最新《复合材料工艺与设备》_第14章_无机基复合材料(共69张PPT课件).pptx

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1、 课件短纤维增强水泥短纤维增强水泥(shun)基复合材料基复合材料 一、概述一、概述(i sh)(i sh) 短纤维增强水泥基复合材料包括结构材料和非结构材料。结构材料大都用于建筑短纤维增强水泥基复合材料包括结构材料和非结构材料。结构材料大都用于建筑物墙体和构件的承重结构中，非结构材料则主要物墙体和构件的承重结构中，非结构材料则主要(zhyo)用做装饰性材料和非承重功用做装饰性材料和非承重功能性材料。随着人们生活水平的提高和住宅环境的日益改善，人们对住宅的美观及诸能性材料。随着人们生活水平的提高和住宅环境的日益改善，人们对住宅的美观及诸多功能提出了更加苛刻的要求。因此，对非承重功能性材料进行改

2、革将是现代建筑中多功能提出了更加苛刻的要求。因此，对非承重功能性材料进行改革将是现代建筑中墙体材料改革的大势所趋。世界上许多国家在二十世纪二、三十年代已着手墙体材料墙体材料改革的大势所趋。世界上许多国家在二十世纪二、三十年代已着手墙体材料改革，逐步推进墙体材料的环保化，严格限制粘土砖（制品）的生产与使用，大力推改革，逐步推进墙体材料的环保化，严格限制粘土砖（制品）的生产与使用，大力推广各种非粘土类制品及大尺寸的块材与板材。广各种非粘土类制品及大尺寸的块材与板材。第14章 无机基复合材料14.1 概述第一页，共六十九页。 课件 目前，西方发达国家的墙体材料正向纵深方向发展，提倡建筑节能，不断提高

3、新目前，西方发达国家的墙体材料正向纵深方向发展，提倡建筑节能，不断提高新型墙材的生产比例，综合利用工业废渣型墙材的生产比例，综合利用工业废渣(fizh)(fizh)，节能降耗，使产品系列化与配套化。，节能降耗，使产品系列化与配套化。同时不断开发多功能的同时不断开发多功能的“绿色绿色”材料。材料。 我国墙体材料的革新工作虽已进行多年，但传统我国墙体材料的革新工作虽已进行多年，但传统(chuntng)(chuntng)的实心粘土的实心粘土砖在整个墙体材料中所占的的比例仍然很大。由于实心粘土砖保温隔热性能砖在整个墙体材料中所占的的比例仍然很大。由于实心粘土砖保温隔热性能差，生产能耗高，不符合现行建筑

4、设计规范的建筑节能的要求，更为严重的差，生产能耗高，不符合现行建筑设计规范的建筑节能的要求，更为严重的是毁坏耕地的现象十分严重。所以，寻找具有生产能耗低、保温节能的高性是毁坏耕地的现象十分严重。所以，寻找具有生产能耗低、保温节能的高性能新型墙体材料来取代传统能新型墙体材料来取代传统(chuntng)(chuntng)的实心粘土砖，已成为我国墙体材料的实心粘土砖，已成为我国墙体材料改革的大势所趋。改革的大势所趋。第14章 无机(wj)基复合材料14.1 概述第二页，共六十九页。 课件 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

5、市禁止年在沿海城市和土地稀缺的城市禁止(jnzh)(jnzh)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；在其他地区框架结构建筑中也禁止(jnzh)(jnzh)使用实心粘土砖。使用实心粘土砖。到到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。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化的客观要求，

6、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、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、，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。新已成为历史的必然。 第14章 无机(wj)基复合材料14.1 概述(i s

7、h)第三页，共六十九页。 课件二、纤维二、纤维(xinwi)(xinwi)增强水泥的历史增强水泥的历史 纤维增强纤维增强(zngqing)(zngqing)脆性材料的历史，可以追溯到远古时代。当时人们把脆性材料的历史，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(zngqing)(zngqing)复合材料是大约复合材料是大约19001900年出现的石棉

8、水泥板。其后，其他各种纤维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，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。已为人类社会的发展做出了巨大的贡献。 第14章 无机(wj)基复合材料14.2 纤维增强水泥的历史第四页，共六十九页。 课件 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纤维增强水泥基复合材料的基体，通常是普通波特

9、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( (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，芳纶纤维和较如高模量的碳纤维，芳纶纤维和较低模量的聚丙烯纤维等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）。在纤维增强水泥基材料

10、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的一维铺设(p sh)(p sh)，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，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。取得了许多有意义的研究结果。第14章 无机(wj)基复合材料14.2 纤维增强水泥(shun)的历史第五页，共六十九页。 课件表表1 几种纤维几种纤维(xinwi)和水泥基体性能比较和水泥基体性能比较

