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

1、Fracture and impact properties of short discrete jute fibre-reinforcedcementitious composites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Xiangming Zhou * , Seyed Hamidreza Ghaffar, Wei Dong, Olayinka Oladiran, Mizi FanSchool of Engineering and Design, Brunel University, Uxbridge, Middlesex UB8 3PH, United Kingdoma r t

2、 i c l e i n f o：Article history:Received 23 October 2012Accepted 11 January 2013Available online 26 January 2013Keywords: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a b s t r a c t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

3、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20020020 mm的砂浆板，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

4、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。1. Introduction1、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。

5、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

6、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

7、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恶化。因此，探讨应用于基础设施的天然纤维增强水泥基复合材料的断裂性能是很重要的

8、。然而，在科学文献中，有关天然纤维增强水泥基复合材料的断裂与冲击性能的研究非常有限。人们普遍认为，天然纤维的加入能提高水泥基复合材料的断裂韧性和抗冲击性。Al-Oraimi 和Seibi 5报道，即使使用低比例的天然纤维也能提高力学性能，混凝土的抗冲击性能使它表现出与人造纤维增强混凝土类似的性能。然而，Silva和Rodrigues 6发现剑麻纤维混凝土的加入降低其抗压强度，他们声称这是由于无纤维加固，其低和易性使其组织不致密。Ramakrishna和Sundararajan 7 测试了不同的纤维长度和纤维用量的剑麻，椰壳纤维，黄麻和芙蓉（红麻）纤维增强水泥砂浆。他们发现，纤维增强砂浆的抗击强

9、度总是高于那些未增强纤维。在某些情况下，前者的抗冲击性能比后者高18倍。Savastano以及其他人8将纤维增强水泥基复合材料的力学性能与剑麻香蕉和桉树纤维相比。他们发现，那些1.65或1.95毫米长度的剑麻和香蕉纤维增强水泥基复合材料，表现出比0.66毫米长的桉树纤维更稳定的断裂性能，证实了纤维的长度影响了加载从水泥基转移到纤维的过程。Li以及其他人 9 研究了干、湿混合的方法，令大麻纤维在水泥基体中的均匀分散，得出的结论是，湿混法有更好的分散性，对纤维增强混凝土的弯曲性能有积极影响。Kundu以及其他人 10 报道一个成本有效的制造黄麻纤维增强混凝土污水管的过程方法。在这项研究中，黄麻纤维

10、被切碎和进行化学处理以达到黄麻纤维均匀分散在水泥基中的状态。结果发现，相比于无纤维加固的混凝土管，黄麻纤维增强混凝土污水管的承载能力明显增加，表明天然纤维，如黄麻纤维，可能是相当不错的水泥基材料。然而，使用的化学品处理黄麻纤维明显增加了成本和减少纤维增强水泥基复合材料的最终产品的可持续发展得分。Ali 以及其他人 11 通过实验研究了椰子纤维与混凝土之间直径、预处理条件和埋置长度对粘合强度的影响。在他们的研究中，椰子纤维松散，在自来水中浸泡30分钟。然后再清洗和浸泡三次，每次30分钟，矫直、干燥直到除去水分。对浸泡后的纤维进行处理：(1)用沸腾的水中煮再用自来水冲洗；或(2)在这种情况下用化学

11、物质，首先浸泡在0.25%的海藻酸钠(NaC6H7O6)溶液中30分钟，然后在1%氯化钙(CaCl2)溶液中90分钟。他们发现，当纤维被煮洗过，纤维的拉伸强度，纤维的韧性和纤维混凝土的粘合强度可分别提高34%，55%和184%。在比较中，化学预处理引起的粘结强度和拉伸强度分别下降25%和23%。这项研究表明，天然纤维用沸腾的水简单地处理，可能是一个很好的方式来增强纤维和水泥基体之间的粘合。天然纤维增强水泥基复合材料的长期性能可由天然纤维的两个特征的影响：长度变化，由于其吸湿性纤维会比最初被纳入的胶凝系统更长；机械性能的变化可能与降低纤维增强水泥基复合材料的强度和韧性有关。这两种效应是独立的，但

