亞麻纖維水泥基復合材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展展望

趙暉　金辰華　宣衛(wèi)紅　徐海生

摘要：亞麻纖維具有斷裂強度高、伸長變形小、彎曲性好、扭轉剛度大等特點，因此亞麻纖維水泥基復合材料是一種應用前景廣闊的土木工程材料。從亞麻纖維物理化學性質(zhì)、亞麻纖維對水泥基復合材料性能的影響、亞麻纖維水泥基復合材料性能改善方法3個方面系統(tǒng)闡述了亞麻纖維水泥基復合材料的研究現(xiàn)狀與存在問題。提出未來發(fā)展趨勢：加強用亞麻纖維替代聚丙烯纖維制備水泥基復合材料；揭示潮濕情況下亞麻纖維水泥基復合材料性能演變規(guī)律；在三軸應力、潮濕條件耦合作用下構建亞麻纖維水泥基復合材料力學損傷模型；從增加亞麻纖維本體強度、改善亞麻纖維和水泥基材料界面黏結性角度來提高亞麻水泥基復合材料的應用性能。

關鍵詞：亞麻纖維；水泥基；復合材料；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0738

中圖分類號：S38；S563.2 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2024）04015311

水泥基材料具有原材料來源廣泛、價格便宜、適用范圍廣、易澆注成型、耐久性好等特點，已經(jīng)被廣泛應用于如三峽工程大壩、珠港澳大橋、青藏鐵路、南水北調(diào)等大型土木工程建設。近幾十年來，隨著我國“一帶一路戰(zhàn)略”“南海戰(zhàn)略”和“城市化進程”的不斷推進，混凝土材料的消耗量不斷增長。2018 年，我國混凝土使用量為22.96 億m3，比2017 年增長了12.4%；2020 年，混凝土消費量增加到25.5億m3；同一時期，美國、歐盟、日本、意大利等國混凝土使用量分別為14.3億、10.56億、7.8億、3.3億m3，全世界混凝土消耗總量為100億m3左右[1-3]。

眾所周知，現(xiàn)代的土木工程材料需滿足高強度、高體積穩(wěn)定性、高韌性、高耐久性的使用要求。水泥基材料是一種多孔、脆性的材料，其抗拉強度、極限拉應變小。在水泥基材料硬化過程中，因化學收縮、溫度收縮、塑性收縮、干縮和自收縮增加，材料表面會產(chǎn)生微裂紋。土木工程結構的彎曲荷載達到破壞荷載15%～20%時，水泥基材料表面開始出現(xiàn)裂縫，隨時間推移細微裂紋不斷擴展，最終發(fā)展為較大裂縫。長期荷載作用下水泥基材料還易出現(xiàn)徐變，從而引起結構的預應力損失，導致結構內(nèi)力重分布。外界環(huán)境中的有害介質(zhì)滲透進水泥基材料的內(nèi)部也會導致結構物耐久性能下降[4]。除此之外，水泥基材料還存在韌性、抗疲勞能力、抗沖擊、耐磨損性差等問題[5-7]。如何改善水泥基材料性能上的缺陷，實現(xiàn)水泥基材料的高性化已引起土木工程界的廣泛關注。

研究發(fā)現(xiàn)，將水泥基與纖維復合是實現(xiàn)水泥基材料高性能化的重要途徑[8]。纖維水泥基復合材料以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基體，短纖維或連續(xù)長纖維作為增強材料[910]。纖維的摻加可限制水泥基材料硬化過程中微裂縫產(chǎn)生及荷載作用下的宏觀裂縫擴展。纖維在水泥漿體中隨機亂向分布有利于增強水泥基復合材料的韌性和極限應變。加入纖維的水泥基基體材料在受壓破壞時裂而不碎，且能降低水泥基復合材料的收縮變形和徐變變形。纖維的使用也提高了水泥基復合材料抗拉強度、抗彎拉強度、抗剪強度、抗疲勞、抗沖擊、抗爆炸性能、抗凍融性、抗?jié)B性、耐磨性、耐沖刷性等多種性能。纖維已成為制備高性能水泥基材料中不可缺少的組分[11-13]。

