1、第八章 水泥基復(fù)合材料,8.1 水泥基復(fù)合材料的種類及基本性能 8.2 水泥基復(fù)合材料的成型工藝 8.3 水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用,第八章 水泥基復(fù)合材料,8.1 水泥基復(fù)合材料的種類及基本性能,8.1.1 水 泥 8.1.2 水泥基復(fù)合材料的種類及基本性能,8.1.1 水 泥,1水泥的定義和分類 2. 水泥在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性 3. 水泥的制造方法和主要成分 4. 水泥的強(qiáng)度及硬化體的形成條件,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。 水泥按其用途和性能可分為；通用水

2、泥、專用水泥及特性水泥三大類。 通用水泥是用于大量土木建筑工程的般水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥等。 專用水泥則指有專門用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥等。 特性水泥是一種性能比較突出的一類水泥，如快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥以及少熟料或無(wú)熟料水泥等。,2.水泥在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性,水泥是建筑工業(yè)三大基本材料之一，使用廣用量大，素有“建筑工業(yè)的糧食”之稱生產(chǎn)水泥雖需較多能源，但是水泥和砂、石等集料所制成的混凝土則是一種低能耗型建筑材料，其單位質(zhì)量的能耗只有鋼材的15

3、16，鋁合金的125，比紅磚還低35。根據(jù)預(yù)測(cè)，下一個(gè)世紀(jì)的主要建筑材料還將是水泥和混凝土。水泥的生產(chǎn)和研究仍然極為重要。,水泥在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性,3. 水泥的制造方法和主要成分,1.制造方法（以普通波特蘭水泥為例）：將原料石灰石、粘土及其他原料充分干燥、粉碎，以適當(dāng)?shù)谋壤旌希@是調(diào)和原料。把該調(diào)和原料從豎形的預(yù)熱、煅燒爐的上方裝入。其間除掉了粘土中的水分，石灰石開始分解，再?gòu)幕剞D(zhuǎn)窯送到高溫?zé)蔂t中。燒成爐是像圓筒似地橫臥式爐子，保持著若干的傾斜度，慢慢地旋轉(zhuǎn)著。在爐子低方向出口處裝有燒嘴，這里是溫度最高的地方，約14001500。在這里邊旋轉(zhuǎn)邊移動(dòng)的燒制物被送到裝有冷風(fēng)扇的冷卻機(jī)處冷卻，

4、制得的半熔化狀態(tài)的黑灰色的塊兒叫做熟料。向該熟料中加入百分之幾的石膏，再進(jìn)一步粉碎，混合成的物品就是水泥粉。,8.1.2 水泥基復(fù)合材料的種類及基本性能,水泥基復(fù)合材料是指以水泥為基體與其它材料組合而得到的具有新性能的材料。按所摻材料的分子質(zhì)量來(lái)劃分，可分為聚合物水泥基復(fù)合材料和小分子水泥基復(fù)合材料(礦物質(zhì)) ，其中聚合物包括纖維、乳液等，而礦物質(zhì)包括砂、石子、鋼鐵等。,1.混凝土 2.纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料 3.聚合物改性混凝土,1. 混 凝 土,混凝土是由膠凝材料、水和粗、細(xì)集料按適當(dāng)比例拌合均勾，經(jīng)澆搗成型硬化而成。按復(fù)合材料定義。它屬于水泥基復(fù)合材料。如不用粗集料，即為砂漿。通常所說(shuō)的

5、混凝土，是指以水泥、水、砂和石子所組成的普通混凝土，現(xiàn)為建筑工程中最主要的建筑材料之一。 在混凝土中，水和水泥拌成的水泥漿是起膠結(jié)作用的組成部分。在硬化前的混凝土中，水泥漿填允砂、石空隙并包裹砂、石表面，起潤(rùn)滑作用，使混凝土獲得施工時(shí)必要的和易性；在硬化后，則將砂石牢固地膠結(jié)成整體。砂、石稱為骨料。如圖87,混凝土具有很多種，如輕質(zhì)混凝土，防水混凝土，耐熱混凝土以及防輻射混凝土等； 改變各組成材料的比例，則能使強(qiáng)度等性能得到適當(dāng)調(diào)節(jié)，以滿足工程的不同需要； 配制混凝土?xí)r，必須滿足施工所要求的和易性，在硬化后則應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，以安全地承受設(shè)計(jì)荷載，同時(shí)還須保證經(jīng)濟(jì)耐久。 值得注意的是，混凝土的

