剑麻纤维混凝土力学性能及海洋大气环境下耐腐蚀性能试验研究

摘要

混凝土材料抗压强度高,但抗拉强度低、脆性大、易开裂。为了克服这些缺点,人们通过加入各种外加剂来改善其性能。通常人们在混凝土中加入合成纤维和矿物纤维,但这些纤维有的造价较高,有的不具有环保性能。剑麻纤维是植物纤维的一种,不仅对环境没有污染,来源丰富,而且与其它植物纤维相比,具有抗拉强度高,纤维长、质地坚硬、富有弹性、耐低温、耐摩擦等特点,还具有色泽洁白、耐海水腐蚀等诸多特性。剑麻纤维在各种有机复合材料中的研究比较成熟,近年来也有将其掺入混凝土中的试验研究,认为剑麻纤维对混凝土的抗压强度影响较小,并且未对影响机理进行深入研究。因此,本文将剑麻纤维掺入混凝土中来研究其各项性能,提出了剑麻纤维对混凝土的抗压强度也有较大幅度的提高,并对试验结果进行机理分析；在耐腐蚀性能试验中,补充了剑麻纤维混凝土在海洋大气环境下的耐腐蚀性能试验研究。
　　 本文以单位体积混凝土中所含剑麻纤维质量为单位,通过掺入OKg／m3、2.0 Kg／m3、3.0 Kg／m3、4.5 Kg／m3和6.0 Kg／m3的剑麻纤维,研究不同剑麻纤维含量的混凝土和易性能、力学性能(主要包括抗压强度、抗折强度)、劈裂抗性能以及在海洋大气环境下的耐腐蚀性能。最后,通过运用灰色系统理论对剑麻纤维混凝土的力学性能及海洋环境下的耐腐蚀性能进行模拟,寻找适当的模型对其性能进行预测。
　　 在混凝土和易性能试验研究中,通过塌落度试验可以发现,当剑麻含量在0-4.5Kg／m3区间时,混凝土的塌落度随剑麻掺量的增加逐渐降低,当掺量大于4.5kg／m3时,塌落度值变化趋于平缓。这说明剑麻纤维的掺入使混凝土的工作性能降低。但是通过混凝土抗压、抗折强度试验可以发现,当剑麻纤维含量在0-4.5 Kg／m3区间时,混凝土的抗压抗折强度总体呈大幅增长趋势,抗压强度最大提高比例为66.39％,抗折强度最大提高比例为58.26％；当剑麻纤维掺量大于4.5Kg／m3时,混凝土强度变化趋于平缓。这说明,虽然剑麻纤维使混凝土的工作性能变差,但是它可以有效提高混凝土的力学性能。通过劈裂抗拉强度试验也可以得出上述结论。
　　 在海洋大气环境下的耐腐蚀性能试验中,经过一定次数的冷热交替干湿循环作用后,混凝土强度都有一定程度的降低,但是掺有剑麻纤维的混凝土强度降低速度较慢。在相同腐蚀条件下,剑麻纤维混凝土与未掺剑麻纤维的混凝土相比,抗压强度最大提高比例为18.58％。这说明剑麻纤维虽然不能完全阻止混凝土在海洋环境下的腐蚀,但可以有效降低其腐蚀速度,延长混凝土的使用寿命。
　　 灰色系统理论在建筑沉降预测、混凝土强度模拟、混凝土耐腐蚀性能预测中的应用已有相关的研究,但对剑麻纤维混凝土的各项性能,尚未发现相关的应用研究。GM(1,1)模型和Verhulst模型是灰色系统理论的重要模型,文章最后运用这两种模型对剑麻纤维混凝土的力学性能及耐腐蚀性能进行模拟,通过模拟值与实测值的对比可以发现,其平均相对残差较低,满足一级精度的要求。所以可以得出结论,运用GM(1,1)模型和Verhulst模型可以对剑麻纤维混凝土的力学性能及耐腐蚀性能进行预测分析。