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1、同济大学材料科学与工程学院博士学位论文纤维聚合物水泥基复合材料性能及机理研究姓名：梅迎军申请学位级别：博士专业：材料学指导教师：王培铭;傅智20060701摘要本文采用钢纤维、聚丙烯纤维以及碳纤维和丁苯乳液复掺的方法来获取高性能、高韧性的水泥基复合材料。研究了不同品种的纤维以及丁苯乳液在单掺、复掺情况下水泥基材料多方面的性能及作用机理，这些性能包括：抗收缩开裂性能、抗冲击磨耗性能、与基材之间界面粘结性能、宏观力学性能、纤维一水泥基界面不同增强方式下长期力学性能、三点弯曲断裂性能、微观结构特征及其与宏观力学性能、耐久性的关系。本文的研究工作得出了如下主要结论：1 纤维、聚合物水泥砂浆早期(O-一
2、6 h)的抗收缩开裂性能得到明显的改善，砂浆面板开裂时间延长、开裂面积减小或不开裂。纤维聚合物砂浆与普通砂浆相比，2 8 d 龄期前的收缩变形有一定幅度的减小；2 纤维与聚合物复掺有效增加了复合材料与老砂浆板之间的界面粘结强度，并且改善了复合材料抗冲击、磨耗性能；3 以增益系数分析了不同品质纤维、聚合物在单掺、复掺情况下对复合材料抗折强度的作用，认为纤维、聚合物复掺对砂浆3 d、2 8 d 龄期的抗折作用效果甚微，甚至降低了砂浆的抗折强度，但对砂浆9 0 d 龄期的作用效果较好，且随着纤维、聚合物掺量的增大，作用效果越好。提出了抗折强度的多因素回归模型，模型预测值与试验结果相关性较好；4 研究
3、了纤维聚合物混凝土3 d、2 8 d 的劈裂强度，认为聚合物乳液存在最佳掺量，根据纤维品质及掺量不同，聚合物的最佳掺量为6 9 左右。钢纤维聚合物混凝土的劈裂强度随着钢纤维掺量的增加而增加，而聚丙烯纤维聚合物混凝土的劈裂强度则随着聚丙烯纤维掺量的增加略有减小；5 通过三点弯曲试验测试得到了纤维、聚合物砂浆峰值荷载及相应变形量、裂缝嘴张开宽度，计算得到了砂浆的断裂能、有效裂纹长度、临界应力强度因子以及裂纹尖端张开位移等。测试与计算结果表明：聚合物、纤维单掺对改善砂浆的断裂性能具有一定的效果，而聚合物、纤维复掺则对改善砂浆的断裂性能具有非常显著的效果，且钢纤维与聚合物复掺作用效果好于聚丙烯纤维；6
4、 研究了钢纤维一水泥基界面不同增强方式对砂浆长期力学性能的影响，测试了硅灰增强钢纤维砂浆、聚合物改性钢纤维砂浆3 d、2 8 d、9 0 d 龄期的抗压、抗折强度，以扫描电镜图像和理论分析研究了不同增强方式下钢纤维、基体的受力与破坏特点，提出了刚性、柔性增强钢纤维一水泥基界面的概念，认为刚性增强钢纤维一水泥基界面增加了钢纤维桥接作用失效的机率，从而降低了纤维增强的效果。分析从质上揭示了不同增强方式对砂浆长期力学性能作用的差异性；7 纤维、聚合物的掺入使砂浆的平均孔径、最可几孔径以及中值孔径有较大幅度的下降，同时也使砂浆2 0 n m 以下的孔隙数量有较大幅度的增加，5 0 n m以上的孔隙有所
5、减少，表明纤维、聚合物对水泥砂浆的孔隙具有细化功能。同时，聚合物的掺入使砂浆的开口孔隙率大幅度减小，且乳液掺量越大，开口孔隙率越小，耐久性也越好(以碳化深度、吸水率表征)；8 比较分析了砂浆宏观力学性能与微观结构之间的关系，认为孔隙的细化，有害、多害孔的减少以及闭口孔隙在总孔隙中所占比重的增多有助于宏观力学性能的改善；9 提出了砂浆密实度(表观密度与真密度)、孔隙率(总孔隙率、开口孔隙率及闭口孔隙率)、吸水率、碳化深度与纤维、聚合物掺量及时间等多因素的预测模型，模型预测结果与试验实测值相关性较好，较好的反应了纤维、聚合物对砂浆密实度、孔隙率的影响，以及纤维、聚合物、时间等多因素对吸水率、碳化深
6、度的影响。本文的创新点主要有：1 提出了刚性、柔性增强钢纤维一水泥基界面的概念，认为刚性增强钢纤维一水泥基界面增加了钢纤维桥接作用失效的机率，从而降低了纤维增强的效果；而柔性增强钢纤维一水泥基界面改善了砂浆的微观结构，改善了其长期力学性能；2 建立了砂浆密实度(表观密度与真密度)、孔隙率(总孔隙率、开口孔隙率及闭口孔隙率)、吸水率、碳化深度与纤维、聚合物掺量及时间等多因素的预测模型；3 以断裂能、有效裂纹长度、临界应力强度因子以及裂纹尖端张开位移等断裂特征参数评价了纤维、聚合物对水泥基材料增强、增韧的机理。关键词：纤维；丁苯乳液；收缩开裂；增益系数；微观结构特征；界面柔性增强；预测模型；断裂特
7、征。A B S T R A C TI I lt h i sp a p e r,t h eh i g hs t r e n g t ha n dt o u g h h e s sc e m e n tb a s ec o m p o s i t e 甜ca c q u l d b yt h ew a yo fm i x i n gi n t of i b e ra n ds t y r e n e b u t a d i e n el a t e xt o g e t h e r，柚dt h e矗b e fi n c l u d e ss t e e lf i b e r,p o l y p r
