1、第八章 水泥基復(fù)合材料 8.1水泥概述 1、水泥的定義和分類： 凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，通稱為水泥。 通用水泥：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥。 專用水泥：油井水泥、砌筑水泥。 特性水泥：快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、膨脹硫酸鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥等。 12、水泥的制造方法和主要成分23、水泥的強(qiáng)度和硬化 向水泥中加水充分?jǐn)嚢韬螅饾u凝固的過程叫做凝

2、結(jié)。再經(jīng)一段時(shí)間凝固就更加強(qiáng)固，該過程叫做硬化。 普通水泥凝結(jié)過程是幾個(gè)小時(shí)，而硬化過程180天后還在繼續(xù)著。水泥顆粒之間的水與水泥發(fā)生水化反應(yīng)生成水化物，水化物占據(jù)了硬化物的主體。水泥的強(qiáng)度是由這些水化物不留間隙地充填了空隙而增強(qiáng)的水泥硬化的條件：原料配比：最重要的是水與水泥（W / C）比。 3標(biāo)準(zhǔn)水泥的原料配比 42）攪拌：3)養(yǎng)生：凝結(jié)、硬化的過程中，在達(dá)到某種程度的強(qiáng)度期間，促進(jìn)水化反應(yīng)，保護(hù)混凝土不受來自外部的有害影響所做的工作叫養(yǎng)生。其基本做法是在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，給予充分的濕度，不要施加沖擊及過度的負(fù)荷。 5水泥強(qiáng)化的方法： 1) 改善水泥漿自身強(qiáng)度；盡量縮小空隙，包括降低W/

3、C比、提高流動(dòng)性、聚合物浸漬和結(jié)合等。2) 骨料與水泥漿界面的強(qiáng)化；3）最佳骨料的選擇。包括選擇高強(qiáng)度骨料、小粒徑骨料和短纖維補(bǔ)強(qiáng)等。 68.2水泥復(fù)合材料8.2.1混凝土 由膠凝材料、水和粗細(xì)骨料按適當(dāng)比例拌和均勻，經(jīng)澆搗成型后硬化而成?？煞州p質(zhì)混凝土、防水混凝土、耐熱混凝土和防輻射混凝土等。 混凝土拌和物可澆制成各種形狀的構(gòu)件；混凝土與鋼筋有良好的粘結(jié)力，可制成鋼筋混凝土和予應(yīng)力鋼筋混凝土。 7混凝土的構(gòu)成 88.2.2纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料1 、復(fù)合材料的組成：增強(qiáng)劑 短纖維；基體硅酸鹽水泥、調(diào)凝水泥及高鋁礦渣水泥等填料 沙、粉煤灰等。92 、影響材料性能的因素：1) 基體的性能：水泥基體

4、不僅是傳遞應(yīng)力載荷，而且是受力的主體。纖維與基體水泥間的相互作用：（1）當(dāng)纖維間距大于或等于兩倍界面層厚度時(shí)，各纖維的界面層將保持自身形狀，互無干擾和影響，不因纖維間距改變而變；當(dāng)纖維間距小于兩倍界面層厚度時(shí)，由于界面層相互交錯(cuò)、搭接，產(chǎn)生疊加效應(yīng)，不同程度地引起界面層弱谷變淺，對(duì)界面產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng)。 10（2）纖維間距對(duì)界面層的影響與纖維/骨料間距改變對(duì)界面層的影響具有一致的規(guī)律性和同類性，諸界面層在基體水泥中將有雙重界面隨機(jī)強(qiáng)化效應(yīng)，只要纖維、沙粒空間隨機(jī)間距小于兩倍界面層厚度，混合料工作性又能滿足要求，界面層，尤其是界面最薄弱層的強(qiáng)化效應(yīng)就會(huì)發(fā)生。 11（3）纖維間距改變對(duì)界面層性狀的影響

5、與對(duì)界面力學(xué)性能的影響具有相同的規(guī)律性 。當(dāng)纖維間距小于兩倍界面層厚度時(shí)，界面諸力學(xué)性能均有不同程度的提高。纖維與基體在熱膨脹系數(shù)上的匹配：利用纖維與基體在熱膨脹系數(shù)上的不同，如纖維的熱膨脹系數(shù)大于基體的熱膨脹系數(shù)，復(fù)合材料在基體上產(chǎn)生一定的壓預(yù)應(yīng)力，而纖維則處于張應(yīng)力狀態(tài)，這樣則對(duì)復(fù)合材料的性能是有好處的。 12纖維與基體在彈性模量上的匹配：當(dāng)復(fù)合材料的應(yīng)變達(dá)到纖維或基體中比較小的那個(gè)應(yīng)變時(shí)，只有Ef Em ，纖維才可分擔(dān)復(fù)合材料中更多的負(fù)荷水平。所以要求選用的纖維具有較高的彈性模量。性能：纖維的摻入可顯著地提高混凝土的極限變形能力和韌性，從而大大改善水泥漿體的抗裂性和抗沖擊能力。13聚合物

