无机胶凝复合材料

无机胶凝复合材料梅冬16.无机胶凝复合材料•玻璃纤维增强水泥钢纤维增强混凝土纤维增强石膏16.1玻璃纤维增强水泥（GRC）16.1.1GRC生产工艺•Biryukovich等人首先仿效GRP所采用的生产工艺在制造GRC的平板材料，继而对薄板材料的力学分析表明，搅,制备及密实过程所用的方法极为重要，板材的机械性能在很大程度上取决于所用的制造方法，因为与将来的应力作用方向有关的纤维取向取决于采用的方法。•现介绍GRC制品的几种主要的成型工艺方法。16.1.1.2压制成型法•预拌料在模板内加压成型，以提高产品的致密度和表面光洁度。这种方法主要用以生产形状简单且表面装饰性好的集料饰面。•采用压制成型的关键是确定压力制度及脱水时机。一般来说，提高压力虽然可以提高薄板的机械性能，但也会造成脱水过早致使纤维的预拌合料难以均匀注满模板。压制普通规格的薄平板（板厚10mm~20mm），压力可控制在0.15MPa~10MPa之间，在水中加入增稠剂可以防止预拌料过早脱水。16.1.1.1重力成型法将GF增强的预拌料在开口模或双边模中进行浇灌成型，这种方法与一般预制混凝土的方法基本相似，但最大的特点是能够得到断面很薄的制品。虽然含纤维的拌合料比大多数新伴混凝土的流动性差，但一般用附着式振动器也足以使其流动。16.1.1.3注模成型法•将含有增稠剂及5%（干料重）GF的预拌料用泵注入密闭模内的成型方法。采用这种方法生产的典型产品有窗框,篱笆桩,空心柱等制品。这一方法目前存在的问题是泵送过程中也许会造成纤维的损伤，另外，制品的表面容易产生小孔。16.1.14挤压成型法•工业上采用这种方法主要用以生产形状复杂的积压构件。由于构件或模具形状复杂，需要震动促使拌合料的流动，调整振动机挤压方式，能使制品内的纤维作有利取向。同时，合理进行拌合料的配合比设计，以避免拌合料的沁水或堵塞模具。16.1.1.5喷涂法•包括喷射-抽吸法和直接喷涂法，两者的基本原理相同。•喷射-抽吸法是由GRP工业发展而来，它是把连续粗纱引送到由空气压缩机操作的喷枪，将粗纱切成10mm~50mm长，并同时与水泥浆高速喷至有滤板的成型表面。多余的水靠真空吸走。（如果在基体中加入适量的外加剂，以减少水泥浆的用水量，则可省掉过滤板抽吸工艺则为直接喷射法）。•这种方法的最大特点是制品未硬化时就具有足够的强度，GRC平板达到所需厚度时，即可立即脱模，也可弯成圆角，以制成多种形状的制品，如波形板,折叠板及管材。对于标准板材，该方法容易实现自动化操作。16.1.1.6缠绕法•连续的GF无捻纱在水泥槽内用水泥浆浸渍，然后按预定的角度和螺距绕在卷筒上，在缠绕过程中将水泥浆及短纤维喷在卷筒上，然后用辊压机碾压，并靠抽吸除去多余的水泥浆及水。采用缠绕法，制品中纤维体积可超过15%，因此具有很高的强度。16.1.1.7层压法•将经过浸渍的连续无捻纱,玻璃纤维毡或连续纤维织物，放入窗框镜子或其他类似的模具中，然后靠碾动或加压来促使水泥浆的渗透作用。16.1.2GF增强硅酸盐水泥复合材料的基本性能•1.强度•净水泥与GRC试样的冲击性能实验结果表明。使材料发生破坏所消耗的断裂能能具有相当的差异，说明GF的引入已使材料的抗冲击能力及断裂韧性有了明显的提高。