无机基复合材料理论介绍(ppt 69页).ppt

课件、短纤维增强水泥基复合材料、一、概述、短纤维增强水泥基复合材料包括结构材料和非结构材料。结构材料大部分用于建筑墙和元件的支承结构，非结构材料主要用于装饰材料和非支承功能材料。随着人们生活水平的提高和住宅环境的改善，对住宅所具有的美丽和多种功能的要求也越来越高。因此，空载功能材料的改革将成为现代建筑中墙体材料改革的大势。世界各国在20世纪2-30年代开始进行墙材改革，逐步推进墙材环境化，严格限制粘土砖(产品)的生产和使用，大力推广各种非粘土产品和大型怪材和板材。第十四章以武器为基础的复合材料，14.1概述，课件，目前，西方发达国家墙体材料纵向开发，促进建筑节能，不断提高新型墙体材料生产率，工业废物、节能消费、产品系列化和支持。同时，继续开发多功能“绿色”材料。我国墙体材料创新工作进行了多年，但现有实心粘土砖在整体墙体材料中的比重仍然很大。实心粘土砖隔热性能差，生产能耗高，不能满足当前建筑设计规范的建筑节能要求，而且破坏耕地的现象严重。因此，寻找具有生产能源、保温、节能等特点的高性能新型墙体材料，取代现有实心粘土砖，已成为我国墙体材料改革的大势。第十四章以武器为基础的复合材料，14.1概述，课件，国务院99年第72号文件明确指出：“2001年，在沿海城市和土地不足的城市禁止使用实心粘土砖；其他地区的框架结构建筑也禁止使用实心粘土砖。到2003年为止，实心粘土砖的生产和使用在全国被禁止。”为了达到实心粘土砖的最终去除目的。对于转移指导精神，墙材创新和建筑节能是节能、改善建筑功能、促进住宅产业化的客观要求，是当今全球建筑业的共同选择，关系实施可持续发展战略的大问题。期间，颁布了禁止使用粘土砖的“禁止使用砖的命令”，鼓励生产使用轻、高强度、隔热、隔热、隔音等新的墙材料，为推进建筑节能事业的发展，国家、省、市制定了一系列政策和规定。以实心粘土砖为主要对象的墙体材料革新现在已成为历史的必然。第十四章以武器为基础的复合材料，14.1概述，课件，第二，纤维增强水泥历史，纤维增强脆性材料的历史可以追溯到古代。当时将稻草等植物纤维掺入土中制造耐久性强的建筑材料的原始制造工艺，目前仍在我国部分农村使用。现代最早广泛使用的纤维增强复合材料是大约1900年出现的石棉水泥板。此后纤维增强树脂、纤维增强陶瓷、纤维增强水泥基材料等多种纤维增强复合材料广泛应用于后世生活的各个领域，对人类社会的发展做出了巨大贡献。第14章以无机为基础的复合材料，14.2纤维增强水泥的历史，课件，纤维增强水泥为基础的复合材料基质，一般采用普通硅酸盐水泥，有时用高铝水泥和特殊水泥。除了以增强纤维最早广泛使用的石棉纤维外，还包括钢纤维、玻璃纤维、天然纤维(如玉米秸秆、麦秆和黄麻等)、合成纤维(如高模量碳纤维、芳纶纤维、低模量聚丙烯纤维等)。这些增强纤维的效果和制造成本有很大差异(见表1)。在纤维增强水泥基材料中，纤维的使用状态和分布各不相同。也就是说，长纤维的一维布置，长纤维或织物的二维分布，短纤维的二维或三维不连续分布等。因此，近年来对纤维增强水泥基复合材料的研究变得活跃，得到了很多有意义的研究结果。第14章以无机为基础的复合材料，14.2纤维增强水泥的历史，课件，表1几种纤维和水泥基性能比较，第14章以无机为基础的复合材料，14.2纤维增强水泥的历史，课件，iii，纤维增强水泥国内外动态，用于加强水泥基复合材料的纤维品种，主要是钢纤维，石棉纤维科学家和工程师们对这些纤维增强水泥基材料进行了广泛的研究，取得了很多有意义的研究结果，其中一些已经在工程建设中使用。1，钢纤维增强水泥基材料2，石棉纤维增强水泥基材料3，天然纤维增强水泥基材料4，合成纤维增强水泥基材料5，玻璃纤维增强水泥基材料6，混杂纤维增强水泥基材料6，第14章无机基复合材料，14.3纤维增强水泥国内外动态，课件，1，钢纤维增强水泥基材料与其他增强纤维相比，钢纤维增强水泥基材料研究得最广泛、最深入。目前，钢纤维增强水泥基材料继石材棉纤维后，钢纤维消费量最广。钢纤维添加到基于水泥的材料后，改变材料破坏方法，提高材料的强度(包括热压强度、拉伸强度和弯曲强度，特别是材料的韧性)。