水泥基复合材料PPT学习教案

1、会计学1 水泥基复合材料水泥基复合材料 国务院国务院9999年年7272号文件已明确指出：号文件已明确指出：“20012001年在沿海城市和土地稀缺的城市禁止使用实心粘土砖；在其他地区框架结构建筑中也禁止使用实心粘土砖。到年在沿海城市和土地稀缺的城市禁止使用实心粘土砖；在其他地区框架结构建筑中也禁止使用实心粘土砖。到20032003年在全国禁止生产、使用实心粘土砖。年在全国禁止生产、使用实心粘土砖。”以实现最终淘汰实心粘土砖的目的。针对上一指示精神，墙材革新与建筑节能是节约能源、改善建筑功能、促进住宅产业化的客观要求，是当今全球建筑业的共同选择，是关系实施可持续发展战略的重大问题。随着限期禁止

2、使用粘土砖的以实现最终淘汰实心粘土砖的目的。针对上一指示精神，墙材革新与建筑节能是节约能源、改善建筑功能、促进住宅产业化的客观要求，是当今全球建筑业的共同选择，是关系实施可持续发展战略的重大问题。随着限期禁止使用粘土砖的“禁砖令禁砖令”的下达，鼓励生产使用轻质、高强、保温、隔热、隔音的新型墙体材料，以代替的下达，鼓励生产使用轻质、高强、保温、隔热、隔音的新型墙体材料，以代替“秦砖汉瓦秦砖汉瓦”，推进建筑节能工作的开展，国家、省、市都制定了一系列政策和法规。现在，针对实心粘土砖为主要对象的墙体材料革新已成为历史的必然。，推进建筑节能工作的开展，国家、省、市都制定了一系列政策和法规。现在，针对实心

3、粘土砖为主要对象的墙体材料革新已成为历史的必然。 8.1 概述 第1页/共72页 纤维增强脆性材料的历史，可以追溯到远古时代。当时人们把稻草等植物纤维掺到泥土中，制备较为坚固耐用的建筑材料，这一原始的制造工艺，至今在我国的部分农村仍被采用。现代最早广为使用的纤维增强复合材料是大约纤维增强脆性材料的历史，可以追溯到远古时代。当时人们把稻草等植物纤维掺到泥土中，制备较为坚固耐用的建筑材料，这一原始的制造工艺，至今在我国的部分农村仍被采用。现代最早广为使用的纤维增强复合材料是大约19001900年出现的石棉水泥板。其后，其他各种纤维增强材料相继被研究开发出来，如纤维增强树脂，纤维增强陶瓷和纤维增强水

4、泥基材料等这些纤维增强复合材料广泛应用于观代生活的许多领域，已为人类社会的发展做出了巨大的贡献。年出现的石棉水泥板。其后，其他各种纤维增强材料相继被研究开发出来，如纤维增强树脂，纤维增强陶瓷和纤维增强水泥基材料等这些纤维增强复合材料广泛应用于观代生活的许多领域，已为人类社会的发展做出了巨大的贡献。 8.2 纤维增强水泥的历史 第2页/共72页 纤维增强水泥基复合材料的基体，通常是普通波特兰水泥，有时也采用高铝水泥和特种水泥。而用于增强的纤维，除最早广为使用的石棉纤维外还有钢纤维，玻璃纤维，天然纤维纤维增强水泥基复合材料的基体，通常是普通波特兰水泥，有时也采用高铝水泥和特种水泥。而用于增强的纤维

5、，除最早广为使用的石棉纤维外还有钢纤维，玻璃纤维，天然纤维( (如玉米秸、麦杆秸、黄麻等如玉米秸、麦杆秸、黄麻等) )，合成纤维，合成纤维( (如高模量的碳纤维，芳纶纤维和较低模量的聚丙烯纤维等如高模量的碳纤维，芳纶纤维和较低模量的聚丙烯纤维等) )。这些增强纤维的性能，增强效果和制造成本差别较大（见表。这些增强纤维的性能，增强效果和制造成本差别较大（见表1 1）。在纤维增强水泥基材料中，纤维的使用状态和分布是多种多样的：既可以是长纤维的一维铺设，也可以是长纤维或者织物的二维分布，还可以是短纤维的二维或者三维不连续的乱向分布。因此，近些年来，纤维增强水泥基复合材料的研究比较活跃，并取得了许多有

6、意义的研究结果。）。在纤维增强水泥基材料中，纤维的使用状态和分布是多种多样的：既可以是长纤维的一维铺设，也可以是长纤维或者织物的二维分布，还可以是短纤维的二维或者三维不连续的乱向分布。因此，近些年来，纤维增强水泥基复合材料的研究比较活跃，并取得了许多有意义的研究结果。 8.2 纤维增强水泥的历史 第3页/共72页 表表1 几种纤维和水泥基体性能比较几种纤维和水泥基体性能比较 纤维名称纤维名称纤维直径纤维直径/m 容积密度容积密度 （g/cm3） 抗拉强度抗拉强度/MPa弹性模量弹性模量(MPa)极限延伸率极限延伸率(%) 不锈钢纤维不锈钢纤维103307.821001603.0 温石棉纤维温石

7、棉纤维2.650018001501702.03.0 青石棉纤维青石棉纤维0.1203.470025001702002.03.0 抗碱玻璃纤维抗碱玻璃纤维8202.71400250070802.03.5 中碱玻璃纤维中碱玻璃纤维8202.61000200060703.04.0 无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维8202.543000350072773.64.8 高弹碳纤维高弹碳纤维91.926002301.0 聚丙烯单丝聚丙烯单丝0.94005818 Kevlar-29121.442900694.0 尼龙单丝尼龙单丝1002001.1900413.015.0 水泥净浆水泥净浆2.02.23610250.0

8、10.05 水泥砂浆水泥砂浆2.22.32425350.005-0.015 水泥混凝土水泥混凝土2.32.451430400.010.02 8.2 纤维增强水泥的历史 第4页/共72页 纤维增强水泥的国内外动态纤维增强水泥的国内外动态 用于增强水泥基复合材料的纤维品种很多，主要有钢纤维、石棉纤维、天然纤维和合成纤维、玻璃纤维。科学家和工程师对这些纤维增强水泥基材料进行了广泛的研究，取得了许多有意义的研究结果并且其中某些品种已经应用于工程建设中。用于增强水泥基复合材料的纤维品种很多，主要有钢纤维、石棉纤维、天然纤维和合成纤维、玻璃纤维。科学家和工程师对这些纤维增强水泥基材料进行了广泛的研究，取得

