先进水泥基复合材料PPT

1、LOGO博士研究生课程论文博士研究生课程论文先进水泥基复合材料先进水泥基复合材料水泥基复合材料的界面组成、结构及其水泥基复合材料的界面组成、结构及其改性改性水泥基复合材料的界面组成、结构及其改性水泥基复合材料的界面组成、结构及其改性v一 研究背景及意义v二 水泥基复合材料界面研究v三 纤维增强水泥基复合材料界面特性 v四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的 因素v五 界面改性与偶联剂作用 一一 研究背景及意义研究背景及意义1.1 研究背景v1824年，英国人Jaspdin发明了波特兰水泥；v1861年，法国花匠J.Monier发明了制造钢筋混凝土结构的方法；v1867年出现钢筋混凝土结构构件；v

2、1940年开始采用了预应力混凝土技术v挑战：高性能、环保、生产、资源节约等。 一一 研究背景及意义研究背景及意义1.2 研究意义v 要获得高性能的混凝土材料，就必须深入研究水泥基复合材料的界面结构、组成及其改性，通过对其结构和性能的研究，建立合理的理论体系和试验方法，采取适当的措施，提高混凝土材料的性能。 二二 水泥基复合材料界面研究水泥基复合材料界面研究2.1水泥基材料界面的定义v 水泥基复合材料是由硬化水泥石、增强骨料等以及水泥石/骨料界面组成的多相复合材料。2.2界面研究背景v 水泥材料界面的理论研究工作始于五十年代。法国J.Farran首先提出在集料颗粒外存在Transition Ri

3、ng （过渡环）的概念。 v Barnes等人提出界面模型，Grandet和Olliver报告了用X射线衍射法测定混合料试件断裂面的Ca(OH)2晶体取向性。 二二 水泥基复合材料界面研究水泥基复合材料界面研究v2.3复合材料的界面粘着理论 v吸附和浸润（物理吸引）v相互扩散v静电吸引v化学键结合（最重要）v机械粘着 三三 纤维增强水泥基复合材料界面特性纤维增强水泥基复合材料界面特性3.1界面层（过渡区）的概念v从纤维表面到水泥浆体间逐层逐点研究与测试发现，期间有薄弱的特殊区，即过渡区，又称界面层。界面层是一个具有一定厚度的体。v基体相同时，纤维水泥基、普通集料水泥基的界面层组成、结构和形状是

4、类同的。 三三 纤维增强水泥基复合材料界面特性纤维增强水泥基复合材料界面特性3.1界面层（过渡区）的概念v界面区域示意图界面是复合材料极为重要的“微结构”三三 纤维增强水泥基复合材料界面特性纤维增强水泥基复合材料界面特性v3.2 界面过渡层的形成水膜层中水化产物形成纤维-水泥基界面层形成三三 纤维增强水泥基复合材料界面特性纤维增强水泥基复合材料界面特性3.3 界面特性v界面层不是一个面，而是一个具有一定厚度的体（几个到几十个微米）v（MASO对集料水泥基界面层形成机理的假说）v界面层通常是复合材料中的薄弱区四四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素4.1 纤

5、维改善混凝土力学性能 v草筋、石棉、玻璃纤维、碳纤维、钢纤维等材料 v阻止混凝土硬化收缩，增强抗裂抗渗能力v纤维能与水泥基体共同承受外力 四四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素4.2 纤维对混凝土的增强效果v主要取决于纤维-混凝土基体的界面粘结性能 4.3 纤维类型v光面纤维v压痕纤维 四四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素4.4两种代表性理论 4.4.1 “混合律”v将纤维混凝土看作复合材料，用复合材料力学的“混合律”方法进行分析，复合材料的各项性能为混凝土基体性能和纤维性能的加权和。4.4.2 纤维间距理论（或

6、称阻裂理） v将纤维混凝土看作脆性材料，用断裂力学方法进行分析 。四四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素4.5 纤维应力传递机理 v（1） 混凝土中水泥胶凝体与纤维表面的化学胶着力；v（2）混凝土收缩时将纤维紧握而产生的摩擦力；v（3）纤维表面粗糙、凸凹不平与混凝土之间的机械咬合作用力 四四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素4.6 纤维与混凝土的局部应力传递和局部滑移关系 四四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素4.7 影响粘结性能的因素 纤维性能参数，水泥基体及外界环境介质等

7、，关键在于界面粘结强度 4.7.1 纤维类型的影响 v 纤维的弹性模量 （高弹模纤维有利于抑制裂缝扩展且具有跟好的粘结性能）4.7.2 纤维长径比的影响v 长径比大的纤维增强增韧以及阻裂效果较为明显 4.7.3 纤维形状（束状多丝、波浪形、两端加扣）4.7.4 其他因素v 外形、表面粗糙度以及表面质量 四四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素4.8 改善合成纤维基体粘结性能的措施 4.8.1 宏观处理、v改善纤维表面形状，加大纤维与基体的接触面积，增大摩擦力，增强纤维与基体的界面的粘结性能。 四四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素影响纤维与水泥基体界面

8、粘结性能的因素4.8.2 微观处理 v对纤维表面进行离子处理，比表面积和粗糙度，改善纤维的可湿性和化学性质，增大摩擦力和促进纤维与基体的化学反应使纤维与基体界面的粘结强度大幅度提高 。四四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素4.8.3 机械密实v采用圆筒对纤维进行机械密实加工，增大纤维的弹性模量同时使纤维表面粗糙，从而提高纤维与水泥基界面粘结性能。4.8.4 其他方法v提高基体性能来提高纤维与水泥基体界面粘结性能，如掺矿物掺合料、外加剂等。 五五 界面改性与偶联剂作用界面改性与偶联剂作用5.1 偶联剂的概念偶联剂五五 界面改性与偶联剂作用界面改性与偶联剂作

9、用5.2 偶联剂的分类（四大类）v有机铬络合物v硅烷类v钛酸酯类v铝酸化合物 五五 界面改性与偶联剂作用界面改性与偶联剂作用5.3 偶联剂的作用v 偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体反应，在增强材料与基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与基体之间的粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐老化性能。 五五 界面改性与偶联剂作用界面改性与偶联剂作用5.4 偶联剂作用机理5.4.1化学键理论v水泥表面处理所用偶联剂的一端能以化学键与水泥表面结合（MOSi或MOTi键），另一端可溶解扩散于界面区域的聚合物，在其中与其大分子链发生交联反应或相互缠绕，形成憎水的互穿聚合物网络（IPN）。 五五 界面改性与偶联剂作用界面改性与偶联剂作用v5.4.2 用界面化学反应模型来解释硅烷和钛酸酯两类偶联剂对聚合物水泥基复合材料的增强和提高抗湿性的作用机理 五五 界面改性与偶联剂作用界面改性与偶联剂作用5.5 聚合物改性水泥基材料的微观结构 v最著名的是20世纪 80 年代的 Ohama模型28 和Konietzko模型29。vKonietzko结构模型认为聚合物和水泥浆体相互贯穿形成互穿网络结构，vOhama模型认为水泥硬化浆体