CN113049382B - 一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法：(1)将植物纤维裁剪拉直并描出标志点；(2)用PVC板自制模具并在其上设圆孔；(3)圆孔密封并将水泥砂浆浇注到模具中，振出气泡将砂浆表面抹平；(4)将植物纤维从圆孔处横穿模具***砂浆中并使标志点与砂浆持平；(5)标准养护至若干龄期，对水泥基体进行干湿循环处理；(6)将植物纤维从水泥基体中抽出；(7)测量植物纤维在长度方向上不同位置处的宽度，将纤维旋转，多次测量，得到多个宽度值并计算平均值，计算以平均值为直径的圆的面积，得植物纤维的横截面积；(8)在拉力试验机上对植物纤维进行拉力测试，测试植物纤维经水泥基体原位侵蚀后的抗拉强度损失情况。

Description

一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法。
背景技术
水泥基材料是目前世界上使用最多的建筑材料，但是它是脆性材料、易开裂。研究表明纤维对水泥基材料的开裂有很好的控制作用。钢纤维和人工合成纤维在一定程度上能提高混凝土的韧性，但是提高了混凝土的成本。为有效降低纤维混凝土的成本，研究者开始利用在自然界分布广泛、价格低廉、取材方便的植物纤维来代替传统的人工合成纤维。植物纤维应用于水泥基复合材料，不仅能够改善韧性，还能够促进可持续发展，具有生态效应，符合发展循环经济的重大战略。
植物纤维在水泥基复合材料中的耐久性问题限制了其在建筑材料领域的应用。植物纤维在碱性环境中易于水解，水化产物氢氧化钙在植物纤维内腔沉积会造成纤维矿化，导致纤维抗拉强度与变形能力下降，逐渐丧失在水泥基体中的增强作用。在干湿循环过程中，植物纤维交替地充湿和干燥，产生一种“泵”效应，使氢氧化钙在纤维内腔不断沉积，加速植物纤维的水解与矿化进程。因此，许多研究者对植物纤维进行预处理来提高其抗侵蚀性。在将预处理的植物纤维用于混凝土工程前，需要对植物纤维预处理技术进行耐腐蚀性评估。目前的评估方法主要分为两种：1)对掺有预处理植物纤维的水泥试块进行人工加速老化，测试水泥试块的力学性能损失；2)将植物纤维浸泡在模拟水泥浆体孔溶液中，测试植物纤维的力学性能损失。对于前者，水泥试块的力学性能影响因素众多，因此，力学性能损失不能准确表征植物纤维的性能退化；对于后者，浸泡在溶液中的植物纤维缺少自然界干湿循环的泵效应，并且模拟水泥浆体孔溶液并不能代表水泥基体中的真实情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，本发明的方法简单，易于操作，成本低且能够准确表征植物纤维的性能退化。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，包括如下步骤：
(1)将植物纤维裁剪至固定长度并拉直，然后在所述植物纤维上设置一个标志点；如图3(a)所示；
(2)制作模具：采用PVC板粘接形成长方体状的盒体模具，且在所述模具相对的两个侧面上设置有对齐的若干圆孔；如图1-2所示；
(3)浇注前将所述模具侧面上的圆孔密封，然后将搅拌好的水泥砂浆浇注到模具中并振出其中气泡，将所述砂浆的表面抹平；
(4)将所述植物纤维从所述圆孔处横穿所述模具***到所述砂浆中并使所述标志点与所述砂浆持平；即将所述植物纤维从所述模具的一侧经过相互对齐的两个圆孔穿至另一侧，可以理解的是模具的宽度等于所述植物纤维在水泥基体中的埋入长度；如图3(b)所示；
(5)标准养护至若干龄期，对水泥基体进行干湿循环处理；
(6)经过若干干湿循环处理后，将所述模具拆开，然后将所述植物纤维从所述水泥基体中抽取出；
(7)利用光学显微镜放大所述植物纤维，测量所述植物纤维在长度方向上不同位置处的宽度，然后将所述植物纤维旋转，多次测量，得到多个宽度值，计算得出宽度值的平均值，计算以所述平均值为直径的圆的面积，即得到所述植物纤维的横截面积；
