L I B R A R Y M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d u e d u e . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 1 ; ! _ _ _ _ . l I F — T I M S U I t A n A f f i r m a t i v e A c t i o n / E q u a l O p p o r t u n i t y I n s t i t u t i o n c m m h t M O I S T U R E - S E N S I T I V I T Y A N D L O N G - T E R M D U R A B I L I T Y C H A R A C T E R I S T I C S O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S V o l u m e I B y S h a s h i d h a r a S . R . M a r i k u n t e A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y D e p a r t m e n t o f C i v i l & E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g 1 9 9 2 A B S T R A C T M O I S T U R E - S E N S I T I V I T Y A N D L O N G - T E R M D U R A B I L I T Y C H A R A C T E R I S T I C S O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S B y S h a s h i d h a r a S . R . M a r i k u n t e A d v i s o r : D r . P a n ' i z S o r o u s h i a n W o o d fi b e r s b e i n g f a i r l y s t r o n g a n d s t i f f a s w e l l a s l o w - c o s t a n d p l e n t i f u l a r e p a r t i c - u l a r l y s u i t e d f o r t h e r e i n f o r c e m e n t o f t h i n - s h e e t c e m e n t p r o d u c t s . H o w e v e r , t h e a f fi n i t y o f w o o d fi b e r s t o m o i s t u r e a n d t h e i r l o n g - t e r m p e r f o r m a n c e i n c e m e n t - b a s e d m a t r i c e s h a v e l e d t o c o n c e r n s r e g a r d i n g t h e m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y a n d l o n g e v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e m a i n t h r u s t o f t h i s r e s e a r c h w a s t o e s t a b l i s h t h e m e c h a n i s m s o f m o i s t u r e a n d a g e i n g e f f e c t s o n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s i n o r d e r t o c o n t r i b u t e t o t h e d e v e l o p m e n t o f r e fi n e d c o m p o s i t e s w i t h i m p r o v e d s t a b i l i t y u n d e r m o i s t u r e a n d w e a t h e r - i n g e f f e c t s . S t a t i s t i c a l c o n c e p t s w e r e c o n s i d e r e d i n d e s i g n a n d a n a l y s i s o f e x p e r i m e n t s t o e n s u r e t h e r e l i a b i l i t y o f t h e c o n c l u s i o n s . S e v e r a l c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e w o o d fi b e r t y p e s w e r e s e l e c t e d a n d c h a r a c t e r i z e d f o r c e m e n t a p p l i c a t i o n s . K r a f t fi b e r s w e r e o b s e r v e d t o b e r e s i s t a n t t o a l k a l i a t t a c k w h e n e x p o s e d t o t h e a l k a l i n e p o r e w a t e r o f c e m e n t a n d s o m e c o m p a r a b l e s o l u t i o n s . A c o m p r e h e n s i v e i n v e s t i g a t i o n o f t h e e f f e c t s o f v a r i o u s p r o p o r t i o n i n g a n d p r o c e s s - i n g v a r i a b l e s o n t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l p e r f o r m a n c e l e d t o t h e s e l e c t i o n o f o p t i m u m c o n - d i t i o n s f o r t h e p r o d u c t i o n o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e e f f e c t s o f m o i s t u r e a n d w e a t h e r i n g o n t h e p e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e q u a n t i fi e d , a n d s t a t i s t i c a l l y r e l i a b l e c o n c l u s i o n s w e r e d e r i v e d r e g a r d i n g t h e i n t e r a c t i o n o f s o m e k e y p r o p o r t i o n i n g a n d p r o c e s s i n g v a r i a b l e s w i t h t h e a g e i n g p r o c e s s a n d m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s . M i c r o s t r u c - t u r a l s t u d i e s w e r e c o n d u c t e d i n o r d e r t o e s t a b l i s h t h e m e c h a n i s m s o f m o i s t u r e a n d w e a t h - e r i n g e f f e c t s o n t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l . S o m e r e fi n e m e n t s i n t h e m a t r i x c o m p o s i t i o n , fi b e r r e i n f o r c e m e n t c o n d i t i o n s , a n d p r o c e s s i n g v a r i a b l e s w e r e d e v i s e d t o e n h a n c e t h e s t a b i l i t y o f c o m p o s i t e s u n d e r m o i s t u r e a n d w e a t h e r i n g e fi ' e c t s . T h r o u g h c o m p r e h e n s i v e e x p e r i m e n - t a l s t u d i e s , r e fi n e m e n t s c a p a b l e o f e n h a n c i n g t h e m o i s t u r e r e s i s t a n c e a n d l o n g e v i t y o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e i d e n t i fi e d . D e d i c a t e d t o t h e m e m o r y o f m y m o t h e r “ J a y a l a k s h m i ” i v A C K N O W L E D G E M E N T S I w i s h t o e x p r e s s m y s i n c e r e a p p r e c i a t i o n t o D r . P a r v i z S o r o u s h i a n f o r t h e a d v i c e a n d a s s i s t a n c e g i v e n d u r i n g t h i s r e s e a r c h . I w i s h t o e x t e n d m y g r a t i t u d e t o o t h e r m e m b e r s o f t h e c o m m i t t e e ; D r . R o b e r t W e n , D r . N i c h o l a s A l t i e r o , a n d D r . O t t o S u c h s