8、 o p y l e n ef i b e ra n dc a r b o nf i b e r M a n vt y p e so fp e r f o r m a n c e sa n dm e c h a n i s m sa r es t u d i e di nt h ec o n d i t i o nt h a td i 虢r e n tf i b e f sa r cm l x e di n t os o l e l yo rf i b e ra n ds t y r e n e b u t a d i e n el a t e xa r em i x e di n t ot
9、o g e t h e r T h ep e 疗。肋a l l c ci n c l u d e s：(1)s h r i n k a g ec r a c kr e s i s t a n c e；(2)i m p a c ta n dw e a rc h a m c t e r i s t i c；(3)t h ec h a r a c t e r i s t i co fb o n d i n gw i t hs u b s t r a t e；(4)m a C f o。m e c h a n 蛔p r o p e r t i e s；(5)l o n gt e r mm e c h a
10、 n i c sp r o p e r t i e so fs t e e lf i b e rm o r t a rw i t hd i 虢r e l l t妇b*m a t r j xi n t e 嘲C cs t r e n g t hm e t h o d s；(6)f r a c t u r em e c h a n i c si nt h r e e p o i n t-b l e n d i n gt e s t；(7)m i c r o s t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i ca n di t sr e l a t i o n s
11、 h i pw i t hm a c r o。m e c h a n i c sp r o p e r t i e sa n dd u r a b i l i t y T h ef o l l o w i n ga r et h em a i nc o n c l u s i o n si nt h i st h e s i s：1 T h er e s i s t a n c eo fe a r l y(0 6 1 1)s h r i n k a g ec r a c ko fm o r t a ri si m l p r o v e dm a r k e d l yb ym l x l n
12、 gI n t of i b e ra n dl a t e x T h ef i r s tc r a c kt i m eo ft h es u r f a c ei sp r o l o n g e d，卸dt h e 啪c ka r e ai sr e d u c e do rt h e r ei sn oc r a c ko nt h es u r f a c e C o r n p a r e dw i t ho r d i n a r ym o r t a r,t h es h r i n k i n gs t r a i no ff i b e rr e i n f o r c
13、 e dl a t e xm o r t a rb e f b r ct h ea g eo f2 8 di sr e d u c e d 2，n l eb o n d i n gs t r e n g t hb e t w e e nc e m e n tb a s ec o m p o s i t ea n ds u b s t r a t ei si m p r o v e de m c i e n t l yb yc o m p o u n da d d i t i o no ff i b e ra n dl a t e x，t h ei m p a c tr e s i s t a
14、n c ea n dw e a rp e r f o r m a n c eo ft h ec o m p o s i t ea r ea l s oi m p r o v e d 3 T h ee f f e c t so fd i f f e r e n tk i n d so ff i b e r sa n dl a t e xo nf l e x u r a ls t r e n g t ho fm o n a ra r ea n a l y z e dw i t hs t r e n g t hf a c t o rw h i l ef i b e r sa n dl a t e x
