复合材料-第七章水泥基复合材料.ppt

1、7-1 7-1 水泥概述水泥概述凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，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砂石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水水硬性胶凝材料硬性胶凝材料，通称为，通称为水泥水泥.l普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（）、硅酸二钙（-2CaOSiO2）、）、铝酸三钙（铝酸三钙（3CaOAl2O3）和铁铝酸四钙）和铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3）四种矿物组成的）四种矿物组成的.水

2、化：水化：3CaOSiO2+H2OCaOSiO2YH2O（凝胶）（凝胶）+Ca（OH）2 水泥及水泥基复合材料常用符号水泥及水泥基复合材料常用符号CaO:C Al2O3:A SiO2:S Fe2O3:F H2O:HW/C:水水/水泥水泥（水灰比）（水灰比）S/G:沙沙/石石水泥特点：水泥特点：水硬性水硬性，与水迅速发生水化反应，生成的水化产物，与水迅速发生水化反应，生成的水化产物逐渐变硬，强度随龄期延长而逐渐增长；逐渐变硬，强度随龄期延长而逐渐增长；水泥桨有很好的水泥桨有很好的可塑性可塑性与砂、石拌和后仍能使混与砂、石拌和后仍能使混合物具有必要的和易性；合物具有必要的和易性；适应性强适应性强，

3、可用于海上、地下、深水、严寒、干热，可用于海上、地下、深水、严寒、干热的地区，以及耐侵蚀、防辐射、核电站等特殊要求的地区，以及耐侵蚀、防辐射、核电站等特殊要求的工程；的工程；匹配性匹配性，可与纤维或者聚合物等多种无机、有机材，可与纤维或者聚合物等多种无机、有机材料匹配，制成各种水泥基复合材料；料匹配，制成各种水泥基复合材料；与普通钢铁相比，水泥制品不会生锈，也没有木材与普通钢铁相比，水泥制品不会生锈，也没有木材易腐朽的缺点，更不会有塑料年久老比的问题，易腐朽的缺点，更不会有塑料年久老比的问题，耐耐久性好久性好，维修工作量小。，维修工作量小。水泥特点：水泥特点：u流动性流动性是指新拌混凝土在自重

4、或机械振捣的作是指新拌混凝土在自重或机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。性能。u粘聚性粘聚性是指新拌混凝土的组成材料之间有一定是指新拌混凝土的组成材料之间有一定的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离析现象的性能。析现象的性能。u保水性保水性是指在新拌混凝土具有一定的保水能力，是指在新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。和易性和易性是混凝土拌和物在拌和、运输、浇筑过程是混凝土拌和物在拌和、运输、浇筑过程中，便于施工的技

5、术性能。中，便于施工的技术性能。它是一项综合的技术它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等性质，包括流动性、粘聚性和保水性等。水泥基复合材料水泥基复合材料是指水泥与水发生水化、硬是指水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆作为基体与其他各种化后形成的硬化水泥浆作为基体与其他各种无机、金属、有机材料组合而得到的具有新无机、金属、有机材料组合而得到的具有新性能的材料。性能的材料。7-2 7-2 水泥基复合材料的种类及基本性能水泥基复合材料的种类及基本性能l混凝土、混凝土、l纤维增强水泥基复合材料、纤维增强水泥基复合材料、l聚合物水泥基复合材料。聚合物水泥基复合材料。按照增强体的种类分类

6、：按照增强体的种类分类：7-2 水泥基复合材料的种类及基本性能水泥基复合材料的种类及基本性能n混凝土混凝土是以水泥为基体，加入是以水泥为基体，加入水、粗细骨料水、粗细骨料、钢筋钢筋，按适当比例拌和均匀，经搅拌振捣成，按适当比例拌和均匀，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的复合材料型，在一定条件下养护而成的复合材料；n原料丰富，价格低廉，生产工艺简单；原料丰富，价格低廉，生产工艺简单；n抗压强度高，抗压强度高，耐久性耐久性好，强度等级范围宽；好，强度等级范围宽；n使使用用范范围围广广泛泛，如如土土木木工工程程、造造船船业业、机机械械工业、海洋的开发、地热工程等。工业、海洋的开发、地热工程等。1