6、質(zhì)量主要是由組成材料的品質(zhì)及其配合比例所決定的，而攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)等工藝因素也有非常重要的作用。,2.纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料,(1)復(fù)合材料的組成 (2)影響纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的因素 （3）纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的主要研究方向 （4）混凝土基纖維復(fù)合材料的組成材料纖維,(1) 復(fù)合材料的組成,水泥混凝土制品具有高的抗壓縮強(qiáng)度和好熱性能,但抗拉伸能力差、破壞前的許用應(yīng)變小。為克服這些缺點(diǎn)，采用的方法之一是摻入纖維材料。另一方面，作為總體材料可用硅酸鹽水泥，調(diào)凝水泥及高鋁礦渣水泥等，用砂或粉煤灰之類的質(zhì)料來(lái)代替部分水泥可大大地提高基體的體積穩(wěn)定性，而且也有可能提高纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的耐氣候

7、性。,(2)影響纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的因素,1.基體的性能 在纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料中，所用纖維大都是短纖維，并且是亂向分布，水泥基體所起的作用不僅僅是傳遞應(yīng)力，而是作為受力的主體。因此，在纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料中，水泥基體的力學(xué)行為對(duì)復(fù)合材料的性能影響很大，要獲得高性能的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，除了選用合適的增強(qiáng)纖維外，還必須要有高性能的水泥基體。,增強(qiáng)纖維與水泥基體間的相互作用,在纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料中當(dāng)纖維間距離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性狀，互無(wú)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)，由于界面層間互相交錯(cuò)、搭接，產(chǎn)生疊加效應(yīng)，不同

8、程度地引起界面層弱谷變淺，對(duì)界面層產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng)。 纖維間距改變對(duì)界面層的影響與纖維集料間距改變對(duì)界面層的影響具有一致的規(guī)律性和同類性，諸界面層在水泥基材中將有雙重界面隨機(jī)強(qiáng)化效應(yīng)，只要纖維、砂?？臻g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。 纖維間距改變對(duì)界面層性狀的影響與對(duì)界面力學(xué)行為的影響具有相同的規(guī)律性。只要纖維間距小于兩倍界面層厚度，則界面粘結(jié)強(qiáng)度，界面粘結(jié)剛度，纖維脫粘與拔出時(shí)所做的功等力學(xué)行為均有不同程度的提高。而當(dāng)纖維間距大于兩倍界面厚度時(shí)，對(duì)諸界面力學(xué)行為均無(wú)明顯影響。,性 能,由上可知，纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料中，纖維的

9、摻入，可顯著提高混凝上的極限變形能力(抗彎強(qiáng)度)和韌性。從而大大改善水泥漿體的抗裂性和抗沖擊能力。使用分散短纖維的增強(qiáng)效果要比連續(xù)長(zhǎng)纖維的效果差，但因施工較為方便，應(yīng)用較多。,（3）纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的主要研究方向,一、鋼纖維混凝土韌性的研究 隨著混凝土強(qiáng)度越來(lái)越高，它的脆性也表現(xiàn)得愈來(lái)愈明顯，這使得高強(qiáng)混凝土不適合作結(jié)構(gòu)材料。因此，必須采取有效措施來(lái)提高混凝土的韌性，克服其脆性。對(duì)鋼纖維混凝土的韌性；已有的工作多集中于韌性的計(jì)算方法、鋼纖維混凝土的各種變形韌性的試驗(yàn)研究、鋼纖維混凝土的增韌機(jī)理研究、鋼纖維混凝土應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)€的研究等方面。,二、鋼纖維混凝土基本性能的研究,由于鋼纖維的幾

10、何形狀、力學(xué)性能、加工方法、體積率與基體混凝土的配合比、原材樹、力學(xué)性能、摻合料與外加劑的使用等均對(duì)鋼纖維混凝土基本性能不同程度地產(chǎn)生影響，所以研究者們對(duì)各種不同的鋼纖維混凝土的性能作了大量的試驗(yàn)研究。,三、中、高含量高強(qiáng)鋼纖維混凝土的研究,由于普通長(zhǎng)度的短鋼纖維(纖維長(zhǎng)度為2532mm)易攪拌成團(tuán)，故通常采用較低的含量(體積率0.52)，因而對(duì)混凝士增強(qiáng)效果有限，不能大幅度提高混凝土的強(qiáng)度，應(yīng)用的主要目的是增韌。為了使混凝土強(qiáng)度有大幅度地提高，近年來(lái)一些研究者應(yīng)用了很短很細(xì)的鋼纖維，并將其含量增加到3以上，從而獲得了超高強(qiáng)鋼纖維混凝土。,四、鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究,為了使鋼纖維混

