新型水泥基复合材料【课件】.ppt

第4章新型水泥基复合材料 水泥混凝土的缺点： 抗拉强度不足 收缩变形大 韧性差 抗裂性差 复合材料 定义： 两个或两个以上的独立物相，包含基体和增强体以宏观或微观形式所组成的固体材料，并与其组成物质有不同的性能。 4.1 纤维改性水泥基复合材料 优点： 1.改善抗拉性能，提高抗折强度，韧性呈数量级增加 一、纤维的分类 1.弹性模量 影响纤维增韧增强的因素： 二、常见的纤维增强水泥基材料 1.钢纤维水泥基复合材料（SFRC） 20世纪60年代应用。 特点：抗裂、韧性和冲击较好。 钢纤维的类型，可按钢纤维的生产工艺、外形、截面形状、材料品质、抗拉强度及施工用途划分。 1）按钢纤维的生产工艺可分为： （a）钢丝切断型 （b）钢板剪切型 （c）钢锭铣削型 （d）熔抽型 这四种钢纤维的基本特征见表 （2）按抗拉强度可分为以下三级（依据《纤维混凝土结构技术规程》CECS38－2004的规定）： a．380级（抗拉强度≥380MPa，＜600MPa）； b．600级（抗拉强度≥600MPa，＜1000MPa）； c．1000级（抗拉强度≥1000MPa）。 钢纤维在水泥基复合材料的应用 在各种纤维增强水泥基复合材料中，钢纤维在提高水泥基复合材料的各项性能方面，效果最好。钢纤维增强水泥基复合材料已广泛用于公路路面、机场道面、桥面、防水屋面、工业地坪，以及水工、港口、海洋工程、隧道、涵洞、建筑结构、抗震及节点工程、国防抗爆与弹道工程等。 实验研究和工程实践表明，钢纤维的长度为20～60 mm，直径或等效直径宜为0.3～0.9 mm，长径比在30～100范围内选用，其增强效果和施工性能可满足要求。如超出上述范围，经试验在增强效果和施工性能方面能满足要求时，也可根据需要采用。根据国内外工程应用经验，对一般浇筑、抗震框架节点及铁路轨枕等类结构的钢纤维增强混凝土，常用钢纤维几何参数选用范围如表 通常情况下，钢纤维增强混凝土的钢纤维体积率不宜小于0.5%，也不宜大于3%，以1%～2%为宜。 纤维间距理论 纤维间距理论是1963年美国学者J.P.Romualdi和G.B.Baston在Griffith理论基础上提出来的。Griffith理论认为，一些脆性材料（如混凝土）之所以为低应变脆断，原因在于材料微结构的不均匀性和存在一定量的缺陷，如微裂纹或亚微裂纹及各种尺度的孔。当受到应力作用时，裂纹尖端产生应力集中，裂纹迅速扩展，裂纹的数量、长度、开度不断增加，最终导致裂纹贯通，形成大的裂缝而使材料结构发生崩溃破坏。 当在脆性材料基体中掺入纤维后，材料受到应力时，纤维的存在将会约束裂缝的引发和裂缝长度及开度的扩展，从而起到增强作用。Romualdi用图来说明纤维的这种作用。 图表示连续纤维沿拉应力作用方向分布在基体中间，纤维间距为S，半长为a的裂缝存在于四根纤维所围成的区域中心。材料在受到拉伸时，拉伸应力在纤维上产生的粘结应力分布在裂缝端部附近，从而对裂缝尖端产生反向应力场，降低了裂缝尖端的应力集中程度，使裂缝的扩展受到约束，裂缝端部的扩展力减少，材料的强度特别是韧性得到增加。纤维的这种对裂纹扩展的约束作用与纤维之间的间距和纤维的数量有密切关系。纤维间距越小，单位体积中的纤维数量越多，这种作用就越有效。 2.玻璃纤维增强水泥基复合材料(GFRC) GFRC广泛应用非承重或半承重制品，特别适用于包裹钢结构来提高其防火性能。 玻璃纤维以石英砂、石灰石、白云石、石蜡等组分并配以纯碱、硼酸等，有时为简化工艺和获得预期的性能还适当掺入TiO2、ZrO2、Al2O3等氧化物来制备各种玻璃后，经熔融窑熔化拉丝而成。 玻璃纤维是复合材料中目前使用量最大的一种纤维，是高新技术不可缺少的配套基础材料。玻璃纤维具有原料易得、拉伸强度高、断裂伸长低、弹性模量高、防火、防霉、耐热、耐腐蚀和尺寸稳定性好的优点，是一种常用的性能优良的增强材料。玻璃纤维最主要的缺点是脆性大和不耐磨、因此，它的复合材料制品也往往具有上述缺点。 玻璃纤维的分类 玻璃纤维的品种很多，一般可按玻璃原料中的含碱量、单丝直径、纤维外观和纤维特性等方面进行分类。 （1）按玻璃原料中的含碱量可分为：有碱玻璃纤维（碱性氧化物含量＞12%，也称A-玻璃纤维）、中碱玻璃纤维（碱性氧化物含量6%～12%）、低碱玻璃纤维（碱性氧化物含量2%～6%）、无碱玻璃纤维（碱性氧化物含量＜2%，也称E-玻璃纤维）。