6、改性混凝土 對(duì)混凝土最基本力學(xué)性能的改善要借助于向混凝土中摻加外摻劑，在大多數(shù)情況下是摻加聚合物。主要有三種形式：一是聚合物浸漬混凝土；二是聚合物混凝土；三是聚合物水泥混凝土。 14聚合物浸漬混凝土： 把成型的混凝土構(gòu)件通過干燥及抽真空的方法排除混凝土結(jié)構(gòu)空隙中的水分和空氣，然后將構(gòu)件浸入聚合物單體溶液中，使得聚合物單體溶液進(jìn)入結(jié)構(gòu)空隙中，通過加熱等方法使得單體聚合成聚合物結(jié)構(gòu)。這樣聚合物就填充了混凝土的結(jié)構(gòu)空隙，改善了微觀結(jié)構(gòu)，從而使其性能得到了改善。15聚合物混凝土：以聚合物為結(jié)合料與砂石等骨料形成混凝土。大部分情況下是把聚合物單體與粗骨料拌和，通過單體聚合把粗骨料結(jié)合在一起，形成整體，可

7、用預(yù)制或現(xiàn)澆的方法施工。這種混凝土有比普通混凝土無法比擬的特殊性質(zhì)，如速凝等，但價(jià)格昂貴，多用于特殊用途，如搶修等。 16聚合物水泥混凝土：在水泥混凝土成型過程中摻入一定量的聚合物，從而改善混凝土的性能其優(yōu)點(diǎn)是：抗折強(qiáng)度提高，抗壓強(qiáng)度提高，抗壓強(qiáng)度/抗折強(qiáng)度的比值減??；剛性或脆性降低，變形能力增大；耐久性與抗侵蝕能力有一定程度的提高；有良好的粘結(jié)性，適于修補(bǔ)工程；制備工藝不變，成本相對(duì)低。178.3水泥復(fù)合材料的成型工藝8.3.1混凝土的配合比設(shè)計(jì)及成型工藝控制在組成材料已定的條件下，決定混凝土各項(xiàng)性能的則主要是各組成材料之間的相對(duì)比例。 1）選擇水泥品種，確定混凝土試配強(qiáng)度； 2）確定水灰比

8、； 3）選取用水量，計(jì)算水泥用量； 4）選取砂率； 5）計(jì)算砂石用量。188.3.2鋼筋混凝土的成型工藝鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提高了抗彎及拉伸強(qiáng)度。支撐更大負(fù)荷的是鋼筋，但混凝土自身的特性沒有改善。不改變混凝土的成分，可以用物理力來改善混凝土自身的強(qiáng)度?；咀龇ㄊ穷A(yù)先向混凝土硬化體施加壓縮力，儲(chǔ)藏應(yīng)變能。當(dāng)使用過程中承受外力時(shí)，只需用該應(yīng)變能返回常態(tài)時(shí)的那分力，就增加了抵抗力，起到了提高抗彎及抗拉強(qiáng)度的作用。 198.3.3纖維增強(qiáng)水泥的成型工藝 1、直接噴射法 直接噴射法是目前最常用的成型方法。其關(guān)鍵是玻璃纖維的均勻分布以及噴射砂漿的脫泡和厚度的均勻性。用這種方法，纖維在二維方向無規(guī)配向。因此，在制

9、造時(shí)制品的形狀、大小、厚度等自由度最大，通用性也最大，設(shè)備費(fèi)用較便宜 20直接噴射法示意圖 212、噴射脫水法這種方法是將玻璃纖維增強(qiáng)水泥噴射到一個(gè)常有減壓裝置的鋪有濾布的開孔臺(tái)上。噴射完后進(jìn)行減壓，通過濾布將玻璃纖維增強(qiáng)水泥的剩余水分脫掉。其制品比直接噴射制品強(qiáng)度高，但制品形狀僅限于板狀或異性斷面等的彎曲加工制造。噴射脫水過程可通過機(jī)械化很容易進(jìn)行連續(xù)操作。 22連續(xù)噴射脫水法示意圖 233、預(yù)混料澆鑄法 預(yù)混料澆鑄法就是將水泥、沙子、水、外加劑和適當(dāng)長(zhǎng)的耐堿玻璃短切纖維在攪拌機(jī)中混合成預(yù)混料，然后不斷注入到振動(dòng)著的模具里進(jìn)行成型。用這種方法可以成型厚壁的制品，在物性方面不如噴射法。 244

