水泥復(fù)合材料

1、報告人：孫桂山 學(xué) 號：151610010023 纖維改性水泥基復(fù)合材料纖維改性水泥基復(fù)合材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 定義定義： 兩個或兩個以上的獨立物相，包含基體和增強體以宏觀或微觀形 式所組成的固體材料，并與其組成物質(zhì)有不同的性能。 特點特點： （1）發(fā)揮各種組成材料的優(yōu)點 （2）可根據(jù)性能需求進行材料的設(shè)計和制造 （3）可制成所需的任意形狀 普通水泥混凝土的優(yōu)缺點普通水泥混凝土的優(yōu)缺點 缺點：缺點： （1） 抗拉強度不足 （2）收縮變形大 （3）韌性差 （4）抗裂性差 優(yōu)點：優(yōu)點： （1）原材料來源廣 （2）施工方便 （3）抗壓強度高 （4）耐久性好 （5）性能可根據(jù)需要進行設(shè)計 普通水泥混

2、凝土具有顯著的脆性，尤其是高強混凝土的脆性更加突出，這 會為其應(yīng)用帶來許多問題。如混凝土抵抗各種變形（干燥變形、化學(xué)變形、溫 度變形）的能力很差，抵抗動荷載的能力很差，很容易由于這些弱點而產(chǎn)生明 顯的開裂甚至破壞。當(dāng)在混凝土中摻加了纖維后，可以通過纖維的阻裂、增韌 和增強作用而顯著提高上述抵抗能力，使其成為具有一定韌性的復(fù)合材料。 1.在混凝土凝結(jié)硬化初期，纖維可以限制混凝土的各種早期收縮，有效地抑制混 凝土早期干縮微裂紋及離析裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，可以大大增強混凝土的抗裂抗?jié)B 能力。 2.當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)承受外力作用時，纖維能與基體共同承受外力。在受外力初期， 基體是主要承受外力者，當(dāng)基體產(chǎn)生開裂趨

3、勢后，橫跨裂縫的纖維就會阻礙其 開裂的擴展，并承擔(dān)部分荷載，從而提高了混凝土基體材料的抗荷載能力。此 外，隨著外力的不斷增大，適當(dāng)體積摻量的纖維可繼續(xù)承受較高的荷載并產(chǎn)生 較大的變形，直至纖維被拉斷或從基體中拔出而破壞，從而使其受力破壞過程 中表現(xiàn)出更高的韌性。 纖維改性水泥基復(fù)合材料的優(yōu)點纖維改性水泥基復(fù)合材料的優(yōu)點 1.改善抗拉性能，提高抗折強度，韌性呈數(shù)量級增加 2.減少收縮和收縮裂紋 3.減小截面尺寸，使構(gòu)件輕型化 1 鋼纖維水泥基復(fù)合材料 2 玻璃纖維水泥基復(fù)合材料 3 碳纖維水泥基復(fù)合材料 4 聚丙烯纖維水泥基復(fù)合材料 常見纖維基復(fù)合材料 1.1.鋼纖維增強水泥基復(fù)合材料鋼纖維增強

4、水泥基復(fù)合材料SFRCSFRC 鋼纖維是發(fā)展最早的一種增強用水泥基復(fù)合材料纖維。早在 1910 年美國 Porter 就提出了把鋼纖維均勻地撒入混凝土中以強化材料的設(shè)想，隨后俄國學(xué) 者伏波涅克拉索夫首先提出了鋼纖維增強混凝土的概念。1963 年美國 Romuldi 等發(fā)表了一系列研究成果，從理論上闡述了鋼纖維對水泥基復(fù)合材料的增強機 理。我國對鋼纖維的應(yīng)用研究相對于其它幾種纖維也比較早。趙國藩等人出版 的鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)中，對組成材料與工藝特性、基本性能、結(jié)構(gòu)強度計 算、抗剪承載力計算、復(fù)雜應(yīng)力下鋼纖維混凝土的性能和計算、正常使用極限 狀態(tài)驗算方法以及其應(yīng)用施工等內(nèi)容都作了較完整的說明。目前，