12、他们都可能会导致不良的表现，如增加破裂的敏感性。然而，如果合理设计成份，充分地制定和处理复合材料，这些影响可以最小化甚至消除12。在波特兰水泥的高碱环境下木质素和半纤维素溶解，从而削弱了纤维结构6，这可能是促进天然纤维增强水泥基材料性能的一个潜在障碍。为了减少波特兰水泥的高碱环境，火山灰质材料已被全部或部分取代波特兰水泥。这些火山灰材料包括高铝水泥，硅灰，粉煤灰(PFA)，磨细高炉矿渣(GGBS)和天然火山灰，如稻壳灰，浮石、硅藻土。另一方面，使用这些火山灰质材料取代波特兰水泥可以帮助提高制造在水之后世界上第二最常用的材料水泥工业的可持续发展形象。平均900公斤的二氧化碳是产生每1000公斤的

13、波特兰水泥排放出的。所有水泥生产行业贡献了大约占全球58%的人为二氧化碳排放量。在许多国家，立法已经制定二氧化碳减排目标。建筑业一直在寻找可供选择的粘合材料和矿物混合物，如火山灰材料（例如磨细矿渣和粉煤灰），取代波特兰水泥，以减少其对环境几十年的负面影响。此外，一些火山灰质材料能够提高混凝土的耐久性和质量13。使用这些矿物混合物最终导致的经济效益为大多数为工业副产品。粉煤灰本身是灰尘一样的物质，主要是球形玻璃粉颗粒。它具有火山灰的特性，本质上由SiO2和Al2O3至少反应25%的SiO2，可被当作II型用于和EN 206-1一致的混凝土生产的补充14。粉煤灰特别适用于大体积混凝土的应用，大体积

14、的位置来控制由于其低水化热产生的膨胀，也有助于减少早期破裂。利用粉煤灰混凝土中的主要缺点是，由于早期强度相对低，导致它的强度发展显著低于波特兰水泥。另一方面，磨细高炉矿渣是一种从钢铁制造工业的高炉生产的副产品。这是由石灰、二氧化硅、氧化铝等与构成波特兰水泥相同的氧化物组成的混合物，但是比例不同于波特兰水泥。虽然磨细高炉矿渣的组成成分可以根据非金属矿物和用于铁制造，硅，铝，钙，镁的其他补充材料变化而变化，其氧构成通常有95%个或更多。EN 15167-1 15指定，作为型混凝土外加剂，磨细高炉矿渣的化学成分应至少2 / 3的质量由氧化钙和氧化镁组成，二者和二氧化硅的质量比超过1。提示应主要是铝氧

15、化物。用磨细高炉矿渣混凝土具有许多优点，包括改进的耐久性，和易性和经济效益性。类似粉煤灰，在使用上的缺点是，它的强度发展比波特兰水泥混凝土慢20固化，虽然极限强度可能高于水胶比相同的波特兰水泥混凝土16。黄麻是在孟加拉国、中国、印度、泰国和英国大量生长的植物。黄麻纤维从长2.5米，底座直径25毫米左右的黄麻的纤维皮提取。成熟的植物被砍伐，捆成捆，淹没在水中约四周，期间树皮完全分解，纤维暴露。然后将纤维手动从茎上剥离，洗净晒干17。作为天然纤维的是农业废弃物，工程天然材料和产品成为建筑业的经济选择。Kundu以及其他人10 发现，黄麻纤维比钢纤维轻七倍，但在250300 MPa的范围有相当高的拉

16、伸强度。Ramaswamy以及其他人18测试黄麻纤维自然风干状态下的拉伸断裂强度和拉伸伸长率，令其在pH值为11的氢氧化钠溶液的碱性环境中浸泡28天。他们发现，黄麻纤维的抗拉强度是相当高的，当沉浸在碱性介质中强度损失从5%变化到32%。在比较中，纤维嵌入在水泥混凝土里表明只有边际损失强度 18。2. Theories and experiment2、理论与实验2.1. Raw materials2.1.原料CEM II PC符合EN197-119用于本研究是拉法基水泥（UK）购买。PFA的这项研究来从HCCP哈格里夫斯煤燃烧产物有限公司（英国）这是符合EN450-120用作II型加成在生产混凝

