纤维增强水泥基复合材料
纤维增强水泥基复合材料应用技术规程
纤维增强水泥基复合材料应用技术规程一、前言纤维增强水泥基复合材料是近年来发展起来的一种新型材料，其具有较好的机械性能、耐久性能和抗裂性能等优点，广泛应用于建筑、桥梁、隧道、地下工程等领域。
为了规范纤维增强水泥基复合材料的应用，提高其应用效果和安全性，本文将从材料的选择、配合比的设计、施工工艺等方面进行详细阐述。
二、材料选择1.水泥水泥是纤维增强水泥基复合材料的基础材料，其品种应根据工程的具体要求选择。
一般来说，普通硅酸盐水泥或硬磨石水泥都可以作为纤维增强水泥基复合材料的水泥基料。
2.纤维纤维是纤维增强水泥基复合材料中的增强材料，其种类繁多，应根据工程要求和使用环境选择。
常用的纤维有玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等。
3.骨料骨料是纤维增强水泥基复合材料中的骨架材料，其品种也应根据工程要求选择。
一般来说，常规的碎石、碎砖等都可以作为骨料，但要注意骨料的品质和粒径。
4.掺合料掺合料是纤维增强水泥基复合材料中的辅助材料，其种类也很多。
常用的掺合料有矿渣粉、石灰石粉、煤灰等。
三、配合比设计1.水泥用量水泥用量应根据工程要求和强度等级来确定。
一般来说，水泥用量在400kg/m³左右比较合适。
2.纤维用量纤维用量应根据工程要求和纤维种类来确定。
在大多数情况下，纤维用量在1.5%~2.5%之间比较合适。
3.骨料用量骨料用量应根据工程要求和骨料种类来确定。
在大多数情况下，骨料用量在1000kg/m³左右比较合适。
4.掺合料用量掺合料用量应根据工程要求和掺合料种类来确定。
在大多数情况下，掺合料用量在20%~30%之间比较合适。
四、施工工艺1.基层处理在进行纤维增强水泥基复合材料的施工前，必须对基层进行处理。
基层处理应包括清理、打磨、喷水等步骤，以保证基层的平整度和粗糙度。
2.混合料的配制混合料的配制应在专门的搅拌机中进行，严格按照配合比进行配制。
在配制过程中，应注意控制搅拌时间和搅拌速度，以确保混合料的均匀性和稳定性。
ECC混凝土（纤维水泥基复合材料）介绍
ECC混凝⼟（纤维⽔泥基复合材料）介绍什么是ECC？⼯程⽤⽔泥基增强复合材料（Engineered Cementitious Composite），简称为ECC，它是纤维增强⽔泥基复合材料，具有⾼延展性和严格的裂缝宽度控制。
为何选择ECC？传统的混凝⼟⼏乎是不可弯曲的，具有⾼度脆性和刚性，应变能⼒仅0.1％，ECC的应变⼒超过3％，因此更像是韧性⾦属，⽽不像脆性玻璃。
ECC的组成可弯曲混凝⼟由传统混凝⼟的所有成分减去粗⾻料组成，并掺⼊聚⼄烯醇纤维。
它含有⽔泥，沙⼦，⽔，纤维和外加剂。
聚⼄烯醇纤维覆盖着涂层，可防⽌纤维破裂，因此ECC⽐普通混凝⼟变形性能更强。
⼯作机制每当载荷增加超过其极限值时，PVA纤维与混凝⼟在⽔化过程中形成的强分⼦键可防⽌其开裂。
ECC的不同组分共同抵御载荷。
ECC混凝⼟的优点具有像⾦属⼀样弯曲的能⼒，⽐传统混凝⼟更坚固，更耐⽤，持续时间更长；它具有⾃我修复的特性，可以通过使⽤⼆氧化碳和⾬⽔来⾃我治愈；约⽐普通混凝⼟轻20-40％。
ECC混凝⼟的缺点与传统混凝⼟相⽐，施⼯成本较⾼。
它需要熟练的劳动⼒来建造它。
它需要⼀些特殊类型的材料，在某些地区很难找到。
其质量取决于所⽤材料及其制造条件。
其抗压强度⼩于传统混凝⼟。
ECC的应⽤范围：抗震建筑：采⽤柔性混凝⼟制成的结构可承受更⼤的拉应⼒，不会因地震引起的振动⽽破坏。
在⽇本⼤阪，60层楼⾼的北滨⼤楼，就在建筑核⼼⽤了⼯程胶结复合材料，⽤于抗震。
桥⾯伸缩缝：桥⾯的伸缩缝经常堵塞。
ECC随着温度波动移动⽽实际扩展和收缩。
它消除了热胀冷缩相关的许多常见问桥⾯伸缩缝：题，例如连接处堵塞和裂缝，这导致⽔和除冰盐渗⼊联结处并腐蚀钢筋。
混凝⼟帆布：混凝⼟帆布也可以⽤柔性混凝⼟制成。
混凝⼟帆布⽐普通帆布更坚固耐⽤。
它可以⽤在军事领域。
第4章 纤维增强水泥基复合材料
