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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,