低，是很有发展前途的一种纤维增强水泥基复合材料。（1）玻璃纤维增强水泥的性能及应用玻璃纤维增强水泥基复合材料（GRC）制品已广泛用于各种建筑物中，迄今为止，世界上已有30多个国家，300多个公司在研究、生产并经营这种材料。英、美、日等国用GRC材料制成的单板、复合外墙等已正式用于轻型和高层建筑中，取得较好的建筑效果。我国早在50年代就对该材料进行了研究，由于没有解决玻璃纤维的腐蚀问题，进展缓慢。70年代后，北京建筑材料研究院，先后研制出R-13和ER-13#抗碱玻璃纤维及低碱度硫铝酸盐水泥，使得GRC在我国的研究和开发利用又重新活跃起来。进入80年代，GRC在我国开始获得应用。近10年来，复合外墙板、波纹板、盒式卫生间、阳台栏板和分户板、太阳灶壳体及沼气池等发展较快。采用各种成型方法制造的GRC，28天的物理力学性能参见表14-3。表 14-3GRC28天材令的物理力学性能制造方法直接喷射法预混注入法预混挤出法预混制压法喷射-空吸法性能18抗弯强度（MPa）30~359.813.535~40（18~25）×103(12~18)×10386×10392×10390×103冲击强度（J/m2）容积密度1.61.741.82.0~2.22.0~2.2(g/cm3)纤维含量5.05.02.52.52.5（质量比%）纤维长度（mm）3838202020砂/水泥0.300.330.400.260.10①材令：指水泥养护28天（2）石棉水泥基复合材料性能及应用石棉水泥基复合材料是一种层状、多孔和脆性的结构材料。在冷、热的反复冲击下易发生层脱、开裂，吸水后易发生翘曲变形。另外，石棉粉尘对人体有害
低，是很有发展前途的一种纤维增强水泥基复合材料。 （1）玻璃纤维增强水泥的性能及应用 玻璃纤维增强水泥基复合材料（GRC）制品已广泛用于各种建筑物中，迄今 为止，世界上已有 30 多个国家，300 多个公司在研究、生产并经营这种材料。 英、美、日等国用 GRC 材料制成的单板、复合外墙等已正式用于轻型和高层建 筑中，取得较好的建筑效果。 我国早在 50 年代就对该材料进行了研究，由于没有解决玻璃纤维的腐蚀问 题，进展缓慢。70 年代后，北京建筑材料研究院，先后研制出 R-13#和 ER-13# 抗碱玻璃纤维及低碱度硫铝酸盐水泥，使得 GRC 在我国的研究和开发利用又重 新活跃起来。进入 80 年代，GRC 在我国开始获得应用。近 10 年来，复合外墙 板、波纹板、盒式卫生间、阳台栏板和分户板、太阳灶壳体及沼气池等发展较快。 采用各种成型方法制造的 GRC，28 天 的物理力学性能参见表 14-3。 GRC28 天材令①的物理力学性能 表 14-3 制造方法 性能 喷射-空吸法 直接喷射法 预混注入法 预混挤出法 预混制压法 抗弯强度（MPa） 35~40 30~35 9.8 13.5 18 冲击强度（J/m2） （18~25）×103 （12~18）×103 86×103 92×103 90×103 容积密度 （g/cm3） 2.0~2.2 2.0~2.2 1.6 1.74 1.8 纤维含量 （质量比%） 5.0 5.0 2.5 2.5 2.5 纤维长度（mm） 38 38 20 20 20 砂/水泥 0.30 0.33 0.40 0.26 0.10 ○1 材令：指水泥养护 28 天 （2）石棉水泥基复合材料性能及应用 石棉水泥基复合材料是一种层状、多孔和脆性的结构材料。在冷、热的反复 冲击下易发生层脱、开裂，吸水后易发生翘曲变形。另外，石棉粉尘对人体有害