11、凝土應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。,五、鋼纖維混凝土增強(qiáng)、增韌機(jī)理的研究,近年來(lái)的研究表明，將硅灰與鋼纖維復(fù)合摻入混凝土中能充分發(fā)揮以硅灰增強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度以及混凝土與鋼纖維之間的粘結(jié)強(qiáng)度，以提高鋼纖維混凝土的抗拉與抗沖擊性能和韌性。 研究表明，鋼纖維與硅灰對(duì)高強(qiáng)混凝土改性的主要原因是由于硅灰的摻入有效地產(chǎn)生了纖維與水泥基材的雙重界面強(qiáng)化效應(yīng)，改善了界面結(jié)構(gòu)與性能。摻量適當(dāng)?shù)墓杌蚁私缑鎸优c基材間的差異，使界面和整體裂縫源尺度變小、數(shù)量減少，纖維增強(qiáng)、硅灰微粒增強(qiáng)及其協(xié)同效應(yīng)得到充分發(fā)揮，是鋼纖維硅灰高強(qiáng)混凝土產(chǎn)生優(yōu)異性能的關(guān)鍵。 大量的研究表明，普通短鋼纖維對(duì)混凝

12、土抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)作用相當(dāng)有限；而超短鋼纖維能大幅度地提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。,六、鋼纖維部分或局部增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的研究,盡管鋼纖維高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的研究日趨活躍，但由于這種材料造價(jià)較貴，所以整個(gè)構(gòu)件使用這種材料還不是一件易事。因而一些研究者對(duì)用鋼纖維部分或局部增強(qiáng)混凝土構(gòu)件的課題進(jìn)行了研究。 鋼纖維增強(qiáng)部分混凝土構(gòu)件和局部增強(qiáng)混凝土構(gòu)件是兩個(gè)不同的概念。對(duì)于受彎構(gòu)件，前者指的是按受壓區(qū)或者受拉區(qū)用鋼纖維增強(qiáng)，即沿截面高度分層增強(qiáng)；而后者指的是沿梁的軸線對(duì)彎矩大或內(nèi)力較復(fù)雜的區(qū)段分段增強(qiáng)。,鋼纖維部分或局部增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的研究,七、鋼纖維混凝土的應(yīng)用研究,隨著對(duì)鋼纖維混凝土材料和結(jié)構(gòu)性能

13、的研究進(jìn)展，廣大學(xué)者把注意力轉(zhuǎn)移到這種材料的應(yīng)用方面，特別是近年來(lái)，在應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)已開展了廣泛的研究。這對(duì)于拓寬鋼纖維混凝土的應(yīng)用范圍具有十分重要的意義。目前研究較多的工程范圍是：隧道、巷道等地下工程的鋼纖維噴射混凝土支護(hù)與補(bǔ)強(qiáng)、機(jī)場(chǎng)跑道和高速公路的路面、建筑工程中的屋面結(jié)構(gòu)及防水層、工業(yè)建筑地面及建筑物的補(bǔ)強(qiáng)加固等。,七、鋼纖維混凝土的應(yīng)用研究,（4）混凝土基纖維復(fù)合材料的組成材料纖維,作為現(xiàn)代復(fù)合材料的纖維水泥和纖維混凝土所用的纖維種類繁多，按其材料可分為：金屬纖維，如不銹鋼纖維和低碳鋼纖維；無(wú)機(jī)纖維，如玻璃纖維，硼纖維，碳纖維等；合成纖維，如尼龍、聚脂、聚丙烯等纖維；植物纖維，如竹纖維，麻

