无机胶凝复合材料

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

2、性能好。耐火性能好。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

3、强度外抗拉强度外)主要由水泥基体提供；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

4、合料比大断面很薄的制品。虽然含纤维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

5、过早脱水。防止预拌料的过早脱水。应用应用：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

6、生小孔。3.4 3.4 挤压成型法挤压成型法 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

7、。 把连续粗纱引送到由空气压缩机操作的喷枪，将粗纱把连续粗纱引送到由空气压缩机操作的喷枪，将粗纱切成切成10mm50mm长，并同时与水泥浆高速喷至有滤板长，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。的成型表面。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，

8、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筒上，在缠绕过程中将水泥浆及短纤维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喷在卷筒上，然后用辊压机碾压，并靠抽吸除去多余的水泥浆及水。水泥浆及水。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16.1.3

9、GRC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

10、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GRC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-

11、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

12、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、钢纤维混凝土二、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%

13、，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、

14、改善的钢纤维混凝土主要办法 1.增加纤维的粘结长度增加纤维的粘结长度(即增加长径比即增加长径比); 2.改善基体对钢纤维的粘结性能改善基体对钢纤维的粘结性能; 3.改善纤维的形状、增加纤维与基体间的摩阻和改善纤维的形状、增加纤维与基体间的摩阻和咬合力。咬合力。 注：以上改善方法的理论依据可以结合钢纤维混注：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GB J81规定进行 钢纤维混凝土抗拉强度

15、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、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

16、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、钢纤维混凝土使用领域五、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

17、:建筑工程、土木工。六、技术参数六、技术参数七、应用领域七、应用领域 公路桥梁公路桥梁 水工大坝水工大坝 铁路工程铁路工程 港口及海洋工程港口及海洋工程 隧道及矿井工程隧道及矿井工程 管道工程管道工程 其它建筑工程其它建筑工程八、钢纤维混凝土施工工艺八、钢纤维混凝土施工工艺 钢纤维掺量可选择路面建设钢纤维掺量可选择路面建设30-80kg/m，桥梁建设桥梁建设50-100kg/m 2 钢纤维混凝土施工建议钢纤维混凝土搅拌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，不需作特别调工艺：施工中按常规施工，不需作特别调整。整。16.2.2 钢纤维混泥土的强度16.2.3 钢纤维混泥土的耐

18、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 促使纤维相对于应力作用方向上的取向 虽然纤维在合料的三维空间中随机取向，但可使纤维做定向排列在应力场最有利的方向上。 例如：振动台或平板式振动器会使纤维在与振动方向或重力方向垂直的平面内定向排列。此外还可以用机械或磁性方法使钢纤维做单向排列，以大大提高复合材料的强度

19、。三、钢纤维混凝土的强度 确定理想的纤维含量及长径比/纤维混凝土的强度随纤维含量及长径比/而增加，为满足拌合料密实性能所需的较低的长径比及临界纤维体积，拌合料配合比的设计必须两者兼顾。16.2.3钢纤维混凝土的耐久性 在应用中具有重要的意义。 在强碱性环境中，可形成一层不溶解的氧化薄膜，能防止进一步腐蚀。空气中的二氧化碳溶解在混凝土的水中形成弱碳酸，使混凝土体外的碱性下降，如果空气中有水和氧，此时就会发生锈蚀。所以钢纤维混凝土的耐久性在很大程度上决定于混凝土的开裂程度。16.2.4.1 现浇混凝土本节负责人：陈亮本节负责人：陈亮16.2.4.1 现浇混凝土一. 路面的罩面层 主要用于公路、桥面

20、、街道、机场跑道和停车场的罩面机器修理。纤维混凝土由于高潮的强度、耐疲劳特性、开裂后延性一起能够获得相当薄的建筑断面等特点。因而具有比传统罩面材料更大的优越性。一、相关图片 二、 纤维和水泥基料复合材料 纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的复合材料的统称。水泥石、砂浆与混凝土的主要缺点是：抗拉强度低、极限延伸率小、性脆，加入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维，可以克服这些缺点。 三、所用纤维按其材料性质可分为：金属纤维。如钢纤维(钢纤维混凝土)、不锈钢纤维(适用于耐热混凝土)。无机纤维。主要有天然矿物纤维（温石棉、青石棉、铁石棉等）和人造矿物纤维（抗碱玻璃纤维及抗碱矿棉等碳纤维）

