【精品】《复合材料工艺与设备》_第14章_无机基复合材料(可编辑.ppt
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1、复合材料工艺与设备_第14章_无机基复合材料 课件 目目前前,西西方方发发达达国国家家的的墙墙体体材材料料正正向向纵纵深深方方向向发发展展,提提倡倡建建筑筑节节能能,不不断断提提高高新新型型墙墙材材的的生生产产比比例例,综综合合利利用用工工业业废废渣渣,节节能能降降耗耗,使使产产品品系列化与配套化。同时不断开发多功能的系列化与配套化。同时不断开发多功能的“绿色绿色”材料。材料。我我国国墙墙体体材材料料的的革革新新工工作作虽虽已已进进行行多多年年,但但传传统统的的实实心心粘粘土土砖砖在在整整个个墙墙体体材材料料中中所所占占的的的的比比例例仍仍然然很很大大。由由于于实实心心粘粘土土砖砖保保温温隔隔
2、热热性性能能差差,生生产产能能耗耗高高,不不符符合合现现行行建建筑筑设设计计规规范范的的建建筑筑节节能能的的要要求求,更更为为严严重重的的是是毁毁坏坏耕耕地地的的现现象象十十分分严严重重。所所以以,寻寻找找具具有有生生产产能能耗耗低低、保保温温节节能能的的高高性性能能新新型型墙墙体体材材料料来来取取代代传传统统的的实实心心粘粘土土砖砖,已已成成为为我我国国墙墙体体材材料料改改革的大势所趋。革的大势所趋。第14章 无机基复合材料14.1 概述 课件 国国务务院院9999年年7272号号文文件件已已明明确确指指出出:“20012001年年在在沿沿海海城城市市和和土土地地稀稀缺缺的的城城市市禁禁止止
3、使使用用实实心心粘粘土土砖砖;在在其其他他地地区区框框架架结结构构建建筑筑中中也也禁禁止止使使用用实实心心粘粘土土砖砖。到到20032003年年在在全全国国禁禁止止生生产产、使使用用实实心心粘粘土土砖砖。”以以实实现现最最终终淘淘汰汰实实心心粘粘土土砖砖的的目目的的。针针对对上上一一指指示示精精神神,墙墙材材革革新新与与建建筑筑节节能能是是节节约约能能源源、改改善善建建筑筑功功能能、促促进进住住宅宅产产业业化化的的客客观观要要求求,是是当当今今全全球球建建筑筑业业的的共共同同选选择择,是是关关系系实实施施可可持持续续发发展展战战略略的的重重大大问问题题。随随着着限限期期禁禁止止使使用用粘粘土土
4、砖砖的的“禁禁砖砖令令”的的下下达达,鼓鼓励励生生产产使使用用轻轻质质、高高强强、保保温温、隔隔热热、隔隔音音的的新新型型墙墙体体材材料料,以以代代替替“秦秦砖砖汉汉瓦瓦”,推推进进建建筑筑节节能能工工作作的的开开展展,国国家家、省省、市市都都制制定定了了一一系系列列政政策策和和法法规规。现现在在,针针对对实实心心粘粘土土砖砖为为主主要要对对象象的的墙墙体体材料革新已成为历史的必然。材料革新已成为历史的必然。第14章 无机基复合材料14.1 概述 课件二、纤维增强水泥的历史二、纤维增强水泥的历史 纤纤维维增增强强脆脆性性材材料料的的历历史史,可可以以追追溯溯到到远远古古时时代代。当当时时人人们
5、们把把稻稻草草等等植植物物纤纤维维掺掺到到泥泥土土中中,制制备备较较为为坚坚固固耐耐用用的的建建筑筑材材料料,这这一一原原始始的的制制造造工工艺艺,至至今今在在我我国国的的部部分分农农村村仍仍被被采采用用。现现代代最最早早广广为为使使用用的的纤纤维维增增强强复复合合材材料料是是大大约约19001900年年出出现现的的石石棉棉水水泥泥板板。其其后后,其其他他各各种种纤纤维维增增强强材材料料相相继继被被研研究究开开发发出出来来,如如纤纤维维增增强强树树脂脂,纤纤维维增增强强陶陶瓷瓷和和纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料等等这这些些纤纤维维增增强强复复合合材材料料广广泛泛应应用用于于观观代代生生活