14、纖維等。通常以鋼纖維，玻璃纖維，聚丙烯纖維使用較普遍。由于鋼纖維能有效地提高混凝土的韌性與強(qiáng)度，能成批生產(chǎn)，價(jià)格也較便宜，施工較方便，故近些年來(lái)研究相應(yīng)用發(fā)展相當(dāng)快。,鋼纖維的長(zhǎng)度對(duì)混凝土基復(fù)合材料的施工工藝和材料力學(xué)性能有著決定性的影響。按長(zhǎng)度鋼纖維可分為三種；亞短鋼纖維，短鋼纖維和超短鋼纖維。 (1)亞短鋼纖維：長(zhǎng)度約為4060mm。由于長(zhǎng)度較長(zhǎng)，故摻入混凝土中攪拌時(shí)極易成團(tuán)，因而一般用于注漿法或分層灌漿法施工。前者是將流動(dòng)性砂漿注入預(yù)先放置于模板中的鋼纖維骨架中，要求纖維的放置位置準(zhǔn)確，施工較復(fù)雜費(fèi)時(shí)；后者則是在振動(dòng)臺(tái)上一邊振動(dòng)，一邊分層放置鋼纖維，即分層澆灌砂漿。 (2)短鋼纖維，長(zhǎng)度

15、為2035mm，可用全摻入法施工。體積率一般不超過(guò)2，否則容易發(fā)生纖維離析和結(jié)團(tuán)，從而使得攪拌困難，工作性下降，造成混凝土不密實(shí)，含有較多的空隙。雖可使混凝土的物理力學(xué)性能獲得一定改善，但改善的程度有限。若施工工藝不當(dāng)造成孔隙過(guò)多，甚至?xí)沟没炷翉?qiáng)度下降。 (3)超短鋼纖維：長(zhǎng)度在15mm以下。在研究中出現(xiàn)過(guò)的類型有兩種：一種為表面鍍銅的圓形截面鋼纖維，另一種是剪切法生產(chǎn)的矩形截面鋼纖維，這種鋼纖維能克服一般短鋼纖維攪拌易結(jié)團(tuán)的缺點(diǎn)，提高纖維含量，可用于獲得高強(qiáng)和超高強(qiáng)鋼纖維混凝土。,3. 聚合物改性混凝土,長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直在尋找對(duì)水泥混凝土進(jìn)行改良的途徑，如通過(guò)改善水泥的性質(zhì)，改變水泥混

16、凝土的配比；添加纖維材料、外加劑等措施來(lái)改良水泥混凝土的性能，或使得混凝土滿足工程特殊需要。但是對(duì)混凝土最基本的力學(xué)性能(剛度大、柔性小，抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度)的改善，降低混凝土的剛性，提高其柔性，降低抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度的比值則要借助于向混凝土中摻加外加劑。在大多數(shù)情況下是摻加聚合物。,聚合物應(yīng)用于水泥混凝土主要有三種方式：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。 1.聚合物浸漬混凝土：是把成型的混凝土的構(gòu)件通過(guò)干燥及抽真空排除混凝土結(jié)構(gòu)空隙中的水分及空氣，然后把混凝土構(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)孔隙中。通過(guò)加熱或施加射線使得單體在混泥土結(jié)構(gòu)孔隙

17、中聚合形成聚合物結(jié)構(gòu)。聚合物就填充了混凝土的結(jié)構(gòu)扎隙，并改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，從而使其使用性能得到改善。 聚合物浸漬混凝土與普通混凝土相比，抗壓強(qiáng)度可提高3倍；抗拉強(qiáng)度提高近3倍；彈性模量可提高1倍；抗破裂模量可增加近3倍；抗折彈性模量增加近50：彈性變形減少10倍；硬度增加超過(guò)70；滲水性幾乎變?yōu)?；吸水性大大降低。 聚合物浸漬混凝土由于其良好的力學(xué)件能耐久性及抗侵蝕能力，主要用于受力的混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和對(duì)耐久件及抗侵蝕有較高要求的地方。如混凝土船體近海鉆井混凝土平臺(tái)等。雖然聚合物浸漬混凝土有良好的力學(xué)件能，但由于聚合物浸漬工藝復(fù)雜，成本較高，混凝土構(gòu)件需預(yù)制并且構(gòu)件尺寸受到限制

18、，因而主要是特殊情況下使用,2.聚合物混凝土：是以聚合物為結(jié)合料與沙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(guò)單體聚合把粗骨料結(jié)合在一起，形成整體，聚合物混凝土可用預(yù)制成現(xiàn)澆的力法施工，由于聚合物混泥土有良好的力學(xué)性能、耐久性及普通混凝土無(wú)法比擬的某些特殊性質(zhì)，如速凝等，所以大部分情況下用于搶修等特殊用途，也可用于噴射混凝土。 聚合物混凝土所用的聚合物有環(huán)氧樹脂、脲醛樹脂、糖醛樹脂，聚合鏈上接有苯乙烯的聚脂等。 由于混凝土的結(jié)合完全靠聚合物，所以聚合物的用量很大，一般多達(dá)整個(gè)混凝土重量的8左右，因此聚合物混凝土的價(jià)格昂貴，目前還不能用于普通建筑工程，多用于特殊工程。,聚合