在一定范围内限制了石棉水泥制品的使用。石棉水泥复合材料的典型产品为石棉板（瓦）及石棉水泥管道等。石棉水泥板（瓦）主要在建筑上用于屋面材料及墙体围护结构。石棉水泥管主要用于城市和农业供水、以及输送中、低压煤气管路等。近年来，我国用石棉水泥管成功铺设了工作压力为0.3~0.6MPa的中压输送轻油管线，并取得良好的效果。此外，石棉水泥管还可用作高压风管、热水管、排污管、电缆管和落水管等。由于石棉水泥制品在世界范围内已建立了雄厚的生产基础，因而在今后一个相当长的时期内，石棉水泥工业仍将会继续存在。石棉水泥板物理力学性能参见表14-4。表14-4石棉水泥板物理力学性能成型条件加压板不加压板性能干燥时3024抗弯强度(MPa)9090受潮强度保留率（%）抗冲击强度干燥时22×10325×103(J/m2)受潮强度保留率（%）10010017吸水率（%）24容积密度（g/cm3）1.801.55（3）钢纤维水泥复合材料性能及应用钢纤维水泥复合材料是由钢纤维与水泥砂浆或混凝土所组成。通常称为“钢纤维增强混凝土”（SteelFiberReinforcedConcrete缩写为SFRC)。SFRC与混凝土相比，其抗拉强度提高30~50%，抗弯强度提高50~100%，抗压强度可提高10~20%，特别是冲击韧性可提高10~50倍。同时，SFRC还具有相当大的抗爆炸荷载的能力。其耐疲劳性能有显著提高。就其物理性能来讲，钢纤维增强水泥基复合材料，可使混凝土的干缩率降低10~30%，可使热导性能增强10~30%。SFRC因价格贵、制造复杂，故开发应用受到一定限制。目前美国、日本
在一定范围内限制了石棉水泥制品的使用。石棉水泥复合材料的典型产品为石棉 板（瓦）及石棉水泥管道等。石棉水泥板（瓦）主要在建筑上用于屋面材料及墙 体围护结构。石棉水泥管主要用于城市和农业供水、以及输送中、低压煤气管路 等。近年来，我国用石棉水泥管成功铺设了工作压力为 0.3~0.6MPa 的中压输送 轻油管线，并取得良好的效果。此外，石棉水泥管还可用作高压风管、热水管、 排污管、电缆管和落水管等。 由于石棉水泥制品在世界范围内已建立了雄厚的生产基础，因而在今后一个 相当长的时期内，石棉水泥工业仍将会继续存在。石棉水泥板物理力学性能参见 表 14-4。 表 14-4 石棉水泥板物理力学性能 成型条件 性能 加压板 不加压板 抗弯强度 （MPa） 干燥时 30 24 受潮强度保留率（%） 90 90 抗冲击强度 （J/m2） 干燥时 22×103 25×103 受潮强度保留率（%） 100 100 吸水率（%） 17 24 容积密度（g/cm3） 1.80 1.55 （3）钢纤维水泥复合材料性能及应用 钢纤维水泥复合材料是由钢纤维与水泥砂浆或混凝土所组成。通常称为“钢 纤维增强混凝土”（Steel Fiber Reinforced Concrete 缩写为 SFRC）。 SFRC 与混凝土相比，其抗拉强度提高 30~50%，抗弯强度提高 50~100%， 抗压强度可提高 10~20%，特别是冲击韧性可提高 10~50 倍。同时，SFRC 还具 有相当大的抗爆炸荷载的能力。其耐疲劳性能有显著提高。 就其物理性能来讲，钢纤维增强水泥基复合材料，可使混凝土的干缩率降低 10~30%，可使热导性能增强 10~30%。 SFRC 因价格贵、制造复杂，故开发应用受到一定限制。目前美国、日本