1966年英国公布了Majumday抗碱玻璃纤维专利，才使玻璃纤 维增强水泥制品进入了一个新的发展时期。 1983年，中国建筑材料研究院在国家科委、国家经委和国家 建材局支持下，研究了含锆抗碱玻璃纤维和低碱水泥，并取得了成 功，其强度半衰期为100年，其耐久性处于国际领先地位。
4.3.2 玻璃纤维增强水泥基复合材料的原材料
4.2 纤维增强水泥复合材料分类：
1. 钢纤维增强水泥基复合材料。包括钢纤维混凝土、钢丝网增强 水泥复合材料。 2. 无机纤维增强水泥基复合材料。玻璃纤维、碳纤维增强水泥基 复合材料。 3. 有机纤维增强水泥基复合材料。天然纤维（木纤维、竹丝）和 人工合成纤维（尼龙纤维、芳纶纤维）增强水泥基复合材料。
钢纤维增强水泥基复合材料
钢纤维增强水泥基复合材料分类： A. 钢纤维增强水泥混凝土复合材料（钢纤维混凝土） B. 钢丝网增强水泥砂浆复合材料（钢丝网水泥）
20世纪50年代研究开发的钢丝网水泥板和钢丝网水 泥船
（1）钢纤维混凝土的定义
坍落度的测试方法：用一个上口 100mm、 下口200mm、高300mm喇叭状的塌落度桶， 灌入混凝土后捣实，然后拔起桶，混凝土 因自重产生塌落现象，用桶高 (300mm) 减 去塌落后混凝土最高点的高度，称为塌落 度。如果差值为10mm，则塌落度为10。
极限抗弯强度 初裂抗弯强度 初裂强度 冲击疲劳强度 抗渗等级
5.5MPa 4.88MPa 8.85N.m 5.96/cm2 P4
9.18-13.75MPa 7-8Mpa 23-53N.m 53.3-91/m2 P6-P12
（%） 54-100 4.4-28.2 67-520 43-100 160-500 8-15 倍 0.5 ~ 2.5 倍
碳纤维增强水泥基复合材料的制备
碳纤维增强水泥基复合材料的制备碳纤维增强水泥基复合材料（CFRP）是一种高强度、高刚度、耐久性好的新型材料，被广泛地应用于建筑、道路、桥梁等工程领域。
本文将对CFRP的制备过程进行介绍。
I. 碳纤维的制备碳纤维是CFRP的主要材料之一。
根据需要，碳纤维可以采用不同的制备方法，如化学气相沉积法、炭化毛毡法等。
其中，化学气相沉积法是目前应用最广泛的制备碳纤维的方法之一。
该方法以石油焦为原料，在高温下进行气相反应，使得碳化物沉积在钨丝或其他适合的表面上，形成了碳纤维。
II. 水泥基材料的制备水泥基材料是CFRP的另一个主要组成部分。
在制备水泥基材料时，需要确定其成分及配比，以保证其性能符合要求。
常用的水泥基材料有Portland水泥、硬化剂、矿物掺合料、增韧剂等。
其中，Portland水泥是一种常用的水泥基材料，具有硬化迅速、强度高、抗渗透等优点。
III. CFRP的制备CFRP制备的基本流程如下：先将碳纤维与水泥基材料进行混合，并加入适量的钢材、木材或其他增强材料，将其混合均匀后，将其加压至所需形状和尺寸，然后进行加热和固化。
加热和固化是CFRP制备的关键步骤之一。
加热和固化的目的是使CFRP材料在一定的压力下得到充分的硬化，从而达到理想的强度和刚度。
IV. CFRP的性能CFRP具有很好的强度和刚度，是一种具有高性能的新型复合材料。
CFRP具有以下特点：1. 高强度和高刚度：CFRP的强度和刚度比钢材高出很多。
2. 耐久性好：由于碳纤维具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，CFRP具有很好的耐久性。
3. 轻质：CFRP具有低密度，重量轻。
4. 断裂韧性好：CFRP具有良好的断裂韧性，具有抗震能力。
V. 应用前景CFRP具有广阔的应用前景，目前已应用于许多工程领域。
例如，CFRP可以制成桥梁、隧道、建筑物等大型工程建筑材料，也可以应用于汽车制造、铁路、电力、环保等领域。
随着技术的不断进步和发展，CFRP的应用前景将会更加广泛。
高延性纤维增强水泥基复合材料的微观力学设计、性能及发展趋势共3篇
