《無機膠凝復合材料》ppt課件

1、 概述 16.1 玻璃纖維加強水泥(GRC) 16.1.1 GRC的消費工藝 16.1.2 GF加強硅酸鹽水泥復合資料的根本性能 16.2 鋼纖維加強混凝土膠凝資料膠凝資料有機膠凝資料有機膠凝資料無機膠凝資料無機膠凝資料在一定條件下，經(jīng)過本在一定條件下，經(jīng)過本身的一系列物理、化學身的一系列物理、化學作用后，能將散粒或塊作用后，能將散?；驂K狀資料粘結(jié)成為具有一狀資料粘結(jié)成為具有一定強度的整體的資料。定強度的整體的資料。以天然或人工合以天然或人工合成高分子化合物成高分子化合物為根本組成為根本組成瀝青、樹脂、橡膠瀝青、樹脂、橡膠 當其與水或水溶液拌合后當其與水或水溶液拌合后所構(gòu)成的漿體，經(jīng)過一系所構(gòu)

2、成的漿體，經(jīng)過一系列的物理、化學作用后可列的物理、化學作用后可以逐漸硬化并構(gòu)成具有一以逐漸硬化并構(gòu)成具有一定強度的人造石。定強度的人造石。水泥、石灰、石膏、鎂質(zhì)膠凝資料等水泥、石灰、石膏、鎂質(zhì)膠凝資料等無機膠凝資料無機膠凝資料氣硬性氣硬性水硬性水硬性既能在空氣中硬化，既能在空氣中硬化，又能更好的在水中硬又能更好的在水中硬化，堅持并繼續(xù)開展化，堅持并繼續(xù)開展其強度。其強度。水泥水泥只能在空氣中凝結(jié)硬只能在空氣中凝結(jié)硬化，并堅持和開展強化，并堅持和開展強度的膠凝資料。度的膠凝資料。石灰、石膏、鎂質(zhì)膠凝資料等石灰、石膏、鎂質(zhì)膠凝資料等無機膠凝資料特點無機膠凝資料特點 (1) (1) 原料豐富，能就地

3、取材，消費本錢低；原料豐富，能就地取材，消費本錢低；(2) (2) 耐久性好，順應(yīng)性強，可用于水中、海洋及炎耐久性好，順應(yīng)性強，可用于水中、海洋及炎熱、冰冷的環(huán)境；熱、冰冷的環(huán)境；(3) (3) 耐火性好；耐火性好；(4) (4) 維修任務(wù)量小，折舊費用低；維修任務(wù)量小，折舊費用低；無機膠凝資料運用無機膠凝資料運用 工業(yè)與民用建筑、水工建筑和城市建立，軌枕、工業(yè)與民用建筑、水工建筑和城市建立，軌枕、電桿、坑木、壓力管、水泥船以及海洋開發(fā)的各種電桿、坑木、壓力管、水泥船以及海洋開發(fā)的各種構(gòu)造物、國防工程等。構(gòu)造物、國防工程等。玻璃纖維加強水泥玻璃纖維加強水泥 鋼纖維加強混凝土鋼纖維加強混凝土 纖

4、維加強石膏纖維加強石膏 固有的脆性破壞固有的脆性破壞 抗拉強度小，制品及構(gòu)件容易產(chǎn)生應(yīng)力開抗拉強度小，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)件的運用尤裂。在大型建筑施工和受力構(gòu)件的運用尤為明顯。為明顯。 石膏制品的抗拉強度僅為抗壓強度的石膏制品的抗拉強度僅為抗壓強度的1/41/5 水泥及混凝土的抗拉強度僅為抗壓強度的水泥及混凝土的抗拉強度僅為抗壓強度的1/101/20 基體基體 普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥 主要成分：主要成分： 硅酸三鈣硅酸三鈣(3CaOSiO2，簡寫為，簡寫為C3S，含量，含量37%60%) 硅酸二鈣硅酸二鈣(2CaOSiO2，簡寫為，簡寫為C2S，含量，含量1

5、5%37%) 鋁酸鈣鋁酸鈣C3A)，含量，含量7%15% 鐵相固溶體鐵相固溶體C4AFC2F，主要是鐵鋁酸四，主要是鐵鋁酸四鈣，含量鈣，含量1018%)硅酸鹽水泥的水化、硬化硅酸鹽水泥的水化、硬化 2(3CaO SiO2) 6H2O3CaO 2SiO2 3H2O +3Ca(OH)2+C3S2H3CaOH2O2C2SH4+2(2CaO SiO2) 4H2O3CaO 2SiO2 3H2O +Ca(OH)2+C3S2H3CaOH2O2C2SH4+3CaO Al2O3 6H2O3CaO Al2O3 6H2O +4CaO Al2O3 Fe2O3 +7H2O3CaO Al2O3 6H2O +CaO Fe2