10、、壓力法 預(yù)混料注入到模具后，加壓除去剩余水分，及時(shí)脫模，可以提高生產(chǎn)率，并能獲得良好的表面精度。5、離心成型法 在旋轉(zhuǎn)的管狀模具中噴入玻璃纖維和水泥漿，利用離心力均勻成型。該法能夠控制纖維的方向，使它能有效地作用到管子的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上，而且在厚度方向上可以改變纖維量。 256、抄造法 大多數(shù)石棉板幾乎都是用圓網(wǎng)抄造法（以發(fā)明者命名的）制造的。現(xiàn)用玻璃纖維代替石棉以避免公害。在使用這種方法時(shí)，一般將耐堿玻璃纖維混合到原料漿液中。因僅有玻璃纖維過濾太快，過濾水流失了很多水泥粒子，所以通常使用一定程度的砂漿和石棉作為內(nèi)部過濾材料。 這種方法適合于成型較厚的板狀制品。 268.3.4聚合物改性水泥混凝土

11、的成型工藝 1、水泥混凝土中聚合物結(jié)構(gòu)形成過程以乳液形式摻加到水泥混凝土中的聚合物，在水泥混凝土攪拌均勻后，聚合物乳液顆粒會(huì)相當(dāng)均勻地分布在水泥混凝土中。形成水泥基的復(fù)合材料。隨著水泥的水化，體系中的水不斷地被水化水泥所結(jié)合，乳液中的聚合物顆粒會(huì)相互融合連接在一起。隨著水分的不斷減少，聚合物在水泥中形成結(jié)構(gòu)。27將這一結(jié)構(gòu)形成過程分為三個(gè)階段。第一階段：聚合物顆粒均勻分布在水泥漿體中，形成聚合物水泥漿體。隨著水泥的水化，水泥凝膠逐漸形成，并且液相中的Ca（OH）2達(dá)到飽和狀態(tài)。同時(shí)聚合物顆粒沉積在凝膠顆粒表面。第二階段：隨著水化的進(jìn)一步進(jìn)行，聚合物顆粒絮凝在一起。水化凝膠的表面形成聚合物密封層

12、，粘結(jié)了骨料顆粒的表面及水泥水化凝膠與水泥顆?；旌衔锏谋砻妗?28因此，混合物中的較大空隙被有粘結(jié)性的聚合物填充。在這一階段中聚合物顆粒與礦物的硅酸鹽表面還可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。第二階段：由于水化的不斷進(jìn)行，凝聚在一起的聚合物顆粒之間的水分逐漸被全部吸收到水化過程的化學(xué)結(jié)合水中，最終聚合物顆粒完全融化在一起形成連續(xù)的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把水泥水化物聯(lián)結(jié)在一起，因而改善了水泥的結(jié)構(gòu)形態(tài)。 298.4（鋼筋混凝土）纖維 / 基體的界面 一般來講，鋼筋混凝土中纖維 / 基體的界面具有比基體大的水灰比，易形成較厚的水膜層，即界面薄弱層。 改善界面性能的途徑：關(guān)鍵在于提高最薄弱點(diǎn)（弱谷）的顯微硬度及減小過渡環(huán)的

13、范圍。 1、降低水灰比和使用減水劑：這是減小水膜層的厚度，改善過渡環(huán)的主要措施。 2、摻入硅灰：界面區(qū)的顯微硬度隨硅灰摻入量的增加而增大，界面層弱谷變淺，弱谷位置向纖維表面移動(dòng)，界面層厚度變小。 303、用聚合物作增強(qiáng)劑：在混凝土拌合過程中，聚合物粒子吸附于水泥顆粒與纖維表面，在水泥水化過程中聚合物失水并形成聚合物膜，在界面形成連續(xù)相。聚合物的彈性模量較低，因而可鈍化界面區(qū)初始微裂紋尖端的應(yīng)力集中，對(duì)改善界面層內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，限制裂紋產(chǎn)生和發(fā)展有著積極的作用。纖維狀聚合物粒子還可能跨越界面層的微裂紋，起橋聯(lián)和填充的作用。聚合物的摻入對(duì)于減小界面區(qū)的厚度和弱谷與纖維表面的距離、縮小界面層與基體的

