无机胶凝复合材料.ppt

1、16无机胶凝复合材料组员:周梅、宋巧、邓枭、陈亮、周思志、方永迁、杨有熊组长：刘平指导教师：杨娟16.1.1 玻璃纤维增强水泥（GRC）本节负责人：周梅涟漪涟漪涟漪涟漪涟漪涟漪涟漪(1)能生产薄板，在未硬化时可弯曲及模制；能生产薄板，在未硬化时可弯曲及模制；(2)形状复杂的制品能用喷涂法生产或将预拌材料压制、注形状复杂的制品能用喷涂法生产或将预拌材料压制、注塑或挤出成型来制得；塑或挤出成型来制得；(3)初期具有较高的抗挠强度及抗冲强度，便于制品或构件初期具有较高的抗挠强度及抗冲强度，便于制品或构件的制造及在非承重状态下的运输及安装；的制造及在非承重状态下的运输及安装；(4)耐火性能好。耐火性能

2、好。一、一、GFGF增强水泥复合材料与水泥相比具有的增强水泥复合材料与水泥相比具有的特点特点：用于水泥基体的用于水泥基体的GF种类种类主要有主要有A玻璃、玻璃、E玻璃和氧化锆玻璃和氧化锆玻璃，氧化锆玻璃比前两者具有更好的抗碱性腐蚀能力。玻璃，氧化锆玻璃比前两者具有更好的抗碱性腐蚀能力。GF的掺量的掺量通常为水泥基体质量的通常为水泥基体质量的5%左右左右(3%6%)，在，在水泥基体中，水泥基体中，GF的主要功能是止裂作用，即抑制水泥基体的主要功能是止裂作用，即抑制水泥基体在拉应力和冲击载荷下的开裂，复合材料的强度和模量在拉应力和冲击载荷下的开裂，复合材料的强度和模量(除除抗拉强度外抗拉强度外)主

3、要由水泥基体提供；较高的纤维掺量将会给主要由水泥基体提供；较高的纤维掺量将会给纤维水泥的预拌和捣实带来困难。纤维水泥的预拌和捣实带来困难。二、GF的种类和掺量三、GRC的生产工艺3.1重力成型法3.2压制成型法3.3注摸成型法3.4挤压成型法3.5喷涂法3.6缠绕法3.7层压法3.1 3.1 重力成型法重力成型法 将将GF增强的预拌料在开口模或双边模中增强的预拌料在开口模或双边模中进行浇灌成型，这种方法与一般预制混凝土进行浇灌成型，这种方法与一般预制混凝土的方法基本相似，但最大的特点是能够得到的方法基本相似，但最大的特点是能够得到断面很薄的制品。虽然含纤维的拌合料比大断面很薄的制品。虽然含纤维

4、的拌合料比大多数新拌混凝土的流动性差，但一般用附着多数新拌混凝土的流动性差，但一般用附着式振动器也足以使其流动。式振动器也足以使其流动。3.2 3.2 压制成型法压制成型法 预拌料在模板内加压成型，以提高产品的致密度和表面预拌料在模板内加压成型，以提高产品的致密度和表面光洁度。光洁度。采用压制成型的关键是确定压力制度及脱水时机。采用压制成型的关键是确定压力制度及脱水时机。压制普通规格的薄平板（板厚压制普通规格的薄平板（板厚10mm20mm），压力），压力可控制在可控制在0.15MPa10MPa之间，在水中加入增稠剂可以之间，在水中加入增稠剂可以防止预拌料的过早脱水。防止预拌料的过早脱水。应用应

5、用：用以生产形状简单且表面装饰性好的薄板制品，如：用以生产形状简单且表面装饰性好的薄板制品，如用于建筑装饰的集料饰面。用于建筑装饰的集料饰面。3.3 3.3 注模成型法注模成型法将含有增稠剂及将含有增稠剂及5%（干料重）（干料重）GF的预拌料用泵注的预拌料用泵注入密闭模内的成入密闭模内的成型方法。型方法。采用这种方法生产的典型产品有窗框、篱笆桩、空心柱等制品。采用这种方法生产的典型产品有窗框、篱笆桩、空心柱等制品。存在的问题是泵送过程中也许会造成纤维损伤，另外，制品的表面存在的问题是泵送过程中也许会造成纤维损伤，另外，制品的表面容易产生小孔。容易产生小孔。3.4 3.4 挤压成型法挤压成型法工

