混凝土基复合材料一、概述二、钢纤维增强混凝土基复合材料的组成材料三、钢纤维增强混凝土基复合材料的制备工艺四、钢纤维增强混凝土基复合材料的基本性能五、纤维基本界面性能六、混凝土基复合材料的研究和应用一、概述 混凝土基复合材料是以纤维为增强体，以混凝土及水泥砂浆为基体的复合材料。 所用的纤维有：金属纤维（不锈钢和低碳钢）、无机纤维（玻璃纤维）、合成纤维（尼龙、聚酯、聚丙烯等纤维）、植物纤维（竹纤维、麻纤维等），其中以钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维的使用较为普遍。 在研究方面，则以钢纤维混凝土基复合材料的研究较为广泛。 对钢纤维混凝土基复合材料的研究主要集中在如下几个方面： （1）钢纤维混凝土韧性的研究 （2）钢纤维混凝土基本性能的研究 （3）中、高含量超强钢纤维混凝土的研究 （4）钢纤维混凝土结构件的结构试验研究 （5）钢纤维混凝土增强、增韧机理的研究 （6）钢纤维部分或局部增强混凝土结构构件的研究 （7）钢纤维混凝土的应用研究二、钢纤维增强混凝土基复合材料的组成材料 1.钢纤维 根据不同的分类方法，钢纤维有很多种 亚短钢纤维（4060mm） 【 制成钢纤维构 架，用注浆法施工；也可用分层浇灌的方法】按长度分类 短钢纤维（2035mm）【搅拌时容易结团， vf2%时，增强效果有限。】 超短钢纤维（15mm）【不易结团，可提高vf 3%，增强效果好。】 熔抽法 剪切法按加工方法 冷拔钢丝切断法 机床洗削法按外形分类：2. 混凝土基体 （1）原材料 制备高强混凝土的原料主要有：水泥、粗骨料、细骨料。 水泥： a.标号种类： 宜选用标号高的水泥，如强度要求高，则应用纯硅酸盐水泥，如强度要求不高，则可用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥或火山灰水泥。 b.水泥成分：并且铝酸三钙的含量应低，CaO、MgO等应尽量少。 c.颗粒组成：水泥的颗粒应粗细搭配恰当，以获得良好的流动性。 （530m）90%，（10m）10%。 d. 用量 对配置高强度混凝土，水泥用量：450550kg/m3 对高含量钢纤维混凝土，水泥用量：500800kg/m3 粗骨料：对配制高强度混凝土来说，粗骨料应选用粒径20mm的坚硬密实的岩石碎石作粗骨料；骨料过大，产生过多孔隙，初始缺陷集中，使混凝土强度下降。较小的骨料会增加混凝土材料的均匀性，空隙分布与界面受力均匀。 细骨料：一般选用圆形颗粒的天然河沙来作细骨料。 当水泥用量大时，粗骨料和细骨料之比取2.0，即砂率为0.33。配制的混凝土的强度比砂率为0.4以上的要高。（2）配制高强混凝土的方法 a. 使用高效减水剂和减少水灰比 使用减水剂可以减少水用量，增加强度；节约水泥；改善新拌混凝土的和易性。等会会比减少后，粗骨料和砂浆的界面薄弱过渡层的厚度减少，结构趋于密实，可有效地提高混凝土的强度。 b. 用粉煤灰作掺合料 粉煤灰是电厂燃烧煤粉后获得的工业废料。粉煤灰的掺入，可取代部分水泥和细骨料，使混凝土增稠，改善拌合物的和易性；并且通过延缓水泥水化热峰值出现的时间，便于大体积混凝土施工，同时还可改善混凝土的物理力学性能。 c. 用硅灰作掺合剂 硅灰是电炉生产工业硅或硅铁合金的副产品。其平均颗粒直径为0.1m的量级，比水泥细两个数量级，具有高度火山灰性质，活性比水泥高1-3倍。硅灰和减水剂一起使用，能配制出强度很高的混凝土。 d. 用粒化高炉矿渣作掺合料 粒化高炉渣是由熔融状态的矿渣迅速淬水而得到的，其中的钙、锰、硅、铝等多数处于非结晶的玻璃态，将矿渣烘干磨细到一定程度，具有良好的活性。其作用与硅灰相似。 e. 在混凝土中掺入聚合物 聚合物的加入能调整水泥砂浆的微观结构，减少应力集中地程度，有效改善界面层，提高混凝土的强度。