Abstract In this study, the influence of nano-CaCO3 (NC) and nano-SiO2 (NS) on engineering properties of cementitious composites reinforced with polyvinyl alcohol (PVA) fibers was investigated including slump and fracture properties as well as compressive, flexural, tensile, and strengths. The influence mechanism of NS content on properties of cementitious composites was revealed. The combined effects of NS and NC were evaluated on the composites made with 0.9% volumetric PVA fiber addition. The experimental results showed that the addition of nanoparticles decreased the workability of fresh cementitious composites reinforced with PVA fibers. Higher NS content deceased more workability and NC reduced more workability than NS for the composites. There was an initial increase and later decrease in compressive and flexural strengths as NS content alters from 0% to 2.5%, while the continuous increase was found in tensile strength. 1.5% NS maximally increased compressive strength and flexural strength, while 2.5% NS is optimal for tensile strength. The composite containing NC exhibited lower strengths than the composite containing the same content of NS. The fracture energy, initiation, and unstable fracture toughness slightly increased with the NS content varying from 0% to 1.5%, while they reduced when NS content was higher than 1.5%. The effects of NS and NC on fracture energy and toughness were inapparent. The failure mode of PVA fibers in the tensile strength test was changed from pull-out to fracture with the addition of NS based on microstructure characterization.

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纳米粒子对PVA纤维增强水泥基复合材料工程性能的影响

摘要 本研究研究了纳米 CaCO3 (NC) 和纳米 SiO2 (NS) 对聚乙烯醇 (PVA) 纤维增强水泥基复合材料工程性能的影响，包括坍落度和断裂性能以及压缩、弯曲、拉伸性能。 ，和实力。揭示了NS含量对水泥基复合材料性能的影响机制。NS 和 NC 对添加 0.9% 体积 PVA 纤维制成的复合材料的综合影响进行了评估。实验结果表明，纳米颗粒的加入降低了用 PVA 纤维增强的新鲜水泥基复合材料的和易性。对于复合材料，较高的 NS 含量降低了更多的可加工性，而 NC 比 NS 降低了更多的可加工性。当 NS 含量从 0% 变为 2.5% 时，抗压强度和抗弯强度先增加后降低，而拉伸强度则持续增加。1.5% NS 最大程度地增加了压缩强度和弯曲强度，而 2.5% NS 是拉伸强度的最佳选择。含有 NC 的复合材料的强度低于含有相同 NS 含量的复合材料。NS含量从0%到1.5%变化时，断裂能、起始和不稳定断裂韧性略有增加，而当NS含量高于1.5%时，它们会降低。NS和NC对断裂能和韧性的影响不明显。PVA 纤维在拉伸强度试验中的失效模式从拉拔变为断裂，并根据微观结构表征添加 NS。同时发现抗拉强度持续增加。1.5% NS 最大程度地增加了压缩强度和弯曲强度，而 2.5% NS 是拉伸强度的最佳选择。含有 NC 的复合材料的强度低于含有相同 NS 含量的复合材料。NS含量从0%到1.5%变化时，断裂能、起始和不稳定断裂韧性略有增加，而当NS含量高于1.5%时，它们会降低。NS和NC对断裂能和韧性的影响不明显。PVA 纤维在拉伸强度试验中的失效模式从拉拔变为断裂，并根据微观结构表征添加 NS。同时发现抗拉强度持续增加。1.5% NS 最大程度地提高了抗压强度和弯曲强度，而 2.5% NS 对拉伸强度来说是最佳的。含有 NC 的复合材料的强度低于含有相同 NS 含量的复合材料。NS含量从0%到1.5%变化时，断裂能、起始和不稳定断裂韧性略有增加，而当NS含量高于1.5%时，它们会降低。NS和NC对断裂能和韧性的影响不明显。PVA 纤维在拉伸强度试验中的失效模式从拉拔变为断裂，并根据微观结构表征添加 NS。5% NS 是拉伸强度的最佳选择。含有 NC 的复合材料的强度低于含有相同 NS 含量的复合材料。NS含量从0%到1.5%变化时，断裂能、起始和不稳定断裂韧性略有增加，而当NS含量高于1.5%时，它们会降低。NS和NC对断裂能和韧性的影响不明显。PVA 纤维在拉伸强度试验中的失效模式从拉拔变为断裂，并根据微观结构表征添加 NS。5% NS 是拉伸强度的最佳选择。含有 NC 的复合材料的强度低于含有相同 NS 含量的复合材料。NS含量从0%到1.5%变化时，断裂能、起始和不稳定断裂韧性略有增加，而当NS含量高于1.5%时，它们会降低。NS和NC对断裂能和韧性的影响不明显。PVA 纤维在拉伸强度试验中的失效模式从拉拔变为断裂，并根据微观结构表征添加 NS。而当 NS 含量高于 1.5% 时，它们会减少。NS和NC对断裂能和韧性的影响不明显。PVA 纤维在拉伸强度试验中的失效模式从拉拔变为断裂，并根据微观结构表征添加 NS。而当 NS 含量高于 1.5% 时，它们会减少。NS和NC对断裂能和韧性的影响不明显。PVA 纤维在拉伸强度试验中的失效模式从拉拔变为断裂，并根据微观结构表征添加 NS。