l a n d f o r t h e i r i n t e r e s t a n d c o m m e n t s d u r i n g t h i s r e s e a r c h . F i n a n c i a l s u p p o r t f o r t h e p e r f o r m a n c e o f t h i s r e s e a r c h w a s p r o v i d e d b y t h e U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e a n d t h e R e s e a r c h E x c e l l e n c e F u n d o f t h e S t a t e o f M i c h i g a n . T h e fi b e r s u s e d i n t h i s r e s e a r c h w e r e p r o v i d e d b y T h e A m e r i c a n F i l l e r s a n d A b r a s i v e s L t d . , a n d T h e P r o c t e r a n d G a m b l e C e l l u l o s e C o m p a n y . T h e s e c o n t r i b u t i o n s a r e g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e d . T h e t e c h n i c a l s u p p o r t p r o v i d e d b y t h e C o m p o s i t e M a t e r i a l s a n d S t r u c t u r e C e n t e r o f M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i s a l s o g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e d . I w i s h t o t h a n k m y w i f e S h e e l a f o r h e r c o n s t a n t l o v e , p a t i e n c e a n d s u p p o r t , a n d m y f a m i l y f o r t h e i r l o v e a n d e n c o u r a g e m e n t d u r i n g t h i s r e s e a r c h . F i n a l l y I w i s h t o e x t e n d m y s i n c e r e t h a n k s t o S h o b a f o r h e l p i n g m e i n f o r m u l a t i n g t h i s t h e s e s . T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x L I S T O F F I G U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x v C H A P T E R 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 C o n c e p t o f F i b e r R e i n f o r c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 . 2 W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 3 A p p l i c a t i o n s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . 6 1 . 4 O b j e c t i v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 C H A P T E R 2 W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 . 2 W o o d F i b e r T y p e s a n d P r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 . 3 P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 . 3 . 1 M o r p h o l o g y a n d G e o m e t r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 . 3 . 2 S t r u c t u r e a n d C o m p o s i t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 2 . 3 . 3 M o i s t u r e A b s o r p t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 2 . 3 . 4 T e m p e r a t u r e E f f e c t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 2 . 3 . 5 B i o l o g i c a l D e t e r i o r a t i o n . . . . . . . . . . . . ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 . 3 . 6 R e s i s t a n c e t o A l k a l i A t t a c k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 . 3 . 7 M e c h a n i c a l B e h a v i o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 2 . 4 W o o d F i b e r P r e t r e a t m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2 . 4 . 1 B e a t i n g o f W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2 . 4 . 2 S u r f a c e T r e a t m e n t b y C o u p l i n g A g e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 2 . 4 . 3 P r o t e c t i v e C o a t i n g o f W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' . 3 4 C H A P T E R 3 W o o d F i b e r - C e m e n t M i x P r o p o r t i o n i n g a n d M a n u f a c t u r e . . . . . . . . . . . . 3 5 3 . 1 M i x C o n s t i t u e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 3 . 2 M i x P r o p o r t i o n i n g a n d M a n u f a c t u r i n g T e c h n i q u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 v i 3 . 2 . 1 3 . 2 . 2 M o l d e d W o o d F i b e r C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C H A P T E R 4 M e c h a n i c a l a n d P h y s i c a l P r o p e r t i e s O f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 2 O b j e c t i v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 3 B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 4 4 . 5 4 . 6 4 . 7 4 . 3 . 1 4 . 3 . 2 P h y s i c a l P r o p e r t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 3 . 3 M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r - C e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M i c r o s t r u c t u r a l O b s e r v a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x p e r i m e n t a l D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 4 . 1 4 . 4 . 2 4 . 4 . 3 4 . 4 . 4 4 . 4 . 5 4 . 4 . 6 4 . 4 . 7 4 . 4 . 8 C h a r a c t e r i z a t i o n o f D i f f e r e n t W o o d F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M e c h a n i c a l a n d P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . O p t i m i z a t i o n o f F i b e r C o n t e n t i n M o l d i n g a n d S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a t r i x M o d i fi c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t o f B l e a c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M o d i fi c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n t h e S l u r r y - D e w a t e n ' n g T e c h n i q u e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a n u f a c t u r i n g P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 5 . 