7、、混凝土、混凝土水和水泥形成水和水泥形成水泥浆，起胶水泥浆，起胶结作用；结作用；砂和石子为细、砂和石子为细、粗骨料。粗骨料。2.2.纤维增强水泥基复合材料纤维增强水泥基复合材料l定义定义：由不连续的短纤维均匀的分散于水：由不连续的短纤维均匀的分散于水泥混凝土基材中形成的复合材料。泥混凝土基材中形成的复合材料。l目的：克服混凝土目的：克服混凝土耐拉伸外力差，破坏前的耐拉伸外力差，破坏前的许用应变小许用应变小的缺点的缺点。l方式：方式：纤维交叉牵制，形成遍布结构整体的网络纤维交叉牵制，形成遍布结构整体的网络；纤纤维维和和基基体体共共同同承承受受拉拉力力直直到到基基体体裂裂损损，然然后总的力都转移到

8、纤维上。后总的力都转移到纤维上。粗骨料粒径粗骨料粒径20mm,20mm,砂率砂率40-60%40-60%，W/CW/C比小；比小；纤维长径比纤维长径比40-8040-80，纤维有高拉抗强，纤维有高拉抗强度；度；纤维与水泥的性能必须匹配：钢纤维纤维与水泥的性能必须匹配：钢纤维适宜碱性大的水泥，适宜碱性大的水泥，GFGF适宜碱性小的适宜碱性小的水泥。水泥。对原材料的基本要求：对原材料的基本要求：3.3.聚合物改性水泥基复合材料聚合物改性水泥基复合材料普通混凝土的缺点：普通混凝土的缺点：脆性材料，刚性大，柔性脆性材料，刚性大，柔性小，抗压强度远远大于拉伸强度小，抗压强度远远大于拉伸强度；聚合物混凝土

9、聚合物混凝土是设法将聚合物掺入混凝土而是设法将聚合物掺入混凝土而形成混杂复合材料。由于少量聚合物的掺入，形成混杂复合材料。由于少量聚合物的掺入，填充了混凝土内部的孔隙和微裂缝，大大的填充了混凝土内部的孔隙和微裂缝，大大的提高了混凝土的性能。例如提高了混凝土的性能。例如:抗折强度和柔韧性提高。抗折强度和柔韧性提高。内部孔结构有所改善，趋向连续密实。内部孔结构有所改善，趋向连续密实。建筑物耐久度大大提高。建筑物耐久度大大提高。聚合物作用：聚合物作用：增韧、增塑、填孔和固化增韧、增塑、填孔和固化聚合物混凝土聚合物混凝土 聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土 聚合物水泥混凝土聚合物水泥混凝土(1)(1)聚

10、合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土 将将已已硬硬化化的的混混凝凝土土构构件件，浸浸入入聚聚合合物物单单体体或或预预聚聚体体溶溶液液中中使使其其渗渗入入空空隙隙，通通过过加加热热聚聚合合、固固化化形形成成聚聚合合物物填充。填充。提高密度、强度和韧性。提高密度、强度和韧性。(2)(2)聚合物混凝土聚合物混凝土l聚合物完全取代水泥，作为集料的结合剂。聚合物完全取代水泥，作为集料的结合剂。l常常用用聚聚合合物物：环环氧氧、脲脲醛醛、糠糠醛醛、聚聚酯酯树树脂脂等等。性性能好，价格较高。应用：如人造石能好，价格较高。应用：如人造石(3)(3)聚合物水泥混凝土聚合物水泥混凝土l聚聚合合物物部部分分取取代代水水泥

11、泥。要要求求聚聚合合物物具具有有亲亲水水性性，在在水中或能溶解或能分散成乳液。水中或能溶解或能分散成乳液。l加入状态可以是单体、聚合物乳液、聚合物粉末。加入状态可以是单体、聚合物乳液、聚合物粉末。聚合物改性水泥基复合材料特点：聚合物改性水泥基复合材料特点：l抗折强度明显抗折强度明显，抗压强度，抗压强度。l韧性韧性，刚度、脆性，刚度、脆性。l抗渗透性、耐侵蚀性抗渗透性、耐侵蚀性。l粘补性好。粘补性好。l工艺简单，成本低。工艺简单，成本低。1 1、混凝土设计与成型、混凝土设计与成型设计过程：设计过程：原料选择原料选择 工程计算工程计算 实验校核调整实验校核调整初定配方：水初定配方：水 :灰灰 :砂