15、a r em i x e di n t os i n 幽ya n dc o m p o u n d R e s u l ts h o w st h a tc o m p o u n da d d i t i o no ff i b e ra n dl a t e xh a v el i t t l ee f f e c to nt h ef l e x u r a ls t r e n g t ho fm o r t a ri n3 d，2 8 d；e v e nr e d u c e dt h ef l e x u r a ls t r e n 舀h，b u tt h e yh a v ep
16、 r o m i n e n c ee f f e c to nt h ef l e x u r a ls t r e n g t ho f m o r t a ri n9 0 d A st h ec o n t e n to ff i b e ra n dl a t e xi n c r e a s e，t h ee f f e c tb e c o m e so b v i o u s Ap r e d j c l l o nm o d e lc o r r e l a t i n gw i t hm u l t i t u d i n o u sf a c t o r so ff l e
17、 x u r a ls t r e n 舢i sp r o I)0 s e d；t h ep r e d i c t i o nv a l u e so ft h i sm o d e lh a v eg o o dp e r t i n e n c ew i t ht h et e s tr e s u l t smT h es p l i ts t r e n g t ho ff i b e r-r e i n f o r c e dl a t e xc o n c r e t ei st e s t e d，a n dt h er e s u l ts h o w st h a tt h
18、 e r ei sa no p t i m a lq u a n t i t yf o rt h ec o n t e n to fl a t e x A c c o r d i n gt od i f f e r e n tf i b e r s，t h eo p t i m a lc o n t e n to fl a t e xr a n g e sf r o m6 t o9 T h es p l i ts t r e n g t ho ff i b e r-r e i n f o r c e dl a t e xc o n c r e t ei n c r e a s e sw i t
19、 ht h ei n c r e a s ec o n t e n to fs t e e lf i b e r,w h i l ed e c r e a s e sal i t t l ew i t ht h ei n c r e a s ec o n t e n to fp o l y p r o p y l e n ef i b e r T h ep e a kl o a da n dc o r r e s p o n d i n gd e f l e c t i o n，c r a c k m o u t h o p e n-d i s p l a c e m e n to ff i
20、b e r-r e i n f o r c e dl a t e xm o r t a ra r eg a i n e dt h r o u g ht h r e e p o i n t-b l e n d i n gt e s t，a n dt h e nt h ef r a c t u r ee n e r g y,e f f i c i e n tc r a c kl e n g t h，c r i t i c a ls t r e s si n t e n s i t yf a c t o ra n dc r a c kt i po p e nd i s p l a c e m e n
21、 ta r ec a l c u l a t e db yt h et e s tr e s u l t T e s ta n dc a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ef r a c t u r ep e r f o r m a n c eo fm o r t a rC a ni m p r o v e da tac e r t a i ne x t e n tw h e nf i b e ra n dl a t e xa r ea d d e dr e s p e c t i v e l y,w h i l et h ef