21、。有机纤维。主要有合成纤维（聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等）和植物纤维（西沙尔麻、龙舌兰等），合成纤维混凝土不宜使用于高于60的热环境中。 四、纤维混凝土用于各种修理场合 1.混凝土路面的碎裂区 2.隧洞顶板的下陷区 3.堤坝溢洪道磨损表面的修理 4.水渠的修理等4.1 工业地面 钢纤维混凝土用于工业地面的主要优点在于工作应力较高，并有较大抗冲击强度，同时，单位面积的混凝土用量少，施工和维护费用节省。4.2 耐火工程 不锈钢和碳钢纤维都曾用来增强混凝土，借以提供更好的承载性、更高的热应力和机械应力的耐抗性及抗热冲击能力。如;有色金属工业用的坩埚护盖、各种工业炉的炉门、过梁、炉膛

22、和炉顶；铁水包脱气盖、滑轨和导板等。4.3 加固矿井、隧道及岩石护坡 这些应用一般是指以钢纤维砂浆货品钢纤维混凝土稳定岩石货疏松的表面，采用喷浆法货喷射混凝土施工。16.2.4.2混凝土预制件本节负责人：杨有熊主讲内容 1什么是预制件 2常见的预制构件有哪些 3常见的预制构件图1.预制构件的定义和分类 定义：指在施工现场实施安装前已制作完成的装配式混凝土定义：指在施工现场实施安装前已制作完成的装配式混凝土构件构件 轻集料混凝土预制构件按轻集料的种类分为：轻集料混凝土预制构件按轻集料的种类分为： 天然轻集料混凝土。如浮石混凝土、火山渣混凝土和多孔凝天然轻集料混凝土。如浮石混凝土、火山渣混凝土和多

23、孔凝灰岩混凝土等。人造轻集料混凝土。如黏土陶粒混凝土、页灰岩混凝土等。人造轻集料混凝土。如黏土陶粒混凝土、页岩陶粒混凝土以及膨胀珍珠岩混凝土和用有机轻集料制成的岩陶粒混凝土以及膨胀珍珠岩混凝土和用有机轻集料制成的混凝土等。工业废料轻集料混凝土。如煤渣混凝土、粉煤灰混凝土等。工业废料轻集料混凝土。如煤渣混凝土、粉煤灰陶粒混凝土和膨胀矿渣珠混凝土等。陶粒混凝土和膨胀矿渣珠混凝土等。 按细集料种类分为：按细集料种类分为： 全轻混凝土。采用轻砂做细集料的轻集料混凝土。砂轻混凝全轻混凝土。采用轻砂做细集料的轻集料混凝土。砂轻混凝土。部分或全部采用普通砂作细集料的轻集料混凝土。土。部分或全部采用普通砂作细

24、集料的轻集料混凝土。 按其用途分为：按其用途分为： 保温轻集料混凝土。其容重小於保温轻集料混凝土。其容重小於800公斤公斤/米米,抗压强度小於抗压强度小於5.0兆帕兆帕,主要用於保温的围主要用於保温的围护结构和热工构筑物。结构保温轻集料混护结构和热工构筑物。结构保温轻集料混凝土。其容重为凝土。其容重为8001400公斤公斤/米米,抗压强抗压强度为度为5.020.0兆帕兆帕,主要用於配筋和不配筋主要用於配筋和不配筋的围护结构。结构轻集料混凝土。其容重的围护结构。结构轻集料混凝土。其容重为为14001900公斤公斤/米，抗压强度为米，抗压强度为15.050.0兆帕，主要用於承重的构兆帕，主要用於承重的构2.常见的预制构件 混凝土管 地板砖 护栏 电线杆 桥梁 铁路座板等3.常见预制构件图16.3 纤维增强石膏本节负责人：刘平一、石膏 石膏是单斜晶系矿物，主要化学成分是硫酸钙（CaSO4）。石膏是一种用途广泛的工业材料和建筑材料。可用于