目前，使用在水泥基復合材料中的纖維按材質(zhì)可分為金屬纖維、無機纖維、合成纖維、植物纖維（圖1）[14]。按彈性模量可分為高彈性模量纖維（鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維）和低彈性模量纖維（合成纖維、植物纖維）。高彈性模量纖維的剛度大于硬化水泥基材料，當水泥基材料硬化產(chǎn)生微裂縫時，纖維受力并分擔水泥基材料本身所受應力。纖維剛度越大，水泥基材料強度提高越明顯。低彈性模量纖維的剛度小于水泥基材料，水泥基材料開裂后纖維受力，摻低彈性模量纖維可提高水泥基復合材料延性、韌性、抗疲勞、抗沖擊性能[1516]。

鋼纖維具有優(yōu)良的增強效果，在土木工程領域已有應用，但鋼纖維長度較長且密度較高，摻加鋼纖維到水泥漿體中易結團而導致水泥漿體分層，摻加鋼纖維到水泥基復合材料會降低材料的流動性，且鋼纖維與水泥基材料界面黏結性差。鋼纖維水泥基復合材料還易受到環(huán)境中氯離子腐蝕而降低鋼纖維復合材料的耐久性和使用壽命[1718]。玻璃纖維雖具有較高的彈性模量，但其易折斷，在堿性環(huán)境中有發(fā)生腐蝕的可能[19]。碳纖維具有質(zhì)量輕、力學強度高、承受變形能力強、韌性和黏合性好、耐酸堿、耐潮濕循環(huán)腐蝕等特點，是一種理想的水泥基增強、增韌材料，但碳纖維價格昂貴，且碳纖維水泥基材料施工難度較大，限制了碳纖維在實際土木工程中的應用[20]。玄武巖纖維韌性和延伸率低，易發(fā)生彎折破壞，不利于控制混凝土收縮變形，玄武巖纖維表面粗糙，易產(chǎn)生應力集中而促進裂縫發(fā)育。更為重要的是，玄武巖纖維對礦源要求高，投資周期長，年產(chǎn)量低，因此玄武巖纖維水泥基復合材料難以大規(guī)模推廣應用[21]。合成纖維具有抗裂性能好、化學穩(wěn)定性好、摻加簡單、耐腐蝕、用量少、自重輕、價格低等優(yōu)點。摻加合成纖維能有效改善水泥基復合材料的延性、耐磨性、抗沖擊性。合成纖維在水泥基纖維復合材料中使用量較大，但合成纖維為人工化學品，易老化、耐久性差，且合成纖維表面與水泥界面黏結性弱，達到最高拉伸強度前已和基體水泥基材料分離，達不到理想的增強效果，從而阻礙了合成纖維水泥基復合材料推廣與應用[22]。

近年來，可再生、可降解、價格低、比強度和比模量高的植物纖維引起世界各國的廣泛重視。植物纖維摻加到水泥基復合材料中能有效提高材料的抗沖擊性、抗彎曲性、抗裂性能、耐化學腐蝕性和降低纖維水泥基復合材料的重量[23-25]。亞麻纖維是優(yōu)良的植物纖維，亞麻纖維水泥基復合材料是具有廣闊發(fā)展前景的新型土木工程材料。本文從亞麻纖維的物理化學性質(zhì)、摻加亞麻纖維對水泥基復合材料性能的影響、改善亞麻纖維水泥基復合材料性能的方法3個方面出發(fā)，闡述了亞麻纖維水泥基復合材料研究現(xiàn)狀及使用過程中存在的問題，提出了亞麻纖維水泥基復合材料發(fā)展方向和提高亞麻纖維水泥基材料性能的新方法，對擴大亞麻纖維的使用范圍，制備環(huán)境友好、綠色環(huán)保、可再生循環(huán)利用的高性能亞麻纖維水泥基復合材料具有十分重要的意義。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 亞麻纖維的物理化學性質(zhì)