英国、瑞士、瑞典、加拿大和澳大利亚等国，已在某些工程中正式使用了喷射成型钢纤维水泥基复合材料。SFRC的主要应用领域有隧道、巷道、护坡加固、机场跑道、桥梁及高速公路等。（4）聚丙烯纤维水泥复合材料性能及应用聚丙烯纤维水泥复合材料是由聚丙烯纤维与水泥砂浆或混凝土所组成。一般统称为“聚丙烯纤维增强混凝土”（PolypropyleneFiberReinforcedConcrete缩写为PPFRC)。PPFRC复合材料与混凝土相比，其显著特点是抗冲击强度大幅度提高，一般可提高2~10倍。由于聚丙烯纤维可吸收因基体收缩而引起的拉应力，因此，将聚丙烯纤维加到混凝土中，可使收缩率降低75%左右。其它力学性能无明显提高。聚丙烯纤维水泥复合材料与石棉水泥复合材料相比，其韧性提高，但耐火性下降。其制品一般可做为半承重的预制品。也可用于现场浇注、地板和复合楼板等。PPFRC是一种完全新型的纤维水泥复合材料，其应用领域尚有待于进一步开发。除前述四种纤维增强水泥基复合材料外，尚有碳纤维、Kevlar纤维，以及植物纤维增强水泥等多种具有开发前途的新型无机复合材料。2水泥基复合材料2.1发展现状水泥基复合材料属无机胶凝材料基复合材料，它是由各种类型的纤维和无机胶凝材料（如水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等）组成的。通常统称为无机胶凝材料基复合材料或无机玻璃钢。在无机胶凝材料基复合材料中，研究和应用最多的是纤维增强水泥基复合材料。它是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体，以短切纤维或连续纤维为增强材料
英国、瑞士、瑞典、加拿大和澳大利亚等国，已在某些工程中正式使用了喷射成 型钢纤维水泥基复合材料。 SFRC 的主要应用领域有隧道、巷道、护坡加固、机场跑道、桥梁及高速公 路等。 （4）聚丙烯纤维水泥复合材料性能及应用 聚丙烯纤维水泥复合材料是由聚丙烯纤维与水泥砂浆或混凝土所组成。一般 统称为“聚丙烯纤维增强混凝土”（Polypropylene Fiber Reinforced Concrete 缩写 为 PPFRC）。 PPFRC 复合材料与混凝土相比，其显著特点是抗冲击强度大幅度提高，一 般可提高 2~10 倍。由于聚丙烯纤维可吸收因基体收缩而引起的拉应力，因此， 将聚丙烯纤维加到混凝土中，可使收缩率降低 75%左右。其它力学性能无明显提 高。 聚丙烯纤维水泥复合材料与石棉水泥复合材料相比，其韧性提高，但耐火性 下降。其制品一般可做为半承重的预制品。也可用于现场浇注、地板和复合楼板 等。 PPFRC 是一种完全新型的纤维水泥复合材料，其应用领域尚有待于进一步 开发。 除前述四种纤维增强水泥基复合材料外，尚有碳纤维、Kevlar 纤维，以及植 物纤维增强水泥等多种具有开发前途的新型无机复合材料。 2 水泥基复合材料 2.1 发展现状 水泥基复合材料属无机胶凝材料基复合材料，它是由各种类型的纤维和无机 胶凝材料（如水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等）组成的。通常统称为无机胶凝材 料基复合材料或无机玻璃钢。 在无机胶凝材料基复合材料中，研究和应用最多的是纤维增强水泥基复合材 料。它是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体，以短切纤维或连续纤维为增强材料
