添加纤维不仅可以提高水泥基材料的力学性能,而且可以赋予材料新的功能和用途。植物纤维因其价格低廉,来源广泛、环境友好和可再生等特性,在代替聚丙烯纤维、玻璃纤维或碳纤维等人造合成纤维方面表现出巨大的潜力。因此近年来,植物纤维增强水泥基复合材料受到越来越多国家和地区的广泛关注。然而,植物纤维增强水泥基复合材料的耐久性问题,极大地制约了其在建筑材料中的应用;此外,植物纤维自身品种,生长的气候条件、成材期的差异,以及处理过程和处理技术的不同,均会导致其结构和化学组成不同,进而影响植物纤维增强水泥基复合材料的物理和力学性能。本论文针对纤维强韧化复合材料成型方法,以及植物纤维在水泥基体高碱性环境中的耐久性等学术问题,重点研究了植物纤维组成、结构及其对水泥基复合材料成型过程和力学性能的影响规律及相关机制。首先,选择预处理前后,以及不同预处理程度的秸秆纤维作为水泥基体的增强材料,探讨秸秆纤维组成、结构和水泥水化行为之间的关系；在此基础上,选取植物纤维素作为水泥基体的增强材料,系统研究了植物纤维素改性水泥基复合材料的力学性能及增韧机理,并探讨了植物纤维素/水泥基复合材料耐久性改善的具体措施。1.选取四种水稻秸秆纤维,通过XRD、SEM以及DTG等分析表征手段研究了预处理前后秸秆纤维的物化性能,并将预处理前后的秸秆纤维等量加入水泥基复合材料,探讨了秸秆纤维组成、结构与秸秆纤维/水泥基复合材料的水化产物及力学性能之间的相互关系。研究表明,通过蒸爆预处理及漂白工艺对水稻秸秆进行预处理,可以有效地去除或减少半纤维素和木质素等无定形物质的含量,提高纤维素含量,从而提高纤维的结晶度和热稳定性。此外,10 wt.%四种水稻秸秆纤维等量代替水泥基材后,均降低水泥的最大水化速率,并延迟到达最大水化速率的时间,降低和延迟的程度随着纤维预处理程度的增加而减少；同时发现,经过预处理的水稻秸秆纤维使得纤维/水泥基复合材料具有更好的力学性能。通过对照预处理前后几种秸秆纤维的结构与水泥基复合材料的相关性能,发现水稻秸秆纤维中三种主要组分对水泥水化的影响顺序为：半纤维素>木质素>纤维素；研究结果也说明秸秆纤维作为水泥基体增强材料前的预处理是必要的。2.以水稻秸秆提取的纤维素作为增强纤维,通过真空抽滤脱水工艺制备了水稻秸秆纤维素/水泥基复合材料,研究了水稻秸秆纤维素掺量在2-16wt.%对复合材料物理和力学性能的影响,并以竹浆纤维素/水泥基复合材料和水泥净浆的结果进行对比分析。研究表明,复合材料的物理性能取决于纤维素的掺量而非种类,纤维素的引入导致复合材料的体积密度下降了12.4%-37.3%。此外,植物纤维素的掺加可以显著改善水泥基复合材料的力学性能,水稻秸秆纤维素掺量为8 wt.%时,纤维素改性水泥基复合材料的最大抗弯强度最优,为对比样水泥净浆的124.3%；竹浆纤维素掺量为10 wt.%时,复合材料的抗弯强度最优,为对比样的102.7%。当纤维素掺量为16 wt.%时,水稻秸秆纤维素和竹浆纤维素改性水泥基复合材料在28天龄期的断裂韧性最大,分别为对比样水泥净浆的38和46倍。3.采用CEAST 9350落锤试验机,研究了竹浆纤维素掺量对水泥基复合材料抗冲击性的影响,并对不同冲击速度下竹浆纤维素/水泥基复合材料的冲击损伤和破坏机理进行了分析。结果表明,竹浆纤维素改性水泥基复合材料的破坏模式和抗冲击性能受纤维掺量和冲击能量的影响。25 J冲击能量(冲击速度3.0 m/s)下,纤维掺量在0-12 wt.%范围内,竹浆纤维素改性水泥基复合材料的抗冲击性随着纤维素掺量的增加而提高；当纤维掺量超过12 wt.%时,纤维素掺量的增加对复合材料抗冲击性能的提升不明显。此外,不同的冲击速度下,竹浆纤维素改性水泥基复合材料试样具有不同的破坏模式和能量吸收方式：在较小冲击速度(1.4 m/s)下,材料在垂直于冲击方向发生分层破坏,此时试样能量吸收的主要方式是纤维与基体的脱粘；随着冲击速度增加到1.9 m/s,材料在分层破坏的同时伴随基体开裂、纤维和基体脱粘及少量的纤维断裂,此时的能量吸收途径主要有纤维断裂和纤维与基体脱粘。4.采用不同掺量的偏高岭土和硅灰,代替复合材料中的部分水泥,研究了竹浆纤维素/水泥基复合材料在不同龄期的力学性能变化,并结合XRD分析,确定硅灰最佳掺量为40 wt.%。在此基础上,制备了掺40 wt.%硅灰和未掺硅灰的复合材料,通过干湿循环加速老化的试验方法,测定了两种复合材料试样从0到25次干湿循环的力学性能变化,以此预测复合材料的耐久性。结果发现,40 wt.%硅灰的掺加可以有效改善竹浆纤维素/水泥基复合材料的耐久性：硅灰掺加的复合材料试样在25次干湿循环试验后的断裂韧性为循环前的100.1%；而未掺硅灰的复合材料试样在10次干湿循环后的断裂韧性仅为循环前的18.2%。SEM、TG/DTG和XRD分析均表明,40 wt.%硅灰的掺加消耗了水泥的水化产物Ca(OH)2,从而避免了纤维矿化的发生。基体液相碱度的研究结果表明,相比于Ca(OH)2在纤维内部的沉积和结晶对复合材料耐久性的影响,基体的pH值对复合材料耐久性的影响为次要因素。