另外，复合材料的耐磨性、疲劳电阻、抗冲击性及冻融性等也有一定的改善。钢纤维增强水泥基材料主要用于道路、飞机跑道、厂房地面、坝桥墩、以及河水库、隧道的衬砌等。第14章以无机为基础的复合材料，14.3纤维增强水泥的国内外动态，课件，2，石棉纤维增强水泥基材料，石棉纤维增强水泥基材料是现代最先应用的纤维增强水泥基材料，是最繁忙的纤维增强水泥基材料，目前用于年度水泥材料增强的石棉纤维约为200万吨。石棉纤维丰富，价格低廉，强度和系数高，纤维与水泥基相互作用，因此是理想的水泥产品增强纤维。但是近年来的研究表明石棉纤维对人体有很大的危险，很多国家逐渐禁止使用石棉纤维作为水泥产品的增强纤维，并正在努力寻找石棉纤维的替代纤维。第14章以无机为基础的复合材料，14.3纤维增强水泥的国内外动态，课件，3，天然纤维增强水泥为基础材料，天然纤维是自然界最大品种的纤维，无论怎么拿都取之不尽。天然纤维增强水泥基材料的研究开发具有十分重要和广阔的前景。用于加固水泥基材料的天然纤维，现在主要是棉签茎、玉米茎、黄麻、亚麻、剑麻、椰子壳、蔗渣、木材纤维等。近年来，由于环境污染和制造费用，很多科学家开始系统地研究天然纤维增强水泥基材料，发表了很多研究论文和评论。天然纤维添加到水泥基材料后，复合材料的强度和韧性明显增加，其增加程度根据纤维的使用情况和纤维的长度，达到纤维使用量和纤维长度的最佳值。纤维太多，纤维太长，自然纤维增强水泥基材料的增强效果可能会下降。第14章无机物基复合材料，14.3纤维增强水泥的国内外动态，课件，类似玻璃纤维，在碱性环境中天然纤维会因分子分解而发生机械性质。因此，加固水泥基材料也存在长期的使用问题。一些科学家利用天然纤维涂层疏水保护剂和/或低碱度矩阵解决天然纤维增强水泥基材料的耐久性问题，效果很大，但最终结果仍然不令人满意。因此如何提高天然纤维的耐碱性、天然纤维增强水泥基材料的耐久性将成为今后研究的重要领域。第14章无机物基复合材料，14.3纤维增强水泥的国内外动态，课件，4，合成纤维增强水泥基材料，迄今为止国际上用于替代石棉制造纤维水泥板的合成纤维主要有乙烯酮(聚乙烯醇纤维)，聚丙烯(聚丙烯纤维)，聚丙烯(聚丙烯纤维)和乙烯基芳纶(芳香聚酰胺纤维)的弹性系数(类似于石棉纤维的弹性系数)很高，但这种纤维的价格太贵，难以用于纤维水泥行业。根据我国和国外对用乙烯纶制成的无锡棉纤维水泥板耐久性的研究结果，这种产品暴露在大气中强度高，但其韧性随时间而减少。因为纤维和水泥基板之间界面的粘合性不断增加。第14章无机物基质复合材料，14.3纤维增强水泥的国内外动态，课件，目前除我之外，英国、德国、瑞士、比利时、意大利等国家在克隆工艺路线上用塑料制成了无石棉纤维水泥板。在国外，有些地方用修正乙烯论或修正脂肪论代替了高模塑料论适当量。丹麦Eternit公司用修改后的聚丙烯取代了所有石棉，并使用纤维素纤维作为辅助纤维，在克隆工艺路线上制造了无石棉的纤维水泥板。第14章无机物基复合材料、14.3纤维增强水泥的国内外动态课件、为了充分发挥聚丙烯纤维的水泥基增强效果，英国萨里大学成功地将高倍率拉伸制成的纤维化聚丙烯薄膜以高体积率混入水泥基体，在实验室中制造了拉伸强度和变形能力高的薄壁纤维水泥板。意大利PIV nit根据英国的这项技术专利进行了商业开发，设计并制作了专门生产纤维聚丙烯薄膜增强水泥板的设备，产品的商品名称为“Netcem”。10年的大气暴露测试结果表明，Netcem wave plate的耐用性令人满意，但需要积累更长期的测试资料。英国、美国等国家还探讨了以高体积率将编织聚丙烯纤维网布混入水泥基的测试结果。第14章无机基复合材料，14.3纤维增强水泥的国内外动态，课件，5，玻璃纤维增强水泥基材料，玻璃纤维是强度高、系数高、制造成本低的复合材料增强纤维的主要品种之一。第一次进行玻璃纤维增强水泥基材料研究的结果，前苏联科学家伯尤科维奇等我国科学家自1958年以来也参与过早期研究。一般玻璃纤维在耐碱性环境中容易失去强度和刚度，因此60年代对玻璃纤维加强的水泥基材料的研究更为深入，但其产品并未得到广泛应用。英国建筑研究院在20世纪70年代初期，在普通玻璃纤维中加入氧化锆开发耐碱玻璃纤维后，英国菲尔金gton brothers量产并应用了玻璃纤维增强水泥产品。