纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的分類研究

摘 要:纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料因應(yīng)用廣泛而備受關(guān)注，本文對(duì)纖維水泥基復(fù)合材料進(jìn)行了分類介紹，并進(jìn)行了簡(jiǎn)要的評(píng)述。

關(guān)鍵詞:纖維 水泥基 復(fù)合材料

中圖分類號(hào):TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)11(c)-0063-01

纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料是由水泥凈漿、砂漿或水泥混凝土作基材，以非連續(xù)的短纖維或連續(xù)的長(zhǎng)纖維作增強(qiáng)材料組合而成的一種復(fù)合材料。近年來，使用價(jià)格相對(duì)低廉的天然植物纖維的研究和應(yīng)用愈來愈受到世界各國(guó)特別是發(fā)展中國(guó)家的重視。研究開發(fā)植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料不僅能夠降低造價(jià)，而且有利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，具有深遠(yuǎn)的意義。

1 PVA纖維水泥基復(fù)合材料

PVA纖維是指聚乙烯醇纖維，也稱之為維綸。以PVA為主要原料，運(yùn)用新型紡絲工業(yè)開發(fā)制成的高強(qiáng)高彈模PVA纖維和水溶性PVA纖維，通常稱為新型PVA纖維。日本用高新紡絲技術(shù)成功開發(fā)了高強(qiáng)PVA，強(qiáng)度達(dá)到21.1Cn/dtex，2000年總產(chǎn)達(dá)2.5萬噸;日本公司開發(fā)的K—II高強(qiáng)高彈模PVA纖維強(qiáng)度達(dá)到22cN/dtex，這次所開發(fā)的PVA纖維與從前的水泥增強(qiáng)材料，在性質(zhì)方面不同，不只增加強(qiáng)度，而且對(duì)混凝土還具有粘接性，使得耐震性和耐沖擊性提高，混凝土的斷裂和片狀剝落現(xiàn)象這些弱點(diǎn)也難以發(fā)生。而且，具有防止水向混凝土內(nèi)的浸入性質(zhì)，防止混凝土中性化，對(duì)防止鋼筋的腐蝕也有很大效果。

2 玻璃纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料

玻璃纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料是新型建筑材料的主要研究方向之一。摻加玻璃纖維可以改善和提高水泥基體抗折強(qiáng)度及抗沖擊性能差，但在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合材料的表面往往會(huì)出現(xiàn)開裂、滲水、脹溶、脫落等現(xiàn)象。原因是水泥體系含有較多的自由水，當(dāng)摻加一定量的玻璃纖維后，玻璃纖維與水泥基體之間形成界面結(jié)合，導(dǎo)致制品的密實(shí)度較差，水分容易滲透到復(fù)合材料的內(nèi)部，并且反復(fù)改變方向進(jìn)行遷移，導(dǎo)致復(fù)合材料的耐水性能較差。同時(shí)，滲進(jìn)復(fù)合材料內(nèi)部微裂紋中的水分子薄膜所形成的契壓力產(chǎn)生的破壞作用，也是導(dǎo)致其耐水性能差的原因。

為了提高玻璃纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的耐水性能，必須從復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)入手，改變內(nèi)部表面的孔洞、孔隙、毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，使其表面由親水表面變成憎水表面，以阻止水分的入侵。可以通過采用添加外加劑和聚合物乳液，對(duì)玻璃纖維水泥基復(fù)合材料進(jìn)行改性。

3 碳纖維水泥基復(fù)合材

碳纖維導(dǎo)電混凝土用于路面化雪除冰，這一方法消除了傳統(tǒng)的撒鹽法給混凝土路面結(jié)構(gòu)和環(huán)境帶來的許多負(fù)面效應(yīng)，有極大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，應(yīng)用前景廣闊。

碳纖維對(duì)水泥基復(fù)合材料電磁屏蔽性能也有較大影響，摻有短切碳纖維(CF)的水泥基復(fù)合材料的電磁屏蔽性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:碳纖維水泥基復(fù)合材料在頻率為9KHz～1.5GHz范圍內(nèi)具有良好的屏蔽效果。屏蔽水泥基復(fù)合材料由于在建筑結(jié)構(gòu)上的便利性，將來在軍事和民用領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

4 摻CCCW的碳纖維石墨水泥基復(fù)合材料

傳統(tǒng)水泥基材料摻加碳纖維、鋼纖維、石墨等導(dǎo)電組分后，將具有導(dǎo)電性和多功能性（包括焦耳效應(yīng)、熱電效應(yīng)、壓敏性和力敏性等），可望在未來智能建筑、健康監(jiān)測(cè)和防災(zāi)減災(zāi)等多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前， 雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)導(dǎo)電水泥基材料首選的添加組分是碳纖維，但是碳纖維在水泥基中的分散效果不甚理想，導(dǎo)致了其電學(xué)性能不穩(wěn)定，直接影響了此類材料的應(yīng)用。石墨導(dǎo)電水泥基復(fù)合材料的制備不存在分散性問題，但是為了獲得穩(wěn)定的導(dǎo)電性，必須加入一定數(shù)量的石墨。

