水泥基复合材料

水泥基复合材料是指以硅酸盐水泥为基体，以耐碱玻璃纤维、通用合成纤维、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性能纤维、金属丝以及天然植物纤维和矿物纤维为增强体，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料。

简介水泥基复合材料是指以硅酸盐水泥为堪体，以耐碱玻璃纤维通用合成纤维、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性能纤维、金属丝以及天然植物和旷物纤维为增强体，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料。

材料制备基本上按所用的增强体品种划分，水泥基复合材料比一般混凝土性能有所提高。以短切的耐碱玻璃纤维约3~10%含量的复合材料为例，其密度为1600~ 2500kg/m³，抗冲强度8.0~21.5N.mm/mm²，压缩强度48~83MPa，热膨胀系数为11-16X10¯⁶K¯ᴵ。性能随所用原材料、配比、工艺和养护条件而异。这种复台材料的成型工艺基本上有搅拌，喷射、挤出缠绕和铺设等方法。成型后还需一定的养护过程使之不发生畸变和降低性能，水泥基复合材料基本上用于制造建筑构件，如内、外墙板、天花板等。已试图将高性能纤维与树脂构成的复合材料代替传统的钢筋用于超高层建筑的混凝士承重框架中1。

混凝土概述水泥基复合材料指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与其他各种无机、金属、有机材料组合而得到的具有新性能的材料。混凝土材料发生了几次重大变革，其中三次最为突出。19世纪中叶法国首先出现了钢筋混凝土、1928年法国发明了预应力钢筋混凝土、近30年来聚合物复合混凝土及混凝土外加剂的出现。

混凝土材料按胶结材料分类：无机胶结材料混凝土，有机胶结材料混凝土，无机与有机复合胶结材料混凝土。按容重分类：特重混凝土，重混凝土，轻混凝土，特轻混凝土。按混凝土结构分类：普通结构混凝土，细粒混凝土，大孔混凝土，多孔混凝土。按用途分类结构用混凝土，隔热混凝土，装饰混凝土，耐酸混凝土等 。

混凝土的性质：混凝土混合料必须具有良好的和易性以保证获得良好的浇灌质量。

①流动性：指混合料在本身自重或在机械振捣的外力作用下产生流动或坍落能均匀密实地填满模板的性质。

②黏聚性：指混合料具有一定的黏聚力在运输或浇筑过程中不致出现分层离析使混凝土保持整体均匀的性能。

③保水性：指混合料在施工过程中具有保水能力保水性好的混料不易产生严重泌水现象。

高性能混凝土混凝土：由胶结材料水泥和粗细集料石子和沙按适当比例拌和均匀经搅拌振捣成型在一定条件下养护而成的复合材料。高强混凝土（high-strength concrete,HSC)与高性能混凝土(high-performance concrete)的首要区别是后者强调耐久性。高性能混凝土不仅要具备高的强度而且应具备高密实性和高体积稳定性。高性能混凝土在微观结构方面的特点：由于存在大量未水化的水泥颗粒浆体所占比例降低浆料的总孔隙率小，孔径尺寸较小，仅最小的孔为水饱和浆体-集料界面与浆体本体无明显区别消除了薄弱区游离氧化钙含量低。高性能混凝土的特性：有自密实性；体积稳定性好；强度高，其抗压强度已有超过200MPa；水灰比较低，水化反应终止得较早，水化热总量相应降低；在较长的持续期后，高性能混凝土的总收缩应变量与其强度成反比，早期收缩率随着强度的提高而增大；徐变变形显著低于普通混凝土；Cl-渗透率低于普通水泥更符合环保要求；具有较高的密实性和抗渗性抗化学腐蚀性显著优于普通强度混凝土；高温作用下会产生爆裂、剥落2。

纤维增强水泥基复合材料纤维增强水泥基复合材料是由不连续的纤维均匀地分散于水泥混凝土基材中形成的复合材料. 纤维与水泥浆基材的黏结比较牢固形成了遍布结构全体的纤维网。当基本材料受拉力过高开裂时拉力可逐步转移到横跨裂纹的纤维上增大了混凝土结构的变形能力。纤维的拉伸强度较高使混凝土结构的拉伸强度增大。复合材料的抗拉、抗弯、抗裂、抗疲劳、抗振及抗冲击能力得到显著改善。纤维增强水泥基复合材料的主要性能特点：力学性能比普通混凝土明显改善；新拌混凝土的坍落度值比未掺纤维时低；混凝土的抗渗性有明显的改善；搅拌工艺不当时易产生纤维结团现象；运输及浇注中有时会出现分层。纤维增强混凝土的开发趋势为：钢纤维和玻璃纤维被公认为最有前途的增强纤维；耐碱玻璃纤维将来可能成为石棉的的代用品；聚丙烯和尼龙等合成纤维对增加抗拉强度完全无效， 但抗冲击性能十分优良；碳纤维的抗弯强度介于纲纤维和耐碱玻璃纤维之间，在各种纤维中钢纤维对裂缝的约束能力最好对于抗弯、拉伸强度也最有效。增强混凝土的韧性最好。

聚合物水泥基复合材料聚合物水泥混凝土是在水泥混凝土成型过程中掺入一定量的聚合物提高其使用品质使其满足工程的特殊需要。混凝土的性能特点:刚性大、柔性小、抗压强度远大 于拉伸强度。 聚合物在水泥基体中有增韧、增塑、填孔和固化作用。与普通混凝土相比性能的改善：抗压强度、拉伸强度可提高3倍抗破裂模量可增加 近3倍；弹性模量可提高1倍、抗折弹性模量增加近50%；弹性变形减少10倍硬度增加超过70%；渗水性几乎为0吸水率可降低83~95%。混凝土特性：力学性能得到了改善，抗折强度提高，抗压强度降低；刚度降低，变形能力增大；耐久性和抗侵蚀能力提高；黏结性良好适合于破损水泥混凝土的修补工程；完全适应现有水泥混凝土的制造工艺过程；成本相对较低。聚合物水泥基复合材料两种主要形式：聚合物浸渍混凝土；聚合物水泥混凝土。聚合物水泥基复合材料应用：聚合物浸渍混凝土由于良好的力学性能、耐久性及抗腐蚀能力主要用于受力的混凝土及钢筋混凝土结构构件。因浸渍工艺复杂、成本较高混凝土构件需要预制并且尺寸受到限制因而主要在特殊情况下使用。聚合物水泥混凝土综合性能不如聚合物浸渍混凝土但其工艺简单、使用方便、成本低，得到了越来越多的广泛应用。如应用于地面和道路工程，应用于结构工程3。

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学