水泥基复合材料_水泥基复合水泥

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水泥基复合材料

班级:Z090162学号:Z09016206姓名:张欢 水泥基复合材料概述

以硅酸盐水泥为基体，以耐碱玻璃纤维、通用合成纤维、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性能纤维、金属丝以及天然植物纤维和矿物纤维为增强体，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料。

它比一般混凝土性能有所提高。以短切的耐碱玻璃纤维约3％～10％含量的复合材料为例，其密度为1600～2500kg/m3，抗冲强度8.0～24.5N·mm/mm2，压缩强度48～83MPa，热膨胀系数为(11～16)×10-6K-1。性能随所用原材料、配比、工艺和养护条件而异。水泥基复合材料基本上用于制造建筑构件，如内、外墙板、天花板等。

目前，先进水泥基复合材料的发展也比较迅速。先进水泥基复合材料是通过组成、结构优化设计，采用先进技术制备的具有优异性能的新型高技术水泥基材料，其性能特点是韧性好、强度高、可设计性好，是当前本领域研究的重点和技术应用的难点。

水泥基复合材料的分类及应用

（1）纤维水泥基复合材料

水泥基复合材料可分为水泥基和增强体两部分！目前比较热门的水泥基复合材料为：纤维水泥基复合材料。它通常是指以水泥净浆，砂浆或者混凝土为基体，以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料，也叫纤维混凝土。

在混凝土中加入纤维，可以强化、韧化水泥砂浆，提高水泥基复合材料拉伸、弯曲以及冲击强度，控制裂纹的扩展，改善失效模式和未成型时材料的流动性，是改善其性能的最有效途径。

纤维在水泥基体中至少有以下三个主要作用：

1，提高基体开裂的应力水平，即使水泥基体能承受更高的应力。

2，改善基体的应变能或延展性，从而增加它吸收能量的能力或提高它的韧性。纤维对基体韧性的改善往往比较显著，甚至在它对基体的增强作用小的情况下也是如此。

3，能够阻止裂纹的扩展或改变裂纹前进的方向，减少裂纹的宽度和平均断裂空间。对于早期的水泥基材料来说，由于纤维的存在，阻碍了骨科的离析和分层，保证了早期均匀的泌水性，从而阻止沉降裂纹的产生。不定向分布的纤维有助于削弱砂浆或者混凝土塑性收缩及冻融时的张力，收缩的能量被分散到无数的具有高抗拉强度的纤维上，从而极为有效地增强了混凝土或砂浆的韧性，抑制了微细胞的产生和发展。

（2）纳米水泥基复合材料

水泥是大众建材，用量大，人们还未充分重视使用纳米技术对其进行改性。其实，水

泥硬化浆体(水泥石)是由众多的纳米级粒子(水化硅酸钙凝胶)和众多的纳米级孔和毛细孔(结构缺陷)以及尺寸较大的结晶型水化产物(大晶体对强度和韧性都不太有利)所组成的。借鉴当今纳米技术在陶瓷和聚合物领域内的研究和应用成果，应用纳米技术对水泥进行改性的研究，可望进一步改善水泥的微观结构，以提高其物理力学性能和耐久性。

采用纳米技术改善水泥硬化浆体的结构，可望在纳米矿粉－超细矿粉－高效减水剂－水溶性聚合物－水泥系统中，制得性能优异的、高性能的水泥硬化浆体－纳米复合水泥结构材料，并广泛应用于高性能或超高性能的水泥基涂料、砂浆和混凝土材料中。在不远的将来，继超细矿粉之后，纳米矿粉将有可能成为超高性能混凝土材料的又一重要组分。这也是传统水泥材料的改进和又一次革命。

（3）水泥基复合吸波材料

隐身技术是一种通过控制和降低武器系统和其它军事目标的特征信号，使其难以发现、识别、跟踪和攻击的综合性技术。因而它广泛应用于运动军事目标，如飞机、导弹、坦克、潜艇等，同时也可用于非运动军事目标，如雷达站、军用机场、军事掩体等。

