劍麻纖維對(duì)水泥砂漿的力學(xué)性能的影響研究

司雪婷 劉雪婷 陳苗

【摘?要】為研究劍麻纖維摻入水泥砂漿后的力學(xué)性能，采用對(duì)比試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)，向水泥砂漿中摻入不同摻量、不同長(zhǎng)度的劍麻纖維進(jìn)行抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等性能試驗(yàn)研究，并于空白組進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)摻入一定量的劍麻纖維可以提高水泥砂漿的力學(xué)性能。

【關(guān)鍵詞】劍麻纖維水泥砂漿;抗折強(qiáng)度;抗拉強(qiáng)度;試驗(yàn)研究

水泥及水泥基材料是建筑工程中應(yīng)用最大、使用面較廣的建筑材料之一，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑市場(chǎng)前景發(fā)展較好，人們對(duì)住房要求越來(lái)越高，砂漿須具備防潮、不開(kāi)裂等特點(diǎn)，因此墻體的開(kāi)裂以及其對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越受人們的關(guān)注。劍麻纖維是一種天然植物纖維，具有較好的物理力學(xué)性能，將其加入混凝土或砂漿中能夠有效改善混凝土或砂漿的物理力學(xué)性能，與其他方式相比，摻入纖維增加水泥抗裂性具有施工方便、安全便利等特點(diǎn)被廣泛關(guān)注。

試驗(yàn)試將質(zhì)地堅(jiān)韌的劍麻纖維加入到水泥砂漿中，研究分析劍麻纖維水泥砂漿抗折、抗壓數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，提出劍麻對(duì)水泥砂漿性能的影響機(jī)理，為“綠色建材”的研究提供參考。

1試驗(yàn)原材料

讓每組試驗(yàn)使用材料和所處試驗(yàn)條件相同，避免其他因素的干擾，可準(zhǔn)確的分析出摻量、長(zhǎng)度不同因素對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)材料均符合水泥砂漿試驗(yàn)規(guī)程的要求：

（1）水泥：試驗(yàn)采用西安冀東水泥“盾石”牌的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，適用規(guī)范GB 175-2007。

（2）水：采用飲用自來(lái)水，水中不得含有不溶性雜質(zhì)。

（3）細(xì)集料：用廈門(mén)艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)砂，符合規(guī)范GB 17671-1999，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

（4）劍麻纖維：采用廣西劍麻集團(tuán)生產(chǎn)的劍麻纖維，其性能如表2所示。

2試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)通過(guò)設(shè)置對(duì)照組分析各因素對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的影響，將水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂和劍麻纖維同時(shí)放進(jìn)攪拌鍋里干拌，一段時(shí)間后加入水濕拌，避免了加水?dāng)嚢鑴β槔w維在砂漿中成團(tuán)分布不均勻，以確保其均勻性和試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

試驗(yàn)為清除劍麻纖維上的雜質(zhì)，將劍麻纖維剪成不同的長(zhǎng)度依次為6mm、8mm、10mm，然后將剪好的劍麻纖維放入1%濃度的NaOH的溶液中浸泡30±1 min后，進(jìn)行清洗、晾曬。

按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法》GB/T 17671-2020規(guī)范制備水泥膠砂，將攪拌好的裝入三聯(lián)試模中經(jīng)振動(dòng)密實(shí)成型后，24h后拆模，立即拌入到養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)室溫度（20±2）℃，相對(duì)濕度95%以上，養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行抗折抗壓力學(xué)性能的測(cè)試，使用40mm×40mm×160mm的試塊進(jìn)行抗折試驗(yàn)，抗壓試驗(yàn)選用70.7mm×70.7mm×70.7mm的試塊。砂漿的配合比依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GB 50081）規(guī)范設(shè)計(jì)，分別采用長(zhǎng)度為1cm，摻量0.5%;3厘米，1%以及5厘米摻量1.5%的，水灰比0.5，灰砂比0.33，進(jìn)行試驗(yàn)。