6、业上采用这种方法主要用以生产形状复杂的挤压构件。由于构件或模工业上采用这种方法主要用以生产形状复杂的挤压构件。由于构件或模具形状复杂，需要振动促使拌合料的流动，调整振动及挤压方式，能使制具形状复杂，需要振动促使拌合料的流动，调整振动及挤压方式，能使制品内的纤维作有利的取向。同时，合理进行拌合料的配合比设计，以避免品内的纤维作有利的取向。同时，合理进行拌合料的配合比设计，以避免拌合料的泌水或堵塞模具。拌合料的泌水或堵塞模具。3.5 3.5 喷涂法喷涂法 包括喷射包括喷射抽吸法和直接喷涂法，两者的基本原理相同。抽吸法和直接喷涂法，两者的基本原理相同。把连续粗纱引送到由空气压缩机操作的喷枪，将粗纱切

7、把连续粗纱引送到由空气压缩机操作的喷枪，将粗纱切成成10mm50mm长，并同时与水泥浆高速喷至有滤板的长，并同时与水泥浆高速喷至有滤板的成型表面。多余的水靠真空吸走。成型表面。多余的水靠真空吸走。特点特点：制品未硬化时就具有足够的强度，：制品未硬化时就具有足够的强度，GRC平板达平板达到所需厚度时，即可立即脱模，也可弯成圆角，以制成多到所需厚度时，即可立即脱模，也可弯成圆角，以制成多种形状的制品，如波形板、折叠板及管材。种形状的制品，如波形板、折叠板及管材。3.3.6.6.缠绕法缠绕法连续的连续的GF无捻纱在水泥槽内用水泥浆浸渍，按预定的角无捻纱在水泥槽内用水泥浆浸渍，按预定的角度和螺距绕在卷

8、筒上，在缠绕过程中将水泥浆及短纤维喷度和螺距绕在卷筒上，在缠绕过程中将水泥浆及短纤维喷在卷筒上，然后用辊压机碾压，并靠抽吸除去多余的水泥在卷筒上，然后用辊压机碾压，并靠抽吸除去多余的水泥浆及水。浆及水。3.73.7 层压法层压法将经过浸渍的连续无捻纱、玻璃纤维毡或连续纤将经过浸渍的连续无捻纱、玻璃纤维毡或连续纤维织物，放入窗框模子或其他类似的模具中，然后维织物，放入窗框模子或其他类似的模具中，然后靠碾动或加压来促使水泥浆的渗透作用。靠碾动或加压来促使水泥浆的渗透作用。16.1.2 GF增强硅酸盐水泥复合材料的基本性能16.1.3GRC复合材料的应用本节负责人：宋巧 一、强度净水泥与GF试样的冲

9、击性能试验结果表明。使材料发生破坏所消耗的断裂能具有相当的差异，说明GF的引入已使材料的抗冲击能力及断裂韧性有了明显的提高。哈里斯采取对凹槽试件弯曲时的荷载-挠度曲线进行积分的方法，估算出断裂的数值，用GF增强水泥砂浆，其断裂功比基体增加近一个数量级，这一特点现今已构成向脆性基体中参入纤维的主要原因。多数资料表明，由于水泥基体自身的抗压强度及变形能力，5%左右的纤维掺入量对复合材料的抗压，抗扭，层间剪切强度未能产生明显的影响，但若选用高强度GF，则对材料的横向剪切强度有所帮助。二、杨氏模量水泥基体中掺入少量纤维，对复合材料刚度的提高是有限的，贮存条件对材料的杨氏模量有较大的影响，养护在水中的G

10、RC具有较高的刚度，这与水泥的水化程度有关;而随龄期的增长，各类GRC的杨氏模量均有不同程度的降低。三.耐久度耐久度在这里是指长龄期的硬化复合材料在保持其原始机械性能方面所到达的程度。GRC的耐久性很大程度取决于GF的耐碱性。提高GF的耐久性1、研制耐久玻璃纤维2、将玻璃纤维进行高分子涂层。3、采用低碱水泥由于纤维的极限抗拉强度在很大强度上决定着纤维的临界体积，因此，在玻纤水泥的配方设计中，应该采用降低后的纤维强度，而不是原始强度。16.1.3 GRC复合材料的应用GRC最初的应用实例是采用喷射-抽吸法制成的覆面墙板，由于材料质轻高强，GRC覆面墙板朝着薄型和大型化方向发展。玻纤水泥在最初具有

11、较好的韧性与抗冲击性，用它制作永久性模板显然比用石棉面板更具有优势GRC的另一项重要应用是水上工程及海上工程应用。GRC建筑细部装饰构件，简称：GRC建筑细部。GRC幕墙板，或称：GRC外墙挂板。GRC园林景观制品，如：GRC雕塑，GRC假山，GRC小品，GRC花钵等。还有GRC轻质隔墙板、GRC保温板、通风管道、永久性管状芯模、永久性模板、工业建筑屋面构件、声屏障、自承载式地板、灌溉渠道等。16.2 钢纤维增强混凝土的概诉16.2.1 混凝土拌合物的和易性本节负责人：邓枭一、钢纤维增强混凝土钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维