6、活的的许许多多领领域域,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 无机基复合材料14.2 纤维增强水泥的历史 课件 纤纤维维增增强强水水泥泥基基复复合合材材料料的的基基体体,通通常常是是普普通通波波特特兰兰水水泥泥,有有时时也也采采用用高高铝铝水水泥泥和和特特种种水水泥泥。而而用用于于增增强强的的纤纤维维,除除最最早早广广为为使使用用的的石石棉棉纤纤维维外外还还有有钢钢纤纤维维,玻玻璃璃纤纤维维,天天然然纤纤维维(如如玉玉米米秸秸、麦麦杆杆秸秸、黄黄麻麻等等),合合成成纤纤维维(如如高高模模量量的的碳碳纤纤维维,芳芳纶纶纤纤维维和和较较低低模模量量的的聚
7、聚丙丙烯烯纤纤维维等等)。这这些些增增强强纤纤维维的的性性能能,增增强强效效果果和和制制造造成成本本差差别别较较大大(见见表表1 1)。在在纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料中中,纤纤维维的的使使用用状状态态和和分分布布是是多多种种多多样样的的:既既可可以以是是长长纤纤维维的的一一维维铺铺设设,也也可可以以是是长长纤纤维维或或者者织织物物的的二二维维分分布布,还还可可以以是是短短纤纤维维的的二二维维或或者者三三维维不不连连续续的的乱乱向向分分布布。因因此此,近近些些年年来来,纤纤维维增增强强水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。泥基复合材料的研究比较活跃,并取得了许多
8、有意义的研究结果。第14章 无机基复合材料14.2 纤维增强水泥的历史 课件1 1、钢纤维增强水泥基材料、钢纤维增强水泥基材料 钢钢纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料是是纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料理理论论研研究究最最早早的的一一种种。与与其其它它增增强强纤纤维维相相比比钢钢纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料研研究究得得最最广广泛泛最最深深入入。目目前前,钢钢纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料在在工工程程建建设设中中应应用用最最广广,钢钢纤纤维维的的消消耗耗量量仅仅次次于于石棉纤维。石棉纤维。钢钢纤纤维维加加入入到到水水泥泥基基材材料料中中后后,改改变变了了材材料料的的破破坏坏方
9、方式式,提提高高了了材材料料的的强强度度(包包括括热热压压强强度度、抗抗拉拉强强度度和和抗抗弯弯强强度度,特特别别是是大大幅幅度度提提高高了了材材料料的的韧韧性性。另另外外,复复合合材材料料的的耐耐磨磨性性、耐耐疲疲劳劳性性、抗抗冲冲击击性性和和冻冻融融性性等等也也有有不不同同程程度度的的改改善善。钢钢纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料的的用用途途广广泛泛,主主要要应应用用于于公路、飞机跑道、工厂地板、堤坝桥墩、以及河流水库、隧道的内衬等。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。第14章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件2 2、石棉纤维增强水泥基
10、材料、石棉纤维增强水泥基材料 石石棉棉纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料是是现现代代最最早早应应用用的的纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料,也也是是用用量量最最大大的的纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料,目目前前,每每年年用用于于增增强强水水泥泥材材料料的的石石棉棉纤纤维维大大约约为为200200万万吨吨。石石棉棉纤纤维维来来源源丰丰富富价价格格低低廉廉,具具有有很很高高的的强强度度和和模模量量,且且纤纤维维与与水水泥泥基基体体相相互互作作用用良良好好,因因此此是是一一种种理理想想的的水水泥泥制制品品增增强强纤纤维维。但但是是,近近年年来来的的研研究究发发现现石石棉棉纤纤维维对对人人身身
