个小时,而硬化过程180天后 还在继续着(图12-2)。
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图12-2 压缩强度与硬化时间(材龄)
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水泥颗粒之间的水与水泥发生水化反应生 成水化物,水化物占据了硬化物的主体。 水泥的强度是由这些水化物不留间隙地充 填了空隙而增强的(图12-3)。
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图12-3 水泥的水化过程
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水泥硬化的条件:
1)原料配比:最重要的是水与水泥
(W / C)比。
2)搅拌:
3)养生:凝结、硬化的过程中,在达到某种
程度的强度期间,促进水化反应,保护混凝土
不受来自外部的有害影响所做的工作叫养生。
其基本做法是在适当的温度范围内,给予充分
的湿度,不要施加冲击及过度的负荷。
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专用水泥:油井水泥、砌筑水泥。
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特种水泥:快硬硅酸盐水泥、低热矿渣 硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、膨 胀硫酸铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水泥、 铝酸盐水泥、硫铝盐水泥、氟铝酸盐水 泥、铁铝酸盐水泥等。
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2、水泥的制造方法和主要成分
图12-1 水泥制造工艺流程图
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表12-1 普通波特兰水泥的主要化合物及其含率
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3、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。
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聚合物浸渍混凝土: 把成型的混凝土构件通过干燥及抽真
空的方法排除混凝土结构空隙中的水分和 空气,然后将构件浸入聚合物单体溶液中, 使得聚合物单体溶液进入结构空隙中,通 过加热等方法使得单体聚合成聚合物结构。 这样聚合物就填充了混凝土的结构空隙, 改善了微观结构,从而使其性能得到了改 善。
第十二章 水泥复合材料
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水泥复合材料
一、水泥
1、 水泥的定义和分类
2、水泥的制造方法和主要成分
3、水泥的强度和硬化
二、水泥复合材料
1、混凝土
2、纤维增强水泥复合材料
3、聚合物改性混凝土
三、水泥复合材料的成型工艺
1、混凝土的配合比设计及成型工艺控制
2、钢筋混凝土的成型工艺
3、纤维增强水泥复合材料的成型工艺
化合物
含有率,%
硅酸钙化合物
3 CaO •SiO2(硅酸三钙) 2 CaO •SiO 2(硅酸二钙)
孔隙相物质
3 CaO •Al2O3(铝酸盐相) 4CaO •Al2O3•Fe2O3(铁酸盐相)
其它:石膏(CaSO4•2H2O)
30 25 9 9 3~4
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3、水泥的强度和硬化 向水泥中加水充分搅拌后,逐渐凝
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4)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。
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5)增强体性能: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。
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1、混凝土 由胶凝材料、水和粗细骨料按适当比例
拌和均匀,经浇捣成型后硬化而成(图125)。可分轻质混凝土、防水混凝土、耐热 混凝土和防辐射混凝土等。
混凝土拌和物可浇制成各种形状的沟; 混凝土与钢筋有良好的粘结力,可制成钢筋 混凝土和予应力钢筋混凝土。
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图12-5 混凝土的构成
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2、纤维增强水泥复合材料 2-1 复合材料的组成:
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