第8章 水泥基复合材料汇总
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混凝土构件需要预制并且构件尺寸受到限制，因而
主要用于特殊场合。
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土 2、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。大多数情 况下是把聚合物的单体与骨料拌和，通过单体聚合把骨料结合
在一起，形成整体。同普通混凝土一样可用预制或现浇的方法
施工。其具有良好的力学性能、耐久性及某些普通混凝土无法 比拟的性能（如速凝等），所以大部分情况下用于抢修等特殊 用途，也可以用于喷射混凝土。据报道，10-15mm聚甲基丙烯 酸甲酯（PMMA）喷射混凝土的强度可达700MPa
① 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；当纤维间距小于
两倍界面层厚度时，界面层相互交错、搭接，产生叠加
效应，对界面产生强化效应.
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8.2 水泥基复合材料
二、纤维增强水泥基复合材料
2、影响材料性能的因素
（2）纤维与基体水泥基体间的相互作用
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 面层在水泥基体将有双重界面随机强化效应，只要纤 维、砂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
（3）纤维与基体在热膨胀系数上的匹配
纤维的热膨胀系数大于基体的热膨胀系数？在基体中引入压应力。 （4）纤维与基体在弹性模量上的匹配
纤维具有较高的弹性模量？
当复合材料的应变达到基体中比较小的那个应变时， 只有Ef>Em时，纤维才可能分担整个复合材料中更多的负 荷水平。所以，如果Ef<Em时，所得复合材料强度不大可 能大于基体本身的原有强度。要求选用纤维具有较高的弹 性模量是必须的。
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所用聚合物主要有环氧树脂、尿醛树脂、糠醛 树脂、聚合物链上接有苯乙烯的聚酯等。 由于混凝土的结合完全靠聚合物，所以聚合物用 量很大，一般多达8%左右，因此聚合物混凝土的价 格昂贵，目前还不能用于普通建筑工程，多用于特
殊工程。
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土
3、聚合物水泥混凝土
是一种以聚合物替代部分水泥材料，与 水泥材料共同作为胶凝材料的水泥基复合 材料 。也称为 聚合物改性水泥混凝土。
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8.2 水泥基复合材料
一、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
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8.2 水泥基复合材料
二、纤维增强水泥基复合材料
1、复合材料的组成
增பைடு நூலகம்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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8.2 水泥基复合材料
8 水泥基复合材料
8.1 水泥
8.2 水泥基复合材料的种类和性能
8.3 水泥基复合材料的成型工艺
8.4 纤维/基体的界面
8.5 调温节能混凝土
8.6其他水泥基复合材料
1
水泥基复合材料
（Cement matrix composites）
由水硬性胶凝材料水泥与水发生水化、 硬化后形成的硬化水泥浆体为基材．与各 种无机材料、金属、有机材料或其中两种 或所有三种材料组成 。
13
聚合物用于水泥混凝土主要有三种方式：
聚合物浸渍混凝土，聚合物混凝土，聚合物
水泥混凝土
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土 1、聚合物浸渍混凝土
15
聚合物浸渍混凝土实验结果表明：
抗压强度可提高3 倍，抗拉强度提高近3倍，弹 性模量可提高1倍，抗破裂模量可增加近3倍，抗折
弹性模量可增加50%，弹性变形减少10倍，硬度增
二、纤维增强水泥基复合材料
1、复合材料的组成
2、影响纤维增强水泥基复合材料性能 的因素
（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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8.2 水泥基复合材料
二、纤维增强水泥基复合材料 1、复合材料的组成 2、影响材料性能的因素 （1）基体的性能
（2）纤维与基体水泥基体间的相互作用
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土
3、聚合物水泥混凝土
与普通水泥混凝土相比，
聚合物胶乳水泥砂浆的 弯曲强度提高显著．而
压缩强度没有明显的改
善。抗压/抗拉值降低。 刚性降低，变形能力增
大，这对许多工程有利。
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土
3、聚合物水泥混凝土
与普通水泥混凝土相比， 聚合物胶乳水泥混凝土对 各种基底的粘结强度大大 改善。所以特别适合于破
的强化效应就会发生。
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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。而当纤维间距大于两倍
界面厚度时，对诸界面力学行为均无明显影响。
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8.2 水泥基复合材料
二、纤维增强水泥基复合材料 2、影响材料性能的因素
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（5）性能
纤维的加入，可显著改善混凝土的极限变
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。使用分散短纤维的增强 效果比连续长纤维的效果差。
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三、聚合物改性混凝土
对水泥混凝土改良的途径，
改变水泥性质，混凝土配比， 添加纤维材料、 外加剂等措施来改良其性能，或使其满足工程特 殊需要。 但是对混凝土最基本的力学性能（刚度大、 柔性小，抗压强度远大于抗拉强度）的改善，降 低其刚性，提高其韧性，降低抗压抗拉强度比值， 在大多数情况下是掺加聚合物。
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8.1 水泥
一、水泥的定义和分类
1、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 牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通 称为水泥。
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2、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。
加超过70%，渗水性几乎变为0，吸水性大大降低。
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土
1、聚合物浸渍混凝土
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聚合物浸渍混凝土由于其良好的力学性能，耐久
性及抗浸蚀能力，主要用于受力的混凝土及钢筋混
凝土结构构件，和对耐久性及抗浸蚀性要求较高的
地方。如混凝土船体、近海钻井混凝土平台等。
但由于聚合物浸渍混凝土工艺复杂，成本较高，
主要用于特殊场合。
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土 2、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。大多数情 况下是把聚合物的单体与骨料拌和，通过单体聚合把骨料结合
在一起，形成整体。同普通混凝土一样可用预制或现浇的方法
施工。其具有良好的力学性能、耐久性及某些普通混凝土无法 比拟的性能（如速凝等），所以大部分情况下用于抢修等特殊 用途，也可以用于喷射混凝土。据报道，10-15mm聚甲基丙烯 酸甲酯（PMMA）喷射混凝土的强度可达700MPa
① 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；当纤维间距小于
两倍界面层厚度时，界面层相互交错、搭接，产生叠加
效应，对界面产生强化效应.