17、土。矿渣微粉是由汉森获得海德堡水泥集团（英国），这是符合EN 15167-115用作II型除了在生产混凝土。在PC，PFA的比重密度和布莱恩细度及用于该研究矿粉进行了测试符EN196-6 21其结果示于表1中。它可以看出，PFA颗粒是三者中最好的，PFA还具备最低的重力密度。三者的化学组成通过与SEM-EDX分析得到的绑定材料所示结果在表2a中的元素和表2b中的术语以氧化物，分别条款。对于PFA中，SiO2和Al2O3的含量之和按质76.34的碱的总含量计算以Na2O是质量3.94和MgO的含量质量1.29，这都满足相关要求的EN450-120规定。但应当指出的是，该内容硫酸酐，SO3，按质量

18、计3.21，这也略微超过了限度，3，EN450-120中规定。对于矿渣，CaO，MgO和SiO2的含量一起为84.96（质量）和比质量（的CaO + MgO）的/（二氧化硅）等于1.57这两个满足EN15167-115规定的相关要求。因此，无论是煤灰和用于该研究的矿渣可以被认为作为II型加成具体的，也就是说，火山灰水泥或材料，按照EN标准。 用2毫米的公称最大粒径河砂，使用作为细骨料制备水泥砂浆和混凝土。其分级是通过筛析其细度模数测试 计算为2.64既符合EN1262022。砾石石具有10毫米的标称最大尺寸被用作粗骨料制备的混凝土。这两种沙子和粗骨料进行预加热，在105的温度下的烘箱中4 C为

19、24小时然后在空气中冷却数小时它们之前与其他成分制作水泥砂浆或混合混凝土。 市售黄麻纤维是缠绕的（参照图1）的形式，并将其切成由剪刀20毫米的期望的长度。从短切纤维束的手动分离是费力和耗时的。几个纤维解开和分散方法进行了尝试，以实现在水泥基体的短的离散黄麻纤维最好的分散性和它终于找到了湿混合方法，类似于提出Li等人。9和Ali等。 11，导致混凝土和砂浆黄麻纤维的均匀分散。在本研究采用的最终纤维分离，并分散方法如下：以水之前的其它成分加入到砂浆或混凝土mixtures.It发现切碎黄麻纤维束和砂第一混合3分钟，通过这样做，在黄麻纤维束分离成离散的纤维和分散合理地在水泥基体中。2.2. Samp

20、le preparati on2.2.样品制备的基本配比混凝土是粘合剂：沙子：总结=1:1.52.5重量随着水中对胶粘剂（的W /乙）比值等于0.65这里的粘合剂包括任何在该混合物呈现的PC，矿渣和/或PFA。如果黄麻纤维在混凝土混合物中提出，其体积比为0.5。对于砂浆混合比例为粘结剂：砂=1：1.5（重量）与W / B比值也等于0.65。同样，粘合剂包括个人电脑，矿渣和/或PFA无论是在混合物中呈现。但是，体积比为黄麻纤维增加至1。粘合剂用于制备砂浆和混凝土是由PC和矿粉或PFA，在50：50的基于重量的。当准备新鲜JFRCC砂浆/混凝土，碎黄麻纤维束是在混合器中混合沙子和水3分钟将它们分开

21、成离散的纤维。然后，胶凝材料，在这在种情况下，PC，PFA和/或矿渣，和聚集体增加另一个6分钟的混合。新鲜混合的JFRCC砂浆被铸入到40* 40* 160立方毫米的棱形模具然后利用振动台进行60秒的振动压实，让其符合EN196-123。事先准备的新鲜的混凝土被转移进一个直径100mm*高200mm的圆柱形模具中，再转移进横截面为100*100立方毫米*高为500mm的梁的模具中，并且在跨中有一个切口(see Fig. 2)。这个切口的深度为梁宽度的1/3 。所有的混凝土样本利用振动台进行振动压实，使其符合EN 12390-2 24。之后所有的样本立即被可塑的片材覆盖以防止水分的流失，并且在片

