土木工程复合材料及检测技术-水泥基复合材料发展概况

土木工程复合材料及检测技术第一章 水泥基复合材料发展概况 人类使用建筑复合材料的历史可以追溯到很远的年代，大约在公元前5000年时，人类就开始在粘土中掺加一定量的稻草建筑土墙；在考古工作中科学家也发现了桐油石灰、糯料石灰三合土；在距今几百上千年的古代庙宇和神殿中发现在粘土、石灰中加入淀粉、动物胶等天然聚合物DateFree template from 人类使用和制造材料已有几千年的历史，然而发展成一门科学只是近几十年的事。近半个世纪以来，人们学会用金属、无机非金属和有机高分子材料通过一定的工艺方法来制造性能 优异的复合材料，这类材料在性能上可以保留原有组分的优点，克服本身固有的一些缺陷，显示出新的综合性能。复合材料：是由两个或两个以上独立的物相，包含粘结材料（基体）和有机高分子材料、颗粒、纤维或片状材料（增强体）以微观或宏观形式所组成的固体材料，并且具有与其组成物质不同的性能。 组成：基体：粘结材料 增强体：有机高分子材料、颗粒、纤维、片状材料 性能：由基体、增强体、它们之间的界面状态决定。 DateFree template from 材料复合技术问世以来，在无机-金属基、无机-树脂基复合材料的应用上取得了较大发展，近年来又在金属-陶瓷基复合材料的研究上取得了重大突破，但是以水泥、混凝土为基体的复合材料研究仍处于相对落后的状态。DateFree template from 水泥混凝土、钢材、高分子材料的性能比较项目水泥混凝土钢材高分子材料抗压强度/MPa10502351600105400抗弯（折）强度/MPa36约50060150抗拉强度/MPa1.273.11400190046200折（弯）压比0.24 ?0.232.130.251.10弹性模量/GPa22381902100.102.00韧性性能差优良优良泊松比0.200.250.300.300.50密度/kg.m-3普通19002500约78009001500重混凝土2600轻混凝土1900热膨胀系数/(10-6-1)约10101572150导热系数/w/(m.K)约348520.080.50体电阻率/(.cm)1081015101510161018断裂能/(J.m-2)1101601051066001500传音损耗因子tan0.030.050.0020.100.251/81/10DateFree template from 材料优点缺点水泥混凝土具有一定强度和耐久性，强度在一定范围内可以设计和控制，成型加工简单方便，价格低廉。抗拉强度低，抗冲击强度低，自重大，体积不稳定。钢材抗拉、抗弯、抗剪强度都很高，塑性好、品质均匀、性能可靠。易腐蚀，耐久性差。高分子材料高弹性、低弹性模量、高绝缘性、低导热性、高膨胀性刚性差、耐热性差、易老化。DateFree template from 新型水泥基复合材料的特征与概念 MDF水泥（macrodefect free cement） -将某些聚合物按一定的比例加入到水泥与水的系统中进行混合，随后通过高效剪切搅拌而获得一种塑性的、粘稠的混合物，将这种混合物通过挤压或者其他成型技术制成的制品。 MDF水泥除了力学性能大幅改善外，在电学、磁学、声学、低温使用性能上都有广阔的开发前景。水泥弹簧宏观无缺陷水泥DateFree template from MDF水泥的工程性质项目性能指标抗压强度/MPa300抗弯强度/MPa150200弹性模量/GPa50无凹口摆锤式冲击(kj.m-2)3临界应力强度因子/(/MPa.m1/2)3泊松比0.2密度/(kg.m-3)2500孔隙率1%渗透性（氧气）/(ms-1)10-16热膨胀/(m/mk)9.7体积电阻率/(.cm)1091011传音损耗因子tan0.1DateFree template from MDF水泥材料问世以来，有关其优异性能和高强机理的研究，有很多不同的观点。孔隙率减少和孔径的减小，材料抗折强度得以提高宏观缺陷的差异聚合物与水泥间存在化学反应的论点 当材料中孔隙率下降到一定值，进一步提高成型压力、减少孔隙率，材料的力学性能不受影响；而在相同孔隙率下，掺不同种类的聚合物，所得材料的力学性能大不一样。 水泥和聚合物的抗折强度均小于100 MPa，而MDF水泥的强度却大大高于此值，这就说明其中必然存在聚合物与水泥两相的复合增强作用。DateFree template from 参考书目：1.先进水泥基复合材料，胡曙光著，科学出版社2.超高韧性水泥基复合材料在高性能建筑结构中的基本应用，徐世烺 李庆华著，科学出版社3.纤维增强水泥与纤维增强混凝土 ，沈荣熹 王璋水 崔玉忠编著，化学化工出版社DateFree template from