水泥基複合材料

水泥基複合材料是指以硅酸鹽水泥為基體，以耐鹼玻璃纖維通用合成纖維、各種陶瓷纖維、碳和芳綸等高性能纖維、金屬絲以及天然植物和曠物纖維為增強體，加入填料、化學助劑和水經複合工藝構成的複合材料。

基本上按所用的增強體品種劃分，水泥基複合材料比一般混凝土性能有所提高。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8.0~21.5N.mm/mm²，壓縮強度48~83MPa，熱膨脹係數為11-16X10¯⁶K¯ᴵ。性能隨所用原材料、配比、工藝和養護條件而異。這種復台材料的成型工藝基本上有攪拌，噴射、擠出纏繞和鋪設等方法。成型後還需一定的養護過程使之不發生畸變和降低性能，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。已試圖將高性能纖維與樹脂構成的複合材料代替傳統的鋼筋用於超高層建築的混凝士承重框架中 ^[1]  。

水泥基複合材料指以水泥與水發生水化、硬化後 形成的硬化水泥漿體作為基體與其他各種無機、金屬、有機材料組合而得到的具有新性能的材料。混凝土材料發生了幾次重大變革，其中三次最為突出。19世紀中葉法國首先出現了鋼筋混凝土、1928年法國發明瞭預應力鋼筋混凝土、近30年來聚合物複合混凝土及混凝土外加劑的出現。

混凝土材料按膠結材料分類：無機膠結材料混凝土，有機膠結材料混凝土，無機與有機複合膠結材料混凝土。按容重分類：特重混凝土，重混凝土，輕混凝土，特輕混凝土。按混凝土結構分類：普通結構混凝土，細粒混凝土，大孔混凝土，多孔混凝土。按用途分類結構用混凝土，隔熱混凝土，裝飾混凝土，耐酸混凝土等 。

混凝土的性質：混凝土混合料必須具有良好的和易性以保證獲得良好的澆灌質量。

①流動性：指混合料在本身自重或在機械振搗的外力作用下產生流動或坍落能均勻密實地填滿模板的性質。

②黏聚性：指混合料具有一定的黏聚力在運輸或澆築過程中不致出現分層離析使混凝土保持整體均勻的性能。

③保水性：指混合料在施工過程中具有保水能力保水性好的混料不易產生嚴重泌水現象。

混凝土：由膠結材料水泥和粗細集料石子和沙按適當比例拌和均勻經攪拌振搗成型在一定條件下養護而成的複合材料。高強混凝土（high-strength concrete,HSC)與高性能混凝土(high-performance concrete)的首要區別是後者強調耐久性。高性能混凝土不僅要具備高的強度而且應具備高密實性和高體積穩定性。高性能混凝土在微觀結構方面的特點：由於存在大量未水化的水泥顆粒漿體所佔比例降低漿料的總孔隙率小，孔徑尺寸較小，僅最小的孔為水飽和漿體-集料界面與漿體本體無明顯區別消除了薄弱區遊離氧化鈣含量低。高性能混凝土的特性：有自密實性；體積穩定性好；強度高，其抗壓強度已有超過200MPa；水灰比較低，水化反應終止得較早，水化熱總量相應降低；在較長的持續期後，高性能混凝土的總收縮應變量與其強度成反比，早期收縮率隨着強度的提高而增大；徐變變形顯著低於普通混凝土；Cl-滲透率低於普通水泥更符合環保要求；具有較高的密實性和抗滲性抗化學腐蝕性顯著優於普通強度混凝土；高温作用下會產生爆裂、剝落 ^[2]  。

纖維增強水泥基複合材料是由不連續的纖維均勻地分散於水泥混凝土基材中形成的複合材料. 纖維與水泥漿基材的黏結比較牢固形成了遍佈結構全體的纖維網。當基本材料受拉力過高開裂時拉力可逐步轉移到橫跨裂紋的纖維上增大了混凝土結構的變形能力。纖維的拉伸強度較高使混凝土結構的拉伸強度增大。複合材料的抗拉、抗彎、抗裂、抗疲勞、抗振及抗衝擊能力得到顯著改善。纖維增強水泥基複合材料的主要性能特點：力學性能比普通混凝土明顯改善；新拌混凝土的坍落度值比未摻纖維時低；混凝土的抗滲性有明顯的改善；攪拌工藝不當時易產生纖維結團現象；運輸及澆注中有時會出現分層。纖維增強混凝土的開發趨勢為：鋼纖維和玻璃纖維被公認為最有前途的增強纖維；耐鹼玻璃纖維將來可能成為石棉的的代用品；聚丙烯和尼龍等合成纖維對增加抗拉強度完全無效， 但抗衝擊性能十分優良；碳纖維的抗彎強度介於綱纖維和耐鹼玻璃纖維之間，在各種纖維中鋼纖維對裂縫的約束能力最好對於抗彎、拉伸強度也最有效。增強混凝土的韌性最好。

聚合物水泥混凝土是在水泥混凝土成型過程中摻入一定量的聚合物提高其使用品質使其滿足工程的特殊需要。混凝土的性能特點:剛性大、柔性小、抗壓強度遠大 於拉伸強度。 聚合物在水泥基體中有增韌、增塑、填孔和固化作用。與普通混凝土相比性能的改善：抗壓強度、拉伸強度可提高3倍抗破裂模量可增加 近3倍；彈性模量可提高1倍、抗折彈性模量增加近50%；彈性變形減少10倍硬度增加超過70%；滲水性幾乎為0吸水率可降低83~95%。混凝土特性：力學性能得到了改善，抗折強度提高，抗壓強度降低；剛度降低，變形能力增大；耐久性和抗侵蝕能力提高；黏結性良好適合於破損水泥混凝土的修補工程；完全適應現有水泥混凝土的製造工藝過程；成本相對較低。聚合物水泥基複合材料兩種主要形式：聚合物浸漬混凝土；聚合物水泥混凝土。聚合物水泥基複合材料應用：聚合物浸漬混凝土由於良好的力學性能、耐久性及抗腐蝕能力主要用於受力的混凝土及鋼筋混凝土結構構件。因浸漬工藝複雜、成本較高混凝土構件需要預製並且尺寸受到限制因而主要在特殊情況下使用。聚合物水泥混凝土綜合性能不如聚合物浸漬混凝土但其工藝簡單、使用方便、成本低，得到了越來越多的廣泛應用。如應用於地面和道路工程，應用於結構工程 ^[3]  。