22、材上顶面进行水喷雾保持这种潮湿的环境24h。之后这些样本被脱模并转移到温度控制在20 1摄氏度的烘烤室中，并且在这段时间内相对湿度保持在95% 。用于制备砂浆混合器是一个台式砂浆搅拌机，而制作混凝土是一种滚筒式混凝土搅拌机。2.3.混凝土的压缩和劈裂抗拉强度试验 混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度进行了测试，符合EN12390-325和EN12390-626，分别从圆柱试样在7天，14天和28天的年龄。加载速率对压缩和劈裂拉伸试验分别为3和1.2千牛/秒。三个汽缸分别在每个年龄抗压和劈裂抗拉强度分别进行测试，以确保可重复性。本文提出的混凝土在这个年龄的压缩或劈裂抗拉强度是平均值。2.4.断裂试验

23、水泥基材料呈现出预峰裂纹生长，因此线弹性断裂力学（LEFMs）不能直接应用这些材料。在过去的几十年中，几个实验和理论方法已被开发，以确定可表示断裂性能可靠的参数，水泥基复合材料能够占到断裂过程区27-31的发展。一，可能是被引用最多的，骨折模型来解释预临界裂纹扩展用于水泥基材料 在这两个参数断裂模型（TPFM），提出Jenq和 沙29，这是基于简单的前提是，在一个变化中，标本遵守可以与可有效裂缝的在点的长度，当达到临界（即峰值）的负载。 用于混凝土和其它水泥基材料，线状弹性 反应通常上升至大致对应的负载 为P 最大值/2在断裂试验中，在P最大是在断裂试验的最大负荷，这意味着诱导的KI小于KSI

24、C/ 2，其中KI为应力强度因子和KSIC临界应力强度因素。通过线弹性断裂力学可得在这个阶段中的CTOD（裂纹尖端开口位移）为零的预测。在第二阶段中，当施加的载荷P大于P最大/ 2，水泥基材料表现在非线性模式。这是通过提前在裂纹尖端，这是现有的裂纹被预先切口或预制不是一些现有裂纹核化/扩展，其中一个过程区第一，必须开发出了结果的断裂过程区的形成而引起的。这个过程形成的区域也被称为慢速裂纹增长8。作为此微裂化的结果，在裂纹尖端开始以类似于由于产生尖锐的裂纹在金属的钝化时尚开。在峰值负载时，有两个条件同时满足：其中，临界应力强度因子，KSIC，其实是断裂韧性，CTOD的裂纹尖端张开位移和CTODC

25、是临界裂纹尖端张开位移。该参数对方程的右手边。（1）和（2）的材料性质。断裂试验由该模型解释的结果是独立的样品尺寸。因此，临界值，KSIC和CTODC，它是用TPFM确定混凝土和其它水泥基材料的断裂性能的主要优点之一，是与大小无关的。 根据TPFM，临界应力强度因子KSIC，临界裂纹尖端张开位移CTODC，弹性（拉伸模量）E的模量，并且所述临界应变能释放率GSIC可以由下面的公式29来计算。 其中，在方程。（3）-（6）W是自重的切口梁;S是梁的跨度;L是梁的长度;AE是至关重要的有效裂纹长度; D是在梁的深度;B是光束的宽度; Ci为初始加载的遵守情况;Cu是被卸载的遵守情况;F（a）是关于

26、一个用于计算KSIC形状函数，以及V 1（a）是一个关于计算CTODC和E其中a = AE /D; Pmax是最大载荷。 要实现此模型为特征的混凝土断裂特性，切口梁相对于负载CMOD（裂缝口张开位移）是必要的。因此，在本研究中，断裂试验，对100进行？ 100？500立方毫米中央缺口光束，以400毫米的间距和深度100mm时，在3点弯曲。为了确保稳定性，试验进行了下裂缝口用Instron2670系列裂纹以0.0075毫米/分钟的速率CMOD张开位移（COD）的量规（参照图3）张开位移（CMOD）控制模式。两个切口JRFCC梁被在每个年龄测试，以确保可重复性。断裂试验是按照RILEM建议进行30

