無機非09-1班趙學偉 23
水泥基複合材料是以矽酸鹽水泥為基體，以耐鹼玻璃纖維、通用合成纖維、各種陶瓷纖維、碳和芳綸等高效能纖維、金屬絲以及天然植物纖維和礦物纖維為增強體，加入填料、化學助劑和水經復合工藝構成的複合材料。它比一般混凝土效能有所提高。以短切的耐鹼玻璃纖維約3％～10％含量的複合材料為例，其密度為1600～2500kg/m3，抗衝強度8.
0～24.5n·mm/mm2，壓縮強度48～83mpa，熱膨脹係數為(11～16)×10-6k-1。效能隨所用原材料、配比、工藝和養護條件而異。
水泥基複合材料基本上用於製造建築構件，如內、外牆板、天花板等。
主要分為混凝土，纖維增強水泥基複合材料及聚合物改性混凝土三大類。今天主要介紹下纖維增強水泥基複合材料和聚合物改性混凝土材料。
一纖維增強水泥基複合材料
國際上對碳纖維、聚丙烯腈纖維混凝土結構的研究日趨活躍，有關**明顯增多。由於碳纖維是高科技纖維中發展最快的品種之一，它具有高強度、高彈模、高抗腐蝕的眾多優點，因此把碳纖維應用於土木工程及建築工程是許多科技人員長久的夢想。決定碳纖維能否推廣使用於土木工程的關鍵是其**。
隨著工業技術的進步，最近幾年碳纖維**逐年下降，為推廣使用提供了條件。國外將高效能纖維材料用於土木工程的領域己非常廣闊，主要有以下幾個途徑：
1）將短碳纖維、聚丙烯腈纖維加入新混凝土中，製成高效能纖維混凝土新結構，現已有一定的工程例項，目前主要用於薄殼結構、耐腐蝕結構、噴射混凝土及道路工程等。
2）將碳纖維長絲製成棒材，在新混凝土結構中替代鋼筋或預應力鋼筋，用於新建混凝土結構，主要用於海洋工程、大跨度橋梁及需電磁透過的工程結構，或將棒材用於結構加固，國外的工程例項已較多。
3）將碳纖維加工成束狀或繩狀，用於大跨度橋梁的拉素或大跨度空間結構的懸索、拉索等。
4）將碳纖維棒材與混凝土一起製成預製混凝土梁、板、屋架，或用纖維棒製作網架等，這些新結構具有質量輕、強度高和耐腐蝕等優點。
5）將短碳纖維或連續纖維應用於各種公路路面及橋梁路面工程，以提高公路的質量及耐久性，現已有許多任務程例項。
6）將碳纖維、聚丙烯腈纖維作成不織物，用於結鉤加固補強，已有很多任務程例項，其技術趨於成熟。
短碳纖維、聚丙烯腈及聚丙烯纖維增強混凝土
短碳纖維、聚丙烯腈纖維與其它合成纖維相比，在混凝土中不僅約束微裂縫擴充套件，提高混凝土的抗裂性、抗滲性和抗凍性，減少乾縮變形，而且可明顯地改善混凝士結構的物理力學特性，提高結構抗震性及抗疲勞特性，這是由於碳纖維其有高彈性模量和高強度的優勢。
短碳纖維混凝土還有良好的壓敏性，可對混凝土結構的應力（變形）及損傷程度等進行精確的無損檢測。
由此可見，短碳纖維用於混凝土不僅可用作為混凝土基體的微觀阻裂、結構的抗動力增強材料，而且可作為感知材料，對結構可靠性進行檢測，它具有良好的發展前景。
短碳纖維及聚丙烯腈纖維主要用於薄殼結構、大跨度橋面板、海洋工程、化學廠廠房和超高層結構籌，這些結構對於混凝土結構的抗疲勞斷裂、反覆荷載下的動力特性及耐腐蝕性有較高的要求。宜加強對於短碳纖維、聚丙烯腈纖維增強混凝士的疲勞斷裂特性的試驗與理論研究，測定纖維混凝土的斷裂引數等。
