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纤维增强改性发泡水泥板-种类-特性-优点

返回列表 发布日期:2021-07-06 10:53
 
  纤维增强改性发泡水泥板可以定义为由水泥、砂浆或水泥和不连续、离散、均匀分散的合适纤维的混合物组成的复合材料。纤维增强水泥具有不同的类型和性能,具有许多优点。连续网格、机织织物和长线或棒不被认为是离散纤维。纤维是一小块具有一定特性的增强材料。它们可以是圆形或扁平的。纤维通常由一个方便的参数描述,称为“纵横比”。纤维的纵横比是其长度与其直径之比。典型的纵横比范围为 30 到 150。纤维增强水泥 (FRC) 是含有纤维材料的水泥,可提高其结构完整性。它包含均匀分布和随机取向的离散短纤维。纤维包括钢纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维。在这些不同的纤维中,纤维增强水泥的特性随着水泥、纤维材料、几何形状、分布、方向和密度的变化而变化。纤维增强主要用于喷射水泥,但也可用于普通水泥。纤维增强普通水泥主要用于地面地板和人行道,但可以考虑用于各种建筑部件(梁、钳子、地基等),无论是单独使用还是与手工绑扎的钢筋一起使用 用纤维(通常是钢、玻璃或“塑料”纤维)比手工捆扎钢筋便宜,同时仍能多次提高抗拉强度。纤维的形状、尺寸和长度很重要。细而短的纤维,例如短发状玻璃纤维,仅在浇筑水泥后的最初几个小时内有效(减少水泥硬化时的开裂),但不会增加水泥的抗拉强度
  纤维在水泥中的作用
  纤维通常用于水泥中以控制塑性收缩开裂和干燥收缩开裂。它们还降低了水泥的渗透性,从而减少了水的泌水。某些类型的纤维在水泥中产生更大的抗冲击性、耐磨性和抗碎性。一般情况下,纤维不会增加水泥的抗弯强度,因此不能代替抗弯钢筋或结构钢筋。一些纤维会降低水泥的强度。添加到水泥混合物中的纤维量以占复合材料(水泥和纤维)总体积的百分比表示,称为体积分数 (V f )。V ?F通常在 0.1% 到 3% 的范围内。长宽比 (l/d) 的计算方法是将纤维长度 (l) 除以其直径 (d)。具有非圆形横截面的纤维使用等效直径来计算纵横比。如果纤维的弹性模量高于基体(水泥或砂浆粘合剂),它们会通过增加材料的抗拉强度来帮助承载载荷。纤维纵横比的增加通常会降低基体的抗弯强度和韧性。然而,太长的纤维往往会在混合物中“成球”并产生可加工性问题。最近的一些研究表明,在水泥中使用纤维对水泥材料的抗冲击性影响有限。这一发现非常重要,因为传统上人们认为 d当水泥用纤维增强时,其延展性会增加。结果还指出,与较长的纤维相比,微纤维的抗冲击性更好。
  纤维增强水泥的必要性
  它增加了水泥的抗拉强度。
  它减少了空气空隙和水空隙凝胶的固有孔隙率。
  它增加了水泥的耐久性。
  石墨和玻璃等纤维具有出色的抗蠕变性,而大多数树脂则不然。因此,纤维的取向和体积对钢筋/筋的蠕变性能有显着影响。
  钢筋水泥本身是一种复合材料,其中钢筋作为加强纤维,水泥作为基体。因此,两种材料在热应力下的行为必须相似,以便使水泥和钢筋的不同变形最小化。
  已经认识到,向水泥中加入细小的、紧密间隔的和均匀分散的纤维将起到抑制裂缝的作用,并会显着改善其静态和动态性能。
  影响纤维增强水泥性能的因素
  纤维增强水泥是在水泥基体中以有序或随机分布的方式含有纤维的复合材料。显然,它的特性取决于基体和纤维之间应力的有效传递。下面简要讨论这些因素:
  1. 相对纤维基体刚度
  基质的弹性模量必须远低于纤维的弹性模量,才能有效地传递应力。低模量的纤维,如尼龙和聚丙烯,因此不太可能提高强度,但有助于吸收大能量,因此赋予更大程度的韧性和抵抗力。钢、玻璃和碳等高模量纤维赋予复合材料强度和刚度。基体和纤维之间的界面结合也决定了从基体到纤维的应力传递的有效性。良好的粘合对于提高复合材料的拉伸强度至关重要。
  2. 纤维体积
  复合材料的强度在很大程度上取决于其中使用的纤维数量。图 1 和图 2 显示了体积对韧性和强度的影响。从图1可以看出,随着纤维体积的增加,复合材料的拉伸强度和韧性近似线性增加。使用较高百分比的纤维可能会导致水泥和砂浆的离析和粗糙。
纤维增强改性发泡水泥板
纤维增强改性发泡水泥板
  3. 纤维的纵横比
  影响复合材料性能和行为的另一个重要因素是纤维的纵横比。据报道,纵横比达到 75,纵横比的增加会线性增加极限水泥。超过75,相对强度和韧性降低。表 1 显示了纵横比对强度和韧性的影响。 表 1:纤维的纵横比
纤维的纵横比
  4. 纤维的方向
  传统增强材料和纤维增强材料之间的区别之一是,在传统增强材料中,钢筋按所需方向取向,而纤维则随机取向。为了观察随机性的影响,测试了用 0.5% 体积纤维增强的砂浆试样。在一组试样中,纤维沿载荷方向排列,另一组试样与载荷方向垂直,第三组试样随机分布。据观察,与施加的载荷平行排列的纤维比随机分布或垂直的纤维提供更高的拉伸强度和韧性。