1 4 . 5 . 2 M o l d i n g M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S l u r r y - D e w a t e r i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' T e s t P r o c e d u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T e s t R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 7 . 1 4 . 7 . 2 4 . 7 . 3 4 . 7 . 4 C h a r a c t e r i z a t i o n o f D i f f e r e n t W o o d F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M e c h a n i c a l a n d P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . O p t i m i z a t i o n o f F i b e r C o n t e n t i n M o l d i n g a n d S l u r r y - D e w a t e r i n g P t o c e s s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a t r i x M o d i fi c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~ v i i 3 6 3 7 4 2 4 2 4 3 4 3 4 4 5 8 6 5 7 3 7 4 7 5 7 6 7 7 7 9 7 9 8 0 8 1 8 2 8 2 8 3 8 5 8 8 8 8 9 6 1 0 5 1 1 8 4 . 7 . 5 E f f e c t o f B l e a c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 7 . 6 M o d i fi c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n t h e S l u r r y - D e w a t e r i n g T e c h n i q u e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 7 . 7 C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . 7 . 8 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C H A P T E R 5 M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 2 O b j e c t i v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 3 B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 4 E x p e r i m e n t a l D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 4 . 1 E f f e c t s o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 4 . 2 M a t r i x M o d i fi c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . ; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 4 . 3 E f f e c t o f B l e a c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 4 . 4 M o d i fi c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n t h e S l u r r y - D e w a t e r i n g T e c h n i q u e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 4 . 5 C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 4 . 6 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 5 M a n u f a c t u r i n g P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 6 T e s t P r o c e d u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 7 T e s t R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 7 . 1 E f f e c t s o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 7 . 2 M a t r i x M o d i fi c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 7 . 3 E f f e c t o f B l e a c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 7 . 4 M o d i fi c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n t h e S l u r r y - D e w a t e r i n g T e c h n i q u e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 7 . 5 C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 7 . 6 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' C H A P T E R 6 L o n g - T e r m D u r a b i l i t y C h a r a c t e r i s t i c s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i i i 1 2 4 1 2 6 1 3 2 1 3 5 1 4 2 1 4 2 1 4 2 1 4 3 1 4 9 1 5 0 1 5 1 1 5 3 1 5 3 1 5 4 1 5 5 1 5 6 1 5 6 1 5 7 1 5 7 1 7 6 1 8 4 1 8 7 1 9 2 1 9 5 2 0 3 2 0 3 6 . 2 O b j e c t i v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 3 B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 3 . 1 M e c h a n i s m s o f D e t e r i o r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 3 . 2 E x p e r i m e n t a l R e s u l t s - N a t u r a l F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 3 . 3 E x p e r i m e n t a l R e s u l t s - P r o c e s s e d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 4 E x p e r i m e n t a l D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 4 . 1 E f f e c t o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 4 . 2 E f f e c t o f B l e a c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 4 . 3 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 5 M a n u f a c t u r i n g P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 6 T e s t P r o c e d u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 6 . 1 A c c e l e r a t e d W e t t i n g a n d D r y i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 6 . 2 F r e e z i n g a n d ' I ‘ h a w i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 6 . 3 H o t W a t e r S o a k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 6 . 4 N a t u r a l W e a t h e r i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 7 T e s t R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 7 . 1 E f f e c t o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 7 . 