11、 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

12、.0聚丙烯单丝聚丙烯单丝0.94005818Kevlar-29121.442900694.0尼龙单丝尼龙单丝1002001.1900413.015.0水泥净浆水泥净浆2.02.23610250.010.05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第14章 无机(wj)基复合材料14.2 纤维增强(zngqing)水泥的历史第六页，共六十九页。 课件三、纤维增强三、纤维增强(zngqing)(zngqing)水泥的国内外动态水泥的国内外动态 用于增强水泥基复合材料用于增强水泥基复合材料(f h ci lio)的纤

13、维品种很多，主要有钢纤的纤维品种很多，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。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(cilio)(cilio)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

14、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第14章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态第七页，共六十九页。 课件1 1、钢纤维增强、钢纤维增强(zngqing)(zngqing)水泥基材料水泥基材料 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

15、纤维的消耗量仅次于石棉纤维。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、耐疲劳料的耐磨性、耐疲劳(plo)(plo)性、抗冲击性和冻融性等也有不同程度的改善。钢纤维性、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、以增

16、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。及河流水库、隧道的内衬等。 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态第八页，共六十九页。 课件2 2、石棉纤维、石棉纤维(xinwi)(xinwi)增强水泥基材料增强水泥基材料 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200200万吨。万吨。石棉纤

17、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，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，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许多国家准备逐步禁止(jnzh)(jnzh)使用石棉纤维作为水泥制品的增强纤维，并正在努力寻找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。石棉纤维的替代纤维。 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态第九页，共六十九页

18、。 课件3 3、天然纤维增强、天然纤维增强(zngqing)(zngqing)水泥基材料水泥基材料 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。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

19、统研究天然纤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(pngln)(pngln)。 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

20、泥基材料的增强效果。基材料的增强效果。第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态第十页，共六十九页。 课件 与玻璃纤维相似，在碱性与玻璃纤维相似，在碱性(jin xn)(jin xn)环境中，天然纤维会发生分子降解而失去力学性环境中，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疏水保护剂和或采用低碱性(jin xn)(jin xn)基体的方法，来解决天然纤维增强水泥基材料的基体的方法，来解决天然纤维

21、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(jin xn)(jin xn)，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。，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。 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥(shun)的国内外动态第十一页，共六十九页。 课件4 4、合成纤维、合成纤维(hchngxinwi)(hchngxinwi)增强水泥基材料增强水泥基材料 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迄

22、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纶(wiln)(wiln)( (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( (聚乙烯聚乙烯纤维纤维) )。芳纶。芳纶( (芳族聚酰胺纤维芳族聚酰胺纤维) )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可与石棉纤维的弹性模量相近近) )，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

23、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。由于纤维与水泥基体界面的粘结不断提高所致。第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态第十二页，共六十九页。 课件 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

24、量的高模量维纶。丹麦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公司用改性丙纶替代全部石棉(shmin)(shmin)，并用纤维素纤维作辅助纤维，并用纤维素纤维作辅助纤维在抄取工艺线上制造无石棉在抄取工艺线上制造无石棉(shmin)(shmin)纤维水泥板。纤维水泥板。 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥(shun)的国内外动态第十三页，共六十九页。 课件 为充分发挥聚丙烯纤维对水泥为充分发挥聚丙烯纤维对水泥(shun)(shun)基体的增强作用，英国萨里大学研究成功基体的增强作用，英国萨里

25、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(shun)(shun)基体中，在基体中，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(shun)(shun)板。意大利板。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，产品的商品名称为产纤化聚丙烯薄膜增强水泥板的装备，产品的商品名称为“Netcem”Netcem”。

26、根据。根据1010年年大气暴露的试验结果，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。泥基体中，也得到了较好的试验结果。第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强(zngqing)水泥的国内外动态第十四页，共六十九页。 课件5 5、玻璃纤维、玻璃纤维(b lixinwi)(b lixinwi)增强水泥基材料增强水泥基材料 玻

27、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，

28、虽然性，因此在六十年代，虽然(surn)(surn)玻璃纤维增强水泥基材料的研究已经比较深入系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。 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维

29、增强水泥的国内外动态第十五页，共六十九页。 课件 由于提高抗碱玻璃纤维由于提高抗碱玻璃纤维(b lixinwi)(b lixinwi)的抗碱能力有一定限度，为确保的抗碱能力有一定限度，为确保GRCGRC的长期耐久的长期耐久性，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：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丙烯酸酯乳液；德国海德

30、堡水泥公司使用高炉水泥( (高炉矿渣高炉矿渣(kun zh)(kun zh)粉含量在粉含量在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。第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态第十六页，共六十九页。 课件(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: :例如例如(lr)(lr)中国建筑材料科学研究院开发的硫铝酸中国建筑材料科学研究院开发的硫铝酸盐型低碱度水泥盐型低碱度水泥( (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，日本秩父水泥公司开发的发的CGCCGC水