27、与TPFM，得到的弹性模量（E）的临界应力强度因子（KSIC），临界裂缝尖端开口位移（CTODC）和临界应变能释放率相关联各种JFRCC的混凝土（GSIC）。2.5.冲击试验纤维增强复合材料的耐冲击性可通过多种测试方法，这些方法可大致分为以下类别进行测定：（一）落锤一次或多次冲击试验; （二）加权摆锤式冲击试验;（三）弹丸冲击试验; （四）爆炸冲击试验;（五）恒应变速率测试; （六）霍普金森杆测试;和（七）仪器摆锤冲击试验32。复合材料的耐冲击性是用以下标准，诸如一个测量：（一）断裂样品所需要的能量;（二）打击次数达到指定的窘迫水平（在反复冲击试验）;和（三）损害（即火山口大小，穿孔）或剥落的

28、样品后的大小和速度的大小被进行表面喷砂装33。冲击试验看似简单，但对测试结果的定量解释推导固有的物理材料参数是很困难的。因此，冲击测试一个也可以分为三类：（1）定性，（2）半定量和（3）定量，根据测得的，而不是通过它的冲击试验进行的方法12中的属性。 在本研究中，砂浆板的耐冲击性通过从0.5米的固定高度落下的钢杆在垂直导向管和重复这种直到故障被确定。用于冲击试验的钢棒的质量为2kg和一个直径为4厘米高度为17厘米的圆筒体。 它的前头部为球状（参照图4）。导向管具有内径比上述滚珠的直径较大，以便它可以合理假设当有球和杆在沿导向管的管内壁下降它们之间没有摩擦。该钢杆被投射在砂浆面板，其被搁在一个基

29、板的确切的中心。示波器被用来监控该基板的过程中冲击试验的响应。这样做，一个加速度计被安装在所述底板的中心的下方，并连接到示波器。通过这样的设置，在一个连续的冲击试验进行了一系列砂浆板的，只有当砂浆面板需要移动到下一个测试时进行更换。用于进行半定量分析对砂浆板的耐冲击性的假设的解释如下。线材的势能转化成动能，将其进一步转化成信号和拾取的示波器。在基准测试中，基准钢板的尺寸是200* 200*20立方毫米，与JFRCC砂浆板相同，通过从0.5米高度线材测试对基底板的影响。人们发现，有非常小的偏转，在中央参考钢面板，其可以被忽略的。然而，当参考钢面板来代替一个JFRCC或普通砂浆板，由碰撞引起的砂浆

30、板的变形要大得多，裂纹出现在其表面上。线材的总势能被消耗，不仅开裂砂浆板，而且向下驱动所述基板上。因此，电压的下降是由示波器进行检测。相比较而言，当参考钢面板是从相同的高度，0.5m时，由示波器测量的电压的影响由线材总是140 V将其通过几个试验的试验证实。因此，为140 V这个值作为参考电压。在砂浆板搁在基底板的冲击试验记录，由所述加速度计上的电压然后通过将其与基准值进行比较分析。正是这种研究是通过各种砂浆板吸收的能量是半定量地计算出每次撞击的打击后，使各个JFRCCs的耐冲击性可定性地进行评估，半定量及它们的抗断裂性，可以相对比较的兴趣。 冲击试验在7天，14天和28天的年龄进行了JFRC

31、C和滑动砂浆板。此外，JFRCC砂浆的弯曲和压缩强度进行了测定，在7,14天和28天，符合EN196-123来监测JFRCC迫击炮随着年龄的强度发展。三棱柱砂浆试件的尺寸为40* 40*160立方毫米进行了测试弯曲强度为每个年龄每一种混合物。因此，六砂浆立方体的装载区为40*40平方毫米进行了测试，在每个年龄各砂浆混合物。3. 结果与讨论3.1.混凝土和砂浆的抗压强度，抗弯强度和/或劈裂强度 各种JFRCC混凝土中的7,14和28天抗压强度和劈裂抗拉强度示于图。图5和6中。可以看出的是，矿粉混凝土始终表现出较高的强度比PFA那些在压力和拉力。由于低火山灰反应，煤灰混凝土的强度增长非常缓慢，它从