2 E f f e c t o f B l e a c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . 7 . 3 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C H A P T E R 7 S u m m a r y a n d C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A P P E N D I X A S t a n d a r d S p e c i fi c a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A P P E N D I X 8 N o t a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B I B L I O G R A P H Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 2 0 4 2 0 4 2 0 6 2 0 8 2 1 8 2 1 8 2 2 0 2 2 1 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 5 2 2 6 2 2 6 2 2 7 2 2 7 2 4 6 2 5 4 2 6 9 2 8 9 2 9 0 2 9 1 T a b l e 1 . 1 T a b l e 1 . 2 T a b l e 1 . 3 T a b l e 2 . 1 T a b l e 2 . 2 T a b l e 2 . 3 T a b l e 4 . 1 T a b l e 4 . 2 T a b l e 4 . 3 T a b l e 4 . 4 T a b l e 4 . 5 T a b l e 4 . 6 T a b l e 4 . 7 L I S T O F T A B L E S A n A p p r o x i m a t e C o m p a r i s o n o f C o s t a n d E n e r g y o f P r o d u c t i o n o f P o r t l a n d C e m e n t a n d O t h e r M a t e r i a l s [ 1 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C o m p a r i s o n s o f C o s t a n d S t r e n g t h o f W o o d F i b e r s w i t h O t h e r F i b e r s [ 1 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E n e r g y U s e d i n O b t a i n i n g F i b e r s [ 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V o l u m e t r i c C o m p o s i t i o n o f R e p r e s e n t a t i v e S o f t w o o d a n d H a r d w o o d [ 1 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A v e r a g e C h e m i c a l C o m p o s i t i o n o f S o f t w o o d s a n d H a r d w o o d s [ 1 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C o m p o s i t i o n , M o r p h o l o g y a n d M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f S o m e N a t u r a l F i b e r s [ 1 4 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r s [ 4 1 , 4 2 , 4 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - W o o d F i b e r - C e m e n t c o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - O p t i m i z a t i o n o f W o o d F i b e r C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - M a t r i x M o d i fi c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - E f f e c t o f B l e a c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - M o d i f i c a t i o n o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 5 1 1 2 2 2 6 7 4 7 5 7 7 7 8 7 9 8 0 8 1 T a b l e 4 . 8 T a b l e 4 . 9 T a b l e 4 . 1 0 T a b l e 4 . 1 1 T a b l e 4 . 1 2 T a b l e 4 . 1 3 T a b l e 4 . 1 4 T a b l e 4 . 1 5 T a b l e 4 . 1 6 T a b l e 4 . 1 7 T a b l e 4 . 1 8 T a b l e 4 . 1 9 T a b l e 4 . 2 0 T a b l e 4 . 2 1 T a b l e 4 . 2 2 F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A v e r a g e V a l u e s a n d t h e V a r i a t i o n s i n F i b e r L e n g t h s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F r e s h M i x P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d fi b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - c e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F r e s h M i x P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n o n t h e P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i 8 2 9 1 9 6 9 8 1 0 4 1 0 6 1 0 9 1 1 2 1 1 4 1 1 6 1 1 9 1 2 3 1 2 4 1 2 7 1 3 1 T a b l e 4 . 2 3 F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 T a b l e 4 . 2 4 S p e c i fi c G r a v i t y , W a t e r A b s o r p t i o n a n d M o i s t u r e M o v e m e n t o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6 T a b l e 5 . 1 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f W o o d F i b e r T y p e a n d C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 1 T a b l e 5 . 2 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 2 T a b l e 5 . 3 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f B l e a c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 3 T a b l e 5 . 4 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f M o d i fi c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n S l u r r y - D e w a t e r i n g . . . . . . . . . 1 5 4 T a b l e 5 . 5 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 5 T a b l e 5 . 6 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 6 T a b l e 5 . 8 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 T a b l e 5 . 9 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 3 T a b l e 5 . 1 0 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . 1 7 1 T a b l e 5 . 1 1 E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 7 T a b l e 5 . 1 2 E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t _ C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 9 T a b l e 5 . 1 3 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s 1 8 4 T a b l e 5 . 1 4 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e x i i T a b l e 5 . 1 5 T a b l e 5 . 1 6 T a b l e 6 . 1 T a b l e 6 . 2 T a b l e 6 . 3 T a b l e 6 . 4 T a b l e 6 . 