短离散型黄麻纤维增强水泥基复合材料的断裂和冲击性能

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1、短离散型黄麻纤维增强水泥基复合材料的断裂和冲击性能Fractureandimpactpropertiesofshortdiscretejutefibre-reinforcedcementitiouscompositesXiangmingZhou*,SeyedHamidrezaGhaffar,WeiDong,OlayinkaOladiran,MiziFanSchoolofEngineeringandDesign,BrunelUniversity,Uxbridge,MiddlesexUB83PH,UnitedKingdomarticleinfo：Ar

2、ticlehistory:Received23October2012Accepted11January2013Availableonline26January2013abstract摘要：本文进行研究短离散型黄麻纤维增强水泥基复合材料在各种应用于建筑物的低成本纤维强化水泥和混凝土的模型中的断裂和冲击性能。对混凝土缺口梁做关于黄麻纤维增强水泥基复合材料的断裂性能的实验，分别为期7天、14天和28天，然后通过双参数断裂模型对结果进行阐述。黄麻纤维增强水泥基复合材料的抗冲击力通过重复的减重测试进行检测，测试材料是规模为200×200×20mm3的砂浆板

3、，时间同样分别是7天、14天和28天。通过裂缝分布图对裂缝进行定性和定量分析，从示波器上观察、目测黄麻纤维增强水泥基复合材料砂浆板的抗冲击力和能量吸收情况。此外，在这为期7天、14天和28天的试验中黄麻纤维增强水泥基复合材料的抗压、抗弯和分裂拉伸优势符合相关的欧洲标准。我们发现，结合粒化高炉矿渣粉和波特兰水泥作为基质，黄麻纤维增强水泥基复合材料能实现更高的抗压强度、抗拉强度、断裂韧性、临界应变能量释放率，临界应力强度因子强于用全氟烷氧基树脂和波特兰水泥作为基质。然而，冲击试验表明，在这为期7天、14天和28天的试验中，相比于结合全氟烷氧基树脂和波

4、特兰水泥作为基质，结合粒化高炉矿渣粉和波特兰水泥作为基质的黄麻纤维增强水泥基复合材料砂浆板具有较高的耐冲击性，吸收更多的冲击能量，冲击撞击失误更少。黄麻纤维增强水泥基复合材料砂浆板没有变成碎片，韧性没有破坏；而普通砂浆的表现出韧性非常脆弱，破碎成碎片。在冲击失败案例中，纤维拉拔力能从两种不同黄麻纤维增强水泥基复合材料砂浆板的纤维断裂中观察到。此外，黄麻纤维增强水泥基复合材料砂浆板在冲击的吸收能量失败案例中的的耐冲击性是随着时间的增加而增长的。Keywords:关键词：黄麻纤维天然纤维断裂韧性双参数断裂模型抗冲击性纤维增强混凝土1.Introduc

5、tion1、简介在当今建筑业面临的主要挑战是提高在可持续发展方面的形象。因此使用可持续材料的最佳性能是实现可持续建设的重要策略之一。纤维未强化材料的特点是拉伸强度低、断裂韧性低、拉伸应变能力低。然而，在混凝土，砂浆或水泥净浆可以大大提高他们的许多工程性能，包括短离散纤维，如断裂韧性，拉伸强度，弯曲强度，耐疲劳性，抗冲击性，和热冲击应力[1]。在许多不同来源的天然纤维充裕的发展中国家，经济学和其他相关的因素要求工程师采用适当的技术利用天然纤维和本地材料，有效、经济和尽可能生产出质量好的低成本的纤维增强水泥基复合材料的住房和满足其他需要。因此，具有许

6、多优点的天然纤维代替合成纤维能带来潜在节约，如:(1)成本低，价格便宜(2)具有生物降解能力(3)加工过程中灵活、柔软，减少机器磨损(4)健康危害最小(5)密度低(6)理想的纤维的纵横比(7)相对高的拉伸强度和弯曲模量[2]。如果天然纤维在一个相对脆性的水泥基体中可以实现和保持复合材料的延展性和韧性，这种纤维在高碱性水泥基体中的耐久性是必须考虑的因素，Gram首创的工作中，通过有效的修改过的纤维表面和/或基质组合物，克服固有的问题也就是脆化[3]。大多数纤维增强水泥基复合材料的发展到目前为止都涉及使用波特兰水泥为基体。然而，高铝水泥，石膏，和各种

7、特殊的低碳能源补充胶凝材料也被用来产生纤维增强水泥基复合材料，可以提高材料的耐久性，和/或减少纤维和水泥基体之间的化学相互作用。天然纤维是有效的的增强材料，最近建筑业中其在水泥基复合材料加固方面的应用已引起人们越来越多的关注。在其使用寿命期间,可能会经历各种各样的极端环境和/或动态载荷的基础设施。由于这些极端的环境事件和/或动态负载发生，可能会有结构的严重破坏甚至灾难性的失败。因此，有必要设计民用基础设施的抗地震弹性，抗冲击和爆炸载荷，提高公众的安全[4]。然而，一个结构的极端环境事件和动态载荷在很大程度上取决于材料的结构。众所周知，由于通过有害

8、物质进入，断裂可能会削弱混凝土的耐久性。在天然纤维增强的情况下，减少在复合材料中的断裂是必要的，因为一旦形成一定宽度的裂缝就会加速纤维的