11、危危害害很很大大,许许多多国国家家准准备备逐逐步步禁禁止止使使用用石石棉棉纤纤维维作作为为水水泥泥制制品品的的增增强强纤纤维维,并并正正在在努努力力寻找石棉纤维的替代纤维。寻找石棉纤维的替代纤维。第14章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件3 3、天然纤维增强水泥基材料、天然纤维增强水泥基材料 天天然然纤纤维维是是自自然然界界中中最最大大品品种种的的纤纤维维,取取之之不不尽尽,用用之之不不竭竭。天天然然纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料的的研研究究与与开开发发,具具有有重重要要的的意意义义和和广广阔阔的的前前景景。用用于于增增强强水水泥泥基基材材料料的的天天然然纤纤维维很
12、很多多,目目前前主主要要有有棉棉杆杆秸秸、玉玉米米秸秸、黄黄麻麻、亚麻、剑麻、椰子壳、甘蔗渣、木纤维等。亚麻、剑麻、椰子壳、甘蔗渣、木纤维等。近近几几年年来来出出于于环环境境污污染染和和制制造造成成本本的的考考虑虑,许许多多科科学学家家开开始始系系统统研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。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。天天然然纤纤维维加加入入到到水水泥泥基基材材料料中中后后,复复合合材材料料的的强强度度和和韧韧性性都都有有明明显显的的提提高高,提提高高的的程程度度取取决决于于纤纤维维的的用用量量和和纤纤维维的的长长度度,纤纤维维用用量
13、量和和纤纤维维长长度度均均有有一一最最佳佳值值。过过多多的的纤纤维维用用量量和和过过长长的的纤纤维维长长度度,都都会会降降低低天天然然纤维增强水泥基材料的增强效果。纤维增强水泥基材料的增强效果。第14章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件 与与玻玻璃璃纤纤维维相相似似,在在碱碱性性环环境境中中,天天然然纤纤维维会会发发生生分分子子降降解解而而失失去去力力学学性性能能。因因此此,其其增增强强水水泥泥基基材材料料同同样样存存在在一一个个长长久久使使用用性性问问题题。某某些些科科学学家家采采用用天天然然纤纤维维涂涂覆覆疏疏水水保保护护剂剂和和或或采采用用低低碱碱性性基基体体的的方
14、方法法,来来解解决决天天然然纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料的的耐耐久久性性问问题题效效果果显显著著,但但最最终终结结果果仍仍不不甚甚令令人人满满意意。因因此此,如如何何提提高高天天然然纤纤维维的的耐耐碱碱性性,提提高高天天然然纤纤维维增增强强水泥基材料的耐久性将是未来研究的重要领域。水泥基材料的耐久性将是未来研究的重要领域。第14章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件4 4、合成纤维增强水泥基材料、合成纤维增强水泥基材料 迄迄今今为为止止,在在国国际际上上已已被被用用以以替替代代石石棉棉制制造造纤纤维维水水泥泥板板的的合合成成纤纤维维主主要要有有维维纶纶(聚聚乙乙烯烯
15、醇醇纤纤维维)、脂脂纶纶(聚聚丙丙烯烯脂脂纤纤维维)、丙丙纶纶(聚聚丙丙烯烯纤纤维维)与与乙乙纶纶(聚聚乙乙烯烯纤纤维维)。芳芳纶纶(芳芳族族聚聚酰酰胺胺纤纤维维)虽虽具具有有较较高高的的弹弹性性模模量量(可可与与石石棉棉纤纤维维的的弹弹性性模模量量相相近近),但但由由于于此此种种纤纤维维的的价价格格太太高高,尚尚难难为为纤纤维维水泥工业所采用。水泥工业所采用。根根据据我我国国与与国国外外对对用用维维纶纶制制造造的的无无石石棉棉纤纤维维水水泥泥板板的的耐耐久久性性的的研研究究结结果果,认认为为此此种种制制品品即即使使暴暴露露于于大大气气中中仍仍具具有有较较高高的的强强度度,但但其其韧韧性性随随