5 T a b l e 6 . 6 T a b l e 6 . 7 T a b l e 6 . 8 T a b l e 6 . 9 T a b l e 6 . 1 0 T a b l e 6 . 1 1 T a b l e 6 . 1 2 M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s - H o t W a t e r ( 5 0 d e g . C , 1 2 2 d e g . F ) S o a k T e s t [ 3 8 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r - C e m e n t P r o d u c t s E x p o s e d t o D i f f e r e n t A g e i n g C o n d i t i o n s [ 5 4 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r L o n g - T e r m D u r a b i l i t y - E f f e c t o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r L o n g - T e r m D u r a b i l i t y - E f f e c t o f B l e a c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r L o n g - T e n n D u r a b i l i t y - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c x i i i 1 8 7 1 9 3 1 9 6 2 1 0 2 1 6 2 1 9 2 2 1 2 2 2 2 2 9 2 3 1 2 3 6 2 4 1 2 4 4 2 4 7 M o d u l u s o f E l a s t i c i t y o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 0 T a b l e 6 . 1 3 E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s 2 5 2 T a b l e 6 . 1 4 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 6 T a b l e 6 . 1 5 E f f e c t s o f H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 2 x i v F i g u r e 1 . 1 F i g u r e 1 . 2 F i g u r e 1 . 3 F i g u r e 1 . 4 F i g u r e 2 . 1 F i g u r e 2 . 2 F i g u r e 2 . 3 F i g u r e 2 . 4 F i g u r e 2 . 5 F i g u r e 2 . 6 F i g u r e 2 . 7 F i g u r e 2 . 8 F i g u r e 2 . 9 F i g u r e 2 . 1 0 F i g u r e 2 . 1 1 L I S T O F F I G U R E S T y p i c a l L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s f o r B r i t t l e a n d D u c t i l e M a t e r i a l s [ 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A c t i o n s o f F i b e r s i n C e m e n t C o m p o s i t e s , a n d t h e C o n s e q u e n t I m p r o v e m e n t s i n M a t e r i a l D u c t i l i t y [ 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S a t u r a t e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e C o m p a r e d w i t h G l a s s F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t a n d A s b e s t o s C e m e n t [ 8 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A p p l i c a t i o n A r e a s o f C e m e n t P r o d u c t s R e i n f o r c e d w i t h W o o d F i b e r s [ 4 , 1 0 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A S c h e m a t i c R e p r e s e n t a t i o n o f t h e S u b s t r u c t u r e o f a T r e e [ 1 ] . . . . . . . . . . . S c h e m a t i c D r a w i n g s o f T y p i c a l S o f t w o o d a n d H a r d w o o d [ 1 5 ] . . . . . . . . . W o o d F i b e r s ( T r a c h e i d C e l l s ) i n S o f t w o o d s [ 1 6 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . W o o d F i b e r s i n H a r d w o o d s [ 1 6 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D i a g r a m s o f M a j o r C e l l T y p e s i n S o f t w o o d s a n d H a r d w o o d s [ 1 6 ] A n O v e r a l l V i e w o f t h e C h e m i c a l ( K r a f t ) P r o c e s s o f P u l p i n g [ 1 7 ] M e c h a n i c a l P u l p i n g P r o c e s s e s [ 1 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M i c r o g r a p h s o f S e v e r a l W o o d F i b e r T y p e s [ 1 6 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D i s t r i b u t i o n o f t h e P r i n c i p a l C o n s t i t u e n t s w i t h i n t h e V a r i o u s L a y e r s o f t h e C e l l W a l l [ 1 6 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . W e i g h t L o s s o f W o o d a n d W o o d C o m p o n e n t s a s F u n c t i o n s o f T e m p e r a t u r e [ 1 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S c h e m a t i c S k e t c h o f t h e D e c o m p o s i t i o n o f S i s a l F i b e r s i n C o n c r e t e [ 1 4 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X V 2 3 6 7 1 0 1 2 1 3 1 3 1 4 1 6 1 8 2 0 2 3 2 5 2 7 F i g u r e 2 . 1 2 B u c k l i n g o f W o o d F i b e r s U n d e r D i r e c t T e n s i o n [ 2 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 F i g u r e 2 . 1 3 S t r e s s - S t r a i n C u r v e s o f S p r u c e W o o d F i b e r s [ 2 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 F i g u r e 2 . 1 4 T y p i c a l S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o g r a p h s S h o w i n g F i b r i l l a t i o n o f W o o d F i b e r s [ 2 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 F i g u r e 2 . 1 5 P o s s i b l e C o u p l i n g M e c h a n i s m [ 2 7 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 F i g u r e 3 . 1 T h e H a t s c h e k P r o c e s s f o r t h e M a n u f a c t u r e o f F i b e r - C e m e n t S h e e t s [ 1 , 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 F i g u r e 4 . 1 B a s i c C o n c e p t s a n d P e r f o r m a n c e C h a r a c t e r i s t i c s o f W o o d F i b e r C e m e n t C o m p o s i t e s [ 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 F i g u r e 4 . 