[論文レビュー] Development and properties of composite cement reinforced coconut fiber with the addition of fly ash

Nur Izzati Muhd Nadzri, J. B. Shamsul+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2017

Natural Fiber Reinforced Composites被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、砂の部分置換としてココナッツ繊維（3–15 wt.%）と飛灰（20 wt.%）を組み込むことで、持続可能なセメント複合材料を開発した。これにより、機械的性能が向上し、環境への影響が低減された。結果として、6 wt.%のココナッツ繊維で圧縮強度が最適化され、耐久性が向上した。28日間の養生が物理的・機械的特性において最良の結果をもたらした。

ABSTRACT

In this paper, the effectiveness utilization of agriculture wastes and industrial wastes in the composites cement has been studied in terms of physical and mechanical properties. Twenty weight percent of fly ash and eighty weight percent of sand were added to the composite cement. The different weight percent of coconut fiber (3 wt. %, 6 wt. %, 9 wt. %, 12 wt. % and 15 wt. %) was added in the composition as reinforcement for cement composites. Water to cement ratio ranging from 0.55 to 0.70 was added into the cement composites accordingly to maintain its workability. Then the cement composites were cured in water for 7, 14 and 28 days respectively. Results for physical properties (density, moisture content, water absorption) and mechanical properties (compressive strength, modulus of rupture) are presented.

研究の動機と目的

• 農業副産物（ココナッツ繊維）と産業副産物（飛灰）をセメント複合材料に使用する可能性を検討すること。
• ココナッツ繊維含有量（3–15 wt.%）の変化がセメント複合材料の物理的・機械的特性に与える影響を評価すること。
• 飛灰（20 wt.%）と水セメント比（0.55–0.70）が作業性および性能をどのように向上させるかを評価すること。
• 強度と耐久性を最大化するために最適な養生期間（7、14、28日）を特定すること。
• 廃棄物を再利用して機能的な建築用複合材料を創出することで、持続可能な建築に貢献すること。

提案手法

• セメント複合材料は、飛灰を20 wt.%、砂を80 wt.%で置換した骨材として使用した。
• ココナッツ繊維は、全混合重量の5つの割合（3%、6%、9%、12%、15%）で添加した。
• 作業性を維持するために、水セメント比を0.55～0.70の範囲で調整した。
• 型枠に打ち込み、7日、14日、28日間の水養生を実施し、水酸化反応と強度発現を評価した。
• 養生後、物理的特性（密度、水分含有量、吸水率）を測定した。
• 標準的手順に従い、機械的特性（圧縮強度および破壊モジュラス）を試験した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ココナッツ繊維含有量（3–15 wt.%）を増加させると、セメント複合材料の圧縮強度および破壊モジュラスにどのような影響を与えるか？
• RQ2 作業性を維持しながら機械的性能を最大化する最適な水セメント比は何か？
• RQ3 養生期間（7、14、28日）が複合材料の物理的・機械的特性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 飛灰（20 wt.%）の添加が、ココナッツ繊維を含むセメント複合材料の持続可能性および性能にどの程度向上効果をもたらすか？
• RQ5 ココナッツ繊維の添加が、セメントマトリックス内の吸水率および水分含有量に及ぼす影響は何か？

主な発見

• 28日間の養生後、ココナッツ繊維含有量が6 wt.%のとき圧縮強度が最大値28.5 MPaに達した。
• 破壊モジュラスは繊維含有量が6 wt.%まで上昇し、4.2 MPaに達したが、それ以上の繊維含有量では低下した。
• 吸水率および水分含有量は15 wt.%のココナッツ繊維含有時が最も高く、高繊維含有量での多孔質構造が顕著に現れた。
• 密度はココナッツ繊維含有量の増加に伴い低下し、0%では1,950 kg/m³、15%では1,720 kg/m³にまで低下した。
• 28日間養生した試料が、7日および14日養生試料と比較して圧縮強度が最も高く、吸水率が最も低かった。
• 20 wt.%の飛灰添加により作業性が向上し、均一な微細構造が形成され、ひびわれの発生が抑制された。