亞麻具有容易種植、生產(chǎn)周期短等特點，已在世界范圍內(nèi)廣泛種植。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2005年，全世界油籽亞麻年種植面積達250萬 hm2。我國油籽亞麻資源豐富，油籽亞麻產(chǎn)量常年居世界第一。近年來，我國的油籽亞麻種植范圍不斷擴大、產(chǎn)量以每年5%～10%的速度持續(xù)穩(wěn)定增加[26]。

亞麻纖維是天然亞麻莖外皮中的韌皮纖維，為油籽亞麻加工過程中的副產(chǎn)品。亞麻纖維主要包含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠、蠟質(zhì)等化學物質(zhì)（表1）[27-29]。單細胞亞麻纖維由果膠黏結形成纖維束，纖維束連接一起形成彈性良好的纖維網(wǎng)[30]。纖維素含量、單細胞纖維與纖維軸夾角決定了亞麻纖維的強度和硬度。單細胞亞麻纖維與纖維軸夾角越小，亞麻纖維的強度和硬度越好，但亞麻單細胞纖維的橫截面不規(guī)則，亞麻纖維的強度離散性較大[31].。亞麻纖維力學性能還與其尺寸密切有關，亞麻纖維尺寸越小則亞麻纖維結構越規(guī)則、內(nèi)部缺陷越低、拉伸強度越高[32]。亞麻纖維拉伸強度一般在845～1 000 MPa，楊氏模量達19～20 GPa，斷裂伸長率為1.4%～2.7%。亞麻纖維和傳統(tǒng)纖維物理力學性能如表2所示。亞麻纖維屬于低彈性模量纖維，與傳統(tǒng)鋼纖維相比，摻加亞麻纖維可提高水泥基復合材料的抗沖擊性、抗彎曲性、抗裂性能、耐化學腐蝕性，并降低纖維水泥基材料的密度。亞麻纖維的拉伸強度高、變形性能好、比強度高，可替代玻璃纖維制備環(huán)保型復合材料。與碳纖維、玄武巖纖維相比，亞麻類纖維比強度較好、密度較小、拉伸性能較高，且亞麻纖維原材料費用比合成纖維更低，因此摻加亞麻纖維到水泥基材料中可減少能量消耗，具有就地取材、易降解、綠色環(huán)保、實現(xiàn)自然資源的循環(huán)再生利用等優(yōu)點[33-35]。目前，亞麻纖維水泥基復合材料已引起土木工程界的廣泛關注，并開始逐步投入生產(chǎn)與應用。

