[科普中國]-水泥基復合材料

水泥基復合材料是指以硅酸鹽水泥為基體，以耐堿玻璃纖維、通用合成纖維、各種陶瓷纖維、碳和芳綸等高性能纖維、金屬絲以及天然植物纖維和礦物纖維為增強體，加入填料、化學助劑和水經(jīng)復合工藝構(gòu)成的復合材料。

簡介水泥基復合材料是指以硅酸鹽水泥為堪體，以耐堿玻璃纖維通用合成纖維、各種陶瓷纖維、碳和芳綸等高性能纖維、金屬絲以及天然植物和曠物纖維為增強體，加入填料、化學助劑和水經(jīng)復合工藝構(gòu)成的復合材料。

材料制備基本上按所用的增強體品種劃分，水泥基復合材料比一般混凝土性能有所提高。以短切的耐堿玻璃纖維約3~10%含量的復合材料為例，其密度為1600~ 2500kg/m3，抗沖強度8.0~21.5N.mm/mm2，壓縮強度48~83MPa，熱膨脹系數(shù)為11-16X10ˉ?Kˉ?。性能隨所用原材料、配比、工藝和養(yǎng)護條件而異。這種復臺材料的成型工藝基本上有攪拌，噴射、擠出纏繞和鋪設(shè)等方法。成型后還需一定的養(yǎng)護過程使之不發(fā)生畸變和降低性能，水泥基復合材料基本上用于制造建筑構(gòu)件，如內(nèi)、外墻板、天花板等。已試圖將高性能纖維與樹脂構(gòu)成的復合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋用于超高層建筑的混凝士承重框架中1。

混凝土概述水泥基復合材料指以水泥與水發(fā)生水化、硬化后 形成的硬化水泥漿體作為基體與其他各種無機、金屬、有機材料組合而得到的具有新性能的材料?；炷敛牧习l(fā)生了幾次重大變革，其中三次最為突出。19世紀中葉法國首先出現(xiàn)了鋼筋混凝土、1928年法國發(fā)明了預應力鋼筋混凝土、近30年來聚合物復合混凝土及混凝土外加劑的出現(xiàn)。

混凝土材料按膠結(jié)材料分類：無機膠結(jié)材料混凝土，有機膠結(jié)材料混凝土，無機與有機復合膠結(jié)材料混凝土。按容重分類：特重混凝土，重混凝土，輕混凝土，特輕混凝土。按混凝土結(jié)構(gòu)分類：普通結(jié)構(gòu)混凝土，細粒混凝土，大孔混凝土，多孔混凝土。按用途分類結(jié)構(gòu)用混凝土，隔熱混凝土，裝飾混凝土，耐酸混凝土等 。

