植物納米纖維混凝土力學性能試驗
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摘要：按照納米纖維摻量為0.1%、1%、3%，制作了36個150mm×150mm×150mm立方體試塊和12個100mm×100mm×400mm小梁，分別進行抗壓、劈裂和抗折試驗。結果表明納米纖維對抗壓和劈裂強度提高明顯，最高分別達到15.7%、19.2%；而抗折強度提升不大，且略有波動。后期摻納米纖維混凝土力學性能及耐久性研究提供了一定參考。
關鍵詞：納米纖維；力學性能；混凝土
引言
從波特蘭水泥誕生到混凝土產生[1]，混凝土廣泛應用到建筑、水利等大型基礎設施建設之中，在國民經濟建設中發揮著重要作用[2-3]。但是，普通混凝土具有抗壓性強、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間科研工作者研究的課題。文獻[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[11-14]研究鋼纖維混凝土提高混凝土的力學性能。上述都是從宏觀和細觀方面，改善混凝土的力學特性。Obinna等[15-17]把納米纖維摻入水泥基當中，研究其力學特性改善情況，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，尚未發現其他研究。為了探討納米纖維摻入混凝土對其力學性能的改善情況，本試驗設計了植物納米纖維混凝土力學性能試驗，以期研究混凝土微觀復合下力學性能的改善情況。
1原材料及配合比設計
1.1水泥
本次試驗水泥采用新鄉水泥廠生產的強度等級為P•O42.5R級水泥，其性能指標如表1。
1.2砂和石子
本試驗采用開封市龍亭區建材市場的黃河砂，其級配如表所示，其物理性能指標如表2、3所示。本試驗采用的粗骨料是開封市龍亭區建材市場的機械碎石，其性能指標如表4所示。
1.3納米纖維
本試驗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配合比設計
本次試驗采用質量計量法對混凝土配合比配制[19]，混凝土強度包括C20和C25。納米纖維按照外加劑摻入，其摻量按水泥質量的0.1%、1%、3%三種情況計算，具體配合比如表5所示。
2試驗方案及試驗結果
2.1試件編號
為了更好的開展抗壓、劈裂和抗折試驗，對混凝土試塊進行了編號，具體編碼見表6。
2.2試驗方法
按照試驗設計方案，進行立方體抗壓強度，劈裂強度和抗折強度試驗，具體操作方法見《普通混凝土力學性能和數字為納米纖維的產量，F1為0.1%，F2為1%，F3為3%；第三個字母為試驗方法，C為抗壓試驗，S為劈裂試驗，F為抗折試驗。
3試驗結果分析
圖1、2為C20和C25混凝土摻入納米纖維抗壓強度對比圖，從圖中可以看出添加濃度為0.1%的納米纖維素對強度等級為C20混凝土抗壓能力提升最多，增幅達15.7%；添加濃度為1%的納米纖維素對混凝土抗壓能力提升12.8%；添加濃度為3%的納米纖維素對混凝土抗壓能力提升9.2%。在本試驗中添加濃度為1%的納米纖維素對強度等級為C25混凝土抗壓能力提升3.3%。總之，納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度對比圖，從圖中可以看出添加濃度為1%的納米纖維素對強度等級為C25混凝土抗壓能力提升最多，增幅達19.2%；添加濃度為0.1%的納米纖維素對強度等級為C20混凝土抗壓能力提升1.4%，添加濃度為3%的納米纖維素對強度等級為C20混凝土抗壓能力提升7.7%，而添加濃度為1%的納米纖維素對強度等級為C20混凝土抗壓能力卻略有降低4.5%。總之，納米纖維素的添加對混凝土劈裂抗拉能力有提升作用，但在摻量為1%的C20混凝土中出現略有降低現象。圖5為C20混凝土摻入納米纖維抗折強度對比圖，從圖中可以看出添加濃度為0.1%的納米纖維素會使強度等級為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%的納米纖維素會使混凝土抗壓能力提升3.4%。總之，效果波動，提升不很明顯。
4結論
（1）摻入植物納米纖維混凝土的抗壓強度明顯提高，摻量0.1%的納米纖維素對強度等級為C20混凝土抗壓能力提升最多，增幅達15.7%。（2）摻入植物納米纖維混凝土的劈裂強度明顯提高，摻量1%的納米纖維素對強度等級為C25混凝土抗壓能力提升最多，增幅達19.2%，但對于C20混凝土該值略有降低，需進一步試驗驗證。（3）摻入植物納米纖維混凝土的抗折強度略有提高，但是濃度為1%的納米纖維素會使C20混凝土抗折能力降低5.7%，需進一步試驗驗證。（4）隨著混凝土強度提高，同一濃度的納米纖維混凝土抗壓和劈裂強度改善明顯。
作者：閆國新 孫紅霞 張曉磊 周宜紅 朱士江 單位：黃河水利職業技術學院
