黄麻纤维增强混凝土的抗压和抗折性能研究*

2013-10-14

产业用纺织品 2013年4期

(南通大学纺织服装学院，南通，226019)

混凝土作为当今世界上使用最广泛的土工材料，具有造价低廉、经久耐用、安全稳定、易模铸成各种复杂型材、抗压强度与刚度高的特点。但它在得到广泛应用的同时，也因固有弱点严重影响了其在许多工程中的应用［1-3］。研究表明:在水泥基体中随机分布一些纤维是提高混凝土的韧性、耐冲击性、抗渗性及耐收缩断裂性的有效途径［4］。目前关于聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维等合成纤维以及钢纤维混凝土的研究已有报道，但关于天然植物纤维增强混凝土的研究及应用技术较少，尤其是工程实际应用方面的一些关键数据更是极其少见。黄麻纤维价格低廉、可再生性好、来源广泛，还具有较高的拉伸强度，而且密度较小，因此比强度、比刚度均较高。同时，麻纤维微观结构独特，在各种天然纤维中，麻纤维连续长度较长，具有较好的加工工艺性和高强低伸的特性，是代替各种合成纤维作复合材料增强相的理想材料之一［5-6］。本文通过与素混凝土进行对比，研究黄麻纤维的长度和掺量对混凝土抗压、抗折性能的影响。

1 试验方案

1.1 原料

胶凝材料采用32.5级普通硅酸盐水泥，细骨料采用中砂，粗骨料采用5～25 mm片状碎石，水采用自来水。

试验所用黄麻纤维的性能见表1。

表1 黄麻纤维性能

1.2 配合比

试验固定水灰比、粗细骨料的用量，通过调整纤维的长度和掺量来研究其对混凝土抗压、抗折性能的影响。试验采用的配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比 (单位:kg·m-3)

1.3 试样制备与测试

在搅拌机中，首先加入粗骨料，随后加入黄麻纤维，干拌2 min以使纤维均匀分散于整个混合物中。应该特别注意的是，要确保没有纤维球的形成，否则将影响混凝土的使用性能。然后在搅拌机中加入细骨料和水泥，再干拌约1 min后加水混合。将拌好的混凝土装入模具，使用振动器使其适当密实，填满后用抹刀将表面刮平滑。为使混凝土凝固，试件需在(20±1)℃的温度下放置。24 h后将试件脱模，放在养护箱内，设置条件为:温度20℃，相对湿度不低于95%。28 d后取出晾干准备测试。

抗压强度试验采用无锡市锡仪建材仪器厂生产的 JYE-200型压力试验机，试件采用边长为150 mm的立方体标准件;抗折强度试验采用长春材料试验机厂生产的WE-10A型液压式万能试验机，试件采用100 mm×100 mm×400 mm的非标准件。

2 结果与分析

2.1 对抗压强度的影响

2.1.1 纤维长度对抗压强度的影响

当纤维掺量为0.5 kg/m3时，不同长度的黄麻纤维增强混凝土的抗压强度测试结果见表3。由表3可以看出，与素混凝土相比，黄麻纤维的适当加入提高了混凝土的抗压强度;在纤维掺量固定的情况下，抗压强度随着纤维长度的增加呈现先增后减的趋势;当纤维长度为30 mm时，抗压强度的增幅最大，达到了20.44%。

表3 纤维长度对抗压强度的影响

2.1.2 纤维掺量对抗压强度的影响

固定纤维长度为30 mm，研究纤维掺量对混凝土抗压强度的影响。表4给出了不同掺量的黄麻纤维增强混凝土的抗压强度。从表4可以看出，与素混凝土相比，在一定范围内黄麻纤维的加入能够有效地提高混凝土的抗压强度;当纤维掺量为0.5 kg/m3时，抗压强度增幅最大;当掺量大于0.6 kg/m3后，抗压强度则迅速下降。

表4 纤维掺量对抗压强度的影响

由此可见，黄麻纤维可以提高混凝土的抗压强度，但是过量的黄麻纤维则会使混凝土的抗压强度降低。

2.2 对抗折强度的影响

抗折试件选用长度为30 mm的黄麻纤维，纤维掺量为0～0.8 kg/m3。测试时先将试件与试验台之间压紧不留空隙，然后开始缓慢加载，记录每隔2 kN的位移。为消除试验误差，将每个试件2 kN处的位移归为零，其他各位移数据均减去该试件2 kN处原来的位移数，并绘制混凝土试件的载荷—位移曲线，如图1所示。

图1 混凝土试件的载荷—位移曲线

由图1可以看出，与素混凝土试件相比，添加了黄麻纤维的试件的破坏载荷明显增加，当黄麻纤维掺量为0.6 kg/m3时达到最大。并且，添加了黄麻纤维的试件在承受载荷时位移小于素混凝土，在载荷较小时，几种试件随载荷增加而位移变化的差异不大;当载荷超过4 kN后，略有差异;当载荷大于9 kN后，添加黄麻纤维的试件的位移增加趋于缓慢。

由于抗折强度试样采用的是非标准件，因此需要按照规定的系数进行折算才具有可比性，折算后的抗折强度见表5。由此可以看出，黄麻纤维的添加能够提高混凝土试件的抗折强度。在黄麻纤维长度固定为30 mm的情况下，混凝土试件的抗折强度随着纤维掺量的增加呈现先增后减的趋势;且在黄麻纤维掺量为0.6 kg/m3时抗折强度达到最大，与素混凝土试件相比提高了53.47%。