14、差異、增強(qiáng)界面粘結(jié)力有著明顯的作用。 31 4、改進(jìn)纖維外形： 1） 當(dāng)纖維橫截面面積相同時(shí)，纖維斷面周長(zhǎng)越大，對(duì)纖維抗拔越有利。 2）表面凸凹不平的冷拔-壓形變截面鋼纖維和熔抽法鋼纖維界面粘結(jié)強(qiáng)度明顯高于表面光滑的直線型切割鋼纖維。3）異型鋼纖維的抗拔力由粘結(jié)力和變形抗力兩部分組成，因而提高了抗拔力。 32331、不是井里沒有水，而是你挖的不夠深。不是成功來得慢，而是你努力的不夠多。2、孤單一人的時(shí)間使自己變得優(yōu)秀，給來的人一個(gè)驚喜，也給自己一個(gè)好的交代。3、命運(yùn)給你一個(gè)比別人低的起點(diǎn)是想告訴你，讓你用你的一生去奮斗出一個(gè)絕地反擊的故事，所以有什么理由不努力!4、心中沒有過分的貪求，自然苦就

15、少?？诶锊徽f多余的話，自然禍就少。腹內(nèi)的食物能減少，自然病就少。思緒中沒有過分欲，自然憂就少。大悲是無淚的，同樣大悟無言。緣來盡量要惜，緣盡就放。人生本來就空，對(duì)人家笑笑，對(duì)自己笑笑，笑著看天下，看日出日落，花謝花開，豈不自在，哪里來的塵埃!25、你不能拼爹的時(shí)候，你就只能去拼命！26、如果人生的旅程上沒有障礙，人還有什么可做的呢。27、我們無法選擇自己的出身，可是我們的未來是自己去改變的。勵(lì)志名言：比別人多一點(diǎn)執(zhí)著，你就會(huì)創(chuàng)造奇跡28、偉人之所以偉大，是因?yàn)樗c別人共處逆境時(shí)，別人失去了信心，他卻下決心實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。29、人生就像一道漫長(zhǎng)的階梯，任何人也無法逆向而行，只能在急促而繁忙的進(jìn)程

16、中，偶爾轉(zhuǎn)過頭來，回望自己留下的蹣跚腳印。30、時(shí)間，帶不走真正的朋友；歲月，留不住虛幻的擁有。時(shí)光轉(zhuǎn)換，體會(huì)到緣分善變；平淡無語，感受了人情冷暖。有心的人，不管你在與不在，都會(huì)惦念；無心的情，無論你好與不好，只是漠然。走過一段路，總能有一次領(lǐng)悟；經(jīng)歷一些事，才能看清一些人。31、我們無法選擇自己的出身，可是我們的未來是自己去改變的。32、命好不如習(xí)慣好。養(yǎng)成好習(xí)慣，一輩子受用不盡。33、比別人多一點(diǎn)執(zhí)著，你就會(huì)創(chuàng)造奇跡。50、想像力比知識(shí)更重要。不是無知，而是對(duì)無知的無知，才是知的死亡。51、對(duì)于最有能力的領(lǐng)航人風(fēng)浪總是格外的洶涌。52、思想如鉆子，必須集中在一點(diǎn)鉆下去才有力量。53、年少時(shí)

17、，夢(mèng)想在心中激揚(yáng)迸進(jìn)，勢(shì)不可擋，只是我們還沒學(xué)會(huì)去戰(zhàn)斗。經(jīng)過一番努力，我們終于學(xué)會(huì)了戰(zhàn)斗，卻已沒有了拼搏的勇氣。因此，我們轉(zhuǎn)向自身，攻擊自己，成為自己最大的敵人。54、最偉大的思想和行動(dòng)往往需要最微不足道的開始。55、不積小流無以成江海，不積跬步無以至千里。56、遠(yuǎn)大抱負(fù)始于高中，輝煌人生起于今日。57、理想的路總是為有信心的人預(yù)備著。58、抱最大的希望，為最大的努力，做最壞的打算。59、世上除了生死，都是小事。從今天開始，每天微笑吧。60、一勤天下無難事，一懶天下皆難事。61、在清醒中孤獨(dú)，總好過于在喧囂人群中寂寞。62、心里的感覺總會(huì)是這樣，你越期待的會(huì)越行越遠(yuǎn)，你越在乎的對(duì)你的傷害越大。