9、了许多有意义的研究结果并且其中某些品种已经应用于工程建设中。 1 1、钢纤维增强水泥基材料、钢纤维增强水泥基材料 2 2、石棉纤维增强水泥基材料、石棉纤维增强水泥基材料 3 3、天然纤维增强水泥基材料、天然纤维增强水泥基材料 4 4、合成纤维增强水泥基材料、合成纤维增强水泥基材料 5 5、玻璃纤维增强水泥基材料、玻璃纤维增强水泥基材料 6 6、混杂纤维增强水泥板、混杂纤维增强水泥板 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第5页/共72页 钢纤维增强水泥基材料钢纤维增强水泥基材料 钢纤维增强水泥基材料是纤维增强水泥基材料理论研究最早的一种。与其它增强纤维相比钢纤维增强水泥基材料研究得最广泛最深入。目

10、前，钢纤维增强水泥基材料在工程建设中应用最广，钢纤维的消耗量仅次于石棉纤维。钢纤维增强水泥基材料是纤维增强水泥基材料理论研究最早的一种。与其它增强纤维相比钢纤维增强水泥基材料研究得最广泛最深入。目前，钢纤维增强水泥基材料在工程建设中应用最广，钢纤维的消耗量仅次于石棉纤维。 钢纤维加入到水泥基材料中后，改变了材料的破坏方式，提高了材料的强度钢纤维加入到水泥基材料中后，改变了材料的破坏方式，提高了材料的强度( (包括热压强度、抗拉强度和抗弯强度，特别是大幅度提高了材料的韧性。另外，复合材料的耐磨性、耐疲劳性、抗冲击性和冻融性等也有不同程度的改善。钢纤维增强水泥基材料的用途广泛，主要应用于公路、飞机

11、跑道、工厂地板、堤坝桥墩、以及河流水库、隧道的内衬等。包括热压强度、抗拉强度和抗弯强度，特别是大幅度提高了材料的韧性。另外，复合材料的耐磨性、耐疲劳性、抗冲击性和冻融性等也有不同程度的改善。钢纤维增强水泥基材料的用途广泛，主要应用于公路、飞机跑道、工厂地板、堤坝桥墩、以及河流水库、隧道的内衬等。 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第6页/共72页 石棉纤维增强水泥基材料石棉纤维增强水泥基材料 石棉纤维增强水泥基材料是现代最早应用的纤维增强水泥基材料，也是用量最大的纤维增强水泥基材料，目前，每年用于增强水泥材料的石棉纤维大约为石棉纤维增强水泥基材料是现代最早应用的纤维增强水泥基材料，也是用量最大

12、的纤维增强水泥基材料，目前，每年用于增强水泥材料的石棉纤维大约为200200万吨。石棉纤维来源丰富价格低廉，具有很高的强度和模量，且纤维与水泥基体相互作用良好，因此是一种理想的水泥制品增强纤维。但是，近年来的研究发现石棉纤维对人身危害很大，许多国家准备逐步禁止使用石棉纤维作为水泥制品的增强纤维，并正在努力寻找石棉纤维的替代纤维。万吨。石棉纤维来源丰富价格低廉，具有很高的强度和模量，且纤维与水泥基体相互作用良好，因此是一种理想的水泥制品增强纤维。但是，近年来的研究发现石棉纤维对人身危害很大，许多国家准备逐步禁止使用石棉纤维作为水泥制品的增强纤维，并正在努力寻找石棉纤维的替代纤维。 8.3 纤维增

13、强水泥的国内外动态 第7页/共72页 天然纤维增强水泥基材料天然纤维增强水泥基材料 天然纤维是自然界中最大品种的纤维，取之不尽，用之不竭。天然纤维增强水泥基材料的研究与开发，具有重要的意义和广阔的前景。用于增强水泥基材料的天然纤维很多，目前主要有棉杆秸、玉米秸、黄麻、亚麻、剑麻、椰子壳、甘蔗渣、木纤维等。天然纤维是自然界中最大品种的纤维，取之不尽，用之不竭。天然纤维增强水泥基材料的研究与开发，具有重要的意义和广阔的前景。用于增强水泥基材料的天然纤维很多，目前主要有棉杆秸、玉米秸、黄麻、亚麻、剑麻、椰子壳、甘蔗渣、木纤维等。 近几年来出于环境污染和制造成本的考虑，许多科学家开始系统研究天然纤维增

14、强水泥基材料，并已发表了大量的研究论文和综述评论。近几年来出于环境污染和制造成本的考虑，许多科学家开始系统研究天然纤维增强水泥基材料，并已发表了大量的研究论文和综述评论。 天然纤维加入到水泥基材料中后，复合材料的强度和韧性都有明显的提高，提高的程度取决于纤维的用量和纤维的长度，纤维用量和纤维长度均有一最佳值。过多的纤维用量和过长的纤维长度，都会降低天然纤维增强水泥基材料的增强效果。天然纤维加入到水泥基材料中后，复合材料的强度和韧性都有明显的提高，提高的程度取决于纤维的用量和纤维的长度，纤维用量和纤维长度均有一最佳值。过多的纤维用量和过长的纤维长度，都会降低天然纤维增强水泥基材料的增强效果。 8

15、.3 纤维增强水泥的国内外动态 第8页/共72页 与玻璃纤维相似，在碱性环境中，天然纤维会发生分子降解而失去力学性能。因此，其增强水泥基材料同样存在一个长久使用性问题。某些科学家采用天然纤维涂覆疏水保护剂和或采用低碱性基体的方法，来解决天然纤维增强水泥基材料的耐久性问题效果显著，但最终结果仍不甚令人满意。因此，如何提高天然纤维的耐碱性，提高天然纤维增强水泥基材料的耐久性将是未来研究的重要领域。与玻璃纤维相似，在碱性环境中，天然纤维会发生分子降解而失去力学性能。因此，其增强水泥基材料同样存在一个长久使用性问题。某些科学家采用天然纤维涂覆疏水保护剂和或采用低碱性基体的方法，来解决天然纤维增强水泥基