32、来没有达到过一样高的矿渣微粉混合长达28天的年龄。纤维增强那样增加混凝土与它的劈裂强度上升到与1/10通常引述的拉伸和压缩强度为普通混凝土之间的比率的值进行比较，PFA混凝土相应的压缩值的六分之一。这个值是七分之一的矿粉混合，在14和28天。 JFRCC砂浆的抗压，抗折强度，从年初到后世两种砂浆混合物，即PFA/ PC和矿渣微粉/ PC的进展相当迅速。然而，相对于PFA/ PC1的矿渣/ PC的砂浆混合物表现出高得多的抗压强度和抗弯强度。总体而言，JRFCC的强度与矿渣/ PC的基质比JFRCC与PFA / PC的矩阵的更高（参见图5-8）。3.2.PFA的水化和混凝土/砂浆的强度发展之所以水

33、泥复合材料的PFA作为基质具有低的机械性能比用矿粉作为基质是由于延迟在水化引起的PFA。PFA的水化产物酷似C-S-H公司生产的PC 34的水合作用。但反应不混合后启动，直到一定的年龄。中的PFA的情况下，这可以是只要一周，或甚至更高35。PFA的反应是由与该PFA用于与PC的碱金属含量的影响。煤灰的水合也受个人电脑当它们与水混合。此外，除了化学反应的作用，PFA具有改善的水合水泥膏是煤灰颗粒的粗集料之间的界面处的密封效果的微细结构的物理效应，该填料的效果是不存在于迫击炮作为有没有粗骨料35。包装效果的程度取决于双方的PFA和所使用的PC。更好的填料与较粗的PC和更精细的PFA36来实现的，但

34、填料的主要贡献在于在大毛细管孔35的体积的减少。由于这些原因，强度测量结果没有充分建立的PFA的一个特定的混凝土/砂浆中的PFA被结合的强度的发展做出贡献。 3.3.界面粘结纤维水泥复合材料的力学性能在很大程度上依赖于纤维和水泥基体之间的结合而取决于许多因素，例如纤维，如几何形状，类型和表面特性，纤维取向，纤维体积比和纤维分布，化学的物理特性组合物中的纤维，而且纤维的处理和添加剂在水泥混合物中。界面粘结可以是化学或物理或两者的组合。在一般情况下，有机纤维，如天然纤维，被认为是不太相容与无机基质，诸如水泥基体，在化学计国债37。天然纤维和水泥基体之间的接合不良往往是由于纤维在湿混合物和随后的膨胀

35、收缩后干燥。正如Paramasivam等。 38和Cook等。 39，天然纤维和水泥之间的粘合基体可以通过施加压力铸造得到的改善在增加强度。铸造压力的主要作用是为了减少空隙和致密的水泥复合同时，在本研究中，振动台紧凑型的各种水泥砂浆的使用是获得JFRCC具有非常重要的黄麻纤维和各种水泥基体之间具有良好的界面粘结，因为它有助于减少在该混合物中的空隙。预处理天然纤维可以清洁和化学修饰纤维表面，停潮气吸收过程，并增加表面的粗糙度，所有这些都将影响到机械性能和天然纤维的性能增强水泥基复合材料。3.4.PC基体部分由PFA或矿渣微粉取代据报道，使用含有炉渣/偏高岭土和硅灰的三元共混物的可有效地防止纤维降

36、解40。但在某些情况下，低碱度是不够的，以防止木质素被分解41。快速碳化也可诱发低碱度42。这是通过Tonoli等人证实。43谁报告施加人工碳酸化到木质纤维素纤维增强水泥屋顶上的瓦片，以选自Ca（OH）2的龙头得到碳酸钙以增加强度和降低吸水性。DAlmeida等人。44用于混合水泥基体，其中50的PC（重量）代替偏高岭土和生成，防止氢氧化钙的迁移到纤维内腔，中间层和细胞壁基质完全自由氢氧化钙，因此避免了天然纤维的脆性破坏增强水泥复合材料。使用火山灰填料，如硅灰和矿渣微粉，可降低基体的碱度以及氢氧化钙的含量，并且因此减慢从而导致劣化JFRCC的属性的处理。在本研究中，以重量计的PC以PFA和矿渣

