水泥基纤维复合材料研究进展 - Open Repository of …东纶科技

  3 @ 3! 聚丙烯纤维水泥 基 复合材料 水泥基材料的 破 坏 形 式 呈 脆 性 破 坏 $ 因 此 纤维的 加 入 能 够 起 到 增 强 增 韧 和 阻 裂 的作用 ) 聚丙烯纤维 是 一 种 高 强 聚丙烯 束 状 单 丝纤维 $ 经特殊的表面处 理 技 术$ 确保了纤维在水泥基材料中具有极佳的分散 性及 与水泥机 体 的 握裹 力 ) 当 聚丙烯 网 状 纤维 投 入 到 水 泥 基 材 料 后 $ 在 水 泥 基 材 料 搅 拌 过 程 中$ 纤维单 丝 间 的 横 向 连 结 经 水泥基材料自 身 的 揉搓 和 摩擦 作 用 而 破 坏 $ 形 成 纤 维 单 丝 或 网 状 结 构 充 分 张 开$ 从而 实 现 数量 众 多 聚丙烯纤维 均 匀 掺入 水泥基材料 中 的 效 果 ) 聚 丙 烯 纤 维 在 水 泥 基 材 料 中 搅 拌 时 分 散 成 丝

  #/ ) 关 于纤维的 阻 裂 机理有 两 种 理 论 $ 料. 它 们从 不 同 角 度 解 释 了 纤维对水泥基材料的 阻 裂 机理 ) 一 是美

  $ 国E 纤维 间 距 理 论 , 根 据 断裂 力 学 来 解 释 纤 维 对 水 泥 基 材 料 裂 缝 的 阻 裂 作 用 ) 他 认 为 6 ; / 1 A 0 )提 出 的 水泥基材料的 强 度 低 的 原 因 在于水泥基材料 内 部 存 在的 原 始 缺陷 $ 因 此提 高 其强 度 必 须 减 少 水泥基材料 中 原 始 缺陷 ) 当 纤维的 间 距 小 于 某 一 值 后 $ 纤维 就 会 填 充 到 这 些 原 始 缺 陷 中 $ 从而使得水泥基材料内部 裂缝 的 数量和 尺 度 将 会 显著 减 少 $ 从 而 使 水泥基 材 料 的 抗 拉 强 度 显 著 提 高 ( 二是英国 复 ? 1 ; C提出的 $ 合材料理 论 , 从 复合材料 构 成的 混 合 原 理 出发 $ 认 为 纤 维 的 加 入 起 到 的 是 强 化 体 系 的 作 用$ 并且利用混 合 原 理 提 出 并 验 证了 纤维水 泥 基 材 料 抗 拉 强 度 与 纤 维 的 掺 入 量 * 方 向* 长 径 比 及 黏 结 力 之 间 存 在 关 系) 虽 然纤维的 加 入 在 一 定 程 度上 起 到 了 减 轻 水泥基 材 料 的 早 期 开 裂 $ 同 时 提 高 材 料 抗 弯 韧 度 等 作 用$ 但在 直接 拉伸 荷 载 作用 下 仍 发生 应 变 软 化 破 坏 $ 开 裂 后 裂缝马 上 进 人 局 部 扩 展 阶 段 $ 如图#所示) 为 了 进 一 步 提 高水泥基材料材料的 韧 性 和 强 度 $ 纤维 掺 量 非常 高的高 性能 纤维 增 强 水泥基材料 开 始 出现$ 它 们 在 直接 拉伸 荷 载 作用 下 可 显 示 出 明 显 的 准 应 变 硬 化 特 性 $ 但由于纤维掺量非常高使得搅拌困 需 特 殊 工艺 才 能 加 工 成 型 $ 并 且 纤维的高 掺 量 也 使 得 材料成 本 成 倍 的 提 高 $ 这 些都 极 大 地 约 束 了 这 类 难$ 高 性能 材料在 工 程 中的应用 和 推 广 ) 为 克 服 水泥基材料的 脆 性 与应 变 软 化 特点 $ 人 们 开 始 借 助 微 观 细 观 力 学 手 段 研究 具 有应 变 硬 化 特 性

  能 量 随 裂纹 延 伸 而增 加 $ 直到 能 量 达 到 临 界 值 而 发生 裂纹 $ 快 速扩 展 和 破 坏 )

