《無(wú)機(jī)膠凝復(fù)合材料》PPT課件.ppt

1、16 無(wú)機(jī)膠凝復(fù)合材料,主要內(nèi)容,概述 16.1 玻璃纖維增強(qiáng)水泥(GRC) 16.1.1 GRC的生產(chǎn)工藝 16.1.2 GF增強(qiáng)硅酸鹽水泥復(fù)合材料的基本性能 16.2 鋼纖維增強(qiáng)混凝土,膠凝材料,有機(jī)膠凝材料,無(wú)機(jī)膠凝材料,在一定條件下，經(jīng)過(guò)自身的一系列物理、化學(xué)作用后，能將散?；驂K狀材料粘結(jié)成為具有一定強(qiáng)度的整體的材料。,以天然或人工合成高分子化合物為基本組成,瀝青、樹脂、橡膠,當(dāng)其與水或水溶液拌合后所形成的漿體，經(jīng)過(guò)一系列的物理、化學(xué)作用后能夠逐漸硬化并形成具有一定強(qiáng)度的人造石。,水泥、石灰、石膏、鎂質(zhì)膠凝材料等,無(wú)機(jī)膠凝材料,氣硬性,水硬性,既能在空氣中硬化，又能更好的在水中硬化，保

2、持并繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度。,水泥,只能在空氣中凝結(jié)硬化，并保持和發(fā)展強(qiáng)度的膠凝材料。,石灰、石膏、鎂質(zhì)膠凝材料等,無(wú)機(jī)膠凝材料特點(diǎn) (1) 原料豐富，能就地取材，生產(chǎn)成本低； (2) 耐久性好，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于水中、海洋及炎熱、寒冷的環(huán)境； (3) 耐火性好； (4) 維修工作量小，折舊費(fèi)用低；,無(wú)機(jī)膠凝材料應(yīng)用,工業(yè)與民用建筑、水工建筑和城市建設(shè)，軌枕、電桿、坑木、壓力管、水泥船以及海洋開發(fā)的各種構(gòu)造物、國(guó)防工程等。,玻璃纖維增強(qiáng)水泥 鋼纖維增強(qiáng)混凝土 纖維增強(qiáng)石膏,無(wú)機(jī)膠凝材料在應(yīng)用中的問(wèn)題,固有的脆性破壞 抗拉強(qiáng)度小，制品及構(gòu)件容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。在大型建筑施工和受力構(gòu)件的應(yīng)用尤為明顯。 石膏制

3、品的抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/41/5 水泥及混凝土的抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/101/20,16.1 玻璃纖維增強(qiáng)水泥(GRC),基體 普通硅酸鹽水泥 主要成分： 硅酸三鈣(3CaOSiO2，簡(jiǎn)寫為C3S，含量37%60%) 硅酸二鈣(2CaOSiO2，簡(jiǎn)寫為C2S，含量15%37%) 鋁酸鈣C3A)，含量7%15% 鐵相固溶體（C4AFC2F，主要是鐵鋁酸四鈣，含量1018%),硅酸鹽水泥的水化、硬化,(1),(2),(3),(4),(5),采用火山灰質(zhì)材料(如粉煤灰)或細(xì)砂代替部分水泥用量： (1) 大大提高了基體的體積穩(wěn)定性； (2) 減少了GF的堿性侵蝕，提高了GF的增強(qiáng)效果和復(fù)合材

4、料的基本性能:由于砂或粉煤灰可以吸收硅酸鹽水泥水化釋放出來(lái)的Ca(OH)2，生成水化硅酸鈣； (3) 降低成本。,GF種類 A-玻璃：高堿纖維，堿金屬氧化物含量較高 E-玻璃：無(wú)堿玻璃纖維； 氧化鋯玻璃：具有較好的抗堿性腐蝕能力,玻璃纖維是一種鋁硼硅酸鹽玻璃 A含高堿性，耐化學(xué)品，價(jià)廉。,GF增強(qiáng)水泥復(fù)合材料與水泥相比具有的特點(diǎn)： (1) 能生產(chǎn)薄板，在未硬化時(shí)可彎曲及模制； (2)形狀復(fù)雜的制品能用噴涂法生產(chǎn)或?qū)㈩A(yù)拌材料壓制、注塑或擠出成型來(lái)制得； (3)初期具有較高的抗撓強(qiáng)度及抗沖強(qiáng)度，便于制品或構(gòu)件的制造及在非承重狀態(tài)下的運(yùn)輸及安裝； (4)耐火性能好。,GF摻量：水泥基體質(zhì)量的5%左右