22、r a c t u r ep e r f o r m a n c eo fm o r t a rc a ng r e a t l yi m p r o v e dw h e nf i b e ra n dl a t e xa r ea d d e dt o g e t h e r T h ew a yo fc o m p o u n da d d i t i o no fs t e e lf i b e ra n dl a t e xa r eb e t t e rt h a nt h ew a yo fc o m p o u n da d d i t i o no fp o l y p r
23、o p y l e n ef i b e ra n dl a t e x T h ee f f e c to fd i f f e r e n tf i b e r-m a t r i xi n t e r f a c er e i n f o r c e dm e t h o d so nt h el o n g-t e r mm e c h a n i c sp e r f o r m a n c eo fs t e e lf i b e rm o r t a ri sa n a l y z e d T h ec o m p r e s s i o na n df l e x u r a
24、ls t r e n g t ho fs i l i c af u m em o r t a ra n dl a t e xm o d i f i e dm o r t a ra g ea t3 d，2 8 d，9 0 da r et e s t e d T h el o a do nt h es t e e lf i b e ra n dm a t r i xa n dt h eb r e a c hc h a r a c t e r i s t i co ft h ef i b e ra n dm a t r i xa r es t u d i e db ym e a no fS E Mi
25、 m a g ea n dt h e o r yc a l c u l a t i o n R i g i d i t y-r e i n f o r c e da n df l e x i b l e r e i n f o r c e do ft h ef i b e r-m a t r i xi n t e r f a c ea r ep r o p o s e d I nt h em e t h o do fr i g i d i t y-r e i n f o r c e do ft h ei n t e r f a c e，f i b e rb r i d g ee f f e c
26、 td e c r e a s e s，w h i c hl e a d i n gt ot h ed e c r e a s eo fr e i n f o r c e de f f e c t T h ed i v e r s i t yo fd i f f e r e n tr e i n f o r c e dm e t h o d so nt h el o n g t e r mm e c h a n i c sp e r f o r m a n c ei sg a i n e de s s e n t i a l l y T h em e a np o r ed i a m e t
27、 e r,m o d ep o r ed i a m e t e ra n dm e d i a np o r ed i a m e t e ro ft h em o r t a ra r ed e s c e n di nl a r g ed e g r e eb yt h ew a yo fa d d i n gf i b e ra n dl a t e x，a tt h es a m et i m e，t h eq u a n t i t yo fp o r o s i t yw h i c hp o r ed i a m e t e ri sb e l l o w2 0 n mi n
28、c r e a s e sg r e a t l y,b u tt h o s eb e y o n d5 0 n md e c r e a s e s T h ec o n c l u s i o n sa b o v es h o wt h a tl a t e xh a st h ee f f e c tt of i n et h ep o r o s i t yo fm o r t a r T h eo p e n p o r o s i t yd e c r e a s e si nl a r g ed e g r e ew i t ht h ec o n t e n to fl a