16、时时间间而而有有所所下下降降。这这主主要要是是由由于于纤纤维维与与水水泥泥基基体体界界面面的的粘粘结结不不断断提提高高所所致。致。第14章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件 目目前前除除我我国国外外,英英国国、德德国国、瑞瑞士士、比比利利时时、意意大大利利等等国国均均在在抄抄取取工工艺艺线线上上用用维维纶纶生生产产无无石石棉棉纤纤维维水水泥泥板板。国国外外有有的的用用改改性性维维纶纶或或改改性性脂脂纶纶替替代代适适量量的的高高模模量量维维纶纶。丹丹麦麦EternitEternit公公司司用用改改性性丙丙纶纶替替代代全全部部石石棉棉,并用纤维素纤维作辅助纤维在抄取工艺线上制
17、造无石棉纤维水泥板。并用纤维素纤维作辅助纤维在抄取工艺线上制造无石棉纤维水泥板。第14章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件 为为充充分分发发挥挥聚聚丙丙烯烯纤纤维维对对水水泥泥基基体体的的增增强强作作用用,英英国国萨萨里里大大学学研研究究成成功功用用经经高高倍倍拉拉伸伸制制得得的的纤纤化化聚聚丙丙烯烯薄薄膜膜以以较较高高的的体体积积率率掺掺加加于于水水泥泥基基体体中中,在在实实验验室室内内制制成成抗抗拉拉强强度度与与变变形形能能力力均均较较高高的的薄薄壁壁纤纤维维水水泥泥板板。意意大大利利FibronitFibronit公公司司根根据据英英国国此此项项技技术术的的专专利利
18、进进行行了了商商业业性性开开发发,设设计计并并制制作作了了专专门门生生产产纤纤化化聚聚丙丙烯烯薄薄膜膜增增强强水水泥泥板板的的装装备备,产产品品的的商商品品名名称称为为“Netcem”Netcem”。根根据据1010年年大大气气暴暴露露的的试试验验结结果果,NetcemNetcem波波板板的的耐耐久久性性是是令令人人满满意意的的,但但尚尚需需积积累累更更长长期期的的试试验验资资料料。英英、美美等等国国还还研研究究了了将将编编织织聚聚丙丙烯烯纤纤维维网网格格布布以以较较高高的的体体积积率率掺掺加加于于水水泥泥基基体体中中,也也得得到到了了较较好好的试验结果。的试验结果。第14章 无机基复合材料1
19、4.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件5 5、玻璃纤维增强水泥基材料、玻璃纤维增强水泥基材料 玻玻璃璃纤纤维维具具有有很很高高的的强强度度和和模模量量,并并且且来来源源丰丰富富制制造造成成本本较较低低,是是复复合合材材料料增增强强纤纤维维的的主主要要品品种种之之一一。最最早早进进行行玻玻璃璃纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料研研究究的的,当当属属前前苏苏联联科科学学家家BiryukovichBiryukovich等等人人,我我国国科科学学家家在在19581958年年后后也也曾参与了早期研究工作。曾参与了早期研究工作。普普通通玻玻璃璃纤纤维维的的耐耐碱碱性性较较差差,在在水水泥泥基基体体这这样
20、样的的碱碱性性环环境境中中极极易易失失去去其其强强度度和和刚刚性性,因因此此在在六六十十年年代代,虽虽然然玻玻璃璃纤纤维维增增强强水水泥泥基基材材料料的的研研究究已已经经比比较较深深入入系系统统,但但其其制制品品一一直直未未被被推推广广应应用用;直直到到七七十十年年代代初初期期,英英国国建建筑筑研研究究院院向向普普通通玻玻璃璃纤纤维维中中加加入入二二氧氧化化锆锆,研研制制成成功功了了耐耐碱碱玻玻璃璃纤纤维维后后,玻玻璃璃纤纤维维增增强强水水泥泥制制品品才才由由英英国国的的Pilkington Pilkington BrothersBrothers公公司司大大量生产推广应用。量生产推广应用。第1
