[论文解读] Development and properties of composite cement reinforced coconut fiber with the addition of fly ash
本研究通过将椰纤维（3–15 wt.%）和粉煤灰（20 wt.%）部分替代砂，开发出可持续的水泥基复合材料，实现了力学性能的提升与环境影响的降低。结果表明，椰纤维含量为6 wt.%时，抗压强度达到最优，且耐久性增强，28天养护时间下物理与力学性能最佳。
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.
研究动机与目标
- 研究利用农业废弃物（椰纤维）和工业副产品（粉煤灰）制备水泥基复合材料的可行性。
- 评估不同椰纤维含量（3–15 wt.%）对水泥基复合材料物理与力学性能的影响。
- 评估粉煤灰（20 wt.%）与水胶比（0.55–0.70）在提升工作性与性能方面的作用。
- 确定最优养护时间（7、14、28天），以最大化强度与耐久性。
- 通过将废弃物再利用转化为功能性建筑复合材料，推动可持续建筑发展。
提出的方法
- 水泥基复合材料配方中，粉煤灰占20 wt.%，砂作为骨料被部分替代。
- 椰纤维以五种质量分数添加：占总混合料质量的3%、6%、9%、12%和15%。
- 水胶比在0.55至0.70之间调整，以确保各配合比的施工性能。
- 试件经浇筑后，在水中分别养护7、14和28天，以评估水化反应与强度发展。
- 养护后测量物理性能（密度、含水率、吸水率）。
- 按照标准程序测试力学性能（抗压强度与抗弯弹性模量）。
实验结果
研究问题
- RQ1随着椰纤维含量（3–15 wt.%）增加，水泥基复合材料的抗压强度与抗弯弹性模量如何变化？
- RQ2何种水胶比可在保持工作性的同时最大化力学性能？
- RQ3养护时间（7、14、28天）如何影响复合材料的物理与力学性能？
- RQ4添加20 wt.%粉煤灰在多大程度上提升了椰纤维水泥基复合材料的可持续性与性能？
- RQ5椰纤维对水泥基体的吸水率与含水率有何影响？
主要发现
- 在28天养护后，椰纤维含量为6 wt.%时，抗压强度达到峰值，为28.5 MPa。
- 抗弯弹性模量随纤维含量增加至6 wt.%而提升，达到4.2 MPa，随后在更高纤维掺量下下降。
- 在15 wt.%椰纤维时，吸水率与含水率最高，表明高纤维掺量导致孔隙率增加。
- 随着椰纤维含量增加，密度降低，从0%纤维时的1,950 kg/m³降至15%纤维时的1,720 kg/m³。
- 28天养护的试件表现出最高的抗压强度与最低的吸水率，优于7天与14天养护的试件。
- 添加20 wt.%粉煤灰改善了工作性，并促进了更均匀的微观结构，减少了开裂。
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