29、 t e x，a n da st h ec o n t e n to fl a t e xi n c r e a s i n g,t h eo p e np o r o s i t yr e d u c e sm u c hm o r e，a l lt h o s es h o wl a t e x-m o d i f i e dm o r t a rh a sb e t t e rI V禾i&zd u r a b i l i t y0 e p r e s e n t e da sc a r b o n i z a t i o nd e p t ha n da b s o r p t i o
30、nr a t i o n)8 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm a c r o m e c h a n i c sa n dm i c r o s t r u c t u r eo fm o r t a rI Sa n a l y z e d，i ts h o w st h a ta st h ep o r o s i t yb e c o m ef i n e r,t h el e s sh u r t f u l，e x c e s s i v eh u r t f u lp o r o s i t yq u a n t i t yr e
31、 d u c e s，a n dt h er a t i o no fc l o s ep o r o s i t yt ot o t a lp o r o s i t yi n c r e a s e，t h em a c r o-m e c h a n i c sp e r f o r m a n c ea r ei m p r o v e d 9 Ap r e d i c tm o d e lo fd e n s i t y(a p p a r e n td e n s i t ya n dn e td e n s i t y)，p o r o s i t y(t o t a lp o
32、r o s i t y,o p e n p o r o s i t ya n dc l o s e p o r o s i t y)，a b s o r p t i o nr a t i o n，c a r b o n i z a t i o nc o r r e l a t i n gw i t hm a n yf a c t o r ss u c ha st h ec o n t e n to ff i b e r,l a t e xa n dt i m ea r ep r o p o s e d T h ep r e d i c t i o nv a l u e sa g r e ew
33、i t ht h et e s tv a l u e s，i ts h o w st h ee f f e c to ff i b e ra n dl a t e xo nt h ed e n s i t ya n dp o r o s i t yo ft h em o r t a ra n dt h ee f f e c to ff i b e r,l a t e xa n dt i m eo nt h ea b s o r p t i o nr a t i o n，c a r b o n i z a t i o nd e p t hp r e f e r a b l y T h ef o
34、l l o w i n ga r e t h ei n n o v a t i o np o i n t si nt h i st h e s i s：1 T h ev i e w p o i n to fr i g i d i t y-r e i n f o r c e da n df l e x i b l e-r e i n f o r c e do ft h ef i b e r-m a t r i xi n t e r f a c ei sp r o p o s e d T h ec o n c l u s i o nt h a tr i g i d i t y r e i n f
35、o r c e do ft h ei n t e r f a c ei n c r e a s et h ed i s a b l e dp r o b a b i l i t yo fb r i d g ee f f e c to fs t e e lf i b e r,t h e r e b yd e c r e a s e st h er e i n f o r c e de f f e c to fs t e e lf i b e ri sg a i n e d O nt h eo t h e rh a n d，f l e x i b l e r e i n f o r c e do