(8)在拉力试验机上对所述植物纤维进行拉力测试，测试所述植物纤维经所述水泥基体原位侵蚀后的抗拉强度损失情况。本发明中所述的模具是通过PVC板自制的，简单且经济，在所述模具相对的两侧用打孔机开设一一对齐的几组圆孔，开设所述圆孔的目的是在模具中浇注水泥砂浆后用于使所述植物纤维穿过所述水泥基体。
进一步地，步骤(1)将所述植物纤维裁剪至固定长度，然后两端用夹子夹稳、拉直；然后用防水笔在所述植物纤维上三分之一处描一个标志点。该过程为描点法，具体的，所描的标志点将所述植物纤维分成较长部分和较短部分，将较长部分利用细针穿入所述模具两侧圆孔内，埋入水泥基体中，直至所述标志点刚好贴近所述水泥基体。
进一步地，步骤(3)浇注前用保鲜膜将所述模具的四周包裹起来，将所述模具侧面上的圆孔密封，然后将搅拌好的水泥砂浆浇注到模具中并振出其中气泡，然后用刮刀将所述砂浆的表面刮平。
进一步地，步骤(3)所述水泥砂浆中的水灰比为1：(0.3-0.6)，砂灰比为1：(1-3)；所述的水泥为普通硅酸盐水泥。
进一步地，其特征在于，步骤(4)每个所述圆孔中***3-10根所述植物纤维。
进一步地，步骤(5)标准养护时间为7天或者28天；所述的干湿循环流程为：先将所述水泥基体置于水中在20-30℃下浸泡10-30小时，然后在室温下干燥2-6小时，再置于烘箱中在90-110℃下烘干10-20小时，最后在室温空气中冷却2-5小时，为一个循环。此干湿循环方法是模拟自然气候下的干湿循环机制，用于加速所述水泥基体的自然老化，从而进行植物纤维的性能退化表征。
进一步地，步骤(6)中所述干湿循环处理的次数为10-50次。
进一步地，步骤(8)用电子万能拉力试验机对所述植物纤维进行拉力测试，下夹头夹住所述标志点(如图3(c)所示)，上下夹头的距离(即夹距)等于所述植物纤维***所述水泥基体中的长度，试验机测试时的速度为1-20mm/min。可以理解的是所述的模具的宽度等于所述植物纤维在所述水泥基体中的埋入长度等于最后所述植物纤维拉力测试时试验机上下夹头之间的夹距。
本发明的有益效果：
本发明的方法简单，操作容易；本发明的方法包括模具设计和测试方法两部分；模具设计采用PVC板粘接形成，非常简单且经济。本发明能够原位表征植物纤维在水泥基体中经过长期干湿循环后的性能退化情况，通过描点法能够精确测量植物纤维被侵蚀区域L2(被侵蚀区域L2相当于植物纤维埋入水泥基体的区域L1)的抗拉强度损失情况；本发明方法所需模具制作简单、经济，表征方法简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明中所述模具的平面展开图；
图2为本发明中所述模具的立体图；
图3为本发明实施例1的测试流程图。
图中：1植物纤维、2标志点、3模具、4水泥砂浆、5圆孔、6夹头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，包括如下步骤：本实施例中的植物纤维选用剑麻纤维，测试剑麻纤维经水基体原位侵蚀后的抗拉强度损失情况；本实施例自制3个尺寸相同的模具，且所述模具长宽高分别为100mm×20mm×30mm，侧面用打孔机对称着打5个孔；L1＝L2＝20mm；
(1)将所述剑麻纤维1裁剪至100mm，两端用夹子夹稳、拉直；然后用防水笔在剑麻纤维1上三分之一(约33mm)处描一个标志点2，标志点2将所述剑麻纤维1分为短端(33mm)和长端(67mm)；
(2)制作模具：采用PVC板粘接形成长方体状的盒体模具3(尺寸为100mm×20mm×30mm)，通过打孔机在所述模具3相对的两个侧面上开设5组对齐的圆孔；如图1-2所示；
(3)浇注前用保鲜膜将所述模具3的四周包裹起来，将所述模具3侧面上的圆孔全部密封，然后将搅拌好的水泥砂浆4浇注到模具中并振出其中气泡，然后用刮刀将砂浆的表面刮平；所述的水泥砂浆中水灰比为1：0.5，砂灰比为1：2，水泥为普通硅酸盐水泥PO 52.5；