5 玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料

玄武巖纖維是以純天然玄武巖礦石為原料，將礦石破碎后放入池窯中，經(jīng)1450～1500℃的高溫熔融后，通過噴絲板拉伸成連續(xù)纖維。由于玄武巖熔化過程中沒有硼和其他堿金屬氧化物排出，使玄武巖連續(xù)纖維的制造過程對(duì)環(huán)境無害，無工業(yè)垃圾，不向大氣排放有害氣體，因此玄武巖纖維是一種新型的環(huán)保纖維。它被稱為“巖石之絲”，100%由礦物組成，制造時(shí)不添加其他成分。

它與玻璃纖維和石棉相比具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)使用溫度范圍更寬（-260～+982℃）比玻璃纖維吸濕性低6～8倍;(2)拉伸強(qiáng)度更高;(3)彈性更高;(4)耐堿和酸;(5)介電性能更好;(6)耐輻射和紫外線;(7)對(duì)健康和環(huán)境無害;(8)玄武巖纖維生產(chǎn)原料來源十分廣泛且價(jià)格低廉。

6 碳/鋼混雜纖維水泥基復(fù)合材料

水泥作為一種傳統(tǒng)建筑材料，隨著時(shí)代的發(fā)展，在一些特殊的建筑工程中會(huì)對(duì)其性能提出更高的要求，諸如導(dǎo)電功能、壓敏功能、電磁屏蔽功能等。通過在水泥中加入各種纖維材料是制造水泥基功能復(fù)合材料的重要途徑之一。將不同的纖維混雜改性同一種基體材料，不僅可保留單一纖維復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，而且可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，匹配協(xié)調(diào)，使其某些性能明顯優(yōu)于用簡(jiǎn)單混合法則所估計(jì)的數(shù)值，即產(chǎn)生所謂的“混雜效應(yīng)”。將碳/鋼混雜纖維用于改性水泥基材料，研究單一纖維水泥基復(fù)合材料和碳/鋼混雜纖維水泥基復(fù)合材料的性能，并進(jìn)行了分析對(duì)比。

7 合成纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料

合成纖維成本不高，結(jié)構(gòu)和性能可變度大，具有較高的性價(jià)比，20世紀(jì)80年代以來，在國(guó)外已得到了廣泛的研究和應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，合成纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料技術(shù)開發(fā)也有一定的發(fā)展，上海市建筑科學(xué)研究院與上海市合成纖維研究所及上海石油化工公司共同合作，研究并成功地開發(fā)了能有效控制非結(jié)構(gòu)裂縫的合成纖維混凝土，經(jīng)上海東方明珠電視塔、地鐵1號(hào)線、石化總廠及8萬人體育場(chǎng)等重大工程的實(shí)際應(yīng)用，都取得了滿意的效果。

目前用于增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的合成纖維有:聚酯類纖維、聚酰胺類纖維（尼龍）、聚乙烯類纖維、聚丙烯纖維等。

8 天然植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料

使用天然植物纖維作為水泥增強(qiáng)材料始于20世紀(jì)初期，當(dāng)時(shí)是用它制成木漿纖維來代替石棉以生產(chǎn)纖維水泥板。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，資源短缺，能源匱乏，生態(tài)環(huán)境惡化等諸多問題的出現(xiàn)使得人們對(duì)天然植物纖維這類可再生、無污染材料產(chǎn)生極大興趣和關(guān)注，由此就提出了環(huán)境協(xié)調(diào)材料的概念。世界各國(guó)尤其一些發(fā)展中國(guó)家也由此開始熱衷于研究和開發(fā)使用天然植物纖維作水泥砂漿的增強(qiáng)材料，以探索用植物纖維增強(qiáng)水泥來制作廉價(jià)的建房材料。

9 鋼纖維增強(qiáng)聚合物水泥基復(fù)合材料

采用聚丙烯酸酯乳液、苯乙烯2丙烯酸共聚乳液、聚乙烯醇縮甲醛水溶液對(duì)鋼纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)聚合物提高了復(fù)合材料的宏觀性能如抗彎強(qiáng)度、韌性、纖維與水泥基體界面粘結(jié)強(qiáng)度。紅外光譜分析表明，聚合物加入后其活性官能團(tuán)與水泥或集料間發(fā)生化學(xué)健合，DSC放熱曲線表明，加入聚合物后混合物的放熱峰值提高，驗(yàn)證了紅外光譜的結(jié)果。通過聚合物與水泥石之間的化學(xué)鍵合強(qiáng)化了鋼纖維與水泥基體間界面，形成強(qiáng)度、韌性很好的具有互穿網(wǎng)絡(luò)的鋼纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。