3結(jié)果與分析

3.1抗折強(qiáng)度

從圖3水泥砂漿28d的抗折強(qiáng)度變化折線圖可以發(fā)現(xiàn)，加入劍麻纖維后的水泥砂漿其抗折強(qiáng)度都比空白組的抗折強(qiáng)度高，分別比空白組高7.42%、8.46%、3.26%。當(dāng)劍麻纖維長(zhǎng)度為3cm時(shí)，其抗折強(qiáng)度較高，且摻量為0.5%時(shí)最高;在摻量為0.5%時(shí)，三組的水泥砂漿抗折強(qiáng)度均達(dá)到最高。出現(xiàn)這種情況的原因?yàn)椋簱饺雱β槔w維可抑制砂漿中的細(xì)微裂縫，且其表面粗糙，增強(qiáng)了劍麻纖維與水泥基的界面粘結(jié)力，可以延緩界面的破壞[2];劍麻纖維在水泥砂漿中以任意形式分布在三維空間內(nèi)，劍麻纖維中纖維素纖維表面的大量羥基可以與水泥水化產(chǎn)物中大量的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成氫鍵從而提高了抗折性能。當(dāng)摻量大于0.5%時(shí)，隨著劍麻纖維的增加，抗折強(qiáng)度開(kāi)始降低，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因?yàn)椋簞β槔w維的摻入量過(guò)多，在水泥砂漿中不能均勻分布，攪拌時(shí)容易成團(tuán)，降低砂漿內(nèi)部的密實(shí)性，增大內(nèi)部缺陷，從而降低抗折強(qiáng)度。

3.2抗壓強(qiáng)度

劍麻纖維水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度如圖4所示。從圖4中我們可以觀察到，加入劍麻纖維后，水泥砂漿的抗壓能力是提高的，分別提高了11.17%、13.87%、5.62%，當(dāng)摻加3cm長(zhǎng)的劍麻纖維，抗壓強(qiáng)度整體提高的較多，在劍麻纖維長(zhǎng)為3cm、摻量為1%時(shí)，水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值;在摻量小于1%時(shí)，隨著劍麻纖維摻量的增多，抗壓強(qiáng)度也逐漸提高;在摻量大于1%時(shí)，隨著劍麻纖維摻量的增多，抗壓強(qiáng)度也逐漸降低;出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是：劍麻纖維的拉應(yīng)力與材料產(chǎn)生的粘結(jié)力抵消了一部分外力，從而提高了抗壓強(qiáng)度。當(dāng)摻入過(guò)多的劍麻纖維時(shí)，水泥減少，水泥對(duì)強(qiáng)度的影響大于劍麻纖維對(duì)強(qiáng)度的影響，因此出現(xiàn)了劍麻纖維對(duì)水泥砂漿先增大后減小的趨勢(shì)。

4結(jié)論

劍麻纖維是具有較好的物理力學(xué)性能，將其加入混凝土或砂漿中能夠有效改善混凝土或砂漿的物理力學(xué)性能：

（1）當(dāng)劍麻纖維長(zhǎng)度為3cm，摻量為0.5%時(shí)，劍麻纖維水泥砂漿的抗折強(qiáng)度效果最好。

（2）當(dāng)劍麻纖維長(zhǎng)度為3cm，摻量為1.0%時(shí)，劍麻纖維的抗壓強(qiáng)度最好，在摻量小于1%時(shí)，抗壓強(qiáng)度逐漸提高;在摻量大于1%時(shí)，抗壓強(qiáng)度開(kāi)始逐漸降低。

參考文獻(xiàn)：

[1]包惠明等人，劍麻纖維水泥混凝土性能試驗(yàn)研究，混凝土，2008（7）;13-14.

[2]郭培培，黃俊，田國(guó)鑫，等.劍麻纖維水泥基復(fù)合材料彎曲力學(xué)性能[J]，桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39（01）;141-145.

[3]覃峰，黃瓊念，包慧明，等.劍麻纖維水泥混凝土性能試驗(yàn)研究[J]，新型建筑材料，2008，35（4）;47-50.

[4]張瑞琦，李佰壽.秸稈纖維增強(qiáng)粉煤灰泡沫混凝土性能試驗(yàn)研究[J].山西建筑，2017，43（03）;109-110

[5]段焱俠，李發(fā)平.改性線麻纖維對(duì)水泥砂漿的性能研究[J].武漢輕工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39（03）;60-63;97

（作者單位：沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院）