水泥基復(fù)合材料講稿

水泥基復(fù)合材料

（1）CementBasedComposites緒論1、課程內(nèi)涵2、水泥基復(fù)合材料發(fā)展歷史3、學(xué)習(xí)要求和學(xué)習(xí)方法4、定義與分類5、新型水泥基材料開發(fā)途徑1、課程內(nèi)涵（1）問題：實(shí)際問題；科學(xué)問題；（2）思路；（3）研究方法；（4）理論。圖1-1中國山西雙林寺一大殿外墻的風(fēng)化抹灰料纖維對高強(qiáng)混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響[1][1]高丹盈，張煌欽，混凝土拉伸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，工業(yè)建筑，1992/12,pp.21-25（b）圖高強(qiáng)素混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線OOO纖維對高強(qiáng)混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響[1]纖維對水泥基材料斷裂能的影響[2][2]王福敏1,楊世聰1,龔斌，柔性纖維混凝土(砂漿)斷裂能試驗(yàn)研究，公路交通技術(shù)，2008年12月，第6期，pp.27-30纖維對混凝土收縮性能的影響[3][3]孫偉，錢紅萍，陳惠蘇，纖維混雜及其與膨脹劑復(fù)合對水泥基材料的物理性能的影響，硅酸鹽學(xué)報(bào)，2000（2）：95-99φt為纖維體積分?jǐn)?shù)[2]孫偉，錢紅萍,陳惠蘇，纖維混雜及其與膨脹劑復(fù)合對水泥基材料的物理性能的影響，硅酸鹽學(xué)報(bào)，2000（2）：95-99纖維對混凝土收縮性能的影響[3]纖維對混凝土收縮性能的影響[3][3]孫偉，錢紅萍,陳惠蘇，纖維混雜及其與膨脹劑復(fù)合對水泥基材料的物理性能的影響，硅酸鹽學(xué)報(bào)，2000（2）：95-99φt為纖維體積分?jǐn)?shù)文獻(xiàn)[4]：胡曙光,周宇飛,王發(fā)洲,彭波，高吸水性樹脂顆粒對混凝土自收縮與強(qiáng)度的影響，華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版)，第25卷第1期，2008年3月，pp.1-5高吸水性樹脂顆粒對混凝土自收縮與強(qiáng)度的影響[4]圖2是引入水量固定時(shí),SAP摻量對低水膠比混凝土各齡期自收縮的影響規(guī)律。在低水膠比混凝土中引入預(yù)吸水SAP,可有效抑制混凝土齡期的自收縮,且在7d齡期之前,其效果隨SAP摻量增大有顯著改善,由于SAP摻入混凝土后繼續(xù)吸水腫脹,摻有SAP的試樣在早期還產(chǎn)生了微膨脹。[5]歐進(jìn)萍，匡亞川，內(nèi)置膠囊混凝土的裂縫自愈合行為分析和試驗(yàn)，固體力學(xué)學(xué)報(bào)，第25卷第2期，2004年9月，pp.320-324纖維膠液管鋼筋混凝土梁裂縫自愈合行為的影響[5][6]王春陽，力電效應(yīng)機(jī)敏碳纖維混凝土梁模型，平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào)，第15卷第4期2006年7月，pp.4-6

碳纖維對混凝土力電效應(yīng)的影響[6]碳纖維對混凝土力電效應(yīng)的影響[7][7]陸見廣，徐志洪，夏正兵，朱海琴，吳志紅，彈性范圍內(nèi)碳纖維混凝土梁在循環(huán)荷載下的力電效應(yīng)研究，商品混凝土，2009年第5期，pp.44-47纖維對水泥基材料耐久性的影響[8][8]陳尚江，冉啟東，董淑慧，纖維混凝土的耐久性研究，低溫建筑技術(shù)，2009年第3期，pp.17-19纖維對水泥基材料耐久性的影響[8]纖維對水泥基材料耐久性的影響[8]聚合物摻入對混凝土性能的影響[9]聚合物乳液為丁苯乳液(簡稱SB)及羧基丁苯乳液(簡稱SD),乳液中固體成份含量約45%。[9]梁乃興，李祝龍，聚合物乳液改性水泥混凝土，西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，第18卷第3(B)期，1998年7月，pp.159-163聚合物摻入對混凝土性能的影響[9]Rw——抗彎強(qiáng)度；Rc——抗壓強(qiáng)度。聚合物摻入對混凝土性能的影響[9]聚合物摻入對混凝土性能的影響[9]聚合物摻入對混凝土性能的影響[9]聚合物摻入對混凝土性能的影響[9]一般選用脂肪酸類的有機(jī)物做相變材料。綜合考慮性能、施工和造價(jià)等因素,文中選用月桂酸(C12H24O2)作為相變材料,摻量為水泥質(zhì)量3%。將相變材料與水泥、砂、石一起攪拌,施工工藝同普通混凝土。摻入相變儲(chǔ)能材料對混凝土性能的影響[10][10]李勝波，鄧安仲，沈小東，相變儲(chǔ)能材料控制大體積混凝土裂縫技術(shù)研究，山西建筑，第33卷第6期，2007年2月，pp.164-165硬化水泥漿體碳化前后納米壓痕數(shù)值[11]Fig.3.Summaryof(a)the1-year-oldslagcementpasteand(b)OPCpaste(W/C=0.45)nano-indentationtestresults.NC:non-carbonated,CAR:carbonated.[11]