18、63、彩虹風(fēng)雨后，成功細(xì)節(jié)中。64、有些事你是繞不過去的，你現(xiàn)在逃避，你以后就會(huì)話十倍的精力去面對(duì)。65、只要有信心，就能在信念中行走。66、每天告訴自己一次，我真的很不錯(cuò)。67、心中有理想 再累也快樂68、發(fā)光并非太陽的專利，你也可以發(fā)光。69、任何山都可以移動(dòng)，只要把沙土一卡車一卡車運(yùn)走即可。70、當(dāng)你的希望一個(gè)個(gè)落空，你也要堅(jiān)定，要沉著！71、生命太過短暫，今天放棄了明天不一定能得到。72、只要路是對(duì)的，就不怕路遠(yuǎn)。73、如果一個(gè)人愛你、特別在乎你，有一個(gè)表現(xiàn)是他還是有點(diǎn)怕你。74、先知三日，富貴十年。付諸行動(dòng)，你就會(huì)得到力量。75、愛的力量大到可以使人忘記一切，卻又小到連一粒嫉妒的沙石

19、也不能容納。1、這世上，沒有誰活得比誰容易，只是有人在呼天搶地，有人在默默努力。2、當(dāng)熱誠變成習(xí)慣，恐懼和憂慮即無處容身。缺乏熱誠的人也沒有明確的目標(biāo)。熱誠使想象的輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)人缺乏熱誠就象汽車沒有汽油。善于安排玩樂和工作，兩者保持熱誠，就是最快樂的人。熱誠使平凡的話題變得生動(dòng)。3、起點(diǎn)低怕什么，大不了加倍努力。人生就像一場(chǎng)馬拉松比賽，拼的不是起點(diǎn)，而是堅(jiān)持的耐力和成長(zhǎng)的速度。只要努力不止，進(jìn)步也會(huì)不止。4、如果你不相信努力和時(shí)光，那么時(shí)光第一個(gè)就會(huì)辜負(fù)你。不要去否定你的過去，也不要用你的過去牽扯你的未來。不是因?yàn)橛邢Ｍ湃ヅΓ桥α?，才能看到希望?、人生每天都要笑，生活的下一秒發(fā)生

20、什么，我們誰也不知道。所以，放下心里的糾結(jié)，放下腦中的煩惱，放下生活的不愉快，活在當(dāng)下。人生喜怒哀樂，百般形態(tài)，不如在心里全部淡然處之，輕輕一笑，讓心更自在，生命更恒久。積極者相信只有推動(dòng)自己才能推動(dòng)世界，只要推動(dòng)自己就能推動(dòng)世界。6、人性本善，純?nèi)缜逑魉冬摖q。欲望與情緒如風(fēng)沙襲擾，把原本如天空曠蔚藍(lán)的心蒙蔽。但我知道，每個(gè)人的心靈深處，不管烏云密布還是陰淤蒼茫，但依然有一道彩虹，亮麗于心中某處。7、每個(gè)人的心里，都藏著一個(gè)了不起的自己，只要你不頹廢，不消極，一直悄悄醞釀著樂觀，培養(yǎng)著豁達(dá)，堅(jiān)持著善良，只要在路上，就沒有到達(dá)不了的遠(yuǎn)方！8、不要活在別人眼中，更不要活在別人嘴中。世界不會(huì)因

21、為你的抱怨不滿而為你改變，你能做到的只有改變你自己！9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天賜，不都是一路披荊斬棘才換來的。10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你會(huì)覺得解脫。但舌頭總會(huì)不由自主地往那個(gè)空空的牙洞里舔，一天數(shù)次。不痛了不代表你能完全無視，留下的那個(gè)空缺永遠(yuǎn)都在，偶爾甚至?xí)惓炷?。適應(yīng)是需要時(shí)間的，但牙總是要拔，因?yàn)樘?，所以終歸還是要放手，隨它去。11、這個(gè)世界其實(shí)很公平，你想要比別人強(qiáng)，你就必須去做別人不想做的事，你想要過更好的生活，你就必須去承受更多的困難，承受別人不能承受的壓力。12、逆境給人寶貴的磨煉機(jī)會(huì)。只有經(jīng)得起環(huán)境考驗(yàn)的人，才能算是真正的強(qiáng)者。自古以來的偉人，大多是抱著不屈不撓的精神，從逆境中掙扎奮斗過來的。13、不同的人生，有不同的幸