5、(3%6%) 在水泥基體中，GF的主要功能是止裂作用，即抑制水泥基體在拉應(yīng)力和沖擊載荷下的開裂，復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量(除抗拉強(qiáng)度外)主要由水泥基體提供；較高的纖維摻量將會(huì)給纖維水泥的預(yù)拌和搗實(shí)帶來(lái)困難。,16.1.1 GRC的生產(chǎn)工藝,1. 重力成型法 將GF增強(qiáng)的預(yù)拌料在開口?；螂p邊模中進(jìn)行澆灌成型 特點(diǎn)：能得到斷面很薄的制品,2. 壓制成型法 預(yù)拌料在模板內(nèi)加壓成型，以提高產(chǎn)品的致密度和表面光潔度。主要用以生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單且表面裝飾性好的薄板制品。,3. 注模成型法 將含有增稠劑及5%GF的預(yù)拌料用泵注入密閉模內(nèi)的成型方法。,4. 擠壓成型,5. 噴涂法 把連續(xù)粗紗引送到由空氣壓縮機(jī)操作的噴槍

6、，將粗紗切成10mm50mm長(zhǎng)，并同時(shí)與水泥漿高速噴至有濾板的成型表面。多余的水靠真空吸走。,6. 纏繞法 連續(xù)的GF無(wú)捻紗在水泥槽內(nèi)用水泥漿浸漬，按預(yù)定的角度和螺距繞在卷筒上，在纏繞過(guò)程中將水泥漿及短纖維噴在卷筒上，然后用輥壓機(jī)碾壓，并靠抽吸除去多余的水泥漿及水。,7. 層壓法 將經(jīng)過(guò)浸漬的連續(xù)無(wú)捻紗、玻璃纖維氈或連續(xù)纖維織物，放入窗框模子或其他類似的模具中，然后靠碾動(dòng)或加壓來(lái)促使水泥漿的滲透作用。,各種不同纖維長(zhǎng)度的玻璃纖維水泥在28d時(shí)的抗拉強(qiáng)度與纖維體積率關(guān)系曲線。(a)貯存于空氣中；(b)貯存于水中,16.1.2 GF增強(qiáng)硅酸鹽水泥復(fù)合材料的基本性能 (1)強(qiáng)度 纖維的增強(qiáng)作用：抗拉

7、強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、斷裂韌性均有不同程度的改進(jìn)。,各種不同纖維長(zhǎng)度的玻璃纖維水泥在28d時(shí)的斷裂模量與纖維體積率關(guān)系曲線。(a)貯存于空氣中；(b)貯存于水中,GRC存在一個(gè)纖維含量極限值，在比例極限范圍內(nèi)的應(yīng)力隨Vf增大而增大，當(dāng)達(dá)到這一極限含量，GRC的強(qiáng)度或模量將不隨纖維含量的增加而增加，甚至出現(xiàn)明顯下降。 原因：在摻入大量增強(qiáng)纖維時(shí)，需要提高拌合水的加入量，材料孔隙率增大，導(dǎo)致了材料的強(qiáng)度或模量降低。,2. 楊氏模量 水泥基體中摻入少量纖維，復(fù)合材料剛度有所提高，但提高有限。 儲(chǔ)存條件對(duì)材料的楊氏模量有較大的影響，養(yǎng)護(hù)在水中的GRC具有較高的剛度；隨齡期的增長(zhǎng)，各類GRC的楊氏

8、模量均有不同程度的降低。,3. 耐久性 耐久性：長(zhǎng)齡氣的硬化復(fù)合材料在保持其原始機(jī)械強(qiáng)度性能方面所達(dá)到的程度。 GRC的各項(xiàng)強(qiáng)度及模量均會(huì)隨時(shí)間而降低。,E型玻璃纖維及耐堿玻璃纖維高鋁水泥的抗沖擊強(qiáng)度隨時(shí)間的變化 1耐堿玻璃纖維+高鋁水泥；2E-型玻璃纖維+高鋁水泥,堿性介質(zhì)對(duì)GF的侵蝕是造成GRC強(qiáng)度下降的重要原因，因此，GRC的耐久性很大程度上取決于GF的耐堿性。,提高GF耐堿性的措施： (1) 研制耐堿玻璃纖維； (2)將玻璃纖維進(jìn)行高分子涂層； (3)采用低堿水泥,16.2 鋼纖維增強(qiáng)混凝土,纖維增強(qiáng)混凝土簡(jiǎn)稱纖維混凝土。是由水泥混凝土為基材與不連續(xù)而分散的纖維為增強(qiáng)材料所組成的一種復(fù)