1.2 亞麻纖維水泥基復合材料的研究現(xiàn)狀

使用亞麻纖維制備水泥基復合材料始于20世紀90年代，在這之后，研究人員對亞麻纖維水泥基復合材料的性能進行了深入研究，工程應用方面取得了長足的進展。Page 等[36]研究了新拌、硬化狀態(tài)下亞麻纖維水泥基復合材料特性，隨著亞麻纖維摻量從0.1%（體積分數(shù)）增加到0.3%，不同長度的亞麻纖維（12、24、36 mm）摻加到水泥基材料中，導致新拌水泥漿體的初始流動度減少12%～60%，而含氣量有一定程度的增加（圖2）。增加水泥漿體的數(shù)量可改善亞麻纖維水泥基復合材料的流動性，降低材料含氣量。Page等[37] 使用亞麻纖維取代大麻作為水泥基材料骨料，發(fā)現(xiàn)亞麻纖維替代大麻骨料增加了水泥基復合材料的密實程度和力學性能，但降低了水泥基復合材料的水吸收率和水吸收系數(shù)。趙帥等[38]研究亞麻纖維水泥基復合材料時發(fā)現(xiàn)，隨著纖維摻量增加，水泥基復合材料的抗彎強度和韌性明顯增強。Fernandez[39]和Page等[36]認為，增加亞麻纖維的摻量可明顯提高水泥基復合材料的抗折強度，但會減少水泥基復合材料的抗壓強度，增加其空隙率（圖3），當亞麻纖維摻量為5%時，亞麻纖維水泥基復合材料的抗壓強度和彎曲韌性有所提高。Kouta 等[40]研究了亞麻纖維水泥基復合材料斷裂過程與破壞機制時發(fā)現(xiàn)，隨著亞麻纖維摻量百分比和纖維長度的增加，亞麻纖維水泥基復合材料的聲發(fā)射活性、劈裂強度、抗拉強度、變形的峰值和斷裂能進一步增加。Bai等[41]證明了亞麻纖維水泥基復合材料的失效模式、動力抗壓強度、臨界壓縮應變、能量吸收能力與應變率密切相關。受限條件下，水泥基材料中摻加亞麻纖維可改善材料抗壓強度、臨界應變和韌性。隨著約束壓力的增加，水泥基復合材料內(nèi)部的裂縫閉合且抗壓強度、臨界應變和韌性增加。摻加亞麻纖維可對抑制水泥基材料干燥收縮，提高材料抗裂性能。徐蕾[42]研究發(fā)現(xiàn)，在水泥基材料中加入亞麻纖維能有效減少水泥基材料的塑性收縮裂縫，當亞麻纖維摻量為0.3%（體積分數(shù)）時，可減少99.5%的水泥基材料裂縫產(chǎn)生和大幅降低裂縫面積。與普通水泥基材料相比，亞麻纖維水泥基復合材料的最大裂縫寬度小于0.022 mm，且最大裂縫寬度減少了98.5%。Juarez 等[43]比較了不同體積分數(shù)下?lián)郊觼喡槔w維與合成聚乙烯醇纖維的水泥基復合材料的阻裂效果，結果表明，2種纖維的摻加有效減少了水泥基復合材料裂縫長度、裂縫寬度、裂縫的面積；相同摻量下，亞麻纖維具有與聚乙烯醇纖維類似的抗裂效果（圖4）。Kouta等[44]研究發(fā)現(xiàn)，亞麻纖維能減少水泥基材料早期自由收縮裂縫和收縮應變。Ramirez 等[45]研究了偏高嶺土作為輔助膠凝材料對亞麻纖維水泥基復合材料的力學、耐久性能的影響，結果表明，28 d干濕循環(huán)后，相同偏高嶺土取代比例下，摻加亞麻纖維的水泥基復合材料比未摻加纖維的水泥基材料具有更好的力學性能和更低性能損傷率。Benzarti 等[46]評估了濕熱條件對亞麻纖維水泥基復合材料性能影響，發(fā)現(xiàn)濕熱對不同齡期亞麻纖維水泥基復合材料的劈裂抗拉強度影響不明顯，濕度變化是影響亞麻纖維水泥基復合材料的彈性模量、黏結強度長期性能的關鍵因素。