19、物混凝土,3.聚合物水泥混凝土：是在水泥混凝土成型過(guò)程中摻加一定量的聚合物，從而改善混凝土的性能,使混凝土滿足工程的特殊需要。因此聚合物水泥混凝土更確切地應(yīng)稱為聚合物改性水泥混凝土或高聚合物改性混凝土。聚合物改性水泥混凝土與其它的水泥混凝土改性措施(如加纖維水泥混凝土等)相比有明顯的不同。 水泥混凝土的力學(xué)性能得到了改善，尤其是抗折強(qiáng)度提高，而抗壓強(qiáng)度降低，抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度的比值減??； 混凝土的剛性或者說(shuō)脆性降低，變形能力增大，這對(duì)許多工程很有利； 混凝土的耐久性與抗侵蝕能力也有一定程度的提高； 由于聚合物改性水泥混凝土良好的粘結(jié)性，特別適合于破損水泥混凝土的修補(bǔ)工程； 完全適應(yīng)現(xiàn)有的水泥混凝

20、土制造工藝過(guò)程； 成本相對(duì)較低。 聚合物改性水泥混凝土的改性效果，尤其是對(duì)混凝土力學(xué)性能的改善一般不如聚合物浸漬混凝土的改性效果明顯。但由于其工藝簡(jiǎn)單，使用方便，采用預(yù)摻聚合物的方法來(lái)改性水泥混凝土得到了越來(lái)越廣泛的使用。,聚合物改性水泥混凝土,8.2 水泥基復(fù)合材料的成型工藝,8.2.1 混凝土的配合比設(shè)計(jì)及成型工藝的控制 8.2.2鋼筋混凝土的成型工藝 8.2.3 纖維增強(qiáng)水泥的成型工藝 8.2.4 聚合物改性水泥混凝土的成型工藝,成型工藝,8.2.1 混凝土的配合比設(shè)計(jì)及成型工藝的控制,混凝土的性能決定于諸多因素，如：水泥熟料的組成和巖相結(jié)構(gòu)、水泥的細(xì)度和粒徑分布、水泥漿體的流變性能和孔

21、隙率、集料的化學(xué)、礦物組成、粒形和表面情況等，都會(huì)影響到混凝土拌合物和易性以及混凝土硬化后的孔隙率、強(qiáng)度、耐久性以及其他的物理力學(xué)性能。而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。 所謂混凝土的配合比，是指混凝土內(nèi)各種組成材料的數(shù)量比例，通常有兩種表示方法。一種是以每立方米混凝土中各項(xiàng)材料的質(zhì)量表示，例如，水泥346kg，水180kg。另一種是以各項(xiàng)材料間的質(zhì)量比例表示，如上例經(jīng)換算后為：水泥：砂：石1：1.61：3.75，水灰比為0.52。,混凝土的配合比設(shè)計(jì)及成型工藝的控制,第一，以水泥和水配成一定水灰比的水泥漿，以滿足要求的強(qiáng)度和耐久性。 第二，將砂和

22、石子組成空隙率最小，總表面積不大的集料，也就是要決定砂石比或砂率，以便在經(jīng)濟(jì)的原則下，達(dá)到要求的和易性。 第三，決定水泥漿對(duì)集料的比例(漿集比)，常以每立方米混凝土的用水量或水泥用量來(lái)表示。因此，合理地確定水灰比、砂石比和用水量，就能使混凝土滿足各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求。其相互關(guān)系如圖810所示。 設(shè)計(jì)混凝土的配合比時(shí)一般都采用計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合的方法,混凝土配合比設(shè)計(jì)的三個(gè)主要環(huán)節(jié),8.2.2 鋼筋混凝土的成型工藝,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可提高抗彎及抗拉強(qiáng)度。但在對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)造物施加彎曲負(fù)荷時(shí)，混凝土自身破裂開始時(shí)的負(fù)荷大小與沒(méi)有鋼筋時(shí)幾乎沒(méi)有什么改變。也就是，支撐更大負(fù)荷的是鋼筋，這時(shí)混凝土雖然分擔(dān)了壓縮