高延性纤维增强水泥基复合材料的微观力学设计、性能及发展趋势共3篇高延性纤维增强水泥基复合材料的微观力学设计、性能及发展趋势1高延性纤维增强水泥基复合材料是一种新型的建筑材料，具有很好的耐久性和机械性能，可以应用于广泛的领域，如道路、桥梁、建筑和水利工程等。
本文将从微观力学设计、性能和发展趋势三个方面探讨该复合材料的最新研究进展。
一、微观力学设计高延性纤维增强水泥基复合材料的性能与微观结构密切相关。
为了设计出高性能的材料，需要对其微观结构进行优化。
最近几年，研究者在这方面取得了很多进展。
他们运用多种方法，如有限元分析、半解析法和多尺度方法等，对该复合材料的微观结构进行了建模和分析。
他们发现，纤维的排布和分布、纤维的形状和尺寸以及水泥基材料的组成和结构等因素都会对复合材料的性能产生重要影响。
一个恰当设计的微观结构可以提高该复合材料的强度、韧性和耐久性等性能。
二、性能高延性纤维增强水泥基复合材料具有众多优良性能，体现在以下几个方面。
1.高强度：该复合材料的强度远高于普通混凝土，具有较好的承载能力，适用于桥梁、隧道等大型工程。
2.高延性：该复合材料的延性比普通混凝土更好，能够抵御灾害因素的冲击，增加工程的安全性。
3.优异的耐久性：该复合材料中纤维的存在，能够有效提高其抗裂性和耐久性，使其在复杂环境中更为稳固。
4.良好的耐磨性：由于该复合材料内部含有高强度纤维，能够有效提高其强度，使其在耐久性上更胜一筹。
5.优秀的耐久性：该复合材料能够抵御较强的冲击力，避免出现应力等问题，长久维持良好的表现。
三、发展趋势随着科技的不断进步，高延性纤维增强水泥基复合材料还有很大的发展空间。
研究人员需要从以下几个方面进行深入研究。
1.探究微观结构优化：通过优化微观结构，进一步提高该复合材料的性能。
2.强度与韧性的平衡：进一步平衡复合材料的强度与韧性，使其适用于各种场所。
3.新型纤维材料的运用：运用新型纤维材料，如碳纤维等，进一步提高复合材料的机械性能。
纤维增强水泥基材料
能力以及抗冲击性能等与韧性有关的性能。
湖南工学院材化系
按其长度可分为非连续的短纤维和连续的长纤维。 目前用于配制纤维水泥基材料的纤维主要增强材料 是短纤维，使用较普遍的有钢纤维、玻璃纤维、聚
丙烯纤维和碳纤维。
湖南工学院材化系
4. 纤维选用原则
不论哪种纤维，作为水泥基复合材料的增强材料，其 必须遵循以下基本原则： （1）纤维的强度和弹性模量都要高于基体。 （2）纤维与基体之间要有一定的黏结强度，两者之间 的结合要保证基体所受的应力能通过界面传递给 纤维。 （3）纤维与基体的热膨胀系数比较接近，以保证两者 之间的黏结强度不会在热胀冷缩过程中被消弱。
湖南工学院材化系
碳纤维在水泥基材料中的应用：
邓家才等用压缩韧性指数衡量了碳纤维对水 泥基复合材料韧性的增强作用，发现碳纤维 水泥基复合材料的压缩韧性指数明显大于基 准水泥基复合材料（增加59%~110%），并 且随着碳纤维掺量的增加，变形能力和承载
能力增强。
湖南工学院材化系
近几年来，一些研究者利用碳纤维水泥基材料与 金属接触具有较低的电阻及良好的电磁屏效应的特 点，拟通过研究将碳纤维增强水泥基材料开发成某
水泥基复合材料的研究与发展
朱莉云
湖南工学院材化系
主要内容
复合材料 水泥基复合材料 水泥基复合材料的分类
定义
纤维的作用
纤维的分类
1.纤维增强水泥基复合材料
纤维的选用原则 纤维增强水泥基复合材料的主要研究方向 影响纤维增强效果的因素 纤维增强水泥基复合材料的成型工艺 纤维增强水泥基复合材料的应用
（1）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(高炉矿渣粉含量在70％以上)并同时掺加偏 高岭土或其它材料。
纤维水泥复合材料
纤维水泥复合材料
纤维水泥复合材料是一种由水泥、纤维和其他添加剂混合而成的新型建筑材料。
它具有优良的耐久性、抗拉强度和耐磨性，因此在建筑领域得到了广泛的应用。
本文将从材料特性、制备工艺和应用领域等方面对纤维水泥复合材料进行介绍。
首先，纤维水泥复合材料具有高强度和耐久性。
它采用纤维增强技术，使得材
料具有较高的抗拉强度和抗压强度，能够有效地抵抗外部力的作用，延长材料的使用寿命。