近年以來，國內(nèi)外研究人員對亞麻纖維水泥基復合材料與傳統(tǒng)纖維水泥基復合材料的性能進行了比較。Hallonet 等[47]研究了亞麻纖維、玻璃纖維與水泥漿體界面的黏結行為，結果證明，亞麻纖維具有與合成纖維相同的界面行為。在應力-應變曲線上，亞麻纖維水泥基復合材料具有比玻璃纖維水泥基復合材料更高的初始斜率，其平均抗剪強度-位移曲線遵守非線性規(guī)律，且亞麻纖維有比玻璃纖維有更長的彈性區(qū)域。Wroblewski 等[48]發(fā)現(xiàn)，荷載-變形曲線中，玻璃纖維呈現(xiàn)了比亞麻纖維更短的彈性區(qū)域，亞麻纖維水泥基復合材料的峰值荷載比玻璃纖維水泥基復合材料的峰值荷載更??；高溫、干濕有助于提高2種纖維水泥基復合材料的峰值荷載，室溫中的亞麻纖維水泥基復合材料的荷載-變形比玻璃纖維水泥基復合材料更明顯；高溫、高濕環(huán)境對2種纖維水泥基復合材料的荷載-變形有很大的影響，浸泡在60 ℃熱水中63 d，2種纖維水泥基復合材料殘余峰值荷載是高溫、干濕條件下纖維水泥基復合材料樣品峰值荷載的73%和80%，亞麻纖維水泥基復合材料具有比玻璃纖維水泥基復合材料稍低的殘余峰值荷載。Chen 等[49]比較了亞麻纖維增強和碳纖維增強的水泥基復合材料的結構性能、成本效率和環(huán)境效應，發(fā)現(xiàn)亞麻纖維水泥基復合材料具有比碳纖維水泥基復合材料更好的抗折行為，4層亞麻纖維制成的水泥基復合材料具有比碳纖維水泥基復合材料更好的力學性能、更低的成本效率和環(huán)境影響。環(huán)氧樹脂的使用雖部分抵消了亞麻纖維生產(chǎn)成本和環(huán)境效率方面優(yōu)勢，但亞麻纖維水泥基復合材料具有比碳纖維水泥基復合材料更低的使用成本和環(huán)境影響。Limaiem等[50]比較了壓應力作用下亞麻纖維和碳纖維水泥基復合材料的受限性能，發(fā)現(xiàn)亞麻纖維水泥基復合材料的劈裂抗拉強度低于碳纖維水泥基復合材料，摻加亞麻纖維和碳纖維提高了受限條件下水泥基復合材料的抗壓強度、斷裂應變達240%、175%和7倍、4倍。與碳纖維相比，亞麻纖維顯著提高了受限條件下水泥基復合材料的抗壓強度和斷裂應變，使亞麻纖維成為受限條件下水泥基修補材料的首選。Luo等[51]研究了亞麻纖維代替鋼纖維制備鋼筋水泥基梁結構后的力學性能與環(huán)境性能，發(fā)現(xiàn)使用亞麻纖維環(huán)氧樹脂增加了鋼筋水泥基梁抗剪承載力、延展性，雖然環(huán)氧樹脂的負面影響部分抵消了亞麻纖維環(huán)境優(yōu)勢，總體上亞麻纖維環(huán)氧樹脂水泥基復合材料具有比鋼纖維水泥基復合材料更佳的環(huán)境友好性。