6、O3 H2O (1) (1) (2) (2) (3) (3) (4) (4) (5) (5) 3CaO Al2O3 6H2O +3(CaSO4 2H2O)+19H2O3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O 采用火山灰質(zhì)資料采用火山灰質(zhì)資料(如粉煤灰如粉煤灰)或細砂替代部分水泥或細砂替代部分水泥用量：用量：(1) 大大提高了基體的體積穩(wěn)定性；大大提高了基體的體積穩(wěn)定性；(2) 減少了減少了GF的堿性侵蝕，提高了的堿性侵蝕，提高了GF的加強效果的加強效果和復合資料的根本性能和復合資料的根本性能:由于砂或粉煤灰可以吸收由于砂或粉煤灰可以吸收硅酸鹽水泥水化釋放出來的硅酸鹽水泥水化釋放出來的Ca

7、(OH)2，生成水化，生成水化硅酸鈣；硅酸鈣；(3) 降低本錢。降低本錢。GF種類種類A-玻璃：高堿纖維，堿金屬氧化物含量較高玻璃：高堿纖維，堿金屬氧化物含量較高E-玻璃：無堿玻璃纖維；玻璃：無堿玻璃纖維； 氧化鋯玻璃：具有較好的抗堿性腐蝕才干氧化鋯玻璃：具有較好的抗堿性腐蝕才干成分成分E-玻璃質(zhì)量玻璃質(zhì)量%A-玻璃質(zhì)量玻璃質(zhì)量%SiO255.271.8Al2O314.81.0B2O37.3MgO3.33.8CaO18.78.8Na2O0.313.6K2O0.20.6Fe2O30.30.5F20.3玻璃纖維是一種鋁硼硅酸鹽玻璃玻璃纖維是一種鋁硼硅酸鹽玻璃 A含高堿性，耐化學品，價廉。含高堿性，

8、耐化學品，價廉。GF加強水泥復合資料與水泥相比具有的特點：加強水泥復合資料與水泥相比具有的特點：(1) 能消費薄板，在未硬化時可彎曲及模制；能消費薄板，在未硬化時可彎曲及模制；(2)外形復雜的制品能用噴涂法消費或?qū)㈩A(yù)拌資料外形復雜的制品能用噴涂法消費或?qū)㈩A(yù)拌資料壓制、注塑或擠出成型來制得；壓制、注塑或擠出成型來制得；(3)初期具有較高的抗撓強度及抗沖強度，便于制初期具有較高的抗撓強度及抗沖強度，便于制品或構(gòu)件的制造及在非承重形狀下的運輸及安裝；品或構(gòu)件的制造及在非承重形狀下的運輸及安裝；(4)耐火性能好。耐火性能好。 GF摻量：水泥基體質(zhì)量的摻量：水泥基體質(zhì)量的5%左右左右(3%6%)在水泥基

9、體中，在水泥基體中，GF的主要功能是止裂作用，即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，復抑制水泥基體在拉應(yīng)力和沖擊載荷下的開裂，復合資料的強度和模量合資料的強度和模量(除抗拉強度外除抗拉強度外)主要由水泥主要由水泥基體提供；較高的纖維摻量將會給纖維水泥的預(yù)基體提供；較高的纖維摻量將會給纖維水泥的預(yù)拌和搗實帶來困難。拌和搗實帶來困難。16.1.1 GRC的消費工藝的消費工藝1. 重力成型法重力成型法 將將GF加強的預(yù)拌料在開口?；螂p邊模中進展?jié)补喑尚图訌姷念A(yù)拌料在開口?；螂p邊模中進展?jié)补喑尚吞攸c：能得到斷面很薄的制品特點：能得到斷面很薄的制品2. 壓制成型法壓制成型法