同时，纤维水泥复合材料还具有优异的耐磨性，能够在恶劣环境下长期使用而不受损坏。
其次，纤维水泥复合材料的制备工艺相对简单。
它采用水泥、纤维和添加剂等
原材料进行混合，通过挤压、模压或喷射等工艺形成成型，然后经过充分固化和养护，最终形成坚固耐用的建筑材料。
制备工艺简单可控，适用于工厂化生产，能够满足不同规格和形状的需求。
此外，纤维水泥复合材料在建筑领域有着广泛的应用。
它可以用于墙体、地面、屋顶等建筑构件的制作，也可以用于室内装饰、家具制作等领域。
由于其优良的性能和多样的形状，纤维水泥复合材料被广泛应用于高层建筑、地铁隧道、桥梁等工程中，为建筑行业的发展提供了重要支持。
总的来说，纤维水泥复合材料具有优良的性能和广泛的应用前景，是建筑领域
中一种非常有潜力的新型材料。
随着科技的不断进步和工艺的不断完善，相信纤维水泥复合材料将在未来得到更广泛的应用，并为建筑行业带来更多的发展机遇。
纤维增强水泥基复合材料
纤维增强型水泥基复合材料一、纤维增强型水泥基复合材料的概述纤维增强型水泥基复合材料是以水泥与水发生水化、硬化后形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料。
普通混凝土是脆性材料，在受荷载之前内部已有大量微观裂缝，在不断增加的外力作用下，这些微裂缝会逐渐扩展，并最终形成宏观裂缝，导致材料破坏。
加入适量的纤维之后，纤维对微裂缝的扩展起阻止和抑制作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。
二、纤维增强型水泥基复合材料的力学性能在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。
• 2.1 抗拉强度•在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材料的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。
•• 2.2 抗裂性在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。
• 2.3 抗渗性纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。
另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。
2.4 抗冲击及抗变形性能在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基体中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。
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纤维增强型水泥基复合材料
一、纤维增强型水泥基复合材料的概述
纤维增强型水泥基复合材料是以水泥与水发生水化、硬化后形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料。
普通混凝土是脆性材料，在受荷载之前内部已有大量微观裂缝，在不断增加的外力作用下，这些微裂缝会逐渐扩展，并最终形成宏观裂缝，导致材料破坏。
加入适量的纤维之后，纤维对微裂缝的扩展起阻止和抑制作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。
二、纤维增强型水泥基复合材料的力学性能
在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。
• 2.1 抗拉强度
•在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材料的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。
•
