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1、水泥基复合材料 （1）,Cement Based Composites,绪论,1、课程内涵 2、水泥基复合材料发展历史 3、学习要求和学习方法 4、定义与分类 5、新型水泥基材料开发途径,1、课程内涵,（1）问题：实际问题；科学问题； （2）思路； （3）研究方法； （4）理论。,图1-1 中国山西双林寺一大殿外墙的风化抹灰料,纤维对高强混凝土受拉应力-应变曲线 的影响1,1高丹盈，张煌钦，混凝土拉伸应力应变关系，工业建筑 ，1992/12, pp.21-25,（b）图 高强素混凝土受拉应力-应变曲线,O,O,O,纤维对高强混凝土受拉应力-应变曲线 的影响1,纤维对水泥基材料断裂能的影响2,2
2、王福敏1,杨世聪1,龚 斌，柔性纤维混凝土(砂浆)断裂能试验研究，公路交通技术，2008年12月，第6期，pp.27-30,纤维对混凝土收缩性能的影响3,3孙伟，钱红萍，陈惠苏，纤维混杂及其与膨胀剂复合对水泥基材料的物理性能的影响，硅酸盐学报，2000（2）：95-99,t为纤维体积分数,2孙伟，钱红萍,陈惠苏，纤维混杂及其与膨胀剂复合对水泥基材料的物理性能的影响，硅酸盐学报，2000（2）：95-99,纤维对混凝土收缩性能的影响3,纤维对混凝土收缩性能的影响3,3孙伟，钱红萍,陈惠苏，纤维混杂及其与膨胀剂复合对水泥基材料的物理性能的影响，硅酸盐学报，2000（2）：95-99,t为纤维体积分
3、数,文献4：胡曙光, 周宇飞, 王发洲, 彭 波，高吸水性树脂颗粒对混凝土自收缩与强度的影响，华 中 科 技 大 学 学 报(城市科学版)，第25卷第1期，2008年3月 ，pp.1-5,高吸水性树脂颗粒对混凝土自收缩与强度的影响4,图2是引入水量固定时,SAP掺量对低水胶比混凝土各龄期自收缩的影响规律。在低水胶比混凝土中引入预吸水SAP,可有效抑制混凝土龄期的自收缩,且在7 d龄期之前,其效果随SAP掺量增大有显著改善,由于SAP掺入混凝土后继续吸水肿胀,掺有SAP的试样在早期还产生了微膨胀。,5欧进萍，匡亚川，内置胶囊混凝土的裂缝自愈合行为分析和试验 ，固体力学学报，第25卷第2期，200
4、4年 9月，pp.320-324,纤维胶液管钢筋混凝土梁裂缝 自愈合行为的影响5,6王春阳，力电效应机敏碳纤维混凝土梁模型，平顶山工学院学报，第15卷第4期 2006年7月，pp.4-6,碳纤维对混凝土力电效应的影响6,碳纤维对混凝土力电效应的影响7,7陆见广，徐志洪，夏正兵，朱海琴，吴志红，弹性范围内碳纤维混凝土梁在循环荷载下的力电效应研究，商品混凝土， 2009年第5期，pp.44-47,纤维对水泥基材料耐久性的影响8,8陈尚江，冉启东，董淑慧，纤维混凝土的耐久性研究，低温建筑技术，2009年第3期，pp.17-19,纤维对水泥基材料耐久性的影响8,纤维对水泥基材料耐久性的影响8,聚合物掺
5、入对混凝土性能的影响9,聚合物乳液为丁苯乳液(简称SB)及羧基丁苯乳液(简称SD),乳液中固体成份含量约45%。,9梁乃兴，李祝龙，聚合物乳液改性水泥混凝土，西安公路交通大学学报，第18卷 第3(B)期，1998年7月，pp.159-163,聚合物掺入对混凝土性能的影响9,Rw抗弯强度；Rc抗压强度。,聚合物掺入对混凝土性能的影响9,聚合物掺入对混凝土性能的影响9,聚合物掺入对混凝土性能的影响9,聚合物掺入对混凝土性能的影响9,一般选用脂肪酸类的有机物做相变材料。综合考虑性能、施工和造价等因素,文中选用月桂酸(C12H24O2)作为相变材料,掺量为水泥质量3%。将相变材料与水泥、砂、石一起搅拌
6、,施工工艺同普通混凝土。,掺入相变储能材料对混凝土性能的影响10,10李胜波，邓安仲，沈小东，相变储能材料控制大体积混凝土裂缝技术研究，山西建筑，第33卷第6期， 2 0 0 7年2月，pp.164-165,硬化水泥浆体碳化前后纳米压痕数值11,Fig. 3. Summary of (a) the 1-year-old slag cement paste and (b) OPC paste (W/C=0.45) nano-indentation test results. NC: non-carbonated, CAR: carbonated.,11 Ouzhan opurolu, Erik
7、Schlangen, Modeling of frost salt scaling, Cement and Concrete Research 38 (2008) 2739,硬化水泥浆体碳化前后的形貌11,Fig. 4. Photomicrographs of 1-year-old high-slag and OPC pastes in non-carbonated and carbonated conditions (W/C=0.45).,多壁碳纳米管增强的水泥净浆的 弹性模量和SEM照片12,Fig.16 Probability plot of the elastic modulus of
8、 cement paste (w/c=0.5) reinforced with 0.08% short MWCNTs (left) and SEM image of MWCNTs in cement paste(right),12 MARIA S K G, METAXA Z S, SHAP S P. Multi-scale mechanical and fracture characteristics and early-age strain capacity of high performance carbon naotube /cement nanocomposites J. Cement