哈里斯采取对凹槽试件受弯时的荷载-挠度曲线进行积分的方法，估算出断裂功的数值，用GF增强水泥砂浆，其断裂功比基体增加近一个数量级。这一特点现今已构成向脆性基体中掺入纤维的主要理由。•多数资料表明，由于水泥基体自身的抗压强度及变形能力，5%左右的纤维掺入量对复合材料的抗压,抗扭,层间剪切强度未能产生明显的影响，但若选用高强GF，则对材料的横向剪切强度有所帮助。16.1.2GF增强硅酸盐水泥复合材料的基本性能•2.杨氏模量•水泥基体中掺入少量纤维，对复合材料刚度的提高是有限的。贮存条件对材料的杨氏模量有较大的影响，养护在水中的GRC具有较高的刚度，这与水泥浆的水化程度有关；而随龄期的增长，各类GRC的杨氏模量均有不同程度的降低。16.1.2GF增强硅酸盐水泥复合材料的基本性能•3.耐久度•耐久性在这里是指长龄期的硬化复合材料在保持其原始机械性能方面所到达的程度。•GRC的耐久性很大程度上取决于GF的耐碱性。•提高GF的耐久性：①研制耐久玻璃纤维；•②将玻璃纤维进行高分子涂层；•③采用低碱水泥。•由于纤维的极限抗拉强度在很大程度上决定着纤维的临界体积，因此，在玻纤水泥的配方设计中，应该采用降低后的纤维强度，而不是原始的强度指。16.1.3GRC复合材料的应用•GRC最初的应用实例是采用喷射-抽吸法制成的覆面墙板，由于材料轻质高强，GRC覆面墙板朝着薄型和大型化方向发展。•玻纤水泥在初期具有较好的韧性与抗冲击性，用它制作永久性模板显然比用石棉面板更具有优势。•GRC的另一项重要应用是水上工程及海上工程应用。16.2钢纤维增强混凝土•钢纤维对混凝土的最大贡献是它的止裂作用，主要表现为：•①在挠曲载荷作用下，提高了材料形成可见裂缝时的承载能力；•②抑制混凝土的收缩开裂或限制公路面层开裂；•③阻止疲劳载荷作用下的裂纹扩展；•④防止冲击载荷作用下的开纹。•16.2.2钢纤维混凝土的强度为进一步加强强钢纤维的增强效果，应采取一些有效措施：（1）改善和提高纤维表面与水泥浆的粘结力（2）促使纤维相对于应力作用方向上的取向（3）确定理想的纤维含量及长径比l/d16.2.3钢纤维混凝土的耐久性•纤维混凝土的耐久性在应用具有重要意义。•硅酸盐水泥混凝土在流动状态主要含钙及其他碱性氢氧化物，pH值为12~13。在强碱性环境中，钢纤维表面形成一层不溶解的氧化薄膜，能防止进一步腐蚀。•钢纤维混凝土的耐久性在很大程度上决定于混凝土的开裂程度。16.2.4钢纤维混凝土的应用•钢纤维混凝土现有的和可能的应用方式一般分为两大类。•一是现浇混凝土，还有就是预制构件。•现浇混凝土应用：路面的罩面层，工业地面，耐火工程，加固矿井,隧道及岩石护坡。•预制构件应用：混凝土管，预制结构板，其他用途的预制构件。•纤维混凝土用于各种修理场合还包括：•（1）混凝土路面的碎裂区；•（2）隧洞顶板的下限区；•（3）堤坝溢洪道磨损表面的修理；•（4）水渠的修理等。16.3纤维增强石膏•玻璃纤维增强石膏的两个最突出的性能为：抗冲击强度及耐火性。抗冲击强度约为相同纤维体积的GRC的2倍。•玻璃纤维增强石膏已形成应用规模的是纤维石膏板，用于学校隔板系统,楼板构件以及油库,仓库,电站缆道的防火隔层。此外玻璃纤维增强石膏制成的模具，用以浇筑特殊形状的耐火材料，可使模具的浇筑寿命从30次增加到60次。本次课程结束，谢谢欣赏Thanks