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文档简介
1、 概述 16.1 玻璃纤维加强水泥(GRC) 16.1.1 GRC的消费工艺 16.1.2 GF加强硅酸盐水泥复合资料的根本性能 16.2 钢纤维加强混凝土胶凝资料胶凝资料有机胶凝资料有机胶凝资料无机胶凝资料无机胶凝资料在一定条件下,经过本在一定条件下,经过本身的一系列物理、化学身的一系列物理、化学作用后,能将散粒或块作用后,能将散粒或块状资料粘结成为具有一状资料粘结成为具有一定强度的整体的资料。定强度的整体的资料。以天然或人工合以天然或人工合成高分子化合物成高分子化合物为根本组成为根本组成沥青、树脂、橡胶沥青、树脂、橡胶 当其与水或水溶液拌合后当其与水或水溶液拌合后所构成的浆体,经过一系所构
2、成的浆体,经过一系列的物理、化学作用后可列的物理、化学作用后可以逐渐硬化并构成具有一以逐渐硬化并构成具有一定强度的人造石。定强度的人造石。水泥、石灰、石膏、镁质胶凝资料等水泥、石灰、石膏、镁质胶凝资料等无机胶凝资料无机胶凝资料气硬性气硬性水硬性水硬性既能在空气中硬化,既能在空气中硬化,又能更好的在水中硬又能更好的在水中硬化,坚持并继续开展化,坚持并继续开展其强度。其强度。水泥水泥只能在空气中凝结硬只能在空气中凝结硬化,并坚持和开展强化,并坚持和开展强度的胶凝资料。度的胶凝资料。石灰、石膏、镁质胶凝资料等石灰、石膏、镁质胶凝资料等无机胶凝资料特点无机胶凝资料特点 (1) (1) 原料丰富,能就地
3、取材,消费本钱低;原料丰富,能就地取材,消费本钱低;(2) (2) 耐久性好,顺应性强,可用于水中、海洋及炎耐久性好,顺应性强,可用于水中、海洋及炎热、冰冷的环境;热、冰冷的环境;(3) (3) 耐火性好;耐火性好;(4) (4) 维修任务量小,折旧费用低;维修任务量小,折旧费用低;无机胶凝资料运用无机胶凝资料运用 工业与民用建筑、水工建筑和城市建立,轨枕、工业与民用建筑、水工建筑和城市建立,轨枕、电杆、坑木、压力管、水泥船以及海洋开发的各种电杆、坑木、压力管、水泥船以及海洋开发的各种构造物、国防工程等。构造物、国防工程等。玻璃纤维加强水泥玻璃纤维加强水泥 钢纤维加强混凝土钢纤维加强混凝土 纤
4、维加强石膏纤维加强石膏 固有的脆性破坏固有的脆性破坏 抗拉强度小,制品及构件容易产生应力开抗拉强度小,制品及构件容易产生应力开裂。在大型建筑施工和受力构件的运用尤裂。在大型建筑施工和受力构件的运用尤为明显。为明显。 石膏制品的抗拉强度仅为抗压强度的石膏制品的抗拉强度仅为抗压强度的1/41/5 水泥及混凝土的抗拉强度仅为抗压强度的水泥及混凝土的抗拉强度仅为抗压强度的1/101/20 基体基体 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 主要成分:主要成分: 硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO2,简写为,简写为C3S,含量,含量37%60%) 硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO2,简写为,简写为C2S,含量,含量1