36、ft h ei n t e r f a c ei m p r o v e st h em i c r o s t r u c t u r eo fm o r t a r；i te n h a n c e st h el o n g。t e r mm e c h a n i c sp e r f o r m a n c e 2 P r e d i c tm o d e l so fd e n s i t y(a p p a r e n td e n s i t ya n dn e td e n s i t y)，p o r o s i t y(t o t a lp o r o s i t y,o
37、 p e np o r o s i t ya n dc l o s ep o r o s i t y)，a b s o r p t i o nr a t i o n，c a r b o n i z a t i o nc o r r e l a t i n gw i t hm a n yf a c t o r ss u c ha st h ec o n t e n to ff i b e r,l a t e xa n dt i m ea r ep r o p o s e d 3 T h es t r e n g t h e n i n ga n dt o u g h e n i n ge f f
38、 e c t so ff i b e ra n dl a t e xo nc e m e n tb a s ec o m p o s i t ea r ea p p r a i s e db yf r a c t u r ec h a r a c t e rp a r a m e t e r s，s u c ha sf r a c t u r ee n e r g y,e f f i c i e n tc r a c kl e n g t h，a n dc r i t i c a ls t r e s si n t e n s i t yf a c t o ra n dc r a c kt i
39、 po p e nd i s p l a c e m e n t K e yw o r d：f i b e r,s t y r e n e-b u t a d i e n el a t e x，s h r i n k a g ec r a c k,s t r e n g t hf a c t o r,m i c r o s t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c，f l e x i b l es t r e n g t ho fi n t e r f a c e，p r e d i c t i o nm o d e l，f r a c t u r
40、ec h a r a c t e r i s t i c sV学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位敝储躲艇笋年7 月日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。指导教师签名：学位论文
41、作者签名：年月日年月日同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。虢构衅D )年)月日第一章绪论第一章绪论水泥基复合材料具有取材广、价格低廉、易成型、且体积稳定性好、具有高耐久性、高强度及高工作性等特点，长期以来得到了极广泛的应用。然而，此类材料也存在抗弯拉强度低、脆性易断的等致命缺陷。采用在水泥基材料中复掺乱
42、向短纤维和聚合物乳液被证明是克服此缺陷的有效措施。该方法综合利用纤维的增强、增韧效应，改善了基体的抗拉、抗弯、抗冲击和抗疲劳等性能；又利用了聚合物的加入能调节水泥浆体的微观结构，减小应力集中程度，有效改善界面层等复合作用。近年来，纤维增强聚合物水泥基复合材料的应用与研究成了国内外的研究热点，也是今后高性能水泥基复合材料发展的前沿及重要方向之一1 1研究背景作为传统建筑和基础材料的水泥和混凝土，是无机非金属材料中最主要的一类人工制造材料，迄今依然是整个建筑工程不可缺少的基础。因为混凝土具有原材料丰富、价格低廉、抗压强度高、耐久性比较好、生产工艺简单、用途广、适应性强等众多优点，已使其成为世界范围
43、内应用最广、用量最大、几乎是随处可见的建筑材料。同时，这类材料也属于脆性材料，且有抗拉强度很低等致命弱点。如普通混凝土的抗拉强度仅为抗压强度的1 2 0 -1 1 0，极限拉伸应变仅为(1 5)1 0 r 4，且普通混凝土本质上是一种非均匀的多孔材料在外界侵蚀性介质的侵蚀下，混凝土会加速破坏，使用寿命大大缩短。为此，需要研发新型的高性能水泥基材料。通过使用高效减水剂降低混凝土的水灰比，并使混凝土具有比较大的流动性和保塑性，保证施工和浇筑混凝土的密实性，是获得高性能混凝土途径的一方面【1，2 l。而通过超细粉【3 1，如硅粉、矿渣、粉煤灰等活性掺合料在混凝土中的应用，改善骨料与水泥石的界面结构，