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8.2 水泥基复合材料
二、纤维增强水泥基复合材料
2、影响材料性能的因素
（2）纤维与基体水泥基体间的相互作用
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 面层在水泥基体将有双重界面随机强化效应，只要纤 维、砂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
（3）纤维与基体在热膨胀系数上的匹配
纤维的热膨胀系数大于基体的热膨胀系数？在基体中引入压应力。 （4）纤维与基体在弹性模量上的匹配
纤维具有较高的弹性模量？
当复合材料的应变达到基体中比较小的那个应变时， 只有Ef>Em时，纤维才可能分担整个复合材料中更多的负 荷水平。所以，如果Ef<Em时，所得复合材料强度不大可 能大于基体本身的原有强度。要求选用纤维具有较高的弹 性模量是必须的。
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所用聚合物主要有环氧树脂、尿醛树脂、糠醛 树脂、聚合物链上接有苯乙烯的聚酯等。 由于混凝土的结合完全靠聚合物，所以聚合物用 量很大，一般多达8%左右，因此聚合物混凝土的价 格昂贵，目前还不能用于普通建筑工程，多用于特
殊工程。
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土
3、聚合物水泥混凝土
是一种以聚合物替代部分水泥材料，与 水泥材料共同作为胶凝材料的水泥基复合 材料 。也称为 聚合物改性水泥混凝土。
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8.2 水泥基复合材料
一、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
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8.2 水泥基复合材料
二、纤维增强水泥基复合材料
1、复合材料的组成
增பைடு நூலகம்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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8.2 水泥基复合材料
8 水泥基复合材料
8.1 水泥
8.2 水泥基复合材料的种类和性能
8.3 水泥基复合材料的成型工艺
8.4 纤维/基体的界面
8.5 调温节能混凝土
8.6其他水泥基复合材料
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水泥基复合材料
（Cement matrix composites）
由水硬性胶凝材料水泥与水发生水化、 硬化后形成的硬化水泥浆体为基材．与各 种无机材料、金属、有机材料或其中两种 或所有三种材料组成 。
13
聚合物用于水泥混凝土主要有三种方式：
聚合物浸渍混凝土，聚合物混凝土，聚合物
水泥混凝土
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土 1、聚合物浸渍混凝土
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聚合物浸渍混凝土实验结果表明：
抗压强度可提高3 倍，抗拉强度提高近3倍，弹 性模量可提高1倍，抗破裂模量可增加近3倍，抗折
弹性模量可增加50%，弹性变形减少10倍，硬度增
二、纤维增强水泥基复合材料
1、复合材料的组成
2、影响纤维增强水泥基复合材料性能 的因素
（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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8.2 水泥基复合材料
二、纤维增强水泥基复合材料 1、复合材料的组成 2、影响材料性能的因素 （1）基体的性能
（2）纤维与基体水泥基体间的相互作用
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土
3、聚合物水泥混凝土
与普通水泥混凝土相比，
聚合物胶乳水泥砂浆的 弯曲强度提高显著．而
压缩强度没有明显的改
善。抗压/抗拉值降低。 刚性降低，变形能力增
大，这对许多工程有利。
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土
3、聚合物水泥混凝土
与普通水泥混凝土相比， 聚合物胶乳水泥混凝土对 各种基底的粘结强度大大 改善。所以特别适合于破
的强化效应就会发生。
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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。而当纤维间距大于两倍
界面厚度时，对诸界面力学行为均无明显影响。
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8.2 水泥基复合材料
二、纤维增强水泥基复合材料 2、影响材料性能的因素
11
（5）性能
纤维的加入，可显著改善混凝土的极限变
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。使用分散短纤维的增强 效果比连续长纤维的效果差。
12
三、聚合物改性混凝土
对水泥混凝土改良的途径，
改变水泥性质，混凝土配比， 添加纤维材料、 外加剂等措施来改良其性能，或使其满足工程特 殊需要。 但是对混凝土最基本的力学性能（刚度大、 柔性小，抗压强度远大于抗拉强度）的改善，降 低其刚性，提高其韧性，降低抗压抗拉强度比值， 在大多数情况下是掺加聚合物。
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8.1 水泥
一、水泥的定义和分类
1、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 牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通 称为水泥。
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2、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。
加超过70%，渗水性几乎变为0，吸水性大大降低。
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8.2 水泥基复合材料
三、聚合物改性混凝土
1、聚合物浸渍混凝土
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聚合物浸渍混凝土由于其良好的力学性能，耐久
性及抗浸蚀能力，主要用于受力的混凝土及钢筋混
凝土结构构件，和对耐久性及抗浸蚀性要求较高的
地方。如混凝土船体、近海钻井混凝土平台等。
但由于聚合物浸渍混凝土工艺复杂，成本较高，