5、5%37%) 铝酸钙铝酸钙C3A),含量,含量7%15% 铁相固溶体铁相固溶体C4AFC2F,主要是铁铝酸四,主要是铁铝酸四钙,含量钙,含量1018%)硅酸盐水泥的水化、硬化硅酸盐水泥的水化、硬化 2(3CaO SiO2) 6H2O3CaO 2SiO2 3H2O +3Ca(OH)2+C3S2H3CaOH2O2C2SH4+2(2CaO SiO2) 4H2O3CaO 2SiO2 3H2O +Ca(OH)2+C3S2H3CaOH2O2C2SH4+3CaO Al2O3 6H2O3CaO Al2O3 6H2O +4CaO Al2O3 Fe2O3 +7H2O3CaO Al2O3 6H2O +CaO Fe2
6、O3 H2O (1) (1) (2) (2) (3) (3) (4) (4) (5) (5) 3CaO Al2O3 6H2O +3(CaSO4 2H2O)+19H2O3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O 采用火山灰质资料采用火山灰质资料(如粉煤灰如粉煤灰)或细砂替代部分水泥或细砂替代部分水泥用量:用量:(1) 大大提高了基体的体积稳定性;大大提高了基体的体积稳定性;(2) 减少了减少了GF的碱性侵蚀,提高了的碱性侵蚀,提高了GF的加强效果的加强效果和复合资料的根本性能和复合资料的根本性能:由于砂或粉煤灰可以吸收由于砂或粉煤灰可以吸收硅酸盐水泥水化释放出来的硅酸盐水泥水化释放出来的Ca
7、(OH)2,生成水化,生成水化硅酸钙;硅酸钙;(3) 降低本钱。降低本钱。GF种类种类A-玻璃:高碱纤维,碱金属氧化物含量较高玻璃:高碱纤维,碱金属氧化物含量较高E-玻璃:无碱玻璃纤维;玻璃:无碱玻璃纤维; 氧化锆玻璃:具有较好的抗碱性腐蚀才干氧化锆玻璃:具有较好的抗碱性腐蚀才干成分成分E-玻璃质量玻璃质量%A-玻璃质量玻璃质量%SiO255.271.8Al2O314.81.0B2O37.3MgO3.33.8CaO18.78.8Na2O0.313.6K2O0.20.6Fe2O30.30.5F20.3玻璃纤维是一种铝硼硅酸盐玻璃玻璃纤维是一种铝硼硅酸盐玻璃 A含高碱性,耐化学品,价廉。含高碱性,
8、耐化学品,价廉。GF加强水泥复合资料与水泥相比具有的特点:加强水泥复合资料与水泥相比具有的特点:(1) 能消费薄板,在未硬化时可弯曲及模制;能消费薄板,在未硬化时可弯曲及模制;(2)外形复杂的制品能用喷涂法消费或将预拌资料外形复杂的制品能用喷涂法消费或将预拌资料压制、注塑或挤出成型来制得;压制、注塑或挤出成型来制得;(3)初期具有较高的抗挠强度及抗冲强度,便于制初期具有较高的抗挠强度及抗冲强度,便于制品或构件的制造及在非承重形状下的运输及安装;品或构件的制造及在非承重形状下的运输及安装;(4)耐火性能好。耐火性能好。 GF掺量:水泥基体质量的掺量:水泥基体质量的5%左右左右(3%6%)在水泥基
9、体中,在水泥基体中,GF的主要功能是止裂作用,即的主要功能是止裂作用,即抑制水泥基体在拉应力和冲击载荷下的开裂,复抑制水泥基体在拉应力和冲击载荷下的开裂,复合资料的强度和模量合资料的强度和模量(除抗拉强度外除抗拉强度外)主要由水泥主要由水泥基体提供;较高的纤维掺量将会给纤维水泥的预基体提供;较高的纤维掺量将会给纤维水泥的预拌和捣实带来困难。拌和捣实带来困难。16.1.1 GRC的消费工艺的消费工艺1. 重力成型法重力成型法 将将GF加强的预拌料在开口模或双边模中进展浇灌成型加强的预拌料在开口模或双边模中进展浇灌成型特点:能得到断面很薄的制品特点:能得到断面很薄的制品2. 压制成型法压制成型法