16、材料的耐久性问题效果显著，但最终结果仍不甚令人满意。因此，如何提高天然纤维的耐碱性，提高天然纤维增强水泥基材料的耐久性将是未来研究的重要领域。 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第9页/共72页 合成纤维增强水泥基材料合成纤维增强水泥基材料 迄今为止，在国际上已被用以替代石棉制造纤维水泥板的合成纤维主要有维纶迄今为止，在国际上已被用以替代石棉制造纤维水泥板的合成纤维主要有维纶( (聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维) )、脂纶、脂纶( (聚丙烯脂纤维聚丙烯脂纤维) )、丙纶、丙纶( (聚丙烯纤维聚丙烯纤维) )与乙纶与乙纶( (聚乙烯纤维聚乙烯纤维) )。芳纶。芳纶( (芳族聚酰胺纤维芳族聚酰胺纤维)

17、)虽具有较高的弹性模量虽具有较高的弹性模量( (可与石棉纤维的弹性模量相近可与石棉纤维的弹性模量相近) )，但由于此种纤维的价格太高，尚难为纤维水泥工业所采用。，但由于此种纤维的价格太高，尚难为纤维水泥工业所采用。 根据我国与国外对用维纶制造的无石棉纤维水泥板的耐久性的研究结果，认为此种制品即使暴露于大气中仍具有较高的强度，但其韧性随时间而有所下降。这主要是由于纤维与水泥基体界面的粘结不断提高所致。根据我国与国外对用维纶制造的无石棉纤维水泥板的耐久性的研究结果，认为此种制品即使暴露于大气中仍具有较高的强度，但其韧性随时间而有所下降。这主要是由于纤维与水泥基体界面的粘结不断提高所致。 8.3 纤

18、维增强水泥的国内外动态 第10页/共72页 目前除我国外，英国、德国、瑞士、比利时、意大利等国均在抄取工艺线上用维纶生产无石棉纤维水泥板。国外有的用改性维纶或改性脂纶替代适量的高模量维纶。丹麦目前除我国外，英国、德国、瑞士、比利时、意大利等国均在抄取工艺线上用维纶生产无石棉纤维水泥板。国外有的用改性维纶或改性脂纶替代适量的高模量维纶。丹麦EternitEternit公司用改性丙纶替代全部石棉，并用纤维素纤维作辅助纤维在抄取工艺线上制造无石棉纤维水泥板。公司用改性丙纶替代全部石棉，并用纤维素纤维作辅助纤维在抄取工艺线上制造无石棉纤维水泥板。 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第11页/共72页

19、为充分发挥聚丙烯纤维对水泥基体的增强作用，英国萨里大学研究成功用经高倍拉伸制得的纤化聚丙烯薄膜以较高的体积率掺加于水泥基体中，在实验室内制成抗拉强度与变形能力均较高的薄壁纤维水泥板。意大利为充分发挥聚丙烯纤维对水泥基体的增强作用，英国萨里大学研究成功用经高倍拉伸制得的纤化聚丙烯薄膜以较高的体积率掺加于水泥基体中，在实验室内制成抗拉强度与变形能力均较高的薄壁纤维水泥板。意大利FibronitFibronit公司根据英国此项技术的专利进行了商业性开发，设计并制作了专门生产纤化聚丙烯薄膜增强水泥板的装备，产品的商品名称为公司根据英国此项技术的专利进行了商业性开发，设计并制作了专门生产纤化聚丙烯薄膜增

20、强水泥板的装备，产品的商品名称为“NetcemNetcem”。根据。根据1010年大气暴露的试验结果，年大气暴露的试验结果，NetcemNetcem波板的耐久性是令人满意的，但尚需积累更长期的试验资料。英、美等国还研究了将编织聚丙烯纤维网格布以较高的体积率掺加于水泥基体中，也得到了较好的试验结果。波板的耐久性是令人满意的，但尚需积累更长期的试验资料。英、美等国还研究了将编织聚丙烯纤维网格布以较高的体积率掺加于水泥基体中，也得到了较好的试验结果。 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第12页/共72页 玻璃纤维增强水泥基材料玻璃纤维增强水泥基材料 玻璃纤维具有很高的强度和模量，并且来源丰富制造成本

21、较低，是复合材料增强纤维的主要品种之一。最早进行玻璃纤维增强水泥基材料研究的，当属前苏联科学家玻璃纤维具有很高的强度和模量，并且来源丰富制造成本较低，是复合材料增强纤维的主要品种之一。最早进行玻璃纤维增强水泥基材料研究的，当属前苏联科学家BiryukovichBiryukovich等人，我国科学家在等人，我国科学家在19581958年后也曾参与了早期研究工作。年后也曾参与了早期研究工作。 普通玻璃纤维的耐碱性较差，在水泥基体这样的碱性环境中极易失去其强度和刚性，因此在六十年代，虽然玻璃纤维增强水泥基材料的研究已经比较深入系统，但其制品一直未被推广应用；直到七十年代初期，英国建筑研究院向普通玻璃

22、纤维中加入二氧化锆，研制成功了耐碱玻璃纤维后，玻璃纤维增强水泥制品才由英国的普通玻璃纤维的耐碱性较差，在水泥基体这样的碱性环境中极易失去其强度和刚性，因此在六十年代，虽然玻璃纤维增强水泥基材料的研究已经比较深入系统，但其制品一直未被推广应用；直到七十年代初期，英国建筑研究院向普通玻璃纤维中加入二氧化锆，研制成功了耐碱玻璃纤维后，玻璃纤维增强水泥制品才由英国的Pilkington BrothersPilkington Brothers公司大量生产推广应用。公司大量生产推广应用。 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第13页/共72页 由于提高抗碱玻璃纤维的抗碱能力有一定限度，为确保由于提高抗碱玻璃