  远小于固态所占空间$ 于是形成众多小孔隙$ 并 由 于聚丙烯纤维分 散 的 均 匀 性及 纤维 细 小 且 量 又 多 $ 使得 混 凝 土 内 部 孔 结 构发生了 变 化 $ 孔隙的连通性加强$ 为 混 凝 土 内 部水分的分 解 蒸 发 提 供 了通 道 $ 也就缓解 了 由 于水分 膨胀 所 形 成的分 压 $ 使 内 部 压 力 大大 降 低 $ 从 而 防 止 了 爆裂 的 产 生 )

  烯 制备 纤维水泥基复合 材 料 $ 通 过 对 比 研 究 发 现’ 聚丙烯纤维的加入有效的提高了水泥基材料的抗压 强度) 由 图 !* 随 着 纤维 掺杂 量 的 增 加 $ 纤维水泥基复合材料的抗压强度出现先升高后降低的 $数据可得$

  水泥基材料 具 有 抗拉 强 度 低 * 韧 性 差 和 开 裂 后 裂缝 宽 度 难 以控 制 等 缺 点 $ 因此$ 传统 的 钢筋 水泥基材 料结构$ 由 于 外 部 环 境 的 影响 致使 裂缝 出 现 $ 而裂 缝 的 存 在 使 得 水 泥 基 材 料 内 部 钢 筋 锈 蚀 而 出 现 工 程 事 故 发生 ) 己 有 大 量 的研究 表 明 $ 水泥基材料 结 构 性 能 劣 化 的 快 慢 主 要 取 决 于 水 * 二氧化碳及氯离子等有 害 离 子 向 水泥基材料 内 部 侵 入 的 速 度 $ 而 水泥基材料 裂缝 的 出 现 会 大大 加 快这 些 有 害 介 质 向 水泥基材料 内 部的 侵 入 $ 最 终将 导 致 水泥基材料 结 构 过 早 地 劣 化 甚 至 完 全 丧 失 使 用 功 能 $ 即水泥基材料结构裂缝直 接 影响 着 结 构 的 耐 久 性 和 工 程 的 使 用 寿命 ) 为 克 服 水泥基材料 这 些 缺 点 $ 出 现 了 纤维 掺 量 小 于 !c 的聚 硬化后形 丙烯纤维水泥基材料 和 钢 纤维水泥基材料 ) 纤维 增 强 水泥基复合材料 是 以 水泥与水 发生 水化 * 成的 硬 化水泥 浆 体 作 为 基 体 $ 以不连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材

  抗裂能力提高\ 传 递荷 载 的 能 力 差 $ 但能吸收冲击能量$ 有效减小 裂 隙$ c ) 聚丙烯纤维 虽 然 刚 度 较 低 $ 增 强 介 质 材料 连续 性 $ 减 小 了 冲 击 波 被阻 断 引 起 的 局 部 应 力 集 中 现 象 $ 因而能大大提高水泥基材料抗冲 击 性能 和 韧 性 ) 在水泥基材料中 加 入 聚丙烯纤维 $ 可 以 缓 解 温 度 变 化 而 引 起 的水泥基材料 内 部应 力 的作 用$ 阻止 温 度 裂缝 的 扩 展 ( 同时$ 水泥基材料 抗 渗 能 力 的 提 高 也 有 利 于 其 抗 冻 能 力 的 提 高 )

  本 文 综 述了 聚丙烯纤维 * 钢 纤维 * 聚乙烯醇纤 维* 聚 丙 烯 腈 纤 维 等 掺 杂 水 泥 基 复 合 材 料 的 研 究 现 状) !! 摘要 % 在水泥基材料中 掺杂 纤维 能 够 改 善 水泥基材料的 力 学 性 能 ) 此 外 $ 聚丙烯纤维对水泥基材料的抗高温与抗爆 裂 性能 提 升 最 为明 显 $ 聚丙烯 腈 纤维对水泥基材料 收 缩 的 抑 制 作 用 最 强 $ 钢 纤 维 能 够 提 升 其 抗 冲 击 性 能* 抗拉 性能 $ 聚 乙 烯 醇 纤维 能 够 对 其 早 期 抗 裂 性能 有 所 改 善 ) 掺 杂 复 合 纤 维 较 之 掺 杂 单 一 纤 维 能 够 使 得 水 泥 基 材 料 获得 更 加 全 面 的 性能 表 现 ) 水泥基复合材料 (纤维 (掺杂 (综 合 性能 !! 关键词 %

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