10、預(yù)拌料在模板內(nèi)加壓成型，以提高產(chǎn)品的致密度和外表光預(yù)拌料在模板內(nèi)加壓成型，以提高產(chǎn)品的致密度和外表光潔度。主要用以消費外形簡單且外表裝飾性好的薄板制品。潔度。主要用以消費外形簡單且外表裝飾性好的薄板制品。3. 注模成型法注模成型法 將含有增稠劑及將含有增稠劑及5%GF的預(yù)拌料用泵注入密閉模內(nèi)的成型的預(yù)拌料用泵注入密閉模內(nèi)的成型方法。方法。4. 擠壓成型擠壓成型5. 噴涂法噴涂法 把延續(xù)粗紗引送到由空氣緊縮機操作的噴槍，將粗紗切成把延續(xù)粗紗引送到由空氣緊縮機操作的噴槍，將粗紗切成10mm50mm長，并同時與水泥漿高速噴至有濾板的成型外表。長，并同時與水泥漿高速噴至有濾板的成型外表。多余的水靠真空

11、吸走。多余的水靠真空吸走。6. 纏繞法纏繞法 延續(xù)的延續(xù)的GF無捻紗在水泥槽內(nèi)用水泥漿浸漬，按預(yù)定的角度無捻紗在水泥槽內(nèi)用水泥漿浸漬，按預(yù)定的角度和螺距繞在卷筒上，在纏繞過程中將水泥漿及短纖維噴在卷筒和螺距繞在卷筒上，在纏繞過程中將水泥漿及短纖維噴在卷筒上，然后用輥壓機碾壓，并靠抽吸除去多余的水泥漿及水。上，然后用輥壓機碾壓，并靠抽吸除去多余的水泥漿及水。7. 層壓法層壓法 將經(jīng)過浸漬的延續(xù)無捻紗、玻璃纖維氈或延續(xù)纖維織物，將經(jīng)過浸漬的延續(xù)無捻紗、玻璃纖維氈或延續(xù)纖維織物，放入窗框模子或其他類似的模具中，然后靠碾動或加壓來促使放入窗框模子或其他類似的模具中，然后靠碾動或加壓來促使水泥漿的浸透作

12、用。水泥漿的浸透作用。各種不同纖維長度的玻璃纖維水泥在各種不同纖維長度的玻璃纖維水泥在28d時的抗拉強度與纖時的抗拉強度與纖維體積率關(guān)系曲線。維體積率關(guān)系曲線。(a)儲存于空氣中；儲存于空氣中；(b)儲存于水中儲存于水中16.1.2 GF加強硅酸鹽水泥復合資料的根本性能加強硅酸鹽水泥復合資料的根本性能(1)強度強度纖維的加強作用：抗拉強度、抗彎強度、抗沖擊強度、斷纖維的加強作用：抗拉強度、抗彎強度、抗沖擊強度、斷裂韌性均有不同程度的改良。裂韌性均有不同程度的改良。各種不同纖維長度的玻璃纖維水泥在各種不同纖維長度的玻璃纖維水泥在28d時的斷裂模量與纖時的斷裂模量與纖維體積率關(guān)系曲線。維體積率關(guān)系

13、曲線。(a)儲存于空氣中；儲存于空氣中；(b)儲存于水中儲存于水中 GRC存在一個纖維含量極限值，在比例極限范存在一個纖維含量極限值，在比例極限范圍內(nèi)的應(yīng)力隨圍內(nèi)的應(yīng)力隨Vf增大而增大，當?shù)竭_這一極限含量，增大而增大，當?shù)竭_這一極限含量，GRC的強度或模量將不隨纖維含量的添加而添加，的強度或模量將不隨纖維含量的添加而添加，甚至出現(xiàn)明顯下降。甚至出現(xiàn)明顯下降。 緣由：在摻入大量加強纖維時，需求提高拌合緣由：在摻入大量加強纖維時，需求提高拌合水的參與量，資料孔隙率增大，導致了資料的強度水的參與量，資料孔隙率增大，導致了資料的強度或模量降低。或模量降低。2. 楊氏模量楊氏模量 水泥基體中摻入少量纖維

14、，復合資料剛度有所水泥基體中摻入少量纖維，復合資料剛度有所提高，但提高有限。提高，但提高有限。 儲存條件對資料的楊氏模量有較大的影響，養(yǎng)儲存條件對資料的楊氏模量有較大的影響，養(yǎng)護在水中的護在水中的GRC具有較高的剛度；隨齡期的增長，具有較高的剛度；隨齡期的增長，各類各類GRC的楊氏模量均有不同程度的降低。的楊氏模量均有不同程度的降低。3. 耐久性耐久性 耐久性：長齡氣的硬化復合資料在堅持其原始機械強度性能耐久性：長齡氣的硬化復合資料在堅持其原始機械強度性能方面所到達的程度。方面所到達的程度。GRC的各項強度及模量均會隨時間而降低。的各項強度及模量均會隨時間而降低。E型玻璃纖維及耐堿玻璃纖維高鋁

