复合材料概论8章--水泥基复合材料.ppt

11.水泥基复合材料 一、水泥的定义 凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 水泥发展应用历史 原始意义的水泥：罗马时期（万神庙） 使用的石灰和火山灰的混合物 现代意义的水泥： 1824年英国人J.阿斯普丁用石灰石和粘土烧制成水泥，硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥（ 1824，Portland Cement ），并取得了专利权。 当代水泥：多品种、多用途 二、水泥的制造方法和主要成分 水泥使用经过两个过程： 凝结 硬化 凝结硬化的概念： 具有流动性的浆体失去塑性的过程称凝结； 失去塑性的浆体逐渐具有强度的过程称硬化。 普通水泥凝结过程是几个小时，而硬化过程经180天后还在继续着。 水泥颗粒之间的水与水泥发生水化反应生成水化物，水化物为硬化物的主体。 水泥的强度是由这些水化物不留间隙地充填了空隙而得到增强。 需要注意的是如果有多余水份，则蒸发会产生空隙。 一、混凝土 由胶凝材料、水和粗细骨料按适当比例拌和均匀，经浇捣成型后硬化而成。 不加特指，一般即认为是水泥混凝土，即以水泥石为基体，以砂石等散粒材料为增强材料的复合材料（水泥基复合材料）。 二、纤维增强水泥复合材料 1 、复合材料的组成： 增强剂 — 短纤维 基体 —硅酸盐水泥、调凝水泥及高铝矿渣水泥等 填料 — 沙、粉煤灰等。 （1） 基体的性能 水泥基体不仅是传递应力载荷，而且是受力的主体。 （2） 纤维与基体水泥间的相互作用 弹性模量匹配，热膨胀系数，界面反应，纤维之间的间距 三、纤维增强水泥的成型工艺 1、直接喷射法 直接喷射法是目前最常用的成型方法。其关键是玻璃纤维的均匀分布以及喷射砂浆的脱泡和厚度的均匀性。 这种方法是将玻璃纤维增强水泥喷射到一个带有减压装置的铺有滤布的开孔台上。 喷射完后进行减压，通过滤布将玻璃纤维增强水泥的剩余水分脱掉。 就是将水泥、沙子、水、外加剂和耐碱玻璃短切纤维在搅拌机中混合成预混料，然后不断注入到振动着的模具里进行成型。 4、离心成型法 在旋转的管状模具中喷入玻璃纤维和水泥浆，利用离心力均匀成型。 该法能够控制纤维的方向，使它能有效地作用到管子的结构强度上，而且在厚度方向上可以改变纤维量。 5、压力法 预混料注入到模具后，加压除去剩余水分，及时脱模，可以提高生产率，并能获得良好的表面精度。 地震来袭，房屋倒塌 普通混凝土抗拉、抗弯曲强度低，导致墙体桥梁的断裂和倒塌。 11.3 聚合物改性混凝土 聚合物改性混凝土 对混凝土最基本力学性能的改善要借助于向混凝土中掺加外掺剂，在大多数情况下是掺加聚合物。 主要有三种形式： 一是聚合物浸渍混凝土； 二是聚合物混凝土（树脂混凝土）； 三是聚合物水泥混凝土。 聚合物混凝土发展历史 破坏比较 一、聚合物浸渍混凝土 一、聚合物浸渍混凝土 特点是：聚合物填充了水泥混凝土内部的孔隙和微裂缝 提高了水泥石与骨料间的黏结强度； 减少了应力集中； 使聚合物浸渍混凝土具有高强、密实、防腐、抗渗、耐磨、抗冲击等优良的力学性能。 性能：其抗压强度可提高2～4倍，一般为100～150Mpa，最高可达到260Mpa以上，抗拉强度可以提高到10～20Mpa，最高能达到240Mpa以上。 用途：要求高强度，高耐久性的特殊结构工程，如高压输气管、高压输液管、高压容器、海洋构筑物、原子能反应堆等工程 二、聚合物混凝土（树脂混凝土） 二、聚合物混凝土（树脂混凝土） 优点 强度高、化学稳定性好、耐磨性高、抗冻性好、绝缘性能好、几乎不吸水、易于黏结 应用于 耐腐蚀的化工结构和高强度接头。 速凝、而且早期强度高，较广泛用于建筑结构和道路的修补。但价格昂贵，多用于特殊用途，如抢修等。 另外，由于树脂混凝土外表美观，也可用做饰面构件，如窗台等。 性能：与普通混凝土相比，树脂混凝土具有强度高，耐化学腐蚀、耐磨、抗冻性好等有点，但硬化时收缩大，耐久性差。 用途： 由于树脂成本高，目前仅用于特殊工程，如耐腐蚀性工程，修补混凝土构件及堵漏材料等（抢修）。 此外树脂混凝土因其美观的外表，又称人造大理石，可以制成桌面、地面砖、浴缸等。 常见聚合物混凝土的力学性能 聚合物混凝土的生产工艺 三、聚合物水泥混凝土 在水泥混凝土成型过程中掺入一定量的聚合物，从而改善混凝土的性能。 与水泥混凝土相比，其优点是： 具有较好的粘结性、耐久性、耐磨性，有较高的抗弯性能，减少收缩，提高不透水性