• 2.2 抗裂性
在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；
在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。
• 2.3 抗渗性
纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。
另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。
2.4 抗冲击及抗变形性能
在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基体中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。
2.5 抗冻性
纤维可以缓解温度变化而引起的水泥基复合材料内部应力的作用，从而防止水泥固化过程中微裂纹的形成和扩散，提高材料的抗冻性；同时，水泥基复合材料抗渗能力的提高也有利于其抗冻能力的提高。
•纤维的纤维掺量对混凝土强度的影响很大
•合成纤维可有效地控制由混凝土内应力产生的裂缝，使混凝土早期收缩裂缝减少50～90%，显著提高混凝土的抗渗性和耐久性，使混凝
土内钢筋锈蚀时间推迟2.5倍。
除抗裂外，合成纤维还能提高混凝土的粘
聚性和抗碎裂性。
•以聚丙烯合成纤维为例
•掺入聚丙烯合成纤维后，混凝土的性能将发生变化，当纤维含量适当时，混凝土抗压强度、抗弯强度等均有不同程度的提高。
纤维掺量对混凝土强
度的影响见下表。
三、几种主要增强型水泥基复合材料的应用现状
目前，常用于增强水泥基复合材料的纤维，主要包括钢纤维、碳纤维、玻璃纤维，聚乙烯醇纤维等。
3.1 钢纤维增强水泥基复合材料
钢纤维是发展最早的一种增强用水泥基复合材料纤维。
早在1910 年美国Porter 就提出了把钢纤维均匀地撒入混凝土中以强化材料的设想，随后俄国学者伏·波·涅克拉索夫首先提出了钢纤维增强混凝土的概念。
1963 年美国学者发表了一系列研究成果，从理论上阐述了钢纤维对水泥基复合材料的增强机理。
我国对钢纤维的应用研究相对于其它几种纤维也比较早。
目前，钢纤维水泥基复合材料因其具有高抗拉强度和弹性模量而得到广泛应用，但其价格较贵、且在基体中不易于分散。
3.2 碳纤维增强水泥基复合材料
碳纤维是20 世纪60 年代开发研制的一种高性能纤维，具有超高的抗拉强度和弹性模量、化学性质稳定、与水泥基复合材料粘结良好等优点。
与钢纤维相比较，碳纤维具有胜过钢材的刚度和强度的优良性能，碳纤维体积掺量为3%的水泥基复合材料与基准水泥基复合材料相比，弹性模量增加 2 倍，拉伸强度增加5 倍。
碳纤维的主要缺点是价格昂贵，最近几年开发的沥青基短碳纤维已使它们的价格大为下降，但是与其它纤维比较，其价格仍然高得多，限制了其应用。
3.3 玻璃纤维增强水泥基复合材料
玻璃纤维因其具有抗拉强度高、弹性模量高的特点，被广泛用于铺设水泥基复合材料路面等方面，在20 世纪70 年代，玻璃纤维在混凝土中的应用就已实现了工业化，但关于玻璃纤维混凝土的物理性能方面开展的研究较少，这是因为玻璃纤维水泥基复合材料在新拌水泥基复合材料中不易乱向分散且易受损伤，从而降低了材料强度，同时也存在污染环境的问题。
气中一段时间后，其强度和韧性会有大幅度下降。
纤维水泥基复合材料会由早期的高强度、高韧性向普通水泥基复合材料退化，长期使用时会使得水泥基复合材料强度下降。
目前，玻璃纤维水泥基复合材料多应用于结构加固等方面。
3.4 PVA纤维增强水泥基复合材料
PVA纤维是指聚乙烯醇纤维,也称之为维纶。
以PVA为主要原料,运用新型纺丝工业开发制成的高强高弹模PVA纤维和水溶性PVA纤维,通常称为新型PVA纤维。
现阶段研究的PVA纤维不只增加强度,而且对混凝土还具有粘接性,使得耐震性和耐冲击性提高,混凝土的断裂和片状剥落现象这些弱点也难以发生。
而且,具有防止水向混凝土内的浸入性质,防止混凝土中性化,对防止钢筋的腐蚀也有很大效果。