10、预拌料在模板内加压成型,以提高产品的致密度和外表光预拌料在模板内加压成型,以提高产品的致密度和外表光洁度。主要用以消费外形简单且外表装饰性好的薄板制品。洁度。主要用以消费外形简单且外表装饰性好的薄板制品。3. 注模成型法注模成型法 将含有增稠剂及将含有增稠剂及5%GF的预拌料用泵注入密闭模内的成型的预拌料用泵注入密闭模内的成型方法。方法。4. 挤压成型挤压成型5. 喷涂法喷涂法 把延续粗纱引送到由空气紧缩机操作的喷枪,将粗纱切成把延续粗纱引送到由空气紧缩机操作的喷枪,将粗纱切成10mm50mm长,并同时与水泥浆高速喷至有滤板的成型外表。长,并同时与水泥浆高速喷至有滤板的成型外表。多余的水靠真空
11、吸走。多余的水靠真空吸走。6. 缠绕法缠绕法 延续的延续的GF无捻纱在水泥槽内用水泥浆浸渍,按预定的角度无捻纱在水泥槽内用水泥浆浸渍,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。上,然后用辊压机碾压,并靠抽吸除去多余的水泥浆及水。7. 层压法层压法 将经过浸渍的延续无捻纱、玻璃纤维毡或延续纤维织物,将经过浸渍的延续无捻纱、玻璃纤维毡或延续纤维织物,放入窗框模子或其他类似的模具中,然后靠碾动或加压来促使放入窗框模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浸透作
12、用。水泥浆的浸透作用。各种不同纤维长度的玻璃纤维水泥在各种不同纤维长度的玻璃纤维水泥在28d时的抗拉强度与纤时的抗拉强度与纤维体积率关系曲线。维体积率关系曲线。(a)储存于空气中;储存于空气中;(b)储存于水中储存于水中16.1.2 GF加强硅酸盐水泥复合资料的根本性能加强硅酸盐水泥复合资料的根本性能(1)强度强度纤维的加强作用:抗拉强度、抗弯强度、抗冲击强度、断纤维的加强作用:抗拉强度、抗弯强度、抗冲击强度、断裂韧性均有不同程度的改良。裂韧性均有不同程度的改良。各种不同纤维长度的玻璃纤维水泥在各种不同纤维长度的玻璃纤维水泥在28d时的断裂模量与纤时的断裂模量与纤维体积率关系曲线。维体积率关系
13、曲线。(a)储存于空气中;储存于空气中;(b)储存于水中储存于水中 GRC存在一个纤维含量极限值,在比例极限范存在一个纤维含量极限值,在比例极限范围内的应力随围内的应力随Vf增大而增大,当到达这一极限含量,增大而增大,当到达这一极限含量,GRC的强度或模量将不随纤维含量的添加而添加,的强度或模量将不随纤维含量的添加而添加,甚至出现明显下降。甚至出现明显下降。 缘由:在掺入大量加强纤维时,需求提高拌合缘由:在掺入大量加强纤维时,需求提高拌合水的参与量,资料孔隙率增大,导致了资料的强度水的参与量,资料孔隙率增大,导致了资料的强度或模量降低。或模量降低。2. 杨氏模量杨氏模量 水泥基体中掺入少量纤维
14、,复合资料刚度有所水泥基体中掺入少量纤维,复合资料刚度有所提高,但提高有限。提高,但提高有限。 储存条件对资料的杨氏模量有较大的影响,养储存条件对资料的杨氏模量有较大的影响,养护在水中的护在水中的GRC具有较高的刚度;随龄期的增长,具有较高的刚度;随龄期的增长,各类各类GRC的杨氏模量均有不同程度的降低。的杨氏模量均有不同程度的降低。3. 耐久性耐久性 耐久性:长龄气的硬化复合资料在坚持其原始机械强度性能耐久性:长龄气的硬化复合资料在坚持其原始机械强度性能方面所到达的程度。方面所到达的程度。GRC的各项强度及模量均会随时间而降低。的各项强度及模量均会随时间而降低。E型玻璃纤维及耐碱玻璃纤维高铝