12、能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。二、二、钢纤维混凝土钢纤维混凝土 钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。钢纤维混凝土的力学性能：普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%2%之间，较之普通混凝土，抗拉强度提高40%80%，抗弯强度提高60%120%，抗剪强度提高50%一100%，抗压强度提高幅度较小，一般在025%之间，但抗压韧性

13、却大幅度提高。钢纤维混凝土的影响因素：根据纤维增强机理的各种理论，诸如纤维间距理论、复合材料理论和微观断裂理论，以及大量的试验数据的分析，可以确定纤维的增强效果主要取决于基体强度(fm)，纤维的长径比(钢纤维长度l与直径d的比值，即I/d)，纤维的体积率(钢纤维混凝土1中钢纤维所占体积百分数)，纤维与基体间的粘结强度()，以及纤维在基体中的分布和取向()的影响。当钢纤维混凝土破坏时，大都是纤维被拔出而不是被拉断，因此改善纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。三、改善的钢纤维混凝土主要办法1.增加纤维的粘结长度(即增加长径比);2.改善基体对钢纤维的粘结性能;3.改善纤维的

14、形状、增加纤维与基体间的摩阻和咬合力。注：以上改善方法的理论依据可以结合钢纤维混凝土抗拉强度、弯拉强度（抗拉强度）设计公式四、钢纤维混凝土抗拉强度钢纤维混凝土抗拉强度,可通过试验所得的劈裂抗拉强度乘以强度折减系数0.80确定,劈裂抗拉强度试验方法按GBJ81规定进行钢纤维混凝土抗拉强度标准值fftk=ftk(1+tflf/df)fftk，ftk钢纤维混凝土抗拉强度标准值，设计值；t钢纤维对钢纤维混凝土抗拉强度影响系数，宜通过试验确定；f钢纤维体积率（即钢纤维掺量体积率）lf钢纤维长度df钢纤维直径或等效直径lf/df钢纤维长径比钢纤维混凝土弯拉强度（抗折强度）钢纤维混凝土用于公路路面、机场道面

15、、或其它采用弯拉强度为设计指标的结构时，与钢纤维混凝土相应的集体混凝土的弯拉强度设计值的分级和使用范围，可按国家现行有关水泥混凝土路面、机场道面等行业设计规范的规定采用。钢纤维混凝土弯拉强度设计值fftm=ftm(1+tmflf/df)fftm，ftm钢纤维混凝土抗拉强度标准值，设计值；tm钢纤维对钢纤维混凝土抗拉强度影响系数，宜通过试验确定；f钢纤维体积率（即钢纤维掺量体积率）lf钢纤维长度df钢纤维直径或等效直径lf/df钢纤维长径比五、五、钢纤维混凝土使用领域钢纤维混凝土使用领域 1.喷射法:隧道衬砌、护坡加固、水渠及某些构筑物和建筑物的修复;特性:抗裂、渗、冲击、剪、冻融.优点:省去挂

16、网、焊接等工序,加快施工进度,降低喷射层厚度,延长使用寿命,降低造价.2.泵送灌注法:地下铁道壳体及下水道;特性:抗裂、耐地面动载、耐疲劳、抗渗.优点:加快掘地率、减轻工人体力劳动、可能降低造价.3.普通浇灌法:道路工程、防爆、防震工程、水利、窑炉;4.预制品:建筑工程、土木工。六、六、技术参数技术参数七、七、应用领域应用领域 公路桥梁水工大坝铁路工程港口及海洋工程隧道及矿井工程管道工程其它建筑工程八、八、钢纤维混凝土施工工艺钢纤维混凝土施工工艺钢纤维掺量可选择路面建设30-80kg/m，桥梁建设50-100kg/m2钢纤维混凝土施工建议钢纤维混凝土搅拌工艺：施工中按常规施工，不需作特别调整。16.2.2 钢纤维混泥土的强度16.2.3 钢纤维混泥土的耐久性本节负责人；周思志16.2.2钢纤维混凝土的强度一、为了进一步加强钢纤维的增强效果，应采取一些有效措施：改善和提高纤维表面与水泥浆的粘接力纤维和混凝土之间的粘结强度已成为决定硬化混凝土性能的主要因素之一，最常见的方法是机械加工以使纤维具有不同的截面形状，其他的方法包括纤维表面除脂、表面糙化及表面涂层。二、钢纤维混凝土的强度促使纤维相