37、的替换50，分别采用，以减少基体的碱度如前所述。 部分替代PC用矿粉没有降低水泥基复合材料的脆性高达PFA做了哪些观察到撞击测试，其中JFRCC PC /矿渣砂浆面板粉碎成具有比JRFCC PFA/ PC砂浆面板年龄小得多的打击件的14和28天（见表4）。矿粉的在混合物中的存在提高了加工性，使得它更移动，但内聚而在本研究制备水泥基材料中是最重要的观察结果中的一个，并且是的表面特性和水泥颗粒的分散性更好的结果矿渣颗粒，其是平滑的和混合过程中吸收少量的水45。用矿渣微粉矩阵使得JFRCC当这种现象明显观察到。矿渣微粉和PC的比例影响混凝土强度的发展。对于最高中期强度，该比例为约1：1，即50的PC

38、和50的矿渣重量在该水泥复合材料46，它是制备水泥混合物时所采取的这个研究的配方。3.5.断裂韧性 测得的载荷与CMOD曲线各个切口下的三点弯曲断裂试验如图9a-c所示。在7,14和28天下，其中FRC-GGBS和FRC-PFA分别表示黄麻纤维加固的混凝土与GGBS和PC为模型，与PFA和PC为模型，而UN-GGBS表示普通混凝土与PC和GGBSas按重量计50：50为模型。从图9a-c可以发现，该荷载下FRC-GGBS的CMOD曲线的面积是最大的，在整个时间段内表示的断裂韧性表现出这样的情况是因为JFRCCs添加了矿粉及纤维。短的不连续纤维阻止了混凝土中的裂缝，因此在混凝土中产生裂缝需要花费

39、更多的能量从而增强混凝土的抗裂性能。在普通混凝土中存在急剧下降的荷载高峰，这是因为无筋混凝土的脆性。查克拉伯尔提等人。47 研究了黄麻纤维作为增强剂改进水泥砂浆的物理和力学性能，并发现断裂韧性显著增加的黄麻纤维增强水泥砂浆重量高达1，相对于水泥，黄麻纤维加载时，随着黄麻含量的进一步增加，水泥砂浆的断裂韧性逐渐降低。在这研究中，黄麻纤维装载在混凝土为0.5（体积），其中相当于水泥粘合剂靠近至1.2（重量），建议使用查克拉博蒂等人推荐的纤维含量。 47。我们发现，用这种纤维负荷，用矿渣微粉和水泥为基体的JFRCC与普通混凝土比较断裂韧性大大增加。 图9A-C针对CMOD曲线的负荷还表明，JFRCC

40、混凝土用矿渣微粉，即FRC-矿渣微粉，具有最高断裂强度，它证明在整个三个时间段之间3种复合材料在最高峰的荷载沿着阻力最小的具体的路径，应该沿着相对较弱的界面，而不是通过相对强硬的模型传播。水泥复合材料的纤维的界面相对较弱，导致裂纹优先沿着它扩展而不是通过模型。根据所施加的载荷，分布的微裂纹传播和排列以产生宏观裂缝。当负载被进一步增大，并且满足临界裂纹生长的条件，即方程（1）和（2）被满足时宏观裂纹出现，不稳定和灾难性故障就来了。3.6.断裂参数 对于各种JFRCC和滑动混凝土相关的断裂参数，即, , , , 和E，计算基于TPFM的断裂试验的结果。这些参数如表3A-C所示。 TPFM考虑弹塑性

