黃麻纖維增強混凝土的抗壓和抗折性能研究*

(南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，南通，226019)

混凝土作為當(dāng)今世界上使用最廣泛的土工材料，具有造價低廉、經(jīng)久耐用、安全穩(wěn)定、易模鑄成各種復(fù)雜型材、抗壓強度與剛度高的特點。但它在得到廣泛應(yīng)用的同時，也因固有弱點嚴(yán)重影響了其在許多工程中的應(yīng)用［1-3］。研究表明:在水泥基體中隨機分布一些纖維是提高混凝土的韌性、耐沖擊性、抗?jié)B性及耐收縮斷裂性的有效途徑［4］。目前關(guān)于聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維等合成纖維以及鋼纖維混凝土的研究已有報道，但關(guān)于天然植物纖維增強混凝土的研究及應(yīng)用技術(shù)較少，尤其是工程實際應(yīng)用方面的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)更是極其少見。黃麻纖維價格低廉、可再生性好、來源廣泛，還具有較高的拉伸強度，而且密度較小，因此比強度、比剛度均較高。同時，麻纖維微觀結(jié)構(gòu)獨特，在各種天然纖維中，麻纖維連續(xù)長度較長，具有較好的加工工藝性和高強低伸的特性，是代替各種合成纖維作復(fù)合材料增強相的理想材料之一［5-6］。本文通過與素混凝土進行對比，研究黃麻纖維的長度和摻量對混凝土抗壓、抗折性能的影響。

1 試驗方案

1.1 原料

膠凝材料采用32.5級普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料采用中砂，粗骨料采用5～25 mm片狀碎石，水采用自來水。

試驗所用黃麻纖維的性能見表1。

表1 黃麻纖維性能

1.2 配合比

試驗固定水灰比、粗細(xì)骨料的用量，通過調(diào)整纖維的長度和摻量來研究其對混凝土抗壓、抗折性能的影響。試驗采用的配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比 (單位:kg·m-3)

1.3 試樣制備與測試

在攪拌機中，首先加入粗骨料，隨后加入黃麻纖維，干拌2 min以使纖維均勻分散于整個混合物中。應(yīng)該特別注意的是，要確保沒有纖維球的形成，否則將影響混凝土的使用性能。然后在攪拌機中加入細(xì)骨料和水泥，再干拌約1 min后加水混合。將拌好的混凝土裝入模具，使用振動器使其適當(dāng)密實，填滿后用抹刀將表面刮平滑。為使混凝土凝固，試件需在(20±1)℃的溫度下放置。24 h后將試件脫模，放在養(yǎng)護箱內(nèi)，設(shè)置條件為:溫度20℃，相對濕度不低于95%。28 d后取出晾干準(zhǔn)備測試。

抗壓強度試驗采用無錫市錫儀建材儀器廠生產(chǎn)的 JYE-200型壓力試驗機，試件采用邊長為150 mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)件;抗折強度試驗采用長春材料試驗機廠生產(chǎn)的WE-10A型液壓式萬能試驗機，試件采用100 mm×100 mm×400 mm的非標(biāo)準(zhǔn)件。

2 結(jié)果與分析

2.1 對抗壓強度的影響

2.1.1 纖維長度對抗壓強度的影響

當(dāng)纖維摻量為0.5 kg/m3時，不同長度的黃麻纖維增強混凝土的抗壓強度測試結(jié)果見表3。由表3可以看出，與素混凝土相比，黃麻纖維的適當(dāng)加入提高了混凝土的抗壓強度;在纖維摻量固定的情況下，抗壓強度隨著纖維長度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢;當(dāng)纖維長度為30 mm時，抗壓強度的增幅最大，達(dá)到了20.44%。

表3 纖維長度對抗壓強度的影響

2.1.2 纖維摻量對抗壓強度的影響

固定纖維長度為30 mm，研究纖維摻量對混凝土抗壓強度的影響。表4給出了不同摻量的黃麻纖維增強混凝土的抗壓強度。從表4可以看出，與素混凝土相比，在一定范圍內(nèi)黃麻纖維的加入能夠有效地提高混凝土的抗壓強度;當(dāng)纖維摻量為0.5 kg/m3時，抗壓強度增幅最大;當(dāng)摻量大于0.6 kg/m3后，抗壓強度則迅速下降。

表4 纖維摻量對抗壓強度的影響

由此可見，黃麻纖維可以提高混凝土的抗壓強度，但是過量的黃麻纖維則會使混凝土的抗壓強度降低。

2.2 對抗折強度的影響

抗折試件選用長度為30 mm的黃麻纖維，纖維摻量為0～0.8 kg/m3。測試時先將試件與試驗臺之間壓緊不留空隙，然后開始緩慢加載，記錄每隔2 kN的位移。為消除試驗誤差，將每個試件2 kN處的位移歸為零，其他各位移數(shù)據(jù)均減去該試件2 kN處原來的位移數(shù)，并繪制混凝土試件的載荷—位移曲線，如圖1所示。

圖1 混凝土試件的載荷—位移曲線

由圖1可以看出，與素混凝土試件相比，添加了黃麻纖維的試件的破壞載荷明顯增加，當(dāng)黃麻纖維摻量為0.6 kg/m3時達(dá)到最大。并且，添加了黃麻纖維的試件在承受載荷時位移小于素混凝土，在載荷較小時，幾種試件隨載荷增加而位移變化的差異不大;當(dāng)載荷超過4 kN后，略有差異;當(dāng)載荷大于9 kN后，添加黃麻纖維的試件的位移增加趨于緩慢。

由于抗折強度試樣采用的是非標(biāo)準(zhǔn)件，因此需要按照規(guī)定的系數(shù)進行折算才具有可比性，折算后的抗折強度見表5。由此可以看出，黃麻纖維的添加能夠提高混凝土試件的抗折強度。在黃麻纖維長度固定為30 mm的情況下，混凝土試件的抗折強度隨著纖維摻量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢;且在黃麻纖維摻量為0.6 kg/m3時抗折強度達(dá)到最大，與素混凝土試件相比提高了53.47%。

表5 黃麻纖維增強混凝土的抗折強度

3 結(jié)語

通過黃麻纖維增強混凝土與素混凝土的抗壓、抗折強度試驗和對比分析可得:

(1)在一定范圍內(nèi)，黃麻纖維的加入能夠有效地提高混凝土的抗壓強度和抗折強度。

(2)通過與素混凝土試件的比較，發(fā)現(xiàn)黃麻纖維的長度及摻量均是影響混凝土抗壓強度的重要參數(shù)。在一定范圍內(nèi)隨著纖維長度或摻量的增加，混凝土試件的抗壓強度呈現(xiàn)先增后減的趨勢。

(3)與素混凝土試件相比，摻加黃麻纖維的試件在承受載荷時位移減小，破壞載荷增大，并且位移增加的速率也減小。說明黃麻纖維的加入有利于提高混凝土的抗折強度。

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