先进水泥基复合材料PPT

四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素
4.8.3 机械密实 采用圆筒对纤维进行机械密实加工，增大 纤维的弹性模量同时使纤维表面粗糙，从 而提高纤维与水泥基界面粘结性能。
4.8.4 其他方法 提高基体性能来提高纤维与水泥基体界面 粘结性能，如掺矿物掺合料、外加剂等。
五 界面改性与偶联剂作用
博士研究生课程论文
《先进水泥基复合材料》
水泥基复合材料的界面组成、结构及其改性
水泥基复合材料的界面组成、结构及其改性


一 研究背景及意义 二 水泥基复合材料界面研究 三 纤维增强水泥基复合材料界面特性 四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的 因素 五 界面改性与偶联剂作用
一 研究背景及意义
5.1 偶联剂的概念
偶联剂
与有机分子反 应官能团可
与无机物表面 的吸附水反应
五 界面改性与偶联剂作用
5.2 偶联剂的分类（四大类）


有机铬络合物 硅烷类 钛酸酯类 铝酸化合物
五 界面改性与偶联剂作用
5.3 偶联剂的作用

偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的 某些基团反应，又能与基体反应，在增强材料与基体之间 形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材 料与基体之间的粘合强度，提高了复合材料的性能，同时 还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利 于制品的耐老化性能。
五 界面改性与偶联剂作用
5.4 偶联剂作用机理 5.4.1化学键理论 水泥表面处理所用偶联剂的一端能以化学 键与水泥表面结合（M—O—Si或M—O— Ti—键），另一端可溶解扩散于界面区域的 聚合物，在其中与其大分子链发生交联反 应或相互缠绕，形成憎水的互穿聚合物网 络（IPN）。
五 界面改性与偶联剂作用
2.2界面研究背景 水泥材料界面的理论研究工作始于五十年代。法 国J.Farran首先提出在集料颗粒外存在Transition Ring （过渡环）的概念。 Barnes等人提出界面模型，Grandet和Olliver报告 了用X射线衍射法测定混合料试件断裂面的 Ca(OH)2晶体取向性。
二 水泥基复合材料界面研究
四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素
4.7 影响粘结性能的因素 纤维性能参数，水泥基体及外界环境介质等，关键 在于界面粘结强度 4.7.1 纤维类型的影响 纤维的弹性模量 （高弹模纤维有利于抑制裂缝扩 展且具有跟好的粘结性能） 4.7.2 纤维长径比的影响 长径比大的纤维增强增韧以及阻裂效果较为明显 4.7.3 纤维形状（束状多丝、波浪形、两端加扣） 4.7.4 其他因素 外形、表面粗糙度以及表面质量
四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素
4.8 改善合成纤维—基体粘结性能的措施
4.8.1 宏观处理、 改善纤维表面形状，加大纤维与基体的接 触面积，增大摩擦力，增强纤维与基体的 界面的粘结性能。
四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素
4.8.2 微观处理 对纤维表面进行离子处理，比表面积和粗 糙度，改善纤维的可湿性和化学性质，增 大摩擦力和促进纤维与基体的化学反应使 纤维与基体界面的粘结强度大幅度提高 。
四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素
4.5 纤维应力传递机理 （1） 混凝土中水泥胶凝体与纤维表面的化 学胶着力； （2）混凝土收缩时将纤维紧握而产生的摩 擦力； （3）纤维表面粗糙、凸凹不平与混凝土之 间的机械咬合作用力
四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素
4.6 纤维与混凝土的局部应力传递和局部滑 移关系
五 界面改性与偶联剂作用
5.5 聚合物改性水泥基材料的微观结构

Su等认为聚合物从两方面影响改性水泥浆 的结构: (1)混合后一部分聚合物粒子吸附 在水泥颗粒表面，形成薄膜； (2)另一部分 聚合物分散在孔中的液相中，当自由水完 全被水化和蒸发消耗掉后，形成薄膜。
三 纤维增强水泥基复合材料界面特性
3.1界面层（过渡区）的概念
界面区域示意图 界面是复合材料 极为重要的“微结构”

三 纤维增强水泥基复合材料界面特性

3.2 界面过渡层的形成
拌和 纤维、集料表面形成水膜层
纤维或集料表面水泥浓度 随距离增大而增大
水膜层中水 化产物形成
离子扩散进入 水膜层
水泥中的化合物溶 于水
纤维---水泥 基界面层形 成
三 纤维增强水泥基复合材料界面特性
3.3 界面特性 界面层不是一个面，而是一个具有一定厚 度的体（几个到几十个微米） （MASO对集料—水泥基界面层形成机理的 假说） 界面层通常是复合材料中的薄弱区
四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素
4.1 纤维改善混凝土力学性能 草筋、石棉、玻璃纤维、碳纤维、钢纤维 等材料 阻止混凝土硬化收缩，增强抗裂抗渗能力 纤维能与水泥基体共同承受外力
四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素
4.2 纤维对混凝土的增强效果 主要取决于纤维-混凝土基体的界面粘结性 能 4.3 纤维类型 光面纤维 压痕纤维
四 影响纤维与水泥基体界面粘结性能的因素
4.4两种代表性理论 4.4.1 “混合律” 将纤维混凝土看作复合材料，用复合材料 力学的“混合律”方法进行分析，复合材 料的各项性能为混凝土基体性能和纤维性 能的加权和。 4.4.2 纤维间距理论（或称阻裂理） 将纤维混凝土看作脆性材料，用断裂力学 方法进行分析 。
1.1 研究背景 1824年，英国人Jaspdin发明了波特兰水泥； 1861年，法国花匠J.Monier发明了制造钢筋 混凝土结构的方法； 1867年出现钢筋混凝土结构构件； 1940年开始采用了预应力混凝土技术 挑战：高性能、环保、生产、资源节约等。
一 研究背景及意义
1.2 研究意义

5.4.2 用界面化学反应模型来解释硅烷和钛 酸酯两类偶联剂对聚合物水泥基复合材料 的增强和提高抗湿性的作用机理
五 界面改性与偶联剂作用
5.5 聚合物改性水泥基材料的微观结构



最著名的是20世纪 80 年代的 Ohama模型 [28 ]和Konietzko模型[29]。 Konietzko结构模型认为聚合物和水泥浆体 相互贯穿形成互穿网络结构， Ohama模型认为水泥硬化浆体包裹在聚合 物网膜中间。

2.3复合材料的界面粘着理论 吸附和浸润（物理吸引） 相互扩散 静电吸引 化学键结合（最重要） 机械粘着
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

三 纤维增强水泥基复合材料界面特性
3.1界面层（过渡区）的概念


从纤维表面到水泥浆体间逐层逐点研究与 测试发现，期间有薄弱的特殊区，即过渡 区，又称界面层。界面层是一个具有一定 厚度的体。 基体相同时，纤维—水泥基、普通集料— 水泥基的界面层组成、结构和形状是类同 的。

要获得高性能的混凝土材料，就必须深入研究水 泥基复合材料的界面结构、组成及其改性，通过 对其结构和性能的研究，建立合理的理论体系和 试验方法，采取适当的措施，提高混凝土材料的 性能。
二 水泥基复合材料界面研究
2.1水泥基材料界面的定义 水泥基复合材料是由硬化水泥石、增强骨料等以 及水泥石/骨料界面组成的多相复合材料。