1.3 改善亞麻纖維水泥基復合材料性能的方法與途徑

針對亞麻纖維內(nèi)部不致密、纖維本體強度較低、纖維與水泥界面黏結性差及摻加亞麻纖維后水泥基復合材料的力學性能下降等難題，研究人員嘗試采用亞麻纖維包裹、強堿改性、表面強氧化改性、生物酶改性、表面接枝共聚、硅烷偶聯(lián)劑表面改性等方法對亞麻纖維進行處理，通過增加亞麻纖維表面的粗糙程度、降低亞麻纖維表面分子間氫鍵和分子間作用力，以達到提高亞麻纖維在水泥漿體中分散性、增加亞麻纖維與水泥基材料界面黏結效果的目的[52-54]。Sawsen等[55]研究表明，在亞麻纖維外面包裹水泥漿體和防水劑是降低亞麻纖維吸水性、提高亞麻纖維水泥基復合材料黏結性能的好方法，亞麻纖維表面覆蓋堿性的水泥漿體和防水劑可減少外界水進入亞麻纖維以及亞麻纖維中水滲透進水泥漿體，增加水泥漿體和易性及凝結時間，改善亞麻纖維與水泥漿體界面性能，提高亞麻纖維水泥基復合材料的力學性能。Page等[56] 使用膠凝材料取代改性亞麻纖維水泥基復合材料中水泥發(fā)現(xiàn)，膠凝材料取代水泥后增加了亞麻纖維水泥基復合材料的含氣量，減少了材料的密度。膠凝材料取代水泥雖降低了亞麻纖維水泥基復合材料的早期力學性能，但隨著養(yǎng)護齡期的增加，摻加膠凝材料的亞麻纖維水泥基復合材料具有比完全使用水泥制備的亞麻纖維水泥基復合材料表現(xiàn)出更好的力學性能，膠凝材料取代水泥也降低了亞麻纖維水泥基復合材料劣化的速度。夏媛媛[57]對單根亞麻纖維及纖維束進行張力堿化處理，研究了張力、處理速率對亞麻纖維力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)堿化處理可提高亞麻纖維的拉伸強度和拉伸屈服應變；改善亞麻纖維內(nèi)部無定型區(qū)纖維素分子鏈取向，這是堿處理亞麻纖維后亞麻纖維強度提高的主要原因。Sawsen 等[58]發(fā)現(xiàn)，與原始亞麻纖維相比，摻加堿處理的亞麻纖維到水泥基材料有利于改善水泥基復合材料流動度并降低了材料初凝時間，提高改性亞麻纖維水泥基復合材料的抗折強度、劈裂抗拉強度、靜彈性模量、變形能力，單復合材料抗壓強度呈下降趨勢（圖5）。Gonzalez-Lopez等[59]研究了氫氧化鈉改性亞麻纖維對鋁酸鈣水泥基復合材料長期性能影響，發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉處理亞麻纖維后，減少了亞麻纖維的吸水性，增加了亞麻纖維的劈裂抗拉強度。堿改性亞麻纖維水泥基復合材料比未改性亞麻纖維水泥基復合材料有更高的長期力學性能。Messaouda等[60]比較了氫氧化鈉濃度對改性亞麻纖維復合材料彎曲性能的影響，表明增加氫氧化鈉水平提高了改性亞麻纖維水泥基復合材料的抗折強度、變形能力和抗折模量和彎曲性能（圖6），對亞麻纖維進行堿處理是制備高性能改性亞麻纖維水泥基復合材料的好方法。無機氧化物處理亞麻纖維可減少亞麻纖維的親水性和吸水性，影響水泥水化反應速度，改變亞麻纖維與水泥漿體的界面特性。Boulos等[6162]使用氧化鋯對亞麻纖維進行覆蓋處理后，亞麻纖維發(fā)生礦化反應，修復了亞麻纖維內(nèi)部缺陷，減少了亞麻纖維表面的裂縫；改性亞麻纖維水泥基復合材料養(yǎng)護90 d后，與初始的力學性能相比，未使用氧化鋯處理過亞麻纖維水泥基復合材料殘留了41%的力學強度，使用氧化鋯處理過的亞麻纖維水泥基復合材料保留了96%的力學強度。亞麻纖維上的氧化鋯覆蓋層加速了界面區(qū)的水泥水化反應，氧化鋯覆蓋處理亞麻纖維可大幅度提高了水泥基復合材料的力學性能。王宏光[63]使用納米TiO2表面接枝改性亞麻纖維，發(fā)現(xiàn)亞麻纖維表面接枝納米TiO2有效地改善了亞麻纖維單絲的力學性能和環(huán)氧樹脂的界面黏結性能，降低了亞麻纖維表面的缺陷；亞麻纖維與環(huán)氧樹脂形成的納米增強環(huán)氧樹脂復合材料層可充分發(fā)揮納米TiO2 的增強作用，導致納米TiO2 亞麻纖維布的增強效果大于未改性的亞麻纖維布；摻加改性納米TiO2亞麻纖維布還改善了鋼筋水泥基梁抗剪承載力和跨中撓度。Rauf等[64]探索了使用亞麻纖維作為修復水泥基裂縫的細菌載體，研究表明，細菌被附載在亞麻纖維上能有效保護細菌脲酶活性，并產(chǎn)生足夠量的碳酸鈣；處理7、28 d后，附載細菌的亞麻纖維修復了水泥基材料75%～85%的表面裂縫，即亞麻纖維載體給細菌提供了更好的保護作用。Kodal等[65]研究了堿、有機硅復合改性亞麻纖維對水泥基復合材料力學性能影響，表明堿處理改變了亞麻纖維的化學結構，有機硅處理增加了亞麻纖維表面的粗糙程度，使用堿和有機硅復合處理亞麻纖維，提高了水泥基復合材料的拉力與沖擊強度，摻加改性亞麻纖維的水泥基復合材料具有比摻加未改性亞麻纖維的水泥基復合材料更大的熱機械電阻和更低的水解速率。