O?uzhan?opuro?lu,ErikSchlangen,Modelingoffrostsaltscaling,CementandConcreteResearch38(2008)27–39硬化水泥漿體碳化前后的形貌[11]Fig.4.Photomicrographsof1-year-oldhigh-slagandOPCpastesinnon-carbonatedandcarbonatedconditions(W/C=0.45).多壁碳納米管增強(qiáng)的水泥凈漿的

彈性模量和SEM照片[12]Fig.16Probabilityplotoftheelasticmodulusofcementpaste(w/c=0.5)reinforcedwith0.08%shortMWCNTs(left)andSEMimageofMWCNTsincementpaste(right)[12]MARIASKG,METAXAZS,SHAPSP.Multi-scalemechanicalandfracturecharacteristicsandearly-agestraincapacityofhighperformancecarbonnaotube/cementnanocomposites[J].CementandConcreteComposites,2010,32:110–115.石子顆粒和水泥漿體的界面過渡區(qū)周圍60×60um的納米壓痕點(diǎn)陣[13]Fig.1460×60umimageofaweakITZbetweenpasteandgravelshowinglocationsofindents(left)andYoung’smodulusinGPa(middle)andITZregionarea(right)[13]MONDALP,SHAHSP,MARKSLD.Nanoscalecharacterizationofcementitiousmaterials[J].ACIMaterialsJournal,2008,105(2):174–179采用Nanoindentation研究碳化反應(yīng)的納米力學(xué)性能的演化[14]碳化前的彈性模量和硬度值分布情況碳化后的彈性模量和硬度值分布情況研究結(jié)果表明：

碳化反應(yīng)前，未水化水泥顆粒的尺寸約為15~30um，水化產(chǎn)物以未水化水泥顆粒為中心向周圍擴(kuò)散生長，彈性模量隨距離增大而減小。碳化反應(yīng)后，未水化水泥顆粒個(gè)數(shù)和尺寸都減小了*。

[14]HanJD,PanGH,SunW,

etal.Applicationofnanoindentationtoinvestigationchemomechanicalpropertieschangeofcementpasteinthecarbonationreaction.ScienceChinaTechnologyScience,2012,5(3):616-622.

XCT技術(shù)分析碳化前后缺陷分布[15]a:NCAR.b:CAR.c:CrackafterCAR.a:NCAR.b:CAR.c:CrackafterCAR.a:NCAR.b:CAR.c:CrackafterCAR.Fig.2X-YaxiscrosssectionareaandcrackdistributionofY-Zaxiscrosssectionaftercarbonation[15]JiandeHan1,a,GanghuaPan1,b,WeiSun1c,,CaihuiWang1,dandHuiRong1，X-raycomputedtomographystudiesof3Dmeso-defectvolumedistributionchangesofcementpasteduetocarbonation，（Submited）XCT技術(shù)分析碳化前后缺陷分布[15]a:NCAR.b:CAR.Fig.4Meso-defectdistributionof3Dvolumebeforeandaftercarbonation3days

XCT技術(shù)表征碳化前沿的演化規(guī)律----水泥凈漿[17]0day7days14days28days[17]HanJD,SunW,PanGH,

etal.MonitoringtheevolutionofAcceleratedcarbonationofhardenedcementpastesbyX-raycomputedtomography

.JournalofMaterialsinCivilEngineering,2012,7.1通過XCT原位追蹤考察了水泥基材料不同碳化時(shí)間0,3,7,14,28天的演化規(guī)律----水泥凈漿[17]28days14days7days3days0dayTheuncarbonatedpeaks(lowgrayvalues,700~750)decreaseandthecarbonatedpeaks(highgrayvalues,800~900)increaseovertime.《環(huán)境友好現(xiàn)代混凝土的基礎(chǔ)研究》項(xiàng)目簡介《環(huán)境友好現(xiàn)代混凝土的基礎(chǔ)研究》項(xiàng)目簡介《環(huán)境友好現(xiàn)代混凝土的基礎(chǔ)研究》項(xiàng)目簡介《環(huán)境友好現(xiàn)代混凝土的基礎(chǔ)研究》項(xiàng)目簡介《環(huán)境友好現(xiàn)代混凝土的基礎(chǔ)研究》項(xiàng)目簡介1、課程內(nèi)涵（1）問題：實(shí)際問題；科學(xué)問題；（2）思路（如1+1≠2等）（3）研究方法（如開裂程度的表征，自修復(fù)程度的表征，壓電機(jī)敏性的表征，納米壓痕方法、XCT方法等等）。（4）理論（復(fù)合材料理論、力學(xué)理論、分形理論等等）。2、水泥基復(fù)合材料發(fā)展歷史（1）斷裂力學(xué)（Griffiththeoretical,1920）（2）纖維間距理論（Romualdi,1963年）；（3）復(fù)合材料理論（Krenchel,1964年）；（4）界面理論（1970-1980）；（5）細(xì)觀力學(xué)理論（1990年）；（6）耐久性理論（1990-今，包括傳輸理論、多尺度模擬方法、損傷理論等等）。2、水泥基復(fù)合材料發(fā)展歷史BChorseHair1900asbestosfibers1920Griffith,theoreticalvs.apparentstrength