(4)用细针将所述剑麻纤维1的长端从所述圆孔5处横穿所述模具3***到所述砂浆中(即埋入水泥基体中)，并使所描好的标志点2刚好贴近所述砂浆，且每个圆孔5中***6根剑麻纤维1，所述水泥基体中共计***30根剑麻纤维1，即每个模具3中均***30根剑麻纤维1；
(5)标准养护至28天后，对水泥基体进行干湿循环处理；且干湿循环流程为：先将水泥基体浸泡在20℃的水中20小时，然后在室温中干燥4小时，再在100℃的烘箱中烘干20小时，最后在室温空气中冷却4小时，此为一个循环；此加速老化方法是模拟自然气侯下的干湿循环机制而定；
(6)分别对三个模具进行10次、20次、30次干湿循环处理(即对三个模具中的三块水泥基体分别进行10次、20次、30次干湿循环处理)干湿循环结束后，将模具3拆开，将剑麻纤维全部从对应的水泥基体中抽取出；
(7)利用光学显微镜放大所述剑麻纤维，测量所述剑麻纤维在长度方向上不同位置处的宽度，然后将所述剑麻纤维旋转，多次测量，得到多个宽度值，计算得出宽度值的平均值，计算以所述平均值为直径的圆的面积，即得到所述剑麻纤维的横截面积；
(8)用电子万能拉力试验机对所述剑麻纤维进行拉力测试，下夹头6夹住所述标志点2，上下夹头的距离为20mm，上下夹头的距离等于所述剑麻纤维***所述水泥基体中的长度，试验机测试时的速度为5mm/min；测试剑麻纤维经水基体原位侵蚀后的抗拉强度损失情况。其测试结果为：
Figure BDA0002973586630000071
Figure BDA0002973586630000081
实施例2
一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，包括如下步骤：本实施例中的植物纤维选用椰壳纤维，测试椰壳纤维经水基体原位侵蚀后的抗拉强度损失情况；本实施例自制3个尺寸相同的模具，且所述模具长宽高分别为100mm×20mm×30mm，侧面用打孔机对称着打5个孔；
(1)将所述椰壳纤维裁剪至100mm，两端用夹子夹稳、拉直；然后用防水笔在所述椰壳纤维上三分之一(约33mm)处描一个标志点，将所述椰壳纤维分为短端(33mm)和长端(67mm)；
(2)制作模具：采用PVC板粘接形成长方体状的盒体模具(尺寸为100mm×20mm×30mm)，通过打孔机在所述模具相对的两个侧面上开设5组对齐的圆孔；
(3)浇注前用保鲜膜将所述模具的四周包裹起来，将所述模具侧面上的圆孔全部密封，然后将搅拌好的水泥砂浆浇注到模具中并振出其中气泡，然后用刮刀将所述砂浆的表面刮平；所述的水泥砂浆中水灰比为1：0.6，砂灰比为1：1，水泥为普通硅酸盐水泥PO52.5；
(4)用细针将所述椰壳纤维的长端从所述圆孔处横穿所述模具***到所述砂浆中(即埋入水泥基体中)，并使所描好的标志点刚好贴近所述砂浆，且每个圆孔中***10根椰壳纤维，所述水泥基体中共计***50根椰壳纤维，即每个模具中均***50根椰壳纤维；
(5)标准养护至7天后，对水泥基体进行干湿循环处理；且干湿循环流程为：先将水泥基体浸泡在30℃的水中12小时，然后在室温中干燥3小时，再置于110℃的烘箱中烘干10小时，最后在室温空气中冷却5小时，此为一个循环；此加速老化方法是模拟自然气侯下的干湿循环机制而定；
(6)分别对3个模具进行10次、20次、30次干湿循环处理(即对模具中水泥基体分别进行10次、20次、30次干湿循环处理)干湿循环结束后将模具拆开，将椰壳纤维全部从对应的水泥基体中抽取出；
(7)利用光学显微镜放大所述椰壳纤维，测量所述椰壳纤维在长度方向上不同位置处的宽度，然后将所述椰壳纤维旋转，多次测量，得到多个宽度值，计算得出宽度值的平均值，计算以所述平均值为直径的圆的面积，即得到所述椰壳纤维的横截面积；