15、水泥的抗冲击强度随时间的变化型玻璃纤维及耐碱玻璃纤维高铝水泥的抗冲击强度随时间的变化1耐碱玻璃纤维耐碱玻璃纤维+高铝水泥;高铝水泥;2E-型玻璃纤维型玻璃纤维+高铝水泥高铝水泥碱性介质对碱性介质对GF的侵蚀是的侵蚀是呵斥呵斥GRC强度下降的重强度下降的重要缘由,因此,要缘由,因此,GRC的的耐久性很大程度上取决耐久性很大程度上取决于于GF的耐碱性。的耐碱性。提高提高GF耐碱性的措施:耐碱性的措施:(1) 研制耐碱玻璃纤维;研制耐碱玻璃纤维;(2)将玻璃纤维进展高分子涂层;将玻璃纤维进展高分子涂层;(3)采用低碱水泥采用低碱水泥 纤维加强混凝土简称纤维混凝土。是由水泥混凝纤维加强混凝土简称纤维混
16、凝土。是由水泥混凝土为基材与不延续而分散的纤维为加强资料所组成的土为基材与不延续而分散的纤维为加强资料所组成的一种复合资料。常作为加强资料的纤维有钢纤维、玻一种复合资料。常作为加强资料的纤维有钢纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维等。璃纤维、合成纤维和天然纤维等。 纤维均匀分布在各个方向上,能接受各方面的应纤维均匀分布在各个方向上,能接受各方面的应力,妨碍裂纹的开展,从而大大提高了混凝土的韧性、力,妨碍裂纹的开展,从而大大提高了混凝土的韧性、抗裂性、抗冲击性。抗裂性、抗冲击性。 在各类纤维混凝土中,钢纤维对抑制混凝土裂纹在各类纤维混凝土中,钢纤维对抑制混凝土裂纹的构成和扩展,提高混凝土的抗拉及抗
17、弯强度,添加的构成和扩展,提高混凝土的抗拉及抗弯强度,添加韧性,效果最好。韧性,效果最好。 钢纤维混凝土用钢纤维,主要是采用碳钢加工制成钢纤维混凝土用钢纤维,主要是采用碳钢加工制成的纤维,对长期处于受潮条件的混凝土,亦有采用的纤维,对长期处于受潮条件的混凝土,亦有采用不锈钢加工制成的纤维。不锈钢加工制成的纤维。 钢纤维的尺寸主要由强化效果和施工难易性决议。钢纤维的尺寸主要由强化效果和施工难易性决议。钢纤维太粗或太短,其强化效果较差;如过长或过钢纤维太粗或太短,其强化效果较差;如过长或过细,施工时不易拌和、易结团。为了添加钢纤维和细,施工时不易拌和、易结团。为了添加钢纤维和混凝土之间的粘结力,可
18、用添加纤维外表积的方法,混凝土之间的粘结力,可用添加纤维外表积的方法,将其加工为异形纤维,如波形、哑铃形、端部带弯将其加工为异形纤维,如波形、哑铃形、端部带弯钩等外形。钩等外形。 钢纤维的几何特征,通常用长径比表示,即纤维的钢纤维的几何特征,通常用长径比表示,即纤维的长度与截面当量直径之比。普通纤维的长径比约在长度与截面当量直径之比。普通纤维的长径比约在30150的范围内。钢纤维普通直径为的范围内。钢纤维普通直径为0.250.75mm,长度约为长度约为2060mm。 钢纤维对混凝土的最大奉献是它的止裂作用:钢纤维对混凝土的最大奉献是它的止裂作用:(1) 在挠曲载荷作用下,提高了资料构成可见裂在挠曲载荷作用下,提高了资料构成可见裂痕时的承载才干;痕时的承载才干;(2) 抑制混凝土的收缩开裂或限制公路面层开裂;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;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裂。防止冲击载荷作用下的开裂。 钢纤维的掺量以纤维体积率表示。当钢纤维的外形和尺寸
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