混凝土的性質(zhì)：混凝土混合料必須具有良好的和易性以保證獲得良好的澆灌質(zhì)量。

①流動性：指混合料在本身自重或在機械振搗的外力作用下產(chǎn)生流動或坍落能均勻密實地填滿模板的性質(zhì)。

②黏聚性：指混合料具有一定的黏聚力在運輸或澆筑過程中不致出現(xiàn)分層離析使混凝土保持整體均勻的性能。

③保水性：指混合料在施工過程中具有保水能力保水性好的混料不易產(chǎn)生嚴重泌水現(xiàn)象。

高性能混凝土混凝土：由膠結(jié)材料水泥和粗細集料石子和沙按適當比例拌和均勻經(jīng)攪拌振搗成型在一定條件下養(yǎng)護而成的復合材料。高強混凝土（high-strength concrete,HSC)與高性能混凝土(high-performance concrete)的首要區(qū)別是后者強調(diào)耐久性。高性能混凝土不僅要具備高的強度而且應具備高密實性和高體積穩(wěn)定性。高性能混凝土在微觀結(jié)構(gòu)方面的特點：由于存在大量未水化的水泥顆粒漿體所占比例降低漿料的總孔隙率小，孔徑尺寸較小，僅最小的孔為水飽和漿體-集料界面與漿體本體無明顯區(qū)別消除了薄弱區(qū)游離氧化鈣含量低。高性能混凝土的特性：有自密實性；體積穩(wěn)定性好；強度高，其抗壓強度已有超過200MPa；水灰比較低，水化反應終止得較早，水化熱總量相應降低；在較長的持續(xù)期后，高性能混凝土的總收縮應變量與其強度成反比，早期收縮率隨著強度的提高而增大；徐變變形顯著低于普通混凝土；Cl-滲透率低于普通水泥更符合環(huán)保要求；具有較高的密實性和抗?jié)B性抗化學腐蝕性顯著優(yōu)于普通強度混凝土；高溫作用下會產(chǎn)生爆裂、剝落2。

纖維增強水泥基復合材料纖維增強水泥基復合材料是由不連續(xù)的纖維均勻地分散于水泥混凝土基材中形成的復合材料. 纖維與水泥漿基材的黏結(jié)比較牢固形成了遍布結(jié)構(gòu)全體的纖維網(wǎng)。當基本材料受拉力過高開裂時拉力可逐步轉(zhuǎn)移到橫跨裂紋的纖維上增大了混凝土結(jié)構(gòu)的變形能力。纖維的拉伸強度較高使混凝土結(jié)構(gòu)的拉伸強度增大。復合材料的抗拉、抗彎、抗裂、抗疲勞、抗振及抗沖擊能力得到顯著改善。纖維增強水泥基復合材料的主要性能特點：力學性能比普通混凝土明顯改善；新拌混凝土的坍落度值比未摻纖維時低；混凝土的抗?jié)B性有明顯的改善；攪拌工藝不當時易產(chǎn)生纖維結(jié)團現(xiàn)象；運輸及澆注中有時會出現(xiàn)分層。纖維增強混凝土的開發(fā)趨勢為：鋼纖維和玻璃纖維被公認為最有前途的增強纖維；耐堿玻璃纖維將來可能成為石棉的的代用品；聚丙烯和尼龍等合成纖維對增加抗拉強度完全無效， 但抗沖擊性能十分優(yōu)良；碳纖維的抗彎強度介于綱纖維和耐堿玻璃纖維之間，在各種纖維中鋼纖維對裂縫的約束能力最好對于抗彎、拉伸強度也最有效。增強混凝土的韌性最好。

聚合物水泥基復合材料聚合物水泥混凝土是在水泥混凝土成型過程中摻入一定量的聚合物提高其使用品質(zhì)使其滿足工程的特殊需要?；炷恋男阅芴攸c:剛性大、柔性小、抗壓強度遠大 于拉伸強度。 聚合物在水泥基體中有增韌、增塑、填孔和固化作用。與普通混凝土相比性能的改善：抗壓強度、拉伸強度可提高3倍抗破裂模量可增加 近3倍；彈性模量可提高1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70%；滲水性幾乎為0吸水率可降低83~95%。混凝土特性：力學性能得到了改善，抗折強度提高，抗壓強度降低；剛度降低，變形能力增大；耐久性和抗侵蝕能力提高；黏結(jié)性良好適合于破損水泥混凝土的修補工程；完全適應現(xiàn)有水泥混凝土的制造工藝過程；成本相對較低。聚合物水泥基復合材料兩種主要形式：聚合物浸漬混凝土；聚合物水泥混凝土。聚合物水泥基復合材料應用：聚合物浸漬混凝土由于良好的力學性能、耐久性及抗腐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。因浸漬工藝復雜、成本較高混凝土構(gòu)件需要預制并且尺寸受到限制因而主要在特殊情況下使用。聚合物水泥混凝土綜合性能不如聚合物浸漬混凝土但其工藝簡單、使用方便、成本低，得到了越來越多的廣泛應用。如應用于地面和道路工程，應用于結(jié)構(gòu)工程3。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

邱學農(nóng) - 副教授 - 濟南大學