聚丙烯腈纖維的彈性模量及抗拉強度較高，目前已用於道路路面、機場跑道及推石壩的面板等工程。
國內外關於高效能纖維片材增強混凝土結構的主要研究內容有：片材增強混凝土梁（板）在靜、動荷載作用下的抗彎、抗剪效能；片材增強混凝土柱延性及承載力的研究；各種施工方法的研究。
近兩年國際工程中為了提高結構的耐久性，較多採用高強度鋼纖維增強混凝土。
纖維增強水泥墓複合材料的發展方向
1）研製高強度、高彈性模量的合成纖維，發展混雜纖維混凝土。
2）研究開發纖維網複合式混凝土結構，由於短纖維在混凝土中的利用率低，可用纖化纖維網與三維合成纖維復合，組成複合式結構，提高纖維的增強效果。
3）研究合成纖維與鋼纖維混雜或復合使用的效果，研究不同品種、不同長度纖維混雜使用的機理及效果。
4）開招聚丙烯腈纖維等高效能纖維在土木工程領域的應用，以提高混凝土工程的耐久性。
5）研發高效能的纖維增強複合材料捧材或片材或板材，如聚丙烯腈纖維、玻璃纖維複合材料、碳纖維片材或板材，開發與纖維相適宜的基體和粘接材料
6）開發纖維增強複合材料預應力筋專用錨具及張拉系統，研發纖維筋拉擠成塑機，使之產業化。
7）開發適合高強度混凝土效能的高強度異形鋼纖維。
二聚合物混凝土
聚合物混凝土是由有機聚合物、無機膠凝材料和骨料結合而成的新型混凝土，常用的有以下兩類。
（一）聚合物浸漬混凝土（pic）
將已硬化的混凝土乾燥後浸入有機單體中，用加熱或輻射等方法使混凝土孔隙內的單體聚合，使混凝土與聚合物形成整體，稱為聚合物浸漬混凝土。
由於聚合物填充了混凝土內部的孔隙和微裂縫，從而增加了混凝土的密實度，提高了水泥與骨料之間的粘結強度，減少了應力集中，因此具有高強、耐蝕、抗衝擊等優良的物理力學效能。與基材（混凝土）相比，抗壓強度可提高2～4倍，一般可達150mpa。
浸漬所用的單體有：甲基丙烯酸甲酯（mma）、苯乙烯（s）、丙烯腈（an）、聚脂—苯乙烯等。對於完全浸漬的混凝土應選用粘度盡可能低的單體，如mma、s等，對於區域性浸漬的混凝土，可選用粘度較大的單體如聚脂—苯乙烯等。
聚合物浸漬混凝土適用於要求高強度、高耐久性的特殊構件，特別適用於輸送液體的有筋管道、無筋管和坑道。
（二）聚合物水泥混凝土（pcc）
聚合物水泥混凝土是用聚合物乳液拌和水泥，並摻入砂或其他骨料而製成。生產工藝與普通混凝土相似，便於現場施工。
聚合物可用天然聚合物（如天然橡膠）和各種合成聚合物（如聚醋酸乙烯、苯乙烯、聚氯乙烯等）。礦物膠凝材料可用普通水泥和高鋁水泥。
通常認為，在混凝土凝結硬化過程中，聚合物與水泥之間沒有發生化學作用，只是水泥水化吸收乳液中水分，使乳液脫水而逐漸凝固，水泥水化產物與聚合物互相包裹填充形成緻密的結構，從而改善了混凝土的物理力學效能，表現為粘結性能好，耐久性和耐磨性高，抗折強度明顯提高，但不及聚合物浸漬混凝土顯著，抗壓強度有可能下降。
聚合物水泥混凝土多用於無縫地面，也常用於混凝土路面和機場跑道面層和構築物的防水層。
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