剑麻纤维对水泥砂浆的力学性能的影响研究

司雪婷 刘雪婷 陈苗

【摘 要】为研究剑麻纤维掺入水泥砂浆后的力学性能，采用对比试验法进行试验，向水泥砂浆中掺入不同掺量、不同长度的剑麻纤维进行抗折强度、抗拉强度等性能试验研究，并于空白组进行对比发现掺入一定量的剑麻纤维可以提高水泥砂浆的力学性能。

【关键词】剑麻纤维水泥砂浆;抗折强度;抗拉强度;试验研究

水泥及水泥基材料是建筑工程中应用最大、使用面较广的建筑材料之一，随着我国经济的不断发展，建筑市场前景发展较好，人们对住房要求越来越高，砂浆须具备防潮、不开裂等特点，因此墙体的开裂以及其对环境的影响越来越受人们的关注。剑麻纤维是一种天然植物纤维，具有较好的物理力学性能，将其加入混凝土或砂浆中能够有效改善混凝土或砂浆的物理力学性能，与其他方式相比，掺入纤维增加水泥抗裂性具有施工方便、安全便利等特点被广泛关注。

试验试将质地坚韧的剑麻纤维加入到水泥砂浆中，研究分析剑麻纤维水泥砂浆抗折、抗压数据的变化规律，提出剑麻对水泥砂浆性能的影响機理，为“绿色建材”的研究提供参考。

1试验原材料

让每组试验使用材料和所处试验条件相同，避免其他因素的干扰，可准确的分析出掺量、长度不同因素对水泥砂浆力学性能的影响，试验材料均符合水泥砂浆试验规程的要求：

（1）水泥：试验采用西安冀东水泥“盾石”牌的P.O42.5普通硅酸盐水泥，适用规范GB 175-2007。

（2）水：采用饮用自来水，水中不得含有不溶性杂质。

（3）细集料：用厦门艾思欧标准砂有限公司生产的标准砂，符合规范GB 17671-1999，其技术指标如表1所示。

（4）剑麻纤维：采用广西剑麻集团生产的剑麻纤维，其性能如表2所示。

2试验配合比

试验通过设置对照组分析各因素对水泥砂浆力学性能的影响，将水泥、标准砂和剑麻纤维同时放进搅拌锅里干拌，一段时间后加入水湿拌，避免了加水搅拌剑麻纤维在砂浆中成团分布不均匀，以确保其均匀性和试验结果的准确性。

试验为清除剑麻纤维上的杂质，将剑麻纤维剪成不同的长度依次为6mm、8mm、10mm，然后将剪好的剑麻纤维放入1%浓度的NaOH的溶液中浸泡30±1 min后，进行清洗、晾晒。

按照《水泥胶砂强度检测方法》GB/T 17671-2020规范制备水泥胶砂，将搅拌好的装入三联试模中经振动密实成型后，24h后拆模，立即拌入到养护室养护，养护室温度（20±2）℃，相对湿度95%以上，养护28d后进行抗折抗压力学性能的测试，使用40mm×40mm×160mm的试块进行抗折试验，抗压试验选用70.7mm×70.7mm×70.7mm的试块。砂浆的配合比依据《普通混凝土力学性能试验方法》（GB 50081）规范设计，分别采用长度为1cm，掺量0.5%;3厘米，1%以及5厘米掺量1.5%的，水灰比0.5，灰砂比0.33，进行试验。

3结果与分析

3.1抗折强度

从图3水泥砂浆28d的抗折强度变化折线图可以发现，加入剑麻纤维后的水泥砂浆其抗折强度都比空白组的抗折强度高，分别比空白组高7.42%、8.46%、3.26%。当剑麻纤维长度为3cm时，其抗折强度较高，且掺量为0.5%时最高;在掺量为0.5%时，三组的水泥砂浆抗折强度均达到最高。出现这种情况的原因为：掺入剑麻纤维可抑制砂浆中的细微裂缝，且其表面粗糙，增强了剑麻纤维与水泥基的界面粘结力，可以延缓界面的破坏[2];剑麻纤维在水泥砂浆中以任意形式分布在三维空间内，剑麻纤维中纤维素纤维表面的大量羟基可以与水泥水化产物中大量的羟基发生化学反应形成氢键从而提高了抗折性能。当掺量大于0.5%时，随着剑麻纤维的增加，抗折强度开始降低，产生这种现象的原因为：剑麻纤维的掺入量过多，在水泥砂浆中不能均匀分布，搅拌时容易成团，降低砂浆内部的密实性，增大内部缺陷，从而降低抗折强度。

3.2抗压强度

剑麻纤维水泥砂浆的抗压强度如图4所示。从图4中我们可以观察到，加入剑麻纤维后，水泥砂浆的抗压能力是提高的，分别提高了11.17%、13.87%、5.62%，当掺加3cm长的剑麻纤维，抗压强度整体提高的较多，在剑麻纤维长为3cm、掺量为1%时，水泥砂浆的抗压强度达到最大值;在掺量小于1%时，随着剑麻纤维掺量的增多，抗压强度也逐渐提高;在掺量大于1%时，随着剑麻纤维掺量的增多，抗压强度也逐渐降低;出现这一现象的主要原因是：剑麻纤维的拉应力与材料产生的粘结力抵消了一部分外力，从而提高了抗压强度。当掺入过多的剑麻纤维时，水泥减少，水泥对强度的影响大于剑麻纤维对强度的影响，因此出现了剑麻纤维对水泥砂浆先增大后减小的趋势。

4结论

剑麻纤维是具有较好的物理力学性能，将其加入混凝土或砂浆中能够有效改善混凝土或砂浆的物理力学性能：

（1）当剑麻纤维长度为3cm，掺量为0.5%时，剑麻纤维水泥砂浆的抗折强度效果最好。

（2）当剑麻纤维长度为3cm，掺量为1.0%时，剑麻纤维的抗压强度最好，在掺量小于1%时，抗压强度逐渐提高;在掺量大于1%时，抗压强度开始逐渐降低。

参考文献：

[1]包惠明等人，剑麻纤维水泥混凝土性能试验研究，混凝土，2008（7）;13-14.

[2]郭培培，黄俊，田国鑫，等.剑麻纤维水泥基复合材料弯曲力学性能[J]，桂林理工大学学报，2019，39（01）;141-145.

[3]覃峰，黄琼念，包慧明，等.剑麻纤维水泥混凝土性能试验研究[J]，新型建筑材料，2008，35（4）;47-50.

[4]张瑞琦，李佰寿.秸秆纤维增强粉煤灰泡沫混凝土性能试验研究[J].山西建筑，2017，43（03）;109-110

[5]段焱侠，李发平.改性线麻纤维对水泥砂浆的性能研究[J].武汉轻工业大学学报，2019，39（03）;60-63;97

（作者单位：沈阳城市建设学院）