通过对水泥基复合材料进行改性，使它能够吸收电磁波，从而达到对雷达的隐身性能，即得到所谓的水泥基复合吸波材料。水泥基吸波材料是在水泥或混凝土中掺入吸波剂而具有吸收电磁波功能的一类新型材料。在民用方面，它即可以用来屏蔽电磁波对人体的辐射，达到净化电磁波污染环境的目的；还可以用来防止计算机中心的数据泄密，起到保密作用；在军事上，水泥基复合吸波材料可以起到干扰雷达探测目标，减弱回波信号，使雷达无法探测到地面固定目标或探测精度明显降低，避免敌方的军事打击。目前国外一般采用伪装网来覆盖地面军事目标，改变目标及其阴影的形状，以对付地面和空中的各种侦查手段。

（4）聚合物水泥基复合材

有机物，特别是高分子聚合物，其优异的柔韧性，抗冲击性，以及良好的抗渗性和单位体积重量小等等固有的优势，是众所周知的。这正好弥补了普通水泥基材料的缺陷。大量的工程实践证明，高分子聚合物在水泥基材料中有效地改进了其性能

。若把水泥基材料视为由水泥浆休粘结剂和集料两种结构组分构成的复合材料时，则聚合物可从儿个方面来改善水泥基材料的性能。(I)提高粘结剂本身强度；(2)增强粘结剂和集料界面间的粘结力；(3)提高集料的强度；(4)填充空隙；(5)上述综合效果。

就此改性效果而言，目前应用在工程中的聚合物水泥基材料可分为三个类别：(1)用聚合物作粘结剂以粘结集料称为树脂混凝土(PC)，如人造大理石等。(2)在已硬化的普通水泥混凝土中浸渍聚合物，或有机单体在硬化体内聚合填充孔隙，称为聚合物浸渍混凝土(PIC)，如防渗墙面板，隧道衬壁等。(3)用水泥和聚合物两种粘结剂粘结集料，称为聚合物水泥混凝土(PCC)。如聚合物修补砂浆，高等级公路、桥面等。一般的水泥基复合材料主要是由未水化的水泥熟料颗粒、水泥的水化结晶矿物和凝胶体、水和少量的空气组成。因此它是一个固一液一气多相多孔体。其材料的强度也就受着这些因素的制约和影响。聚合物的加入改变了这些因素的变化关系，从而影响强度的提高

水泥基复合材料的优缺点

P.K.Mehta 在评述水泥基材料时指出,水泥基材料既不像钢材那样坚固，也不像钢材那样坚韧，而成为应用最广泛的材料的三个主要原因是其具有很好的耐水性、优异的可加工性

和显著的经济性。因此，水泥基材料仍然是当今应用最为广泛的建筑材料。然而，水泥基材料属于脆性材料，它的的抗拉、抗弯强度低，极限应变小，抗冲强度差，脆性大，易开裂，存在着严重的耐久性问题，往往引发突发性的且难以控制的建筑物的破坏，造成了巨大的经济损失，并严重污染环境，因此，作为一种结构材料在应用中受到很大限制。通过纤维增强水泥和纤维增强混凝土复合材料，是强化与韧化的水泥和混凝土、进一步提高了其阻裂能力和耐久性，是获得高性能水泥和混凝土的有效途径。

水泥基复合材料的国内外发展状况

自1990年提出高性能混凝土以来，高性能混凝土的内涵已经有了一个不断完善和发展的过程。美国十分强调高强度和高耐久性；日本学者更关注施工性。我国吴中伟院士则综合了各种论点提出了较为全面的高性能混凝土的定义，他认为高性能混凝土时一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在妥善的质量控制制成的具有耐久性高、抗阻裂能力强、工作性良好、实用性强、提及稳定性好以及经济合理的水泥基复合材料。邓家才等用压缩韧性指数衡量了碳纤维对水泥基复合材料韧性的增强作用，发现碳纤维水泥基复合材料的压缩韧性指数明显大于基准水泥基复合材料（增加59%～110%），并且随着碳纤维掺量的增加，变形能力和承载能力增强。罗建林，段中东以改性巴基管（CNTs）为增强材料，制成了巴基管水泥基材料。2006年大连理工大学徐世烺科研团队的高淑龄博士配制得到了拉应变能力为0．7％的PVA纤维水泥基复合材料。

超高韧性水泥基复合材料早期的英文名称为“Engineered Cementitious Composite”。缩写为ECC。最早由密歇根大学的“教授和麻省理工的Leung教授采用细观力学和断裂力学基本原理提出了该材料的基本设计理念。Li等为提高

纤维在基体中的摩擦黏结强度，利用等离子体技术对PE纤维进行表面处理，结果对水泥基材料的极限抗拉强度和极限应变能力都得到了显著提高