(8)用电子万能拉力试验机对所述椰壳纤维进行拉力测试，下夹头夹住所述标志点，上下夹头的距离为20mm，上下夹头的距离等于所述椰壳纤维***所述水泥基体中的长度，试验机测试时的速度为2mm/min；测试椰壳纤维经水基体原位侵蚀后的抗拉强度损失情况。其测试结果为：
Figure BDA0002973586630000091
Figure BDA0002973586630000101
Figure BDA0002973586630000111
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)将植物纤维裁剪至固定长度并拉直，然后在所述植物纤维上设置一个标志点；
(2)制作模具：采用PVC板粘接形成长方体状的盒体模具，且在所述模具相对的两个侧面上设置有对齐的若干圆孔；
(3)浇注前将所述模具侧面上的圆孔密封，然后将搅拌好的水泥砂浆浇注到模具中并振出其中气泡，将所述砂浆的表面抹平；
(4)将所述植物纤维从所述圆孔处横穿所述模具***到所述砂浆中并使所述标志点与所述砂浆持平；
(5)标准养护至若干龄期，对水泥基体进行干湿循环处理；
(6)经过若干干湿循环处理后，将所述植物纤维从所述水泥基体中抽取出；
(7)利用光学显微镜放大所述植物纤维，测量所述植物纤维在长度方向上不同位置处的宽度，然后将所述植物纤维旋转，多次测量，得到多个宽度值，计算得出宽度值的平均值，计算以所述平均值为直径的圆的面积，即得到所述植物纤维的横截面积；
(8)在拉力试验机上对所述植物纤维进行拉力测试，测试所述植物纤维经所述水泥基体原位侵蚀后的抗拉强度损失情况。
2.根据权利要求1所述的一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，其特征在于，步骤(1)将所述植物纤维裁剪至固定长度，然后两端用夹子夹稳、拉直；然后用防水笔在所述植物纤维上三分之一处描一个标志点。
3.根据权利要求1所述的一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，其特征在于，步骤(3)浇注前用保鲜膜将所述模具的四周包裹起来，将所述模具侧面上的圆孔密封，然后将搅拌好的水泥砂浆浇注到模具中并振出其中气泡，然后用刮刀将所述砂浆的表面刮平。
4.根据权利要求1所述的一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，其特征在于，步骤(3)所述水泥砂浆中的水灰比为1：(0.3-0.6)，砂灰比为1：(1-3)；所述的水泥为普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，其特征在于，步骤(4)每个所述圆孔中***3-10根所述植物纤维。
6.根据权利要求1所述的一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，其特征在于，步骤(5)标准养护时间为7天或者28天；所述的干湿循环流程为：先将所述水泥基体置于水中在20-30℃下浸泡10-30小时，然后在室温下干燥2-6小时，再置于烘箱中在90-110℃下烘干10-20小时，最后在室温空气中冷却2-5小时，为一个循环。
7.根据权利要求1所述的一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，其特征在于，步骤(6)中所述干湿循环处理的次数为10-50次。
8.根据权利要求1所述的一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法，其特征在于，步骤(8)用电子万能拉力试验机对所述植物纤维进行拉力测试，下夹头夹住所述标志点，上下夹头的距离等于所述植物纤维***所述水泥基体中的长度，试验机测试时的速度为1-20mm/min。
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