纤维增强水泥基材料

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。
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在水泥基材料中掺入纤维是目前改善水泥基材料向轻质、 高强、高韧性等方向较为有效的方法之一，其逐渐成为一种 新型建筑材料——纤维增强水泥基材料（fiber reinforced cement，FRC）在国内外得到了迅速发展与应用。
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材料的优缺点组合示意图
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水泥基复合材料
（1）传统的水泥基材料是以水泥为胶结剂，结合各种集料、 外加组分而形成的水硬性胶凝材料，它包括各类制品和混 凝土。
（2）先进水泥基复合材料是通过组成、结构优化设计，采
用先进技术制备而形成具有优异性能的新型水泥基复合 材料。
扬长避短
克服单一材料的缺点
产生原来单一材料没有本身所没有的新性能
复合材料
什么是复合材料 (Composition Materials , Composite) ?
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复合材料的定义
复合材料应具有以下三个特点： (1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通 过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明
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（3）普通水泥基材料由于强度低，脆性大、耐久性差的突
出问题，其使用效能受到限制，也难以适应和满足当今社会
发展、科技进步对材料的新要求。 （4）与普通水泥基材料相比，先进水泥基复合材料具有强 度高、韧性好、耐久性好以及性能可设计的优点。
研究和开发新型高性能水泥基材料一直都是本领域科学研 究和创新的主要内容，先进水泥基复合材料正是当前本领域
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定义 聚合物的选用要求 聚合物应用于水泥混凝土的三种方式
2.聚合物增强水泥基复合材料
聚合物在水泥基复合材料中的作用
聚合物对水泥石的增韧机理 聚合物改性水泥基复合材料的成型工艺
聚合物增强水泥基复合材料的应用
3.颗粒增强型水泥基复合材料
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材料分类：金属、无机非金属、有机高分子材料 各有千秋
水泥基复合材料的研究与发展
朱莉云
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主要内容
复合材料 水泥基复合材料 水泥基复合材料的分类

定义
纤维的作用
纤维的分类
1.纤维增强水泥基复合材料
纤维的选用原则 纤维增强水泥基复合材料的主要研究方向 影响纤维增强效果的因素 纤维增强水泥基复合材料的成型工艺 纤维增强水泥基复合材料的应用
能力以及抗冲击性能等与韧性有关的性能。
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且前者是主要受力者；当基体发生开裂后，横跨裂缝的
纤维称为外力的主要承受着，即主要以纤维的桥联立抵抗 外力作用。
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若纤维的体积掺量大于某一临界值,整个复合材 料可继续承受较高的荷载，并产生较大的变形， 直至纤维被拉断或从基体中拔出，以致复合材 料破坏。
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因此，纤维的加入明显改善水泥基材料的抗拉、
研究的重点和技术应用的难点。
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水泥基复合材料分类
水泥基复合材料在工程材料方面有
纤维增强水泥基复合材料
聚合物增强水泥基复合材料
颗粒增强型水泥基复合材料
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从广义上讲，有机-无机类建筑用复合材料的历史还可 以追溯到更远的年代。

大约在公元前5000年时，人类就开始在黏土中掺加一定
显的界面。
(2)复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可最
大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不
具备的优良持殊源自文库能。
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(3) 复合材料具有可设计性，可以按使用要求的性能来 设计和制造新材料。
复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体；而
另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，与连 续相相比，这种分散相的性能优越，故常称为增强体 (也称为 增强材料、增强相等)。增强材料不仅能提高复合材料的强度 和弹性模量等力学性能，而且能减低收缩率，提高热变形温 度，并在热、电、磁等方面赋予复合材料新的性能。
合成纤维：如尼龙纤维、聚酯纤维、聚丙烯等纤维；
植物纤维：如竹纤维、麻纤维等。
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按其弹性模量的大小可分为
高弹模纤维，如钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等；
低碳模纤维，如聚丙烯纤维、某些植物纤维等。
高弹性模量的纤维主要是提高复合材料的抗冲击性、抗热爆 性能、抗拉强度、刚性和阻裂能力， 而低弹性模量的纤维主要是提高水泥复合材料的韧性、应变
例如应用在矿山、隧道、铁道、公路路面、工业与民用建
筑、水利水电、防爆抗震和维修加固等工程。
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2.纤维的作用

纤维具有优良的阻裂、强化等作用，不仅可以大大减少 水泥基材料内部原生裂缝，并能有效地阻止裂缝的引发 和 扩展，将脆性破坏转变为近似于延性断裂。

在受荷（拉、弯）初期，水泥基体与纤维共同承受外力
量的稻草建筑土墙，古代很多雄伟的建筑和发掘出来的 几千年的古墓材料中常有桐油石灰、糯料石灰三合土的 残骸；

现代建筑家们经常发现距今几百上千年的一些古代庙宇 和神殿是由黏土、石灰等无机基料中加入淀粉、动物胶 等天然聚合物而建成。
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纤维增强水泥基复合材料
1. 定义
纤维增强水泥基复合材料是由水泥净浆、砂浆或
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（3）能够阻止裂纹的扩展或改变裂纹前进的方 向， 减少裂纹的宽度和平均断裂空间。
对于早期的水泥基材料来说，由于纤维的 存在，阻碍了集料的离析和分层，保证了 混凝土早期均匀的泌水性，从而阻止沉降
裂纹的产生。
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3.纤维的分类
用于水泥基复合材料的纤维种类繁多，按其材料 可分为： 金属材料：如不锈钢纤维和低碳钢纤维； 无机纤维：如石棉纤维、玻璃纤维、硼纤维、碳纤维
抗弯等力学性能，以及抗裂、耐磨等长期力学性
能 ，尤其是高弹性模量的纤维还可以大大增强水
泥基材料的断裂韧性和抗冲击性能，显著提高水
泥基材料抗疲劳性能和耐久性。
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目前的研究已表明，纤维在水泥基体中至少有 以下三个主要的作用。 （1）提高基体开裂的应力水平，即使水泥基体能够 承受更高的应力。 （2）改善基体的应变能或延展性，从而增加它吸收 能量的能力或提高它的韧性。纤维对基体韧性 的 改善往往比较显著，甚至在它对基体的增强 作用小的情况下也是如此。