水泥复合材料

1、报告人：孙桂山 学 号：151610010023 纤维改性水泥基复合材料纤维改性水泥基复合材料 复合材料复合材料 定义定义： 两个或两个以上的独立物相，包含基体和增强体以宏观或微观形 式所组成的固体材料，并与其组成物质有不同的性能。 特点特点： （1）发挥各种组成材料的优点 （2）可根据性能需求进行材料的设计和制造 （3）可制成所需的任意形状 普通水泥混凝土的优缺点普通水泥混凝土的优缺点 缺点：缺点： （1） 抗拉强度不足 （2）收缩变形大 （3）韧性差 （4）抗裂性差 优点：优点： （1）原材料来源广 （2）施工方便 （3）抗压强度高 （4）耐久性好 （5）性能可根据需要进行设计 普通水泥混

2、凝土具有显著的脆性，尤其是高强混凝土的脆性更加突出，这 会为其应用带来许多问题。如混凝土抵抗各种变形（干燥变形、化学变形、温 度变形）的能力很差，抵抗动荷载的能力很差，很容易由于这些弱点而产生明 显的开裂甚至破坏。当在混凝土中掺加了纤维后，可以通过纤维的阻裂、增韧 和增强作用而显著提高上述抵抗能力，使其成为具有一定韧性的复合材料。 1.在混凝土凝结硬化初期，纤维可以限制混凝土的各种早期收缩，有效地抑制混 凝土早期干缩微裂纹及离析裂纹的产生和发展，可以大大增强混凝土的抗裂抗渗 能力。 2.当混凝土结构承受外力作用时，纤维能与基体共同承受外力。在受外力初期， 基体是主要承受外力者，当基体产生开裂趋

3、势后，横跨裂缝的纤维就会阻碍其 开裂的扩展，并承担部分荷载，从而提高了混凝土基体材料的抗荷载能力。此 外，随着外力的不断增大，适当体积掺量的纤维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而破坏，从而使其受力破坏过程 中表现出更高的韧性。 纤维改性水泥基复合材料的优点纤维改性水泥基复合材料的优点 1.改善抗拉性能，提高抗折强度，韧性呈数量级增加 2.减少收缩和收缩裂纹 3.减小截面尺寸，使构件轻型化 1 钢纤维水泥基复合材料 2 玻璃纤维水泥基复合材料 3 碳纤维水泥基复合材料 4 聚丙烯纤维水泥基复合材料 常见纤维基复合材料 1.1.钢纤维增强水泥基复合材料钢纤维增强

4、水泥基复合材料SFRCSFRC 钢纤维是发展最早的一种增强用水泥基复合材料纤维。早在 1910 年美国 Porter 就提出了把钢纤维均匀地撒入混凝土中以强化材料的设想，随后俄国学 者伏波涅克拉索夫首先提出了钢纤维增强混凝土的概念。1963 年美国 Romuldi 等发表了一系列研究成果，从理论上阐述了钢纤维对水泥基复合材料的增强机 理。我国对钢纤维的应用研究相对于其它几种纤维也比较早。赵国藩等人出版 的钢纤维混凝土结构中，对组成材料与工艺特性、基本性能、结构强度计 算、抗剪承载力计算、复杂应力下钢纤维混凝土的性能和计算、正常使用极限 状态验算方法以及其应用施工等内容都作了较完整的说明。目前，

5、钢纤维水泥 基复合材料因其具有高抗拉强度和弹性模量而得到广泛应用，但其价格较贵、 比重大且在基体中不易于分散。 钢纤维在水泥基复合材料中的应用钢纤维在水泥基复合材料中的应用 在各种纤维增强水泥基复合材料中，钢纤维在提高水泥基复合材料的各项 性能方面，效果最好。钢纤维增强水泥基复合材料已广泛用于公路路面、机场 道面、桥面、防水屋面、工业地坪，以及水工、港口、海洋工程、隧道、涵洞、 建筑结构、抗震及节点工程、国防抗爆与弹道工程等。 实验研究和工程实践表明，钢纤维的长度为20到60mm，直径或等效直径宜 为0.3到0.9 mm，长径比在30到100范围内选用，其增强效果和施工性能可满足要 求。如超出

6、上述范围，经试验在增强效果和施工性能方面能满足要求时，也可根 据需要采用。通常情况下，钢纤维增强混凝土的钢纤维体积率不宜小于0.5%，也 不宜大于3%，以1%2%为宜。 钢纤维与普通水泥基复合材料性能比较钢纤维与普通水泥基复合材料性能比较 物理性能物理性能普通水泥基复合材料普通水泥基复合材料钢纤维水泥基复合材料钢纤维水泥基复合材料 R折（MPa)(开裂)2002505501250 R折（MPa)（破裂）2005505501750 R压（MPa)2100350035005600 弹性模量（MPa)2000002000000150000015000000 R冲（MPa)4.813.8 钢纤维增强水