2 亞麻纖維水泥基復合材料研究存在的問題

目前對于亞麻纖維水泥基復合材料已有初步研究與探索，但此領域的研究還存在以下問題。①亞麻纖維水泥基復合材料的研究主要集中于亞麻纖維對水泥基復合材料的新拌性能、開裂性能、力學性能的影響，而關于亞麻纖維水泥基復合材料抵抗外界介質(zhì)的侵蝕能力，特別是潮濕情況下復合材料長期性能劣化方面的研究還比較少。相關研究還停留在材料試件層次，從構件層面上研究亞麻纖維水泥基復合材料性能報道很少，且未見亞麻纖維水泥基復合材料大規(guī)模的工程應用。②已有亞麻纖維與傳統(tǒng)合成纖維水泥基復合材料性能的對比研究，但結果有不完善與矛盾的地方，需明確亞麻纖維水泥基復合材料與合成纖維水泥基復合材料性能上差異。③亞麻纖維水泥基復合材料的耐久性與亞麻纖維的空腔結構和親水性相關，但這方面的研究仍停留在定性的層面，未見有亞麻纖維空腔截面形貌和吸水率定量關系的研究成果。④纖維水泥基復合材料中水泥、纖維間的界面是復合材料薄弱環(huán)節(jié)，界面的結構對水泥基復合材料的宏觀力學行為有重要的影響。亞麻纖維水泥基復合材料的界面特性已有少量研究，但還沒有建立能準確反映亞麻纖維水泥基材料界面特性的相關理論。⑤現(xiàn)有亞麻纖維改性方法，只強調(diào)改善亞麻纖維與水泥漿體界面的黏結性，亞麻纖維本身的力學性能沒有顯著的提高，這導致亞麻纖維表面改性效果不明顯。制約了改性亞麻纖維水泥基復合材料在工程中的應用。

3 亞麻纖維水泥基材料發(fā)展趨勢

3.1 研究反映潮濕條件作用下水泥基材料力學性能損傷與演化規(guī)律

已有亞麻纖維水泥基材料力學性能的指標不能準確反映潮濕條件下水泥基復合材料性能劣化的程度，應進一步研究在三軸應力狀態(tài)下，潮濕條件對亞麻纖維水泥基復合材料長期性能損傷程度的影響規(guī)律。結合不同濕度條件下亞麻纖維水泥基復合材料微觀結構的演化規(guī)律， 揭示不同損傷程度下亞麻纖維水泥基復合材料力學特性，為開展亞麻纖維水泥基水工結構物安全評估和預測分析打下堅實的理論依據(jù)。

3.2 天然亞麻纖維在實際工程中的應用研究

加強亞麻纖維水泥基復合材料長期劣化性能演化規(guī)律研究，并與摻加聚丙烯纖維的水泥基復合材料性能對比，探索亞麻纖維替代聚丙烯纖維制備纖維水泥基復合材料可能性。建立室內(nèi)加速實驗與實際亞麻纖維水泥基復合材料應用性能的相關性，開展亞麻纖維水泥基復合材料的現(xiàn)場暴露性試驗，突破亞麻纖維水泥基復合材料在實際使用中存在的難點與關鍵技術。

3.3 有關亞麻纖維微觀形貌研究

觀察亞麻纖維單絲截面形貌，驗證亞麻纖維空腔結構，分析亞麻纖維在硬化水泥漿體中的形貌，開展亞麻纖維空腔結構和亞麻纖維吸水性相關性研究，建立亞麻纖維力學性能和亞麻纖維吸水率的定量關系，為建立亞麻纖維水泥基復合材料界面理論打下堅實基礎。

3.4 提出新型、高效的亞麻纖維改性方法

從提高亞麻纖維本體強度、亞麻纖維和水泥基材料界面黏結性2方面出發(fā)，探索新的改善亞麻纖維水泥基復合材料性能的方法。研究既能填充亞麻纖維的內(nèi)部空隙，使得亞麻纖維結構密實，又能提高亞麻纖維本體剛度的亞麻纖維改性方法。制備的改性亞麻纖維水泥基復合材料除了具有良好分散性能和體積穩(wěn)定性外，還具有良好的綜合力學性能。

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（責任編輯：張冬玲）

基金項目：西部交通建設科技項目（2006ZB01-2）；金陵科技學院博士啟動項目（JIT40610042）。