12、砂 :石石 0.5 :1 :1.5:30.5 :1 :1.5:3实验校核：强度实验与和易性实验实验校核：强度实验与和易性实验调整：提高水泥标号或用量，可提高强度。调整：提高水泥标号或用量，可提高强度。提高水量、降低石料用量，可提高和易性。提高水量、降低石料用量，可提高和易性。最终配方中水泥用量、最终配方中水泥用量、W/CW/C需满足耐久性要求。需满足耐久性要求。7-3 水泥基复合材料的成型工艺水泥基复合材料的成型工艺最终配方满足耐久性要求最终配方满足耐久性要求钢筋混凝土的成型钢筋混凝土的成型-预应力技术预应力技术主要用于铁道的枕木、空洞隧道、桥梁等主要用于铁道的枕木、空洞隧道、桥梁等主要用于高

13、架公路路面，大跨度桥及主要用于高架公路路面，大跨度桥及建筑物的横梁等。建筑物的横梁等。2 2、纤维增强水泥的成型、纤维增强水泥的成型 (1)(1)、直接喷射法、直接喷射法 砂浆配比：砂浆配比：W/C=0.3W/C=0.30.4 0.4；S/C=0.5S/C=0.51 1 耐碱短切纤维：耐碱短切纤维：121250mm 50mm；含量约；含量约3 35%5%。(2)(2)、喷射脱水法、喷射脱水法 直直接接喷喷射射法法经经减减压压，脱脱去去多多余余水水份份，提提高高密度和强度。密度和强度。(3)(3)、预混料浇铸法、预混料浇铸法 纤维与砂浆混合，铸模成型。纤维与砂浆混合，铸模成型。关键：关键：(4)

14、(4)、压力法、压力法 预混料铸模后，加压脱水。预混料铸模后，加压脱水。(5)(5)、离心成型法、离心成型法 离心成型离心成型 +脱水。脱水。适合于回转体构件，纤维可进行表适合于回转体构件，纤维可进行表面集中增强。面集中增强。碳纤维增强水泥碳纤维增强水泥可用来代替木材，制成可用来代替木材，制成住宅的屋顶、构架，地板，梁以及隔板住宅的屋顶、构架，地板，梁以及隔板等，但是等，但是价格昂贵价格昂贵。玻璃纤维增强水泥玻璃纤维增强水泥可做雕塑、门窗、花盆等可做雕塑、门窗、花盆等 3 3聚合物水泥基复合材料的成型聚合物水泥基复合材料的成型(1)(1)、聚合物浸渍混凝土的制备方法、聚合物浸渍混凝土的制备方法

15、使混凝土中空隙和裂缝被填充，是原来的多孔体系使混凝土中空隙和裂缝被填充，是原来的多孔体系变成较密实的整体，提高了强度和各项性能。变成较密实的整体，提高了强度和各项性能。聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土l聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土由于良好的力学性能、由于良好的力学性能、耐久性及抗腐蚀能力，主要用于受力的混耐久性及抗腐蚀能力，主要用于受力的混凝土及钢筋混凝土结构构件。凝土及钢筋混凝土结构构件。l因浸渍工艺复杂、成本较高，混凝土构因浸渍工艺复杂、成本较高，混凝土构件需要预制并且尺寸受到限制，因而主要件需要预制并且尺寸受到限制，因而主要在在特殊情况特殊情况下使用。下使用。l可作为高效能结构材料应

16、用于特种工程，例如腐可作为高效能结构材料应用于特种工程，例如腐蚀介质中的管、桩、柱、地面砖、海洋构筑物和路蚀介质中的管、桩、柱、地面砖、海洋构筑物和路面、桥面板，以及水利工程中对抗冲、耐磨、抗冻面、桥面板，以及水利工程中对抗冲、耐磨、抗冻要求高的部位。要求高的部位。l也可应用于现场修补构筑物的表面和缺陷，以提也可应用于现场修补构筑物的表面和缺陷，以提高其使用性能。高其使用性能。(2(2）、聚合物混凝土的制备方法）、聚合物混凝土的制备方法l聚合物混凝土聚合物混凝土(PC)以聚合物（或单体）全部代以聚合物（或单体）全部代替水泥，作为胶结材料的聚合物混凝土。替水泥，作为胶结材料的聚合物混凝土。l常用一种或几种有机物及其固化剂、天然或人工常用一种或几种有机物及其固化剂、天然或人工集料（石英粉、辉绿岩粉等）混合、成型、固化而集料（石英粉、辉绿岩粉等）混合、成型、固化而成。成。l聚合物在此种混凝土中的含量为重量的聚合物在此种混凝土中的含量为重量的825%。l与水泥混凝土相比与水泥混凝土相比,它具有快硬、高强和显著改善它具有快硬、高强和显著改善抗渗、耐蚀、耐磨、抗冻融以及粘结等性能。抗渗、耐蚀、耐磨