组成的。1900年奥匈帝国的LudwigHatschek发明了用圆网抄取法制造石棉水泥板并获专利。1912年意大利的AdolMagga又发明用抄取法制造石棉水泥管。到20世纪30年代大约有30多个国家生产水泥制品，石棉水泥在世界范围内已形成一门工业。到20世纪40年代，玻璃纤维和金属纤维增强水泥复合材料开始问世。意大利的Nervi发明了钢丝网水泥，它是用连续钢纤维增强水泥浆，制造薄壁制品。50年代我国和苏联都探索用玻璃纤维增强水泥，但均因水泥水化对玻璃纤维的碱性侵蚀而未成功。进入60年代，新型纤维增强材料的出现，促进了纤维增强水泥复合材料有较大的发展。1967年英国建筑研究中心（BRE）研制出含锆的抗碱玻璃纤维（CEM-FIL），以及BRE与Pilkington公司联合研究开发应用CEM-FIL纤维制造GRC的工艺与设备。重点发展了“直接喷射法”和“喷射-抽吸法”。Pilkington公司陆续将CEM-FIL纤维与GRC的成套技术转让给本国及其它30多个国家。从1970年~1980年的10年间，全世界抗碱纤维的总产量已达一万吨左右，可供制造二十多万吨的GRC制品。我国70年代中期起，又重新开始GRC研究。北京建筑材料科学研究院研制出抗碱玻璃纤维与低碱水泥相复合的技术路线。其抗碱纤维的拉丝温度低于英国的CEM-FL纤维，但抗碱能力与CEM-FIL相当。所用水泥为硫铝酸盐水泥。实验表明，用抗碱玻纤与硫铝酸盐水泥制成的复合材料，其性能优子抗碱玻璃与普通硅酸盐水泥制造的GRC制品，或中碱玻纤与硫铝酸盐水泥制造的GRC制品。在波特兰水泥中，添加某些聚合物乳液有助于提高GRC的耐久性。这方面的研究工作，国内外也在进行。总之，无机胶凝材料基复合材料尚是一种处于发展阶段的新型结构材料，其长期耐久性尚待进一步提高，其成型工艺尚待进一步完善，其应用领域有待进一步地开发。2.2纤维增强水泥所用原材料
组成的。 1900 年奥匈帝国的 Ludwig Hatschek 发明了用圆网抄取法制造石棉水泥板， 并获专利。1912 年意大利的 Adol Magga 又发明用抄取法制造石棉水泥管。到 20 世纪 30 年代大约有 30 多个国家生产水泥制品，石棉水泥在世界范围内已形成一 门工业。 到 20 世纪 40 年代，玻璃纤维和金属纤维增强水泥复合材料开始问世。意大 利的 Nervi 发明了钢丝网水泥，它是用连续钢纤维增强水泥浆，制造薄壁制品。 50 年代我国和苏联都探索用玻璃纤维增强水泥，但均因水泥水化对玻璃纤维的 碱性侵蚀而未成功。 进入 60 年代，新型纤维增强材料的出现，促进了纤维增强水泥复合材料有 较大的发展。1967 年英国建筑研究中心（BRE）研制出含锆的抗碱玻璃纤维 （CEM-FIL），以及 BRE 与 Pilkington 公司联合研究开发应用 CEM-FIL 纤维制 造 GRC 的工艺与设备。重点发展了“直接喷射法”和“喷射-抽吸法”。Pilkington 公司陆续将 CEM-FIL 纤维与 GRC 的成套技术转让给本国及其它 30 多个国家。 从 1970 年~1980 年的 10 年间，全世界抗碱纤维的总产量已达一万吨左右，可供 制造二十多万吨的 GRC 制品。 我国 70 年代中期起，又重新开始 GRC 研究。北京建筑材料科学研究院研制 出抗碱玻璃纤维与低碱水泥相复合的技术路线。其抗碱纤维的拉丝温度低于英国 的 CEM-FiL 纤维，但抗碱能力与 CEM-FIL 相当。所用水泥为硫铝酸盐水泥。实 验表明，用抗碱玻纤与硫铝酸盐水泥制成的复合材料，其性能优于抗碱玻璃与普 通硅酸盐水泥制造的 GRC 制品，或中碱玻纤与硫铝酸盐水泥制造的 GRC 制品。 在波特兰水泥中，添加某些聚合物乳液有助于提高 GRC 的耐久性。这方面 的研究工作，国内外也在进行。 总之，无机胶凝材料基复合材料尚是一种处于发展阶段的新型结构材料，其 长期耐久性尚待进一步提高，其成型工艺尚待进一步完善，其应用领域有待进一 步地开发。 2.2 纤维增强水泥所用原材料