23、纤维的抗碱能力有一定限度，为确保GRCGRC的长期耐久性，应尽量降低水泥基体的碱度。迄今为止，国际上采取的技术路线基本上有下列两条：的长期耐久性，应尽量降低水泥基体的碱度。迄今为止，国际上采取的技术路线基本上有下列两条： (1)(1)对普通水泥改性对普通水泥改性: :例如法国圣哥班公司在普通波特兰水泥中同时掺加偏高岭土与丙烯酸酯乳液；德国海德堡水泥公司使用高炉水泥例如法国圣哥班公司在普通波特兰水泥中同时掺加偏高岭土与丙烯酸酯乳液；德国海德堡水泥公司使用高炉水泥( (高炉矿渣粉含量在高炉矿渣粉含量在7070以上以上) )并同时掺加偏高岭土或其它材料。并同时掺加偏高岭土或其它材料。 8.3 纤维增

24、强水泥的国内外动态 第14页/共72页 (2)(2)使用专门制造的低碱度水泥使用专门制造的低碱度水泥: :例如中国建筑材料科学研究院开发的硫铝酸盐型低碱度水泥例如中国建筑材料科学研究院开发的硫铝酸盐型低碱度水泥( (由无水硫铝酸钙、石灰石、无水石膏组成由无水硫铝酸钙、石灰石、无水石膏组成) )，日本秩父水泥公司开发的，日本秩父水泥公司开发的CGCCGC水泥水泥( (由无水硫铝酸钙、由无水硫铝酸钙、C C2 2S S含量高的波特兰水泥、矿渣与石膏组成含量高的波特兰水泥、矿渣与石膏组成) )。根据国内外的经验，为降低。根据国内外的经验，为降低GRCGRC制品的干缩率，应使灰砂比控制在制品的干缩率，

25、应使灰砂比控制在1 1：1 11 1：1.51.5之间。之间。BiryukovichBiryukovich测定了单向抗拉的基本性能，他得到的测定了单向抗拉的基本性能，他得到的E E型玻璃纤维高铝水泥的应力应变曲线如图型玻璃纤维高铝水泥的应力应变曲线如图1. 1. 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第15页/共72页 图图1.1.含有不同体积纤维高铝水泥应力应变曲线含有不同体积纤维高铝水泥应力应变曲线 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第16页/共72页 我国玻璃纤维增强水泥的发展前景我国玻璃纤维增强水泥的发展前景 (1)(1)、玻璃纤维增强水泥材料的特性决定了其具有广阔的发展前景、玻璃纤维增强

26、水泥材料的特性决定了其具有广阔的发展前景 玻璃纤维增强水泥作为一种新型的无机复合材料具有许多独特的优点，首先它是轻质的，一般以水泥砂浆为基体的玻璃纤维增强水泥作为一种新型的无机复合材料具有许多独特的优点，首先它是轻质的，一般以水泥砂浆为基体的GRCGRC材料有低的干容重，比普通混凝土约低材料有低的干容重，比普通混凝土约低2020；在抗弯破坏强度相当的条件下，；在抗弯破坏强度相当的条件下，GRCGRC的容重可减低的容重可减低5050；GRCGRC高的抗弯强度、抗拉强度和高的抗冲击强度使得其能够以较薄的厚度获得所需力学性能；作为以水泥为胶凝材料的复合材料，它不仅不怕潮湿而且防火；它的工艺性能好，可

27、任意模造出各种复杂的造型，用高的抗弯强度、抗拉强度和高的抗冲击强度使得其能够以较薄的厚度获得所需力学性能；作为以水泥为胶凝材料的复合材料，它不仅不怕潮湿而且防火；它的工艺性能好，可任意模造出各种复杂的造型，用GRCGRC材料不仅可制造出应用于各个领域的建筑制品、景观制品，还可用于制造仿古艺术品；它的可加工性能好，可任意锯、钉、磨、钻，便于安装施工；其价格较低，符合我国国情，可大量推广应用。材料不仅可制造出应用于各个领域的建筑制品、景观制品，还可用于制造仿古艺术品；它的可加工性能好，可任意锯、钉、磨、钻，便于安装施工；其价格较低，符合我国国情，可大量推广应用。 8.3 纤维增强水泥的国内外动态

28、第17页/共72页 (2)(2)、住宅产业化和大规模的住宅建设为、住宅产业化和大规模的住宅建设为GRCGRC产品提供了发展机遇产品提供了发展机遇 根据国家住宅社会经济发展规划，根据国家住宅社会经济发展规划，2001200120102010年间，住宅年均建造量将达到年间，住宅年均建造量将达到2.52.53.O3.O亿亿m m2 2；20002000年全国城镇年建成年全国城镇年建成2 2亿亿m m2 2的住宅，还有的住宅，还有2020亿亿m m2 2的城镇旧房需要逐年改造；农村住房建设每年竣工量为的城镇旧房需要逐年改造；农村住房建设每年竣工量为8 8亿亿m m2 2。如此宏大的建设规划和建筑市场，

29、以及建筑体系的多样化和建筑风格的美观化，为。如此宏大的建设规划和建筑市场，以及建筑体系的多样化和建筑风格的美观化，为GRCGRC外墙板系列产品、外墙板系列产品、GRCGRC轻质内隔墙板、轻质内隔墙板、GRCGRC保温板和保温板和GRCGRC通风管道的发展和应用提供了良好的机会。通风管道的发展和应用提供了良好的机会。 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第18页/共72页 (3)(3)、国家墙体改革与建筑节能政策为、国家墙体改革与建筑节能政策为GRCGRC产品提供了用武之地产品提供了用武之地 发展新型材料、使用新型材料是我国墙体材料革新的重大举措。玻璃纤维增强水泥作为一种新型的建筑材料，其产品不仅

30、可在使用功能上替代实心粘土砖，而且在某些功能上更优于实心粘土砖。在一些产品中还可掺入粉煤灰作填充材料，达到利用废料保护环境的目的。一方面我国是一个能源紧缺的国家，另一方面建筑能耗又很高，与发达国家相比有很大的差距，其主要表现在建筑保温上。发展新型材料、使用新型材料是我国墙体材料革新的重大举措。玻璃纤维增强水泥作为一种新型的建筑材料，其产品不仅可在使用功能上替代实心粘土砖，而且在某些功能上更优于实心粘土砖。在一些产品中还可掺入粉煤灰作填充材料，达到利用废料保护环境的目的。一方面我国是一个能源紧缺的国家，另一方面建筑能耗又很高，与发达国家相比有很大的差距，其主要表现在建筑保温上。 8.3 纤维增强