9、合材料。常作為增強(qiáng)材料的纖維有鋼纖維、玻璃纖維、合成纖維和天然纖維等。 纖維均勻分布在各個(gè)方向上，能承受各方面的應(yīng)力，阻礙裂紋的發(fā)展，從而大大提高了混凝土的韌性、抗裂性、抗沖擊性。 在各類纖維混凝土中，鋼纖維對(duì)抑制混凝土裂紋的形成和擴(kuò)展，提高混凝土的抗拉及抗彎強(qiáng)度，增加韌性，效果最好。,1. 鋼纖維混凝土的構(gòu)造與性能,鋼纖維混凝土用鋼纖維，主要是采用碳鋼加工制成的纖維，對(duì)長(zhǎng)期處于受潮條件的混凝土，亦有采用不銹鋼加工制成的纖維。 鋼纖維的尺寸主要由強(qiáng)化效果和施工難易性決定。鋼纖維太粗或太短，其強(qiáng)化效果較差；如過(guò)長(zhǎng)或過(guò)細(xì)，施工時(shí)不易拌和、易結(jié)團(tuán)。為了增加鋼纖維和混凝土之間的粘結(jié)力，可用增加纖維表面

10、積的方法，將其加工為異形纖維，如波形、啞鈴形、端部帶彎鉤等形狀。 鋼纖維的幾何特征，通常用長(zhǎng)徑比表示，即纖維的長(zhǎng)度與截面當(dāng)量直徑之比。一般纖維的長(zhǎng)徑比約在30150的范圍內(nèi)。鋼纖維一般直徑為0.250.75mm，長(zhǎng)度約為2060mm。,2. 鋼纖維混凝土的性能,鋼纖維對(duì)混凝土的最大貢獻(xiàn)是它的止裂作用： (1) 在撓曲載荷作用下，提高了材料形成可見裂縫時(shí)的承載能力； (2) 抑制混凝土的收縮開裂或限制公路面層開裂； (3) 阻止疲勞載荷作用下的裂紋擴(kuò)展； (4) 防止沖擊載荷作用下的開裂。,鋼纖維的摻量以纖維體積率表示。當(dāng)鋼纖維的形狀和尺寸在適合范圍內(nèi)，鋼纖維混凝土的強(qiáng)度，隨纖維體積率和長(zhǎng)細(xì)比增

11、加而增加。鋼纖維體積率通常為0.52.0。例如圓形截面鋼纖維，其直徑為0.30.6mm，長(zhǎng)度為2040mm，摻量為2的鋼纖維混凝土與普通混凝土比較。,16.3 纖維增強(qiáng)石膏,石膏系由單一礦物組成的氣硬性無(wú)機(jī)膠凝材料，其最大的不足是脆性大、強(qiáng)度低、抗水性差。石膏基體：半水石膏(高強(qiáng)石膏)，半水石膏結(jié)晶比較完整，常呈短柱狀，晶粒較粗大，聚集體的內(nèi)比表面積較小，致密，有一定的結(jié)晶形狀。拌合料需水少，密度和強(qiáng)度較高；半水石膏(建筑石膏)，結(jié)晶度較差，常為細(xì)小的纖維狀或片狀聚集體，內(nèi)比表面積較大。半水石膏完全水化所需要的水只有18.6%，多余的水蒸發(fā)后在石膏硬化體中留下大量的孔隙，因而其密實(shí)度和強(qiáng)度均大幅度降低。,玻璃纖維增強(qiáng)石膏的兩個(gè)突出的性能：抗沖擊強(qiáng)度及耐火性?？箾_擊強(qiáng)度約為相同纖維體積的GRC的2倍。,耐火性好的原因：(1) 18%的水與石膏晶體化合；(2) GF增強(qiáng)的結(jié)果：GF本身具有優(yōu)良的耐火性，并能防止基體散落在火中。,兩種石膏基體有最佳的纖維摻量，超過(guò)最佳摻量會(huì)給密實(shí)工藝帶來(lái)