5、鋼纖維水泥 基復(fù)合材料因其具有高抗拉強度和彈性模量而得到廣泛應(yīng)用，但其價格較貴、 比重大且在基體中不易于分散。 鋼纖維在水泥基復(fù)合材料中的應(yīng)用鋼纖維在水泥基復(fù)合材料中的應(yīng)用 在各種纖維增強水泥基復(fù)合材料中，鋼纖維在提高水泥基復(fù)合材料的各項 性能方面，效果最好。鋼纖維增強水泥基復(fù)合材料已廣泛用于公路路面、機場 道面、橋面、防水屋面、工業(yè)地坪，以及水工、港口、海洋工程、隧道、涵洞、 建筑結(jié)構(gòu)、抗震及節(jié)點工程、國防抗爆與彈道工程等。 實驗研究和工程實踐表明，鋼纖維的長度為20到60mm，直徑或等效直徑宜 為0.3到0.9 mm，長徑比在30到100范圍內(nèi)選用，其增強效果和施工性能可滿足要 求。如超出

6、上述范圍，經(jīng)試驗在增強效果和施工性能方面能滿足要求時，也可根 據(jù)需要采用。通常情況下，鋼纖維增強混凝土的鋼纖維體積率不宜小于0.5%，也 不宜大于3%，以1%2%為宜。 鋼纖維與普通水泥基復(fù)合材料性能比較鋼纖維與普通水泥基復(fù)合材料性能比較 物理性能物理性能普通水泥基復(fù)合材料普通水泥基復(fù)合材料鋼纖維水泥基復(fù)合材料鋼纖維水泥基復(fù)合材料 R折（MPa)(開裂)2002505501250 R折（MPa)（破裂）2005505501750 R壓（MPa)2100350035005600 彈性模量（MPa)2000002000000150000015000000 R沖（MPa)4.813.8 鋼纖維增強水

7、泥基復(fù)合材料的應(yīng)用實例鋼纖維增強水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用實例 鋼纖維在橋墩工程中的應(yīng)用鋼纖維在隧道中的應(yīng)用 鋼纖維增強水泥基復(fù)合材料應(yīng)用實例鋼纖維增強水泥基復(fù)合材料應(yīng)用實例 水利樞紐工程 水利工程的面板 2.2.玻璃纖維增強水泥基復(fù)合材料玻璃纖維增強水泥基復(fù)合材料GRCGRC 玻璃纖維因其具有抗拉強度高、彈性模量高的特點，被廣泛用于鋪設(shè)水泥基 復(fù)合材料路面等方面，在 20 世紀(jì) 70 年代，玻璃纖維在混凝土中的應(yīng)用就已實現(xiàn) 了工業(yè)化，但關(guān)于玻璃纖維混凝土的物理性能方面開展的研究較少，這是因為玻 璃纖維水泥基復(fù)合材料在新拌水泥基復(fù)合材料中不易亂向分散且易受損傷，從而 降低了材料強度，同時也存在污染環(huán)

8、境的問題。氣中一段時間以后，其強度和韌 性會有大幅度下降。纖維水泥基復(fù)合材料會由早期的高強度、高韌性向普通水泥 基復(fù)合材料退化，長期使用時會使得水泥基復(fù)合材料強度下降。目前，玻璃纖維 水泥基復(fù)合材料多應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固等方面。 玻璃纖維玻璃纖維 3.3.碳纖維增強水泥基復(fù)合材料碳纖維增強水泥基復(fù)合材料CFRCCFRC 碳纖維是 20 世紀(jì) 60 年代開發(fā)研制的一種高性能纖維，具有超高的抗拉 強度和彈性模量、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、與水泥基復(fù)合材料粘結(jié)良好等優(yōu)點。與鋼纖 維相比較，碳纖維具有勝過鋼材的剛度和強度的優(yōu)良性能，碳纖維體積摻量為 3%的水泥基復(fù)合材料與基準(zhǔn)水泥基復(fù)合材料相比，彈性模量增加 2 倍，拉

