植物納米纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)

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摘要：按照納米纖維摻量為0.1%、1%、3%，制作了36個(gè)150mm×150mm×150mm立方體試塊和12個(gè)100mm×100mm×400mm小梁，分別進(jìn)行抗壓、劈裂和抗折試驗(yàn)。結(jié)果表明納米纖維對(duì)抗壓和劈裂強(qiáng)度提高明顯，最高分別達(dá)到15.7%、19.2%；而抗折強(qiáng)度提升不大，且略有波動(dòng)。后期摻納米纖維混凝土力學(xué)性能及耐久性研究提供了一定參考。

關(guān)鍵詞：納米纖維；力學(xué)性能；混凝土

引言

從波特蘭水泥誕生到混凝土產(chǎn)生[1]，混凝土廣泛應(yīng)用到建筑、水利等大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之中，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用[2-3]。但是，普通混凝土具有抗壓性強(qiáng)、抗拉抗裂性差、易于干縮開裂、韌性差、抗疲勞能力差等特性，如何提高混凝土的抗裂、抗拉等方面的性能是很長一段時(shí)間科研工作者研究的課題。文獻(xiàn)[4-10]研究鋼管混凝土、外包碳纖維混凝土等提高混凝土的抗裂等性能；文獻(xiàn)[11-14]研究鋼纖維混凝土提高混凝土的力學(xué)性能。上述都是從宏觀和細(xì)觀方面，改善混凝土的力學(xué)特性。Obinna等[15-17]把納米纖維摻入水泥基當(dāng)中，研究其力學(xué)特性改善情況，但是把植物納米纖維摻入到混凝土中除了Peters等[18]作了初步研究之外，尚未發(fā)現(xiàn)其他研究。為了探討納米纖維摻入混凝土對(duì)其力學(xué)性能的改善情況，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了植物納米纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)，以期研究混凝土微觀復(fù)合下力學(xué)性能的改善情況。

1原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1水泥

本次試驗(yàn)水泥采用新鄉(xiāng)水泥廠生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)為P•O42.5R級(jí)水泥，其性能指標(biāo)如表1。

1.2砂和石子

本試驗(yàn)采用開封市龍亭區(qū)建材市場(chǎng)的黃河砂，其級(jí)配如表所示，其物理性能指標(biāo)如表2、3所示。本試驗(yàn)采用的粗骨料是開封市龍亭區(qū)建材市場(chǎng)的機(jī)械碎石，其性能指標(biāo)如表4所示。

1.3納米纖維

本試驗(yàn)采用的外加劑是納米纖維素是從甘蔗渣等中提取而成，是一種無色的膠狀液體。

1.4配合比設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)采用質(zhì)量計(jì)量法對(duì)混凝土配合比配制[19]，混凝土強(qiáng)度包括C20和C25。納米纖維按照外加劑摻入，其摻量按水泥質(zhì)量的0.1%、1%、3%三種情況計(jì)算，具體配合比如表5所示。

2試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果

2.1試件編號(hào)

為了更好的開展抗壓、劈裂和抗折試驗(yàn)，對(duì)混凝土試塊進(jìn)行了編號(hào)，具體編碼見表6。

2.2試驗(yàn)方法

按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度，劈裂強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，具體操作方法見《普通混凝土力學(xué)性能和數(shù)字為納米纖維的產(chǎn)量，F(xiàn)1為0.1%，F(xiàn)2為1%，F(xiàn)3為3%；第三個(gè)字母為試驗(yàn)方法，C為抗壓試驗(yàn)，S為劈裂試驗(yàn)，F(xiàn)為抗折試驗(yàn)。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

圖1、2為C20和C25混凝土摻入納米纖維抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖，從圖中可以看出添加濃度為0.1%的納米纖維素對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C20混凝土抗壓能力提升最多，增幅達(dá)15.7%；添加濃度為1%的納米纖維素對(duì)混凝土抗壓能力提升12.8%；添加濃度為3%的納米纖維素對(duì)混凝土抗壓能力提升9.2%。在本試驗(yàn)中添加濃度為1%的納米纖維素對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C25混凝土抗壓能力提升3.3%?？傊{米纖維素的添加能夠提高混凝土抗壓能力。圖3、4為C20和C25混凝土摻入納米纖維劈裂強(qiáng)度對(duì)比圖，從圖中可以看出添加濃度為1%的納米纖維素對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C25混凝土抗壓能力提升最多，增幅達(dá)19.2%；添加濃度為0.1%的納米纖維素對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C20混凝土抗壓能力提升1.4%，添加濃度為3%的納米纖維素對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C20混凝土抗壓能力提升7.7%，而添加濃度為1%的納米纖維素對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C20混凝土抗壓能力卻略有降低4.5%?？傊{米纖維素的添加對(duì)混凝土劈裂抗拉能力有提升作用，但在摻量為1%的C20混凝土中出現(xiàn)略有降低現(xiàn)象。圖5為C20混凝土摻入納米纖維抗折強(qiáng)度對(duì)比圖，從圖中可以看出添加濃度為0.1%的納米纖維素會(huì)使強(qiáng)度等級(jí)為C20混凝土抗折能力提升6.7%；添加濃度為1%的納米纖維素會(huì)使混凝土抗折能力降低5.7%；添加濃度為3%的納米纖維素會(huì)使混凝土抗壓能力提升3.4%。總之，效果波動(dòng)，提升不很明顯。

4結(jié)論

（1）摻入植物納米纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯提高，摻量0.1%的納米纖維素對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C20混凝土抗壓能力提升最多，增幅達(dá)15.7%。（2）摻入植物納米纖維混凝土的劈裂強(qiáng)度明顯提高，摻量1%的納米纖維素對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C25混凝土抗壓能力提升最多，增幅達(dá)19.2%，但對(duì)于C20混凝土該值略有降低，需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。（3）摻入植物納米纖維混凝土的抗折強(qiáng)度略有提高，但是濃度為1%的納米纖維素會(huì)使C20混凝土抗折能力降低5.7%，需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。（4）隨著混凝土強(qiáng)度提高，同一濃度的納米纖維混凝土抗壓和劈裂強(qiáng)度改善明顯。

作者：閆國新 孫紅霞 張曉磊 周宜紅 朱士江 單位：黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院