21、4章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件 由由于于提提高高抗抗碱碱玻玻璃璃纤纤维维的的抗抗碱碱能能力力有有一一定定限限度度,为为确确保保GRCGRC的的长长期期耐耐久久性性,应应尽尽量量降降低低水水泥泥基基体体的的碱碱度度。迄迄今今为为止止,国国际际上上采采取取的的技技术术路路线线基本上有下列两条:基本上有下列两条:(1)(1)对对普普通通水水泥泥改改性性:例例如如法法国国圣圣哥哥班班公公司司在在普普通通波波特特兰兰水水泥泥中中同同时时掺掺加加偏偏高高岭岭土土与与丙丙烯烯酸酸酯酯乳乳液液;德德国国海海德德堡堡水水泥泥公公司司使使用用高高炉炉水水泥泥(高高炉炉矿矿渣渣粉粉含量
22、在含量在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 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件(2)(2)使使用用专专门门制制造造的的低低碱碱度度水水泥泥:例例如如中中国国建建筑筑材材料料科科学学研研究究院院开开发发的的硫硫铝铝酸酸盐盐型型低低碱碱度度水水泥泥(由由无无水水硫硫铝铝酸酸钙钙、石石灰灰石石、无无水水石石膏膏组组成成),日日本本秩秩父父水水泥泥公公司司开开发发的的CGCCGC水水泥泥(由由无无水水硫硫铝铝酸酸钙钙、C C2 2S S含含量量高高的的波波特特兰兰水水泥泥、矿矿渣渣与与石石膏膏组组成成)。根根据据国国内内外外的的经
23、经验验,为为降降低低GRCGRC制制品品的的干干缩缩率率,应应使使灰灰砂砂比比控控制制在在1 1:1111:1.51.5之之间间。BiryukovichBiryukovich测测定定了了单单向向抗抗拉拉的的基基本本性性能,他得到的能,他得到的E E型玻璃纤维高铝水泥的应力应变曲线如图型玻璃纤维高铝水泥的应力应变曲线如图1.1.第14章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件图图1.1.含有不同体积纤维高铝水泥应力应变曲线含有不同体积纤维高铝水泥应力应变曲线 第14章 无机基复合材料14.3 纤维增强水泥的国内外动态 课件我国玻璃纤维增强水泥的发展前景我国玻璃纤维增强水泥的发展前
24、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 玻玻璃璃纤纤维维增增强强水水泥泥作作为为一一种种新新型型的的无无机机复复合合材材料料具具有有许许多多独独特特的的优优点点,首首先先它它是是轻轻质质的的,一一般般以以水水泥泥砂砂浆浆为为基基体体的的GRCGRC材材料料有有低低的的干干容容重重,比比普普通通混混凝凝土土约约低低2020;在在抗抗弯弯破破坏坏强强度度相相当当的的条条件件下下,GRCGRC的的容容重重可可减减低低5050;GRCGRC高高的的抗抗弯弯强强度度、抗抗拉拉强强度度和和高高的的抗抗冲冲击击强强度度使使
25、得得其其能能够够以以较较薄薄的的厚厚度度获获得得所所需需力力学学性性能能;作作为为以以水水泥泥为为胶胶凝凝材材料料的的复复合合材材料料,它它不不仅仅不不怕怕潮潮湿湿而而且且防防火火;它它的的工工艺艺性性能能好好,可可任任意意模模造造出出各各种种复复杂杂的的造造型型,用用GRCGRC材材料料不不仅仅可可制制造造出出应应用用于于各各个个领领域域的的建建筑筑制制品品、景景观观制制品品,还还可可用用于于制制造造仿仿古古艺艺术术品品;它它的的可可加加工工性性能能好好,可可任任意意锯锯、钉钉、磨磨、钻钻,便便于于安安装装施施工工;其价格较低,符合我国国情,可大量推广应用。其价格较低,符合我国国情,可大量推
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