第14章无机物基质复合材料，14.3纤维增强水泥的国内外动态，课件对提高碱玻璃纤维耐碱性有局限性，为了保证GRC的长期耐久性，必须尽量减少水泥基体的碱度。到目前为止，国际采用的技术途径基本上有以下两种：对普通水泥的改性：例如，法国酸高反射性将偏高岭土和丙烯酸酯乳液混合在普通硅酸盐水泥中；德国海德堡水泥采用高炉水泥(高炉渣粉70%以上)，并加入偏高岭土或其他材料。，第14章以无机为基础的复合材料，14.3纤维增强水泥的国内外力学，课件，(2)中国建筑材料科学研究院开发的无水硫铝酸盐低碱水泥(由无水硫铝酸钙、石灰石、无水石膏组成)，日本排名的某水泥公司开发的CGC水泥(无水硫铝酸钙)国内外经验表明，要降低GRC产品的干燥收缩率，必须将灰沙率调整在1:1-1:1.5之间。Biryukovich测量了单向抗拉的基本特性，他获得的e型玻璃纤维高铝水泥的应力应变曲线为图1，第14章无机基复合材料，14.3纤维增强水泥的国内外动态，课件，图1。包含不同体积纤维的高铝水泥应力应变曲线，第14章无机基复合材料，国内外动态14.3纤维增强水泥，课件，中国玻璃纤维增强水泥的发展前景(1)，根据玻璃纤维增强水泥材料的特点，采用具有广阔发展前景的玻璃纤维增强水泥作为新型无机复合材料有很多独特优势。第一，轻质的、通常以水泥砂浆为基底的GRC材料的干燥容量比一般混凝土低约20%。在相当于弯曲破坏强度的条件下，GRC的容重可以降低50%。GRC的高弯曲强度、抗拉强度和高冲击强度使您可以获得薄厚度所需的机械特性。以水泥为水泥的复合材料，不怕潮湿和纵火。可任意建模各种复杂形状的优秀工艺性能，可使用GRC材料应用于各种领域的建筑产品、景观产品以及古董艺术品制造。它加工性能好，可以任意锯、钉子、磨削、钻孔，安装和施工方便；那个价格可以根据我国的国情大量普及和应用。第十四章以武器为基础的复合材料，国内外动态、课件，(2)住宅产业化和大规模住宅建设为GRC产品提供了发展机会，根据国家住房社会经济发展计划，2001-2010年住宅年均建设2.5-3亿平方米；2000年，全国每个村庄每年建设2亿平方米的住宅，20亿平方米的城市和老房子每年需要改造。农村住宅建设年竣工量为8亿m2。如此庞大的建设计划和建设市场，以及建筑系统的多样性和建筑风格的微妙之处，为GRC外墙板产品、GRC轻型内壁板、GRC保温板、GRC通风管道的开发和应用提供了很好的机会。第14章以无机为基础的复合材料，14.3纤维增强水泥国内外动态、课件，(3)，国家墙改革和建筑节能政策为GRC产品开发新材料，使用新材料是中国墙材料创新的主要举措。玻璃纤维增强水泥是一种新型建筑材料，产品不仅在使用实心粘土砖的功能上取代了实心粘土砖，而且在某些功能上优于实心粘土砖。在某些产品中，还可以将粉煤灰混合成填充物，以废弃物保护环境。相反，我国是能源不足的国家，而建筑能耗高，与发达国家相比有很大差距，主要出现在建筑隔热层上。第十四章以无机为基础的复合材料，国内外动态、课件，为实现我国2000年建筑节能50%的目标，许多省市墙改革办公室制定了本地区墙改革措施和节能工作计划，即建筑节能市场将需要大量高质量、可靠的产品。使用玻璃纤维增强水泥作为整理材料的隔热材料经过几年的实践证明符合这一要求。我国目前有不少生产增强水泥膨胀珍珠岩多孔条的碱玻璃纤维网布的厂家，大部分工厂要解决机械化的连续生产技术和设备，大大提高这种产品的产量和质量。但是，加强了常规硅酸盐水泥基产品长期使用的经过修改的玻璃纤维也值得怀疑，玻璃纤维增强水泥基材料的耐久性问题将成为上述材料研究的主要内容。，第14章无机基复合材料，国内外动态14.3纤维增强水泥，课件，6，混杂纤维增强水泥板，混杂纤维增强水泥板用两种以上不同材料，不同性能的纤维作为增强材料。这些纤维彼此长短，可以使产品性能优良。例如，意大利纤维nit在90年代采用纤维增强聚丙烯薄膜、碱-玻璃纤维捻粗纱和碱-玻璃纤维短切纱进行了混合增强措施，开发了织物名为Retiver的新纤维水泥复合材料，其机械行为优于纤维增强聚丙烯薄膜增强水泥和GRC。德国Flugurit复制了将木浆纤维和聚丙烯纤维混合在一起的蒸熟的无锡面纤维水