  5. 水泥的和易性和密实度
  钢纤维的加入显着降低了可加工性。这种情况对新鲜组合的整合产生不利影响。即使长时间的外部振动也无法压实水泥。达到这种情况的纤维体积取决于纤维的长度和直径。可加工性差的另一个后果是纤维分布不均匀。通常,通过增加水灰比或使用某种减水剂来提高混合料的和易性和压实度。
  6. 粗骨料尺寸
  粗骨料的最大尺寸应限制在 10 毫米,以避免显着降低复合材料的强度。纤维实际上也充当聚集体。尽管它们具有简单的几何形状,但它们对新拌水泥性能的影响却很复杂。纤维之间以及纤维与聚集体之间的颗粒间摩擦控制着纤维的取向和分布,从而控制着复合材料的性能。减少摩擦的外加剂和提高混合料内聚力的外加剂可以显着改善混合料。
  7. 混合
  纤维增强水泥的混合需要小心的条件,以避免纤维成球、离析以及通常难以均匀混合材料。粗骨料的长径比、体积百分比和尺寸和数量的增加加剧了困难和成球趋势。钢纤维含量超过 2%(体积)且长宽比超过 100 时难以混合。重要的是纤维在整个混合物中均匀分散;这可以通过在加入水之前加入纤维来实现。在实验室混合器中混合时,通过金属丝网篮引入纤维将有助于纤维的均匀分布。对于现场使用,必须采用其他合适的方法。
  不同类型的纤维增强水泥
  以下是建筑行业中常用的不同类型的纤维。
  钢纤维水泥
  聚丙烯纤维增强 (PFR) 水泥砂浆和水泥
  GFRC 玻璃纤维水泥
  石棉纤维
  碳纤维
  有机纤维
  1. 钢纤维水泥
  有多种钢纤维类型可用作增强材料。常用的圆钢纤维是将圆线切割成较短的长度。典型的直径在 0.25 到 0.75mm 的范围内。具有矩形 c/s 的钢纤维是通过将约 0.25 毫米厚的片材淤泥制成的。由低碳钢拉丝制成的纤维。符合 IS:280-1976,线径从 0.3 到 0.5mm 不等,已在印度实际使用。圆钢纤维是通过切割或切碎金属丝生产的,具有典型 c/s 厚度范围为 0.15 至 0.41 毫米和宽度为 0.25 至 0.90 毫米的平板纤维是通过对平板进行淤积而生产的。也可使用以束状与水溶性胶松散结合的变形纤维。由于单个纤维倾向于聚集在一起,它们在矩阵中的均匀分布通常很困难。这可以通过添加在混合过程中分离的纤维束来避免。 另请阅读: 钢纤维水泥的应用 钢纤维水泥配合比的制备和用途
  2、 聚丙烯纤维增强(PFR)水泥砂浆和水泥
  聚丙烯是最便宜且数量充足的聚合物之一,聚丙烯纤维对大多数化学品具有耐受性,并且是水泥基体,在侵蚀性化学侵蚀下会首先变质。它的熔点很高(约165摄氏度)。所以这是一个工作温度。As (100 摄氏度) 可以短时间维持而不损害纤维特性。具有疏水性的聚丙烯纤维可以很容易地混合,因为它们在混合过程中不需要长时间接触,只需要在混合中均匀地做旧。聚丙烯短纤维,体积分数在 0.5 到 15 之间,商业上用于水泥。
聚丙烯纤维增强(PFR)水泥砂浆和水泥
  3. GFRC -玻璃纤维增强水泥
  玻璃纤维由 200-400 根单独的细丝组成,这些细丝轻轻粘合以构成一个支架。这些支架可以切成各种长度,或组合成布垫或胶带。使用普通水泥的传统混合技术不可能混合超过约 2%(按体积计)的 25 毫米长度的纤维。玻璃纤维的主要用途是增强用于生产薄板产品的水泥或砂浆基质。常用的玻璃纤维种类是e-glass。在增强塑料和 AR 玻璃中,E 玻璃对波特兰水泥中存在的碱的耐受性不足其中 AR 玻璃具有改进的耐碱特性。有时还会在混合物中添加聚合物以改善某些物理特性,例如水分运动。
GFRC -玻璃纤维增强水泥
  4. 石棉纤维
  天然可用的廉价矿物纤维石棉已成功与波特兰水泥浆结合形成一种广泛使用的产品,称为石棉水泥。这里的石棉纤维具有耐热机械和耐化学性,使其适用于板材产品管道、瓷砖和波纹屋顶元件。石棉水泥板大约是未增强基体的两到四倍。然而,由于长度相对较短(10 毫米),该纤维的冲击强度较低。
石棉纤维
  5. 碳纤维
  最新推出的碳纤维可能是可用于商业用途的纤维系列中最引人注目的补充。碳纤维具有非常高的弹性模量和弯曲强度。这些是广泛的。已发现它们的强度和刚度特性甚至优于钢。但它们甚至比玻璃纤维更容易受到损坏,因此通常会进行涂层处理。
碳纤维
  6. 有机纤维
  有机纤维如聚丙烯或天然纤维在化学上可能比钢或玻璃纤维更惰性。它们也更便宜,特别是如果是天然的。大量的植物纤维可用于获得多重裂解复合材料。混合和均匀分散的问题可以通过添加高效增塑剂来解决。
有机纤维
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