23、力卻幾乎沒(méi)有分擔(dān)拉力。作為結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度雖然增大了，但混凝土自身的特性沒(méi)有得到改善。 不改變混凝土成分，可用物理力來(lái)改善混凝土的強(qiáng)度. 基本做法是預(yù)先向混凝土硬化體施加壓縮力，貯藏應(yīng)變能，使用時(shí)，當(dāng)承受了外力時(shí)，只需用該應(yīng)變能返回常態(tài)時(shí)的那份力，就增加了抵抗力，這份力起到了提高抗彎及抗拉強(qiáng)度，防止裂紋的作用。,8.2.2鋼筋混凝土的成型工藝,預(yù)先施加壓縮力的兩種方法,1.先拉伸具有大的強(qiáng)度和模量的鋼絲、鋼絲繩等，然后在那里灌上混凝土，待其充分硬化后，解除鋼絲等拉伸力，利用鋼絲拉伸力解除而產(chǎn)生的收縮力、鋼絲與混凝土的粘附力，作為對(duì)混凝土的壓縮力而工作。用于鐵道枕木、空洞隧道等。 2.主要用于現(xiàn)場(chǎng)施

24、工的結(jié)構(gòu)件，這種方式是為了不讓PC鋼材與混凝土直接粘附在搗制盒中配制PC鋼材，待混凝土硬化后，拉緊PC鋼材，在此狀態(tài)下把兩端用楔子及螺母等固定在混凝土硬化體上。固定后若解除PC鋼材的拉伸，其收縮力就可以給予混凝土壓縮力。它多用于高架公路路面，大跨度橋及建筑物的橫梁等。,8.2.3 纖維增強(qiáng)水泥的成型工藝,纖維增強(qiáng)水泥，無(wú)論在用途上，還是制法上，都是處于開發(fā)的新材料。這里以玻璃纖維為例來(lái)介紹纖維增強(qiáng)水泥的成型工藝。,1.直接噴射法 2.噴射脫水法 3.預(yù)混料澆鑄法 4.壓力法 5.離心成型法 6.抄造法,纖維增強(qiáng)水泥的成型工藝,1.直接噴射法,把直徑2mm以下的細(xì)骨料和水泥以及若干量的外加劑以一

25、定的比例進(jìn)行拌合，制成水泥砂漿，經(jīng)泵壓送，用噴槍噴到模具面上。同時(shí)，操作者手持噴射設(shè)備一邊用粗紗切割器把耐堿玻璃纖維精紗切成規(guī)定的長(zhǎng)度(纖維的長(zhǎng)度一般為1250mm，含量為35)，一邊重復(fù)水泥砂漿的噴吹途徑直接將玻璃纖維噴射到模具上而成型的。這種成型方法的關(guān)鍵是玻璃纖維的均勻分散，以及噴射砂漿的脫泡和厚度的均勻性。這是最常用的成型方法。,2.噴射脫水法,砂漿和玻璃纖維同時(shí)往模具上噴射的機(jī)理與直接噴射法相同。但它是把坡璃纖維增強(qiáng)水泥噴射到一個(gè)帶有減壓裝置的開孔臺(tái)上，開孔臺(tái)鋪有濾布。噴射完后，進(jìn)行減壓，通過(guò)濾紙或?yàn)V布，把玻璃纖維增強(qiáng)水泥中的剩余水分脫掉。這種方法是成型水灰比低的高強(qiáng)度板狀玻璃纖維增

26、強(qiáng)水泥的方法。 用噴射脫水法成型的剛脫水的未養(yǎng)護(hù)的板具有保持某種程度形狀的能力，因此，加上成型模具，可以進(jìn)行彎曲加工等兩次成型。 用噴射脫水法制作的制品，比直接噴射制品強(qiáng)度高，但制品形狀僅限于以板狀或異形斷面等的彎曲加工制造。噴射脫水過(guò)程可通過(guò)機(jī)械化很容易進(jìn)行連續(xù)操作。,3.預(yù)混料澆鑄法,水泥、砂子、水、外加劑和切成適當(dāng)長(zhǎng)度的耐堿玻璃纖維(短切纖維)在攪拌機(jī)中混合成預(yù)混料，然后不斷地注入到振動(dòng)著的模具里進(jìn)行成型，這就是玻璃纖維增強(qiáng)水泥的預(yù)混料澆鑄成型法。 拌合預(yù)混料時(shí)，為了使玻璃纖維不受機(jī)械損傷，且有良好的分散性，必須慎重選擇攪拌機(jī)，注意拌合順序。 用這種方法可以成型厚壁的制品。但耐堿玻璃纖維