44、改善水泥石的孔结构；提高混凝土的抗渗性、耐久性和强度，这是获得高性能混凝土途径的另一方面。高性能混凝土材料的微观结构与普通水泥基材料相比已经有了很大的区第一章绪论别，大幅度减少了开放孔，提高了弹性模量和抗压强度。高性能水泥基材料的抗压强度和弹性模量提高的同时，使得其破坏机理发生了一定的变化【4 J。普通混凝土的破坏一般发生在集料与砂浆基体的界面处，开裂后裂缝沿粗集料界面扩展【5 J，而且在裂缝发展过程中，强度的丧失是逐渐发生的。而高性能混凝土的砂浆基体与集料界面微观结构有了较大改变。由于基体强度增大，甚至大于集料的强度，导致裂缝的扩展有可能直接穿过集料而非绕过集料进行，断裂面上粗集料被剪断或拉
45、断，在宏观力学行为上呈现剧烈而无征兆性的脆性破坏特征1 6 J，这使得材料的脆性也相应增加T t T j。在某种意义上，高强混凝土的力学响应更接近于线弹性【引。脆性断裂不仅使水泥基材料的高强性能不能充分发挥，限制了高性能水泥基材料的使用范围，可能由此带来灾难性的工程事故。如何在提高水泥基材料的强度的同时，改善其韧性是高性能水泥基复合材料研究的重要方向【9 1o针对水泥基复合材料抗拉强度低、抗裂性能差、脆性破坏的弱点，各国建筑材料工作者经过大量的研究，认为要从水泥基材料本身来克服这些弱点非常困难，而最为有效的方法是采用复合的手段，采用在水泥基中掺入乱向短纤维和聚合物乳液被证明是克服此缺陷的有效措
46、施【9 J。1 2 纤维增强水泥基材料研究的进展在古代，先人们即用天然纤维作为某些无机胶结材料的增强材，以减少收缩裂缝，保持整体性并降低脆性。例如，中国山西平遥古城附近的双林寺，已历时1 0 0 0 余年，寺内1 0 余座大殿的砖墙，均用掺有麻丝的石灰黏土做成抹灰料。在古埃及时代，人们用掺有稻草的黏土制作，并采用太阳晒干的实心砖，古罗马人将马的鬃毛剪断后掺入石膏浆体中。到了近代，特别是2 0 世纪6 0 年代至7 0 年代，随着新型纤维增强水泥基复合材料的开发取得较大的进展，尤其是玻璃纤维增强树脂基复合材料的迅速发展对之起了一定的刺激与推动作用。1 9 6 3 年，美国的R o m u a l
47、 d i 1 0 j 提出了“纤维阻裂理论”促进了纤维增强混凝土的开发。上世纪7 0 年代国际土建材料界曾一度出现所谓“纤维热，其重要标志是从1 9 7 2 年起国际上曾多次召开规模不等的纤维增强水泥基复合材料学术研讨会；其中规模较大的一次是1 9 7 5 年9 月由国际材料与结构试验室联合会(R I L E M)主办的在伦敦召开的国际纤维增强水2第一章绪论泥与混凝土的学术研讨会【l l】。在美国，工业和民用建筑的屋面、墙体、地坪、纤维混凝土被大量使用于地下工程防水、水池、道路桥梁等工程。1 2 1 纤维增强水泥基材料的概念和分类纤维混凝土，是纤维增强混凝土的简称，通常是指以水泥净浆、砂浆或者
48、混凝土为基体，以非连续的短纤维或者连续的长纤维作为增强材料所组成的水泥基复合材料。在目前实际工程中已获得应用的纤维混凝土有石棉水泥、钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土以及碳纤维混凝土，某些植物纤维和具有较高弹性模量的合成纤维也被用于制备纤维混凝土。这些都是根据其中所掺用纤维的品种而命名的。关于纤维混凝土的分类，可以按照不同的准则、不同的分类体系或分类依据进行。表1-1 列出了常见纤维混凝土中所用纤维的分类情况。表1-1 常见纤维混凝土中所用纤维的分类T a b l e1-1C l a s s i f i c a t i o no ff i b e ru s e di nc o n
49、c r e t e分类依据类别(1)金属纤维(如碳钢纤维、不锈钢纤维、金属玻璃纤维等)(2)无机纤维天然矿物纤维(如温石棉、针状硅灰石等)人造矿物纤维(如抗碱玻璃纤维、抗碱石棉等)按材质分类碳纤维(3)有机纤维合成纤维(如聚丙烯纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维、高模最聚乙烯醇纤维、改性聚丙烯腈纤维、芳基聚酰胺纤维等)植物纤维(如西沙尔骂、剑麻、黄麻、象草等)(1)高模量纤维(弹性模量高于水泥基体的纤维，例如钢纤维、石棉、玻璃纤维、碳纤维、高模量聚乙烯醇纤维芳基聚酰胺纤维等)按弹性模量分类(2)低模量纤维弹性模量低于水泥基体的纤维，如聚丙烯纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维以及绝大多数植物纤维)(1)非连续的
50、短纤维(如钢纤维、石棉、短切玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯单丝纤维、聚丙烯膜裂纤维、尼龙纤维等)按纤维长度分类(2)连续的长纤维(如连续的玻璃纤维无捻粗纱、玻璃纤维网格布、纤化聚丙烯薄膜等)3第一章绪论1 2 2 纤维增强水泥基材料的基本理论纤维对混凝土的增强机理，主要有两种理论。其一是复合力学理论，另一种是建立在断裂力学基础上的纤维间距理论。纤维对混凝土的增强机理还有多重裂缝学说。最先将复合力学理论用于纤维混凝土的有：英国的R N S w a m y、P S M a n g a t，美国的A E N a a m a n、D C H a n n a n t；纤维间距理论的主要代表有：J P r o