31、水泥的国内外动态 第19页/共72页 我国确定的我国确定的20002000年实现建筑节能年实现建筑节能5050的目标，许多省市的墙体改革办公室都已制订了本地区的墙体改革措施和节能工作规划，这就意味着建筑节能市场将需要大量优质的、性能可靠的产品。以玻璃纤维增强水泥为面层材料的保温板材经过几年的使用，证明可以满足这一要求。的目标，许多省市的墙体改革办公室都已制订了本地区的墙体改革措施和节能工作规划，这就意味着建筑节能市场将需要大量优质的、性能可靠的产品。以玻璃纤维增强水泥为面层材料的保温板材经过几年的使用，证明可以满足这一要求。 我国目前有不少厂家生产抗碱玻纤网格布增强水泥膨胀珍珠岩多孔条板，多数

32、厂采用平模成型法，极需解决机械化连续生产的技术与装备，以大幅度提高此类产品的产量和质量。不过，即使改性后的玻璃纤维，其增强普通硅酸盐水泥基制品的长期使用效果仍令人怀疑，因此玻璃纤维增强水泥基材料的耐久性问题仍将是该类材料研究的主要内容。我国目前有不少厂家生产抗碱玻纤网格布增强水泥膨胀珍珠岩多孔条板，多数厂采用平模成型法，极需解决机械化连续生产的技术与装备，以大幅度提高此类产品的产量和质量。不过，即使改性后的玻璃纤维，其增强普通硅酸盐水泥基制品的长期使用效果仍令人怀疑，因此玻璃纤维增强水泥基材料的耐久性问题仍将是该类材料研究的主要内容。 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第20页/共72页 混杂

33、纤维增强水泥板混杂纤维增强水泥板 混杂纤维增强水泥板是采用两种或两种以上不同材质、不同性能的纤维作为增强材料制成的。由于这些纤维相互取长补短，因而有可能使制品获得较优异的性能。例如意大利混杂纤维增强水泥板是采用两种或两种以上不同材质、不同性能的纤维作为增强材料制成的。由于这些纤维相互取长补短，因而有可能使制品获得较优异的性能。例如意大利FibronitFibronit公司在公司在9090年代采取了用纤化聚丙烯薄膜、抗碱玻璃纤维无捻粗纱与抗碱玻璃纤维短切原丝混杂增强的措施，开发了商品名称为年代采取了用纤化聚丙烯薄膜、抗碱玻璃纤维无捻粗纱与抗碱玻璃纤维短切原丝混杂增强的措施，开发了商品名称为Ret

34、iverRetiver的新型纤维水泥复合材料，其力学行为既优于纤化聚丙烯薄膜增强水泥，又优于的新型纤维水泥复合材料，其力学行为既优于纤化聚丙烯薄膜增强水泥，又优于GRCGRC。如德国。如德国FluguritFlugurit公司在抄取法制造压蒸无石棉纤维水泥平板时，同时掺加木浆纤维与聚丙烯纤维，日本松下电工公司在挤出法制造压蒸无石棉纤维水泥多孔条板时，也同时掺加纸纤维与聚丙烯纤维。混杂纤维增强水泥板将是今后的一个研究热点。公司在抄取法制造压蒸无石棉纤维水泥平板时，同时掺加木浆纤维与聚丙烯纤维，日本松下电工公司在挤出法制造压蒸无石棉纤维水泥多孔条板时，也同时掺加纸纤维与聚丙烯纤维。混杂纤维增强水泥

35、板将是今后的一个研究热点。 作业：作业：写出纤维增强水泥基复合材料的种类？写出纤维增强水泥基复合材料的种类？ 8.3 纤维增强水泥的国内外动态 第21页/共72页 短纤维增强水泥的制造工艺短纤维增强水泥的制造工艺 最广泛的最广泛的GRCGRC制品制造工艺是由英国建筑科研所于六十年代后期试验成功并推广出来的制品制造工艺是由英国建筑科研所于六十年代后期试验成功并推广出来的“预混法预混法”和和“喷射法喷射法”。在预混法工艺中，首先将各种组分混合成浆料，然后采用一些常规的技术。在预混法工艺中，首先将各种组分混合成浆料，然后采用一些常规的技术( (如浇铸或压力模压如浇铸或压力模压) )使之成型制品；喷射

36、法工艺则是从玻璃钢工业中演变而来的，在这种工艺中，水泥砂浆和现场切割的玻璃纤维束被同时喷射到适当的模具或成型面上，从而成型制品，其它一些在玻璃钢工业中常用的制造工艺使之成型制品；喷射法工艺则是从玻璃钢工业中演变而来的，在这种工艺中，水泥砂浆和现场切割的玻璃纤维束被同时喷射到适当的模具或成型面上，从而成型制品，其它一些在玻璃钢工业中常用的制造工艺( (如纤维缠绕或手糊铺层工艺如纤维缠绕或手糊铺层工艺) )同样也适用于同样也适用于GRCGRC制品的制造，但目前的应用范围还很有限。而对于大批量的制品的制造，但目前的应用范围还很有限。而对于大批量的GRCGRC薄板生产来讲，还可以采用标准的石棉水泥生产

37、方法；如薄板生产来讲，还可以采用标准的石棉水泥生产方法；如HatschekHatschek工艺或工艺或MagnaniMagnani工艺。工艺。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第22页/共72页 原材料原材料 制造制造GRCGRC制品的最基本的材料是玻璃纤维、水泥、砂子和水，有时还加入粉煤灰、火山灰之类的添加剂，而且添加剂的应用有日益扩大的趋势。目前，还普遍加入分散剂和工艺助剂制品的最基本的材料是玻璃纤维、水泥、砂子和水，有时还加入粉煤灰、火山灰之类的添加剂，而且添加剂的应用有日益扩大的趋势。目前，还普遍加入分散剂和工艺助剂( (如甲基纤维素如甲基纤维素) )或加气剂或加气剂( (如磺化木质

