水泥基复合材料PPT(共34页)

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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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。
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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。
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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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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。
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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。
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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
第八章 水泥基复合材料
8.1水泥概述 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。 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。 专用水泥：油井水泥、砌筑水泥。 特性水泥：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。
钢筋混凝土结构提高了抗弯及拉伸强度。支撑更 大负荷的是钢筋，但混凝土自身的特性没有改善。 不改变混凝土的成分，可以用物理力来改善混凝 土自身的强度。基本做法是预先向混凝土硬化体 施加压缩力，储藏应变能。当使用过程中承受外 力时，只需用该应变能返回常态时的那分力，就 增加了抵抗力，起到了提高抗弯及抗拉强度的作 用。
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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聚合物水泥混凝土： 在水泥混凝土成型过程中掺入一定量的聚合物，从
而改善混凝土的性能其优点是：抗折强度提高，抗 压强度提高，抗压强度/抗折强度的比值减小；刚 性或脆性降低，变形能力增大；耐久性与抗侵蚀能 力有一定程度的提高；有良好的粘结性，适于修补 工程；制备工艺不变，成本相对低。
（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。
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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。
混凝土拌和物可浇制成各种形状的构件；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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混凝土的构成
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8.2.2纤维增强水泥复合材料
1 、复合材料的组成：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 、影响材料性能的因素： 1) 基体的性能：水泥基体不仅是传递应力载荷，
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2、水泥的制造方法和主要成分
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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。 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
水泥硬化的条件： 原料配比：最重要的是水与水泥（W / C）比。
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标准水泥的原料配比
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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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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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8.2水泥复合材料 8.2.1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。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。