41、变形的发生，通过凹口提前诱导宏观裂纹的尖端。卸顺应性（）的测定在卸支在95的负载与CMOD的曲线图中的最大负荷。 然后被用于确定其它材料参数包括临界应力强度因子（）和临界裂缝尖端张开位移（）。初始加载应性（） 提供弹性（E）的模块。参数和用于计算的应变能释放率。 图10-12提出派生的断裂参数，E和 ，分别以图形方式对于CMOD在不同时间段断裂的测试结果表示。临界应变能量释放率为 JFRCC用矿渣微粉和PC为基体的增加速度最快的时间段下对三种复合材料进行测试，表明了矿渣微粉和PC组成基体之间非常强大的组合。从这项研究中（参见图12）也可以解释这一事，用GGBS/PC的JFRCC具有最高的临界应

42、力强度。而另一方面普通混凝土用GGBS/PC有最高的弹性率模量E，较高的初始模量弹性这可能是由于普通混凝土有较好的和易性，与JFRCC制作比较其微观结构致密得多。致密的微观结构水化水泥浆体产生矿粉水泥的有益效果。由表3a所示 和b可知，多孔隙的空间中填充C-S-H的混合基质糊剂与PC35可以解释为什么JFRCC用矿渣微粉和PC作为基体始终比JRFCC只有PFA和PC为基体表现出更大的临界应力强度 ，临界应变能释放率和弹性模量E。3.7.耐冲击性 反复的重量冲击试验方法，在通过了本研究后，也用在其他的研究48这表明该混凝土板的冲击所涉及的失败的破环模式，这表明混凝土板在冲击下，所涉及的故障模式形

43、成的局部坑之后形成和混凝土锥体形插头的最终运动。本研究测试包括：JFRCC砂浆板与矿渣微粉和 PC以50：50（重量）作为基质的; JFRCC砂浆板用PFA和PC以50：50（重量）作为基质的;简单砂浆板用矿粉和PC以50：50（重量）为基质的。通过示波器的帮助和判断为砂浆板的故障进行了分析。初始电压的第一回升被用来作为标记。在的每一个电压变化的打击下，当它达到接近标记，即当它达到了10 V的初始电压，砂浆板被判定为满足两个中的一个失败标准。同时，从肉眼观察判断这样的裂纹必须是可见的并且在整个面板上传播，即所述至少一个裂缝在整个方形面板达到任意两个相对边缘传播并有一定的深度，这是两个失败准则。

44、然后，面板被判定为不合格。到这一点，面板失去其完整性而不能承受更多的负载。 图13示出了裂缝如何传播，直到一个裂缝在整个方形面板达到任意两个相对边缘传播，这是两个相对的边失败的标准之一，同时在该特定冲击电压必须接近所述过程中第一次拾取的初始电压。冲击试验进行中，直到两个破坏准则满足 （参见图14表示所测得的电压先增加 到第一次并击打材料后，再下降至第四次标记），该面板被判定为不合格，因为在面板上同时被观察到裂缝传播到两个相对边缘。在此基础上，对各种砂浆板连续撞击，直至达到失效的次数示于表4。 从表4可以看出，随着时间的增长，连续打击效果减小可以被看作是一个指示，以增加JFRCC混凝土随着时间的

45、脆性的数目。这意味着，随着不同的压缩强度，弯曲强度，断裂韧度和时间的增长，JFRCC砂浆板的耐冲击性下降 随着年龄的增长。这种现象可以通过存在水分的JFRCC砂浆板来解释，这意味着该板内部孔隙有水，由于低水化过程在早期水泥基质的水合阶段。因而它们比一段时间以后更韧。图15示出了三种类型的砂浆板最终失败的测试。普通砂浆面板第一次冲击后打碎成的图片（参见图15a）。 JFRCC PFA/ PC砂浆面板经过六次的连续打击在28天证明强大的延展性，在同一时间以后JFRCC GGBS/PC混凝土板四次个连续的打击后失败。在本研究中，弹丸的冲击充当了集中荷载作用在砂浆板的中心。每次打击后压实线材和砂浆板之间的接触面积。从15b和 C图中可以观察到PFA/ PC面板 比GGBS/ PC面板有更大的压实区域，表示PFA/ PC混合与GGBS/ PC混合相比，PFA/ PC混合水化过程缓慢柔和的多。从图16JFRCC砂浆面板采用PFA/ PC基比的断裂面可以看出