38、素如磺化木质素) )。为获得适当的工艺过程，有时需采用阻聚剂或促进剂。现在，国外推荐加入少量合适的聚合物分散体。为获得适当的工艺过程，有时需采用阻聚剂或促进剂。现在，国外推荐加入少量合适的聚合物分散体( (如丙烯酸类树脂如丙烯酸类树脂) )。如果出于美观的原因而要求。如果出于美观的原因而要求GRCGRC制品具有特殊的色彩，则可在砂浆中加入粉状或液状颜料。所用的玻璃纤维通常是耐碱玻纤无捻粗纱或者短切原丝。典型的无捻粗纱由制品具有特殊的色彩，则可在砂浆中加入粉状或液状颜料。所用的玻璃纤维通常是耐碱玻纤无捻粗纱或者短切原丝。典型的无捻粗纱由4040股原丝组成，每股原丝中含有股原丝组成，每股原丝中含有

39、200200根左右的直径为根左右的直径为101020m20m的单丝。的单丝。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第23页/共72页 无捻粗纱在切割过程中通常会全部分散成原丝，而原丝再分散成单丝的程度则可通过改变单丝表面的涂覆层无捻粗纱在切割过程中通常会全部分散成原丝，而原丝再分散成单丝的程度则可通过改变单丝表面的涂覆层( (浸润剂浸润剂) )成份而使其在很大的范围内变化。成份而使其在很大的范围内变化。“软涂覆剂软涂覆剂”使原丝在与水混合时易于分散成单丝；而使原丝在与水混合时易于分散成单丝；而“硬涂覆剂硬涂覆剂”则正好相反，它使原丝在与水混合的过程中趋向于保持完整。在则正好相反，它使原丝在与水混

40、合的过程中趋向于保持完整。在GRCGRC制品的制造过程中，粗纱和原丝分别分散成原丝和单丝的程度是个非常重要的因素，它对制品的制造过程中，粗纱和原丝分别分散成原丝和单丝的程度是个非常重要的因素，它对GRCGRC制品的强度具有很大的影响，而且对生产工艺亦有一定影响。制品的强度具有很大的影响，而且对生产工艺亦有一定影响。 作业：作业：短纤维增强水泥复合材料的制造工艺有哪些？短纤维增强水泥复合材料的制造工艺有哪些？ 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第24页/共72页 喷射法喷射法 在喷射法工艺中，短切纤维和水泥砂浆通常由各自的喷嘴喷射到模具上，两者在模具表面混合。水泥砂浆需先经粗筛滤去其中的结块料，

41、然后经计量泵喂料至喷枪，并用压缩空气雾化。为获得易干加工的混合料，水和水泥之比值必须足够高，但也必须注意要避免对制品强区产生过多的影响。当为了获得所需的工艺性而采用很高的水和水泥比值时，在喷射结束后需将过量的水分除去。玻璃纤维以粗纱形式送入切割喂料机。切割机与喷枪相连，它将玻璃纤维切割成所需的长度，并送入水泥砂浆流中，使之逐渐在模具上形成由纤维和砂浆组成的毡。由喷射法制造的在喷射法工艺中，短切纤维和水泥砂浆通常由各自的喷嘴喷射到模具上，两者在模具表面混合。水泥砂浆需先经粗筛滤去其中的结块料，然后经计量泵喂料至喷枪，并用压缩空气雾化。为获得易干加工的混合料，水和水泥之比值必须足够高，但也必须注意

42、要避免对制品强区产生过多的影响。当为了获得所需的工艺性而采用很高的水和水泥比值时，在喷射结束后需将过量的水分除去。玻璃纤维以粗纱形式送入切割喂料机。切割机与喷枪相连，它将玻璃纤维切割成所需的长度，并送入水泥砂浆流中，使之逐渐在模具上形成由纤维和砂浆组成的毡。由喷射法制造的GRCGRC制品中的玻璃纤维含量通常是制品中的玻璃纤维含量通常是5 5 ( (重量比重量比) )。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第25页/共72页 第26页/共72页 手工喷射法手工喷射法 在手工喷射法工艺中，由内操作人员操纵喷枪在模具上方作前后往复移动，并使原材制的喷射流尽可能地垂直于模具表面，直至到达到所需厚度。当喷

43、射料层达到所需厚度后，还需进行辊压处理，以排除裹入的空气，并使玻璃纤维能被水泥浆完全浸透。辊压处理对于保证制品获得模具的表面形状及提高复合材料的密度也很有益。最后可对经辊压处理后的制品表面进行修整并进行手工压型，从而获得装饰的效果。用这种工艺制好的在手工喷射法工艺中，由内操作人员操纵喷枪在模具上方作前后往复移动，并使原材制的喷射流尽可能地垂直于模具表面，直至到达到所需厚度。当喷射料层达到所需厚度后，还需进行辊压处理，以排除裹入的空气，并使玻璃纤维能被水泥浆完全浸透。辊压处理对于保证制品获得模具的表面形状及提高复合材料的密度也很有益。最后可对经辊压处理后的制品表面进行修整并进行手工压型，从而获得

44、装饰的效果。用这种工艺制好的GRCGRC制品，其一侧表面则为经过辊压，另一侧表而则为经过辊修、修整或装饰后的表面。制品，其一侧表面则为经过辊压，另一侧表而则为经过辊修、修整或装饰后的表面。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第27页/共72页 机械喷射法机械喷射法 上述的手工喷射法可进行机械化操作，用于制造平直的或浅型材。在机械化喷射工艺中，模具一般保持静止，喷枪则按预定的方式移动。从而保证喷射料沉积均匀以及纤维在复合材料中分布合理。机械化喷射法的生产效率比手工法高得多，通常可以达到上述的手工喷射法可进行机械化操作，用于制造平直的或浅型材。在机械化喷射工艺中，模具一般保持静止，喷枪则按预定的方

45、式移动。从而保证喷射料沉积均匀以及纤维在复合材料中分布合理。机械化喷射法的生产效率比手工法高得多，通常可以达到25-3025-30公斤产品公斤产品/ /分钟。分钟。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第28页/共72页 喷射脱水法喷射脱水法 喷射脱水法最早是由英国建筑科研所作为手工喷射法的一种改进工艺研究成功的，随后又进行了机械化改进，并用于喷射脱水法最早是由英国建筑科研所作为手工喷射法的一种改进工艺研究成功的，随后又进行了机械化改进，并用于GRCGRC薄板的全机械化生产。薄板的全机械化生产。 为了使水分易于滤去，用于成型薄板的水平模具的底部必须是多孔结构，并覆盖一层湿态强度很高的滤纸或多孔塑