15、水泥的抗沖擊強度隨時間的變化型玻璃纖維及耐堿玻璃纖維高鋁水泥的抗沖擊強度隨時間的變化1耐堿玻璃纖維耐堿玻璃纖維+高鋁水泥；高鋁水泥；2E-型玻璃纖維型玻璃纖維+高鋁水泥高鋁水泥堿性介質(zhì)對堿性介質(zhì)對GF的侵蝕是的侵蝕是呵斥呵斥GRC強度下降的重強度下降的重要緣由，因此，要緣由，因此，GRC的的耐久性很大程度上取決耐久性很大程度上取決于于GF的耐堿性。的耐堿性。提高提高GF耐堿性的措施：耐堿性的措施：(1) 研制耐堿玻璃纖維；研制耐堿玻璃纖維；(2)將玻璃纖維進展高分子涂層；將玻璃纖維進展高分子涂層；(3)采用低堿水泥采用低堿水泥 纖維加強混凝土簡稱纖維混凝土。是由水泥混凝纖維加強混凝土簡稱纖維混

16、凝土。是由水泥混凝土為基材與不延續(xù)而分散的纖維為加強資料所組成的土為基材與不延續(xù)而分散的纖維為加強資料所組成的一種復合資料。常作為加強資料的纖維有鋼纖維、玻一種復合資料。常作為加強資料的纖維有鋼纖維、玻璃纖維、合成纖維和天然纖維等。璃纖維、合成纖維和天然纖維等。 纖維均勻分布在各個方向上，能接受各方面的應(yīng)纖維均勻分布在各個方向上，能接受各方面的應(yīng)力，妨礙裂紋的開展，從而大大提高了混凝土的韌性、力，妨礙裂紋的開展，從而大大提高了混凝土的韌性、抗裂性、抗沖擊性。抗裂性、抗沖擊性。 在各類纖維混凝土中，鋼纖維對抑制混凝土裂紋在各類纖維混凝土中，鋼纖維對抑制混凝土裂紋的構(gòu)成和擴展，提高混凝土的抗拉及抗

17、彎強度，添加的構(gòu)成和擴展，提高混凝土的抗拉及抗彎強度，添加韌性，效果最好。韌性，效果最好。 鋼纖維混凝土用鋼纖維，主要是采用碳鋼加工制成鋼纖維混凝土用鋼纖維，主要是采用碳鋼加工制成的纖維，對長期處于受潮條件的混凝土，亦有采用的纖維，對長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。不銹鋼加工制成的纖維。 鋼纖維的尺寸主要由強化效果和施工難易性決議。鋼纖維的尺寸主要由強化效果和施工難易性決議。鋼纖維太粗或太短，其強化效果較差；如過長或過鋼纖維太粗或太短，其強化效果較差；如過長或過細，施工時不易拌和、易結(jié)團。為了添加鋼纖維和細，施工時不易拌和、易結(jié)團。為了添加鋼纖維和混凝土之間的粘結(jié)力，可

18、用添加纖維外表積的方法，混凝土之間的粘結(jié)力，可用添加纖維外表積的方法，將其加工為異形纖維，如波形、啞鈴形、端部帶彎將其加工為異形纖維，如波形、啞鈴形、端部帶彎鉤等外形。鉤等外形。 鋼纖維的幾何特征，通常用長徑比表示，即纖維的鋼纖維的幾何特征，通常用長徑比表示，即纖維的長度與截面當量直徑之比。普通纖維的長徑比約在長度與截面當量直徑之比。普通纖維的長徑比約在30150的范圍內(nèi)。鋼纖維普通直徑為的范圍內(nèi)。鋼纖維普通直徑為0.250.75mm，長度約為長度約為2060mm。 鋼纖維對混凝土的最大奉獻是它的止裂作用：鋼纖維對混凝土的最大奉獻是它的止裂作用：(1) 在撓曲載荷作用下，提高了資料構(gòu)成可見裂在撓曲載荷作用下，提高了資料構(gòu)成可見裂痕時的承載才干；痕時的承載才干；(2) 抑制混凝土的收縮開裂或限制公路面層開裂；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展；阻止疲勞載荷作用下的裂紋擴展；(4) 防止沖擊載荷作用下的開裂。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。當鋼纖維的外形和尺寸