31、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。根据国内外的经验，为降低国内外的经验，为降低GRCGRC制品的干缩率，应使灰砂比控制在制品的干缩率，应使灰砂比控制在1 1：1111：1.51.5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型玻璃纤维高铝水泥的应力应变曲线如图应变曲线如图1. 1. 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强(zngqing)水泥的国内外动态第十七页，共

32、六十九页。 课件图图1.1.含有不同体积纤维含有不同体积纤维(xinwi)(xinwi)高铝水泥应力应变曲线高铝水泥应力应变曲线 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥(shun)的国内外动态第十八页，共六十九页。 课件我国玻璃纤维增强我国玻璃纤维增强(zngqing)(zngqing)水泥的发展前景水泥的发展前景 (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，

33、一般以水泥砂浆为基体的它是轻质的，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拉强度和高的抗冲击强度使得其能够以较薄的厚度获得(hud)(hud)所需力学性能；作为以所需力学性能；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

34、出各种复杂的造型，用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，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。价格较低，符合我国国情，可大量推广应用。 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态第十九页，共六十九页。 课件(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

35、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，2001201020012010年间，住宅年均建造量将达到年间，住宅年均建造量将达到2.53.O2.53.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的城镇旧房需要逐年改造；农村住房建设每年竣工量为造；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，以及建筑体系。如此宏大的建设规划和建筑市场，以及建筑体系(tx)(tx)的多样化和建筑风格的美观化，为的多样化和建筑风格的美观

36、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。 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维(xinwi)增强水泥的国内外动态第二十页，共六十九页。 课件(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(shun)(sh

37、un)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。国家相比有很大的差距，其主要表现在建筑保温上。 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增

38、强(zngqing)水泥的国内外动态第二十一页，共六十九页。 课件 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，证明可以满足板材经过几年的使用，证明可以满足(mnz)(mnz)这一要求。这一要求。 我国目前有不少厂家

39、生产抗碱玻纤网格布增强水泥膨胀珍珠岩多孔条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。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。第14章

40、无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强(zngqing)水泥的国内外动态第二十二页，共六十九页。 课件6 6、混杂纤维、混杂纤维(xinwi)(xinwi)增强水泥板增强水泥板 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较优异(yuy)(yuy)的性能。例如意大利的性能。例如意大利FibronitFibronit公司在公司在9090年代采取了用纤化聚丙年代采取了用纤化聚丙烯薄

41、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，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，开发了商品名称为开发了商品名称为RetiverRetiver的新型纤维水泥复合材料，其力学行为既优于纤化聚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

42、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。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？ 第14章 无机(wj)基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态第二十三页，共六十九页。 课件四、短纤维增强四、短纤维增强(zngqing)(zngqing)水泥的制造工艺水泥的制造工艺 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

43、并推广出来的推广出来的“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。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成浆料，然后采用一些常规的技术( (如浇铸如浇铸(jiozh)(jiozh)或压力模压或压力模压) )使之成型制品；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品，其它一些在

44、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。 第14章 无机(wj)基复合材料14.4 短纤维增强水泥的制造工艺第二十四页，共六十九页。 课件 1 1、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

45、、砂子和水，有时还加入粉煤灰、火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( (如磺化木质素如磺化木质素) )。为获得适当的工艺过程，有时。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( (如如丙烯酸类树脂丙烯酸类树脂(shzh)(shzh) )。如

46、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。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200200根左右的直径为根左右的直径为1020m1020m的单丝。的单丝。第14章 无机(wj)基复合材料14.4 短纤维增强(zngqing)水泥的制造工艺第二十五页，共六十九页。 课件 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

47、散成单丝的程度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。“软涂软涂覆剂覆剂”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。在在与水混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，它对分散成原丝和单丝的程度是个非常重要

48、的因素，它对GRCGRC制品的强度具有很大的影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。响，而且对生产工艺亦有一定影响。作业：作业：短纤维增强水泥短纤维增强水泥(shun)复合材料的制造工艺有哪些？复合材料的制造工艺有哪些？ 第14章 无机(wj)基复合材料14.4 短纤维增强水泥的制造(zhzo)工艺第二十六页，共六十九页。 课件2 2、喷射、喷射(pnsh)(pnsh)法法 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，然后具表面混合

49、。水泥砂浆需先经粗筛滤去其中的结块料，然后(rnhu)(rnhu)经计量泵喂料至喷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

50、长度，并送入水泥砂浆流中，使之机。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制品中的玻璃纤维含量通常是通常是5 5 ( (重量比重量比) )。 第14章 无机(wj)基复合材料14.4 短纤维增强水泥的制造工艺第二十七页，共六十九页。 课件2 21 1 手工手工(shugng)(shugng)喷射法喷射法 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