46、性材料作为过滤层。当为了使水分易于滤去，用于成型薄板的水平模具的底部必须是多孔结构，并覆盖一层湿态强度很高的滤纸或多孔塑性材料作为过滤层。当GRCGRC料层沉积到适当厚度时，从模具下方抽吸空气，在负压作用下使沉积料层中的水脱去。用这种方法可以使砂浆中水和水泥的比例由通常的料层沉积到适当厚度时，从模具下方抽吸空气，在负压作用下使沉积料层中的水脱去。用这种方法可以使砂浆中水和水泥的比例由通常的0.550.55降到降到0.25-0.300.25-0.30，从而使制品的初始强度得到相应提高。所制薄板的上表面可进行修整或修饰，而下表面则与过滤材料的纹理一致。，从而使制品的初始强度得到相应提高。所制薄板的

47、上表面可进行修整或修饰，而下表面则与过滤材料的纹理一致。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第29页/共72页 第30页/共72页 预混法预混法 将短切纤维原丝与水泥、砂子、水和添加剂混合后进行浇铸成型制品的工艺称为预混法。该工艺顾名思义分为两步：制备可使纤维均匀混入的砂浆，以及使纤维在砂浆中均匀混合。纤维在砂浆混好后加入，从而可使纤维的损伤降低到最低程度。将短切纤维原丝与水泥、砂子、水和添加剂混合后进行浇铸成型制品的工艺称为预混法。该工艺顾名思义分为两步：制备可使纤维均匀混入的砂浆，以及使纤维在砂浆中均匀混合。纤维在砂浆混好后加入，从而可使纤维的损伤降低到最低程度。 早期的研究表明，玻璃纤维

48、在混料机中的缠绕结成团导致纤维在基材中的分散性很差，以及混合料的加工和配置困难。同时由于纤维的存在，基体中的水分易于沿着纤维游离到材料表面，因此，即使施加很低的压力，也会导致分凝和失水。早期的研究表明，玻璃纤维在混料机中的缠绕结成团导致纤维在基材中的分散性很差，以及混合料的加工和配置困难。同时由于纤维的存在，基体中的水分易于沿着纤维游离到材料表面，因此，即使施加很低的压力，也会导致分凝和失水。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第31页/共72页 第32页/共72页 解决这些问题的方法是在混合料中加入少量的聚合物如聚环氧乙烯和甲基纤维素以改进湿态混合料的性能。在玻璃纤维加入混合料进行混合之前，

49、应先将纤维在聚合物溶液中浸湿，使纤维具有一定的润滑度，从而提高其水相粘度，这种方法可使纤维在混合料中的分布更好，并有助于保持水分。解决这些问题的方法是在混合料中加入少量的聚合物如聚环氧乙烯和甲基纤维素以改进湿态混合料的性能。在玻璃纤维加入混合料进行混合之前，应先将纤维在聚合物溶液中浸湿，使纤维具有一定的润滑度，从而提高其水相粘度，这种方法可使纤维在混合料中的分布更好，并有助于保持水分。 预混法预混法GRCGRC混合料的配方随所制制品而定，通常砂子的含量为水泥重量的混合料的配方随所制制品而定，通常砂子的含量为水泥重量的50%50%。在水与水泥之比值较低时（最好不超过。在水与水泥之比值较低时（最好

50、不超过0.350.35），加入添加剂可获得良好的加工性能。预混法），加入添加剂可获得良好的加工性能。预混法GRCGRC制品中玻璃纤维的含量（重量比）在制品中玻璃纤维的含量（重量比）在4%4%以上，长度为以上，长度为12-25mm12-25mm。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第33页/共72页 缠绕工艺缠绕工艺 纤维缠绕工艺广泛应用于玻璃钢工业中，特别是用于制造高技术产品。在纤维缠绕工艺广泛应用于玻璃钢工业中，特别是用于制造高技术产品。在GRCGRC工业中，这种方法目前使用得还很少，主要原因是成本比较高。工业中，这种方法目前使用得还很少，主要原因是成本比较高。 玻璃纤维无捻粗纱或原丝在水泥

51、和砂浆中通过并被浸渍（有时以散丝的形式通过搅拌好的水泥浆槽），随后将此经浸渍的粗纱或原丝缠绕到以适当形式旋转的成型模具或者心轴上，同时向该构架上喷射其余的砂浆及短纤维原丝，然后利用压实辊或采用抽吸真空的方法将多余的砂浆和水分除去，即可制成密实度相当好的玻璃纤维无捻粗纱或原丝在水泥和砂浆中通过并被浸渍（有时以散丝的形式通过搅拌好的水泥浆槽），随后将此经浸渍的粗纱或原丝缠绕到以适当形式旋转的成型模具或者心轴上，同时向该构架上喷射其余的砂浆及短纤维原丝，然后利用压实辊或采用抽吸真空的方法将多余的砂浆和水分除去，即可制成密实度相当好的GRCGRC制品。玻璃纤维原丝通常需保持一定的微张力，从而保证原丝在

52、制品中的平直和排列。制品。玻璃纤维原丝通常需保持一定的微张力，从而保证原丝在制品中的平直和排列。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第34页/共72页 手糊工艺手糊工艺 这种工艺也是从玻璃钢工艺中借用而来的，当用这种工艺制造这种工艺也是从玻璃钢工艺中借用而来的，当用这种工艺制造GRCGRC制品时，可采用多种玻璃纤维制品作为增强材料，如无捻粗纱、短切纤维毡或玻纤织物。采用适当的模具或成型面，可成型各种形状和尺寸的制品。由于纤维增强材料很难直接被水泥浆润湿，因此，最好预先使纤维被水泥浆润湿。将经润湿的增强材料铺放在模具内或成型面上，用特制的刷辊糊上余量的水泥糊，并施加压力使之压实并成型适当的形状。

