复合材料在公路工程中的应用.pdf

第六篇 复合材料在公路 工程中的应用 第六篇 复合材料在公路工程中的应用 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 第一章 复合材料基础 第一节 概 述 一、复合材料概念 两种或两种以上不同化学性质或不同组织的物体，以微观或宏观的形式结合而 成的材料，称为复合材料。复合材料是多相材料，主要包括基体相和增强相。基体 相是一种连续相材料，它把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作 用；增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。 复合材料实际上存在于自然界中，并早巳被广泛应用。例如，木材就是由占总 体积 以上的长纤维（其长径比大于 以上）和少量取向混乱的微纤维以及与 !# $%% 之键合的木质素所构成的复合物，其纵向强度比横向或径向强度要大 至 倍； % 钢筋混凝土则是钢筋和砂、石、水泥的人工复合材料。近代复合材料最早有玻璃纤 维增强热固性树脂等。随着原子能、航空、宇航、电子、化工等工业的发展，除要 求材料有高强度、高模量、耐高温、低密度外，还对材料的韧性、耐磨、耐腐蚀等 提出了特殊要求，因而发展了复合技术。现代复合材料始于 世纪 年代初，是 % ’% 有机高分子、无机非金属或金属等几种不同材料，通过复合工艺组合而成的新型材 料。复合材料目前已被广泛用于交通、建筑、能源、化工、医疗、电器、军事、宇 航和体育等领域。 二、复合材料分类 复合材料可以按增强物的形状和基体的类型两种方式分类。按增强物（剂）的 形状可分为三类：颗粒状的、纤维状的及层状的，如图( ) $ 。沥青混凝土混合料， 就是颗粒状的复合材料，即由适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制 — — $%! 公路工程材料施工应用与质量检测实用技术手册 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 条件下拌和的沥青混合料。如以玻璃纤维、碳纤维或硼纤维等陶瓷材料作为复合材 料的增强剂，以塑料、树脂、橡胶、金属、水泥或混凝土等做基体而组成的各种复 合材料是纤维增强复合材料；由多层薄木板交替铺设的胶木板是层压复合材料。 图! # 复合材料结构示意图 按基体材料的类型，也可分为三类———树脂基复合材料（$%’( )*+,’- ./01/2 ’+% ）、金属基复合材料（)%+*3 )*+,’- ./01/’+% ）和陶瓷基复合材料（.%,*0’4 )*+,’- ./01/’+%）。 三、复合材料特性 由于复合材料能集中和发扬组成材料的优点，并能实行最佳结构设计，所以具 有许多优点。 （一）比强度和比模量高 比强度是强度与密度之比，比强度高的材料能承受高的应力，而且刚性大。比 模量是弹性模量与密度之比，比模量高说明材料轻而且刚性大。因为，一方面复合 材料多数情况是增强剂为密度不大的材料（如玻璃纤维、碳纤维和硼纤维），或者 基体为密度小的物质（如高聚物），或者两者的密度都不高（如碳纤维增强树脂）。 增强剂和基体密度都大的情况较少，而且这类材料都不是完全致密的。另一方面， 增强剂多是强度很高的纤维。所以，复合材料的比强度和比模量都很高（如有方向 性时，则只有某一方向的比强度和比模量高）。 （二）抗疲劳性能好 疲劳性能是材料在循环应力作用下的性能。复合材料抗疲劳的性能好，首先， 因为缺陷少的纤维疲劳抗力高；其次，基体的塑性好，能消除或减小应