三、钢纤维增强混凝土基复合材料的制备工艺 1.钢纤维增强混凝土基复合材料的配合比 钢纤维混凝土基复合材料的制备首先必须确定混凝土基复合材料中各种组分的配合比，然后再进行施工。 （1）钢纤维体积率与基准混凝土的选择 应考虑钢纤维的种类和希望钢纤维混凝土达到的强度值来决定钢纤维的体积率和基准混凝土的强度水平。不同的钢纤维有各自适宜的体积率范围，对混凝土立方体抗压强度的提高幅度也各不相同。在基准混凝土的强度大致确定后，再选择一种适宜的已配制成功的混凝土作为基准混凝土。 （2）配合比设计 (a)胶合料用量： 一般认为，胶合料用量应与钢纤维表面积成正比关系。对某种钢纤维，可先取少许钢纤维进行试拌。先取一基本比值（胶合料低一些），然后逐渐增加胶合料，并注意观察，直至获得最好的流动性。将此时每公斤钢纤维对应的胶合料用量记为W，若钢纤维体积含量为f%，则每立方米钢纤维混凝土中，胶合料的量为78 f W。 至于胶合料中各种成份（水泥、粉煤灰、硅灰等）的相对比值，应与基准混凝土一致，以免改变基准混凝土的配比关系。 (b)水灰比与水的用量 水灰比应与基准混凝土一致，以免在合成后改变基准混凝土的水灰比。水灰比一旦确定，水的用量即随之确定。（3）在每立方米钢纤维混凝土中基准混凝土的材料用量 1M3中由于钢纤维占据了一部分体积，则基准混凝土的体积应是1M3扣除钢纤维所占体积。混凝土中各组分的量按基准混凝土的比例来确定。 2.投料顺序与施工工艺 （1）普通短钢纤维混凝土的投料顺序与施工工艺成型的方法有如下几种： a、用泵送法将流态钢纤维混凝土直接送入模具中而不加振捣； b、用插入式振捣器振捣； c、用平板式振捣器或振动台振捣； d、喷射混凝土； e、离心法或挤出法。 在实际应用中，应根据结构的种类、性质及施工条件来选择。（2）高、中含量钢纤维混凝土的投料顺序与施工工艺 对于高、中含量钢纤维混凝土，在试验与实际应用中采用过的拌制工艺有以下几种： 注浆法1： 将流动性砂浆注入事先放置于模板中的纤维骨架中。 注浆法2： 在振动台震动的同时，向模具内铺撒一层钢纤维，浇一层砂浆，分层浇灌成型。 全掺入法1： 将按配合比称好的水泥、砂、硅灰等一次倒入大盘，人工干拌3分钟，待搅拌均匀后，再将钢纤维均匀缓慢撒入，边撒边干搅拌，拌合均匀后加入水搅拌1分钟然后入模成型。 全掺入法2： a 按配合比先将胶合料（水泥、硅灰等）与减水剂投入搅拌机干拌2分钟； b. 投入粗细骨料，再干拌2分钟； c. 加入水后搅拌10分钟； d. 将钢纤维分散，均匀撒入，再搅拌35分钟； e. 搅拌完后立即入模并振动成型。 全掺入法1和全掺入法2的重要区别在于前者希望加水后搅拌时间尽量短一些；而后者搅拌时间较长。 （3）钢纤维的分散 采用摇筛或分散机加料，可使混凝土中的钢纤维得到均匀分散。 （4）养护方法 一种钢纤维增强混凝土基复合材料制备出来后，必须进行适当的养护，养护是为了使复合材料在合适的条件下干固成型，达到好的性能。 标准养护（202的水中养护28天）养护的方法 热水养护（80的热水中养护48小时） 高温养护（80的热水中养护48小后， 再在200 下养护24小时） 根据所需材料的性能，确定养护方法。 养护方法不同，所得材料的性能不同，如有人试验研究得出：相同配比、不同养护条件的混凝土，测得的立方体抗压强度值：高温养护的抗压强度最高（通常高出标准养护50%左右）；热水养护的次之（高出标准养护20%左右）；标准养护的最低。 高温养护的混凝土抗压强度较高，但抗弯强度却比热水养护的低。此外不同的养护方法，混凝土的破坏形态不同，标准养护和热水养护的式样块受压破坏时表现出较高的韧性，而高温养护的式样快临近破坏时，可听到钢纤维被拔出和拉断的声音，呈现明显的脆性破坏。