7、泥基复合材料的应用实例钢纤维增强水泥基复合材料的应用实例 钢纤维在桥墩工程中的应用钢纤维在隧道中的应用 钢纤维增强水泥基复合材料应用实例钢纤维增强水泥基复合材料应用实例 水利枢纽工程 水利工程的面板 2.2.玻璃纤维增强水泥基复合材料玻璃纤维增强水泥基复合材料GRCGRC 玻璃纤维因其具有抗拉强度高、弹性模量高的特点，被广泛用于铺设水泥基 复合材料路面等方面，在 20 世纪 70 年代，玻璃纤维在混凝土中的应用就已实现 了工业化，但关于玻璃纤维混凝土的物理性能方面开展的研究较少，这是因为玻 璃纤维水泥基复合材料在新拌水泥基复合材料中不易乱向分散且易受损伤，从而 降低了材料强度，同时也存在污染环

8、境的问题。气中一段时间以后，其强度和韧 性会有大幅度下降。纤维水泥基复合材料会由早期的高强度、高韧性向普通水泥 基复合材料退化，长期使用时会使得水泥基复合材料强度下降。目前，玻璃纤维 水泥基复合材料多应用于结构加固等方面。 玻璃纤维玻璃纤维 3.3.碳纤维增强水泥基复合材料碳纤维增强水泥基复合材料CFRCCFRC 碳纤维是 20 世纪 60 年代开发研制的一种高性能纤维，具有超高的抗拉 强度和弹性模量、化学性质稳定、与水泥基复合材料粘结良好等优点。与钢纤 维相比较，碳纤维具有胜过钢材的刚度和强度的优良性能，碳纤维体积掺量为 3%的水泥基复合材料与基准水泥基复合材料相比，弹性模量增加 2 倍，拉

9、伸 强度增加5 倍。碳纤维的主要缺点是价格昂贵，最近几年开发的沥青基短碳纤 维已使它们的价格大为下降，但是与其它纤维比较，其价格仍然高得多，限制 了其应用。 碳纤维增强水泥基复合材料的应用碳纤维增强水泥基复合材料的应用 国外将高性能纤维材料用于土木工程的领域已非常广阔， 主要有以下几个 路径： 将短碳纤维、聚丙烯腈纤维加入新混凝土中，制成高性能纤维混凝土新 结构，现已有一定的工程实例，目前主要用于薄壳结构、耐腐蚀结构、喷射混 凝土及道路工程等。 将碳纤维长丝制成棒材，在新混凝土结构中替代钢筋或预应力钢筋 ，用 于新建混凝土结构,主要用于海洋工程、大跨度桥梁及需电磁透过的工程结构， 或将棒材用于

10、结构加固，国外的工程实例已较多。 将碳纤维加工成束状或绳状，用于大跨度桥梁的拉索或大跨度空 间结构的悬索、拉索等。 碳纤维增强水泥基复合材料的应用碳纤维增强水泥基复合材料的应用 将碳纤维棒材与混凝土一起制成预制混凝土梁、板、屋架、或用纤维棒制作网 架等，这些新结构具有质量轻、强度高和耐腐蚀等优点。 将短碳纤维或连续纤维应用于各种公路路面 及 桥 梁 路 面 工 程 ， 以 提 高 公 路 的 质 量 及 耐 久性，现已有许多工程实例。 将碳纤维、聚丙烯腈纤维作成不织物，用于结构加固补强，已有很多工程实例， 其技术趋于成熟。 4.4.聚丙烯纤维增强水泥基复合材料聚丙烯纤维增强水泥基复合材料 聚丙

11、烯（Polypropylene）纤维，又被简称为PP纤维，丙纶纤维。工程上又被称为混凝土及砂 浆抗裂合成纤维（微纤维）。改善混凝土性能的聚丙烯纤维目前主要有束状单丝聚丙烯纤维和网 状聚丙烯纤维两种。国外常用的品种是Durafiber（杜拉纤维）和Fibermesh（纤维网）。这两种聚 丙烯纤维，长度为6-50mm,由于其形状、纤度不同，所能承受的抗拉强度有较大差别外，其它物 理学性能基本相同。 60年代，首先是英美国家把聚丙烯纤维短切后拌入混凝土中以改变混凝土的若干物理力学性 能，其后意大利、丹麦、联邦德国也开展了这方面的研究，1965年，美国学者Colelfein建议用聚 丙烯纤维混凝土建造美军工兵部队的防爆建筑，英国韦期特混凝土桩公司用它生产 混凝土预制桩，之后，随着应用的增多，逐渐形成工程用聚丙纤维的 工业化生产并且大量应用于不同场合的混凝土中。 聚丙烯纤维聚丙烯纤维 聚丙烯纤维增强水泥基复合材料性能聚丙烯纤维增强水泥基复合材料性能 1.大量聚丙烯纤维各方向均匀分布，形成一个纤维网； 2.阻止了微裂缝的发展，控制了硬化状态下出现的裂缝的宽度和 长度； 3.增强水泥基复合材料的抗渗性； 4.提高耐磨性和抗冲击能力； 5.没有表面泌水和离析现象 聚丙烯纤维增强水泥基混凝土应用 1.无筋水泥混凝土； 2.钢筋混凝土； 3.加气水泥