27、在攪拌機(jī)中容易損傷，而且由于纖維的配向是三維無(wú)規(guī)的，因此，增強(qiáng)效果下降，在物性方面不如噴射法的制品。 在實(shí)際應(yīng)用中，主要用于制造不太要求強(qiáng)度的小件異形制品。連續(xù)預(yù)混料澆鑄法目前也在開發(fā)中。,4.壓力法,預(yù)混料注入到模具里后，加壓除去剩余水分，及時(shí)脫?？梢蕴岣呱a(chǎn)率，并能獲得良好的表面尺寸精度。這種方法的要點(diǎn)是在加壓時(shí)，根據(jù)玻璃纖維增強(qiáng)水泥預(yù)混料的配比來(lái)選定流動(dòng)性和剩余水的脫水方法。 使用這種方法制造的制品，因形狀和強(qiáng)度的原因，使用范圍有限。,5.離心成型法,與混凝土管的離心成型相同，在旋轉(zhuǎn)的管狀模具中噴入玻璃纖維和水泥漿。該法能夠控制纖維的方向性，使它有效地作用到管子的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上、而且在厚度方

28、向上可以改變纖維量。,8.2.4 聚合物改性水泥混凝土的成型工藝,1.水泥混凝土中聚合物結(jié)構(gòu)形成過(guò)程 2.聚合物改性水泥砂漿及水泥混凝土的設(shè)計(jì),2.聚合物改性水泥砂漿及水泥混凝土的設(shè)計(jì),聚合物改性水泥砂漿及水泥混凝土的設(shè)計(jì)類似于普通水泥砂漿或水泥混凝土的設(shè)計(jì)，根據(jù)要求的工作性、強(qiáng)度、變形性、粘結(jié)力、不透水性及化學(xué)穩(wěn)定性等進(jìn)行設(shè)計(jì)，所不同的是在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)首先確定聚合物水泥的比值。 聚合物改性水泥砂漿中水泥與砂的重量比在1:2至1:3之間。聚合物水泥比值在5-20之間。水灰比一般在30-60之間，根據(jù)所要求的和易性而定。 聚合物改性混凝土的配比與改性砂漿的配比有所不同。一般在改性混凝土中，聚合物

29、水泥的比例為5-15，水灰比為30-50,聚合物改性水泥砂漿及水泥混凝土的設(shè)計(jì),8.3 水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用,水泥基復(fù)合材料具有很多優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格低廉，使用當(dāng)?shù)夭牧霞纯芍频?，用途廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，并能做成幾乎任何形狀和表面，因此是一種理想的多用途的復(fù)合材料。水泥基復(fù)合材料的品種很多，其主要用于建筑材料混凝土上，構(gòu)成混凝土的材料不同，其應(yīng)用也就不同。,8.3.1 混凝土的應(yīng)用 8.3.2 纖維增強(qiáng)混凝土(FRC)的應(yīng)用 8.3.3 聚合物改性水泥混凝土的應(yīng)用,水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用,8.3.1 混凝土的應(yīng)用,1.輕集料混凝土的應(yīng)用 2.粉煤灰混凝土的應(yīng)用 3.高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用,混凝土的應(yīng)用,1.輕集料混凝土的應(yīng)用,(1)保溫輕集料混凝土，主要于用房屋建筑的外墻體或屋面結(jié)構(gòu)。此類輕集料混凝土的表現(xiàn)密度為300-800kg/m3，強(qiáng)度等級(jí)為CL0.55.0，一般用此種全輕混凝土制作非承重保溫制品。 (2)結(jié)構(gòu)保溫輕集料混凝土，主要用于既承重又保溫的房屋建筑外墻體及其他熱工構(gòu)筑物。此種混凝土的表觀密度為8001400kgm3，強(qiáng)度等級(jí)CL5/0l5，可用浮石、火山渣及陶粒為輕集料配制。 (3)結(jié)構(gòu)輕集料混凝土，主要用于承重鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，其表觀密度為1400-1950kgm3，強(qiáng)度等級(jí)