53、有时通过外部振动也能达到压实的目的。超过需要的多余水分可通过抽滤或压力使之脱去。制品时，可采用多种玻璃纤维制品作为增强材料，如无捻粗纱、短切纤维毡或玻纤织物。采用适当的模具或成型面，可成型各种形状和尺寸的制品。由于纤维增强材料很难直接被水泥浆润湿，因此，最好预先使纤维被水泥浆润湿。将经润湿的增强材料铺放在模具内或成型面上，用特制的刷辊糊上余量的水泥糊，并施加压力使之压实并成型适当的形状。有时通过外部振动也能达到压实的目的。超过需要的多余水分可通过抽滤或压力使之脱去。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第35页/共72页 养护养护( (固化固化) ) 通常情况下，通常情况下， 由水凝水泥制成的由

54、水凝水泥制成的GRCGRC制品均需经过精心控制的养护，制品均需经过精心控制的养护， 在任何给定的时间内，水泥的性能反映了其水合的程度，而后者又是由养护工艺所决定。由于在大部分在任何给定的时间内，水泥的性能反映了其水合的程度，而后者又是由养护工艺所决定。由于在大部分GRCGRC制品中，水泥和砂子制品中，水泥和砂子( (以及火山灰以及火山灰) )占固含量的占固含量的9595甚至更多，因此适当的养护非常重要。如果能严格执行正确的养护制度，甚至更多，因此适当的养护非常重要。如果能严格执行正确的养护制度，GRCGRC中的水泥基材将能全部均匀水合，从而保证制品某些特定性能良好的重现性。许多中的水泥基材将能

55、全部均匀水合，从而保证制品某些特定性能良好的重现性。许多GRCGRC制品的厚度均很薄，因而很重要的一点是必须在潮湿的气氛中养护，从而尽可能地减少制品的早期收缩。只有经过适当养护的制品的厚度均很薄，因而很重要的一点是必须在潮湿的气氛中养护，从而尽可能地减少制品的早期收缩。只有经过适当养护的GRCGRC制品才具备足够的强度、刚度和硬度以保证脱模后加工的安全。制品才具备足够的强度、刚度和硬度以保证脱模后加工的安全。 8.4 短纤维增强水泥的制造工艺 第36页/共72页 第37页/共72页 第38页/共72页 纤维水泥的增强机理纤维水泥的增强机理 纤维起加强作用的机理涉及到应力通过界面的剪切或者如果纤

56、维表面变形，通过纤维与基体之间的相互连接，从基体传到纤维。纤维和基体共同承受拉力直到基体裂损，然后总的力都转移到纤维上。这种损坏机理上的变化，使下述各方面的性能得到重大改善：柔韧性、坚固性、抗冲击性、受拉性、抗挠强度、疲劳寿命、抗磨损、收缩性、耐久性和抗气蚀作用纤维起加强作用的机理涉及到应力通过界面的剪切或者如果纤维表面变形，通过纤维与基体之间的相互连接，从基体传到纤维。纤维和基体共同承受拉力直到基体裂损，然后总的力都转移到纤维上。这种损坏机理上的变化，使下述各方面的性能得到重大改善：柔韧性、坚固性、抗冲击性、受拉性、抗挠强度、疲劳寿命、抗磨损、收缩性、耐久性和抗气蚀作用 8.5 纤维水泥的增

57、强机理 第39页/共72页 玻璃纤维增强水泥材料中，玻纤配筋方式绝大多数是乱向短纤维配筋。对于带状、网格布作配筋，一般都配在主应力方向上。关于估计纤维增强水泥材料初裂强度或比例极限的增强机理有两种观点。一种是纤维间距机理，理论依据是纤维的阻裂作用和浅弹性断裂力学，它与纤维的问题有关；另一种是复合材料机理，理论依据是复合材料的混合律，它与纤维的体积率、取向和长径比有关。假定复合材料是均质的、连续的，纤维同水泥基材之间的粘结力相同，根据混合律法则，复合材料的弹性模量玻璃纤维增强水泥材料中，玻纤配筋方式绝大多数是乱向短纤维配筋。对于带状、网格布作配筋，一般都配在主应力方向上。关于估计纤维增强水泥材料

58、初裂强度或比例极限的增强机理有两种观点。一种是纤维间距机理，理论依据是纤维的阻裂作用和浅弹性断裂力学，它与纤维的问题有关；另一种是复合材料机理，理论依据是复合材料的混合律，它与纤维的体积率、取向和长径比有关。假定复合材料是均质的、连续的，纤维同水泥基材之间的粘结力相同，根据混合律法则，复合材料的弹性模量E E。和抗拉力初裂强度。和抗拉力初裂强度crcr分别为：分别为： 8.5 纤维水泥的增强机理 第40页/共72页 EcEm1+Vf(CFn1)， (1) crmu1+Vf(CFn1)， (2) 、 按最有利假定，靠掺入纤维来增大刚度或者增大抗裂应力，这些开裂前的性能不可能得到很大改进。掺入纤维

59、的优点在于基体发生开裂后纤维的承载能力。按最有利假定，靠掺入纤维来增大刚度或者增大抗裂应力，这些开裂前的性能不可能得到很大改进。掺入纤维的优点在于基体发生开裂后纤维的承载能力。 8.5 纤维水泥的增强机理 第41页/共72页 关于纤维的增强机理，现已提出了精密的理论分析，但在这种水泥基复合材料中，基体的破坏应变比纤维小很多，纤维体积很少超过关于纤维的增强机理，现已提出了精密的理论分析，但在这种水泥基复合材料中，基体的破坏应变比纤维小很多，纤维体积很少超过8 8，纤维的分布多半界于二维或乱向三维之间，而且纤维很短，粘结力弱，采用的成型工艺可能引起纤维间的较大磨损，从而使纤维强度受到较大损失。实践

60、中纤维增强基体的效率要比理想应力应变曲线计算过程中的假设差得多，妨碍准确预测复合材料性能的其它因素是那些随时间而变化的参数。这些关键性参数随基体的不断水化而变化，某一时间的精确强度，一般只是推测而巳。尽管如此，为了能预测基体可能改善的，纤维的分布多半界于二维或乱向三维之间，而且纤维很短，粘结力弱，采用的成型工艺可能引起纤维间的较大磨损，从而使纤维强度受到较大损失。实践中纤维增强基体的效率要比理想应力应变曲线计算过程中的假设差得多，妨碍准确预测复合材料性能的其它因素是那些随时间而变化的参数。这些关键性参数随基体的不断水化而变化，某一时间的精确强度，一般只是推测而巳。尽管如此，为了能预测基体可能改