1950Compositematerials

1960FRC1970Newinitiativeforasbestoscementreplacement2、水泥基復(fù)合材料發(fā)展歷史1970SFRC,GFRC,PPFRC,Shotcrete1980syntheticfibrereinforcedconcrete，(合成纖維增強(qiáng)混凝土，縮寫為SNFRC)。所用合成纖維主要有聚丙烯或尼龍等。美國Tankard發(fā)明的高強(qiáng)度、高韌性的注漿纖維增強(qiáng)混凝土(slurryinfiltratedfibreconcrete，縮寫為SIFCON)，適用于若干有特殊要求的工程中。2、水泥基復(fù)合材料發(fā)展歷史1990micromechanics,hybridsystems,woodbasedfibersystemsmanufacturingtechniques,secondaryreinforcement,HSCductilityissues,shrinkagecrackcontrol.2000+Structuralapplications,Codeintegration,Newproducts.2、水泥基復(fù)合材料發(fā)展歷史

1964年，丹麥Krenchel的博士論文《纖維增強(qiáng)材》(《FibreReinforcement》)首次應(yīng)用復(fù)合材料理論探討了纖維增強(qiáng)無機(jī)膠凝材料的機(jī)理。

2、水泥基復(fù)合材料發(fā)展歷史1967年，英國建筑科學(xué)研究院(BRE)的Majumdar試制成含鋯的抗堿玻璃纖維并繼而研制了抗堿玻璃纖維增強(qiáng)波特蘭水泥砂漿，1971年起英國開始生產(chǎn)牌號(hào)為Cem-FIL的抗堿玻璃纖維與玻璃纖維增強(qiáng)水泥(glassfibrereinforcedcement，縮寫為GRC或GFRC)，美、日等國也相繼進(jìn)行了GRC的小批量生產(chǎn)。2、水泥基復(fù)合材料發(fā)展歷史已故的中國工程院資深院士吳中偉教授生前曾在其《纖維增強(qiáng)－水泥基材料的未來》一文中指出：“從材料發(fā)展史來看，早期使用泥結(jié)卵石、草筋泥、火山灰石灰、各種三合土，以至近代的水泥基復(fù)合材料，說明復(fù)合化是材料發(fā)展的主要途徑之一……2、水泥基復(fù)合材料發(fā)展歷史復(fù)合化的技術(shù)思路(哲學(xué))為超疊加效應(yīng)，對材料的高性能化有重要意義，可用公式表示：1+2≥3，不論在性能疊加與經(jīng)濟(jì)效益疊加上均可舉出例子，材料工作者要盡量運(yùn)用這一‘哲學(xué)’思想來創(chuàng)新”。“纖維增強(qiáng)在復(fù)合化中占突出地位，在(多種)高強(qiáng)水泥基材料中對增加韌性、抗沖擊性等起著關(guān)鍵作用”。3、學(xué)習(xí)要求和學(xué)習(xí)方法3.1教學(xué)內(nèi)容：常用水泥基復(fù)合材料的原料、制備、組成、結(jié)構(gòu)、性能。重點(diǎn)是水泥基材料改性、使用壽命預(yù)測、相關(guān)的科學(xué)問題、研究方法和理論。3.2學(xué)習(xí)要求：掌握基本概念、基本理論和方法，具有水泥基復(fù)合材料設(shè)計(jì)、制備知識(shí)、性能測試、開發(fā)新材料、材料改性和預(yù)測服役壽命的基礎(chǔ)。3、學(xué)習(xí)要求和學(xué)習(xí)方法3.1學(xué)習(xí)內(nèi)容

本課程將圍繞開發(fā)新材料、材料改性、使用材料中的問題（修復(fù)和壽命預(yù)測）和相應(yīng)的科學(xué)問題組織教學(xué)內(nèi)容。一、緒論（內(nèi)涵、歷史、學(xué)習(xí)要求）（講授）二、理論基礎(chǔ)（講授）復(fù)合材料理論：協(xié)同效應(yīng)，混合效應(yīng)，復(fù)合效應(yīng)，界面效應(yīng)（理論）斷裂力學(xué)損傷力學(xué)傳輸理論多孔介質(zhì)力學(xué)相似理論3、學(xué)習(xí)要求和學(xué)習(xí)方法三、纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的力學(xué)行為（講授）增強(qiáng)增韌的表征試驗(yàn)方法四、各