9、伸 強度增加5 倍。碳纖維的主要缺點是價格昂貴，最近幾年開發(fā)的瀝青基短碳纖 維已使它們的價格大為下降，但是與其它纖維比較，其價格仍然高得多，限制 了其應(yīng)用。 碳纖維增強水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用碳纖維增強水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用 國外將高性能纖維材料用于土木工程的領(lǐng)域已非常廣闊， 主要有以下幾個 路徑： 將短碳纖維、聚丙烯腈纖維加入新混凝土中，制成高性能纖維混凝土新 結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已有一定的工程實例，目前主要用于薄殼結(jié)構(gòu)、耐腐蝕結(jié)構(gòu)、噴射混 凝土及道路工程等。 將碳纖維長絲制成棒材，在新混凝土結(jié)構(gòu)中替代鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼筋 ，用 于新建混凝土結(jié)構(gòu),主要用于海洋工程、大跨度橋梁及需電磁透過的工程結(jié)構(gòu)， 或?qū)舨挠糜?/p>

10、結(jié)構(gòu)加固，國外的工程實例已較多。 將碳纖維加工成束狀或繩狀，用于大跨度橋梁的拉索或大跨度空 間結(jié)構(gòu)的懸索、拉索等。 碳纖維增強水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用碳纖維增強水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用 將碳纖維棒材與混凝土一起制成預(yù)制混凝土梁、板、屋架、或用纖維棒制作網(wǎng) 架等，這些新結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、強度高和耐腐蝕等優(yōu)點。 將短碳纖維或連續(xù)纖維應(yīng)用于各種公路路面 及 橋 梁 路 面 工 程 ， 以 提 高 公 路 的 質(zhì) 量 及 耐 久性，現(xiàn)已有許多工程實例。 將碳纖維、聚丙烯腈纖維作成不織物，用于結(jié)構(gòu)加固補強，已有很多工程實例， 其技術(shù)趨于成熟。 4.4.聚丙烯纖維增強水泥基復(fù)合材料聚丙烯纖維增強水泥基復(fù)合材料 聚丙

11、烯（Polypropylene）纖維，又被簡稱為PP纖維，丙綸纖維。工程上又被稱為混凝土及砂 漿抗裂合成纖維（微纖維）。改善混凝土性能的聚丙烯纖維目前主要有束狀單絲聚丙烯纖維和網(wǎng) 狀聚丙烯纖維兩種。國外常用的品種是Durafiber（杜拉纖維）和Fibermesh（纖維網(wǎng)）。這兩種聚 丙烯纖維，長度為6-50mm,由于其形狀、纖度不同，所能承受的抗拉強度有較大差別外，其它物 理學(xué)性能基本相同。 60年代，首先是英美國家把聚丙烯纖維短切后拌入混凝土中以改變混凝土的若干物理力學(xué)性 能，其后意大利、丹麥、聯(lián)邦德國也開展了這方面的研究，1965年，美國學(xué)者Colelfein建議用聚 丙烯纖維混凝土建造美軍工兵部隊的防爆建筑，英國韋期特混凝土樁公司用它生產(chǎn) 混凝土預(yù)制樁，之后，隨著應(yīng)用的增多，逐漸形成工程用聚丙纖維的 工業(yè)化生產(chǎn)并且大量應(yīng)用于不同場合的混凝土中。 聚丙烯纖維聚丙烯纖維 聚丙烯纖維增強水泥基復(fù)合材料性能聚丙烯纖維增強水泥基復(fù)合材料性能 1.大量聚丙烯纖維各方向均勻分布，形成一個纖維網(wǎng)； 2.阻止了微裂縫的發(fā)展，控制了硬化狀態(tài)下出現(xiàn)的裂縫的寬度和 長度； 3.增強水泥基復(fù)合材料的抗?jié)B性； 4.提高耐磨性和抗沖擊能力； 5.沒有表面泌水和離析現(xiàn)象 聚丙烯纖維增強水泥基混凝土應(yīng)用 1.無筋水泥混凝土； 2.鋼筋混凝土； 3.加氣水泥混