2.2.1增强材料纤维加入脆性的水泥基体中，其作用是提高水泥基体的抗拉强度和韧性，改善其冲击强度和疲劳性能。增强水泥所用纤维，按其化学组成可分为金属纤维无机纤维和有机纤维三大类别。（1）金属纤维金属纤维主要有低碳钢纤维和不锈钢纤维两种。（2）无机纤维无机纤维主要有：天然矿物纤维（温石棉、青石棉等）：人造矿物纤维（抗碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维、抗碱矿棉等）；氧化锆纤维；碳纤维；Metglas纤维（Fe28·Ni48·Pi4）；云母薄片（MicaFlake）等。（3）有机纤维有机纤维主要有：合成纤维（聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维和Kevlar纤维等）；植物纤维（如剑麻、苎麻和黄麻纤维等）。用于增强水泥的纤维可分为短切纤维、连续纤维或纤维织物等。目前，国内外使用最多的为短切纤维。对增强水泥用的纤维，通常有如下要求：1）弹性模量高。纤维与水泥的弹性模量比愈高，愈有利于应力由基体传到纤维。2）纤维的变形能力要高。纤维的断裂延伸率愈大，则愈有利于纤维增强水泥复合材料韧性的提高。3）抗拉强度高。所用纤维的抗拉强度至少要比水泥基体高2个数量级。4）泊桑比不宜过大。以保证纤维不致过早地与基体脱开。5）纤维与水泥有较好的化学相容性，同时不受水泥水化产物的浸蚀。6）使用短切纤维时，应有一定的长径比。目的在于兼顾抗拉、抗弯强度与韧性三者性能的协调。同时，纤维与基体之间要有良好的粘接强度。7）来源方便、价格便宜，对人体无害。完全满足上述各条件的纤维是难于寻找的，应根据制品的设计和使用要求，合理选择纤维增强材料
2.2.1 增强材料 纤维加入脆性的水泥基体中，其作用是提高水泥基体的抗拉强度和韧性，改 善其冲击强度和疲劳性能。增强水泥所用纤维，按其化学组成可分为金属纤维、 无机纤维和有机纤维三大类别。 （1）金属纤维 金属纤维主要有低碳钢纤维和不锈钢纤维两种。 （2）无机纤维 无机纤维主要有：天然矿物纤维（温石棉、青石棉等）；人造矿物纤维（抗 碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维、抗碱矿棉等）；氧化锆纤维；碳纤 维；Metglas 纤维（Fe28·Ni48·P14）；云母薄片（Mica Flake）等。 （3）有机纤维 有机纤维主要有：合成纤维（聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维和 Kevlar 纤维等）；植物纤维（如剑麻、苎麻和黄麻纤维等）。 用于增强水泥的纤维可分为短切纤维、连续纤维或纤维织物等。目前，国内 外使用最多的为短切纤维。对增强水泥用的纤维，通常有如下要求： 1）弹性模量高。纤维与水泥的弹性模量比愈高，愈有利于应力由基体传到 纤维。 2）纤维的变形能力要高。纤维的断裂延伸率愈大，则愈有利于纤维增强水 泥复合材料韧性的提高。 3）抗拉强度高。所用纤维的抗拉强度至少要比水泥基体高 2 个数量级。 4）泊桑比不宜过大。以保证纤维不致过早地与基体脱开。 5）纤维与水泥有较好的化学相容性，同时不受水泥水化产物的浸蚀。 6）使用短切纤维时，应有一定的长径比。目的在于兼顾抗拉、抗弯强度与 韧性三者性能的协调。同时，纤维与基体之间要有良好的粘接强度。 7）来源方便、价格便宜，对人体无害。 完全满足上述各条件的纤维是难于寻找的，应根据制品的设计和使用要求， 合理选择纤维增强材料