9、 and Concrete Composites, 2010, 32: 110115.,石子颗粒和水泥浆体的界面过渡区周围6060 um的纳米压痕点阵 13,Fig.14 6060 um image of a weak ITZ between paste and gravel showing locations of indents (left) and Youngs modulus in GPa (middle) and ITZ region area (right),13 MONDAL P, SHAH S P, MARKS L D. Nanoscale characterization o
10、f cementitious materials J. ACI Materials Journal, 2008, 105(2): 174179,采用Nanoindentation研究碳化反应的纳米力学性能的演化14,碳化前的弹性模量和硬度值分布情况,碳化后的弹性模量和硬度值分布情况,研究结果表明： 碳化反应前，未水化水泥颗粒的尺寸约为1530um，水化产物以未水化水泥颗粒为中心向周围扩散生长，弹性模量随距离增大而减小。碳化反应后，未水化水泥颗粒个数和尺寸都减小了*。 14Han J D , Pan G H, Sun W, et al. Application of nanoindentatio
11、n to investigation chemomechanical properties change of cement paste in the carbonation reaction. Science China TechnologyScience,2012,5(3): 616-622.,XCT技术分析碳化前后缺陷分布15,a: NCAR. b: CAR. c: Crack after CAR.,a: NCAR. b: CAR. c: Crack after CAR.,a: NCAR. b: CAR. c: Crack after CAR. Fig.2 X-Y axis cross
12、section area and crack distribution of Y-Z axis cross section after carbonation,15Jiande Han 1,a, Ganghua Pan 1, b,Wei Sun 1 c, , Caihui Wang1,d and Hui Rong1 ，X-ray computed tomography studies of 3D meso-defect volume distribution changes of cement paste due to carbonation，（Submited）,XCT技术分析碳化前后缺陷分
13、布15,a: NCAR. b: CAR. Fig.4 Meso-defect distribution of 3D volume before and after carbonation,3days,XCT技术表征碳化前沿的演化规律-水泥净浆17,0day,7days,14days,28days,17 Han J D, Sun W, Pan G H, et al. Monitoring the evolution of Accelerated carbonation of hardened cement pastes by X-ray computed tomography . Journal
14、 of Materials in Civil Engineering,2012,7.1 通过XCT原位追踪考察了水泥基材料不同碳化时间0,3,7,14,28天的演化规律-水泥净浆17,28days,14days,7days,3days,0day,The uncarbonated peaks (low gray values, 700750) decrease and the carbonated peaks (high gray values, 800900) increase over time.,环境友好现代混凝土的基础研究项目简介,环境友好现代混凝土的基础研究项目简介,环境友好现代混凝土
15、的基础研究项目简介,环境友好现代混凝土的基础研究项目简介,环境友好现代混凝土的基础研究项目简介,1、课程内涵,（1）问题：实际问题；科学问题； （2）思路（如1+12等） （3）研究方法（如开裂程度的表征，自修复程度的表征，压电机敏性的表征，纳米压痕方法、XCT方法等等）。 （4）理论（复合材料理论、力学理论、分形理论等等）。,2、水泥基复合材料发展历史,（1）断裂力学（Griffith theoretical,1920） （2）纤维间距理论（Romualdi,1963年）； （3）复合材料理论（Krenchel,1964年）； （4）界面理论（1970-1980）； （5）细观力学理论（1990年）； （6）耐久性理论（1990-今，包括传输理论、多尺度模拟方法、损伤理论等等）。,2、水泥基复合材料发展历史,BC horse Hair 1900 asbestos fibers 1920 Griffith, theoretical vs. apparent strength 1950 Composite materials 1960 FRC 1970 New initiative for asbestos cement replacement,