2 F l e x u r a l S t r e n g t h T e s t R e s u l t s f o r C e m e n t s a n d M o r t a r s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 3 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 F i g u r e 4 . 3 F r a c t u r e T o u g h n e s s T e s t R e s u l t s f o r C e m e n t i t i o u s M a t r i c e s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p s [ 3 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 F i g u r e 4 . 4 E f f e c t s o f F i b e r B e a t i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f A u t o c l a v e d C o m p o s i t e s w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 1 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 F i g u r e 4 . 5 E f f e c t s o f t h e R e fi n e m e n t o f W o o d F i b e r s o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s [ 1 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 F i g u r e 4 . 6 E f f e c t s o f C a s t i n g P r e s s u r e o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s [ 3 7 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 F i g u r e 4 . 7 F l e x u r a l S t r e n g t h T e s t R e s u l t s f o r C e m e n t i t i o u s M a t r i c e s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f T h e r m o m e c h a n i c a l a n d C h e m i - T h e r m o m e c h a n i c a l P u l p s [ l 9 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0 F i g u r e 4 . 8 E f f e c t s o f F i b e r M a s s C o n t e n t o f D i f f e r e n t P u l p s o n t h e F r a c t u r e T o u g h n e s s o f A i r - C u r e d a n d A u t o c l a v e d M o r t a r s [ 1 9 ] 5 2 F i g u r e 4 . 9 F l e x u r a l S t r e n g t h o f C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f N e w Z e a l a n d K r a f t P u l p [ 3 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 F i g u r e 4 . 1 0 E f f e c t s o f N e w Z e a l a n d F l a x F i b e r s a t D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f C e m e n t i t i o u s M a t r i c e s [ 3 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 x v i F i g u r e 4 . 1 1 F i g u r e 4 . 1 2 F i g u r e 4 . 1 3 F i g u r e 4 . 1 4 F i g u r e 4 . 1 5 F i g u r e 4 . 1 6 F i g u r e 4 . 1 7 F i g u r e 4 . 1 8 F i g u r e 4 . 1 9 F i g u r e 4 . 2 0 F i g u r e 4 . 2 1 F i g u r e 4 . 2 2 F i g u r e 4 . 2 3 F i g u r e 4 . 2 4 F l e x u r a l S t r e n g t h o f C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f A b a c a V e r s u s P . R a d i a t a P u l p [ 3 0 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f A b a c a F i b e r s a t D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o n t h e F r a c t u r e T o u g h n e s s o f A i r C u r e d C e m e n t i t i o u s M a t e r i a l s [ 3 0 ] . . . . . . . . . . F l e x u r a l S t r e n g t h o f C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f E . R e g n a n s H a r d w o o d V e r s u s P . R a d i a t a K r a f t P u l p s [ 2 9 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f E . R e g n a n s H a r d w o o d V e r s u s P . R a d i a t a S o f t w o o d F i b e r s a t D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o n F l e x u r a l T o u g h n e s s o f C e m e n t C o m p o s i t e s [ 2 9 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a x i m u m F r a c t u r e T o u g h n e s s V a l u e s O b t a i n e d f o r R e l a t i v e H u m i d i t y T e s t e d C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i fl ‘ e r e n t F i b e r T y p e s [ 2 9 , 3 0 , 3 2 , 3 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D e n s i t y a n d W a t e r A b s o r p t i o n o f C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 3 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f B e a t i n g a n d C a s t i n g P r e s s u r e o n D e n s i t y o f C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 1 3 , 3 7 ] . . . . . . . . . . . . . . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n W a t e r A b s o r p t i o n , D e n s i t y a n d F i b e r C o n t e n t o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g T h e r m o m e c h a n i c a l a n d C h e m i t h e r r n o m e c h a n i c a l P u l p s [ 1 9 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n W a t e r A b s o r p t i o n a n d D e n s i t y f o r C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g N e w Z e a l a n d F l a x F i b e r s [ 3 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n W a t e r A b s o r p t i o n a n d D e n s i t y f o r C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g A b a c a F i b e r s [ 3 0 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M i c r o g r a p h s o f t h e C o m p o s i t e F r a c t u r e S u r f a c e s [ 1 8 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F r a c t u r e S u r f a c e s o f C e m e n t - B a s e d M a t r i c e s R e i n f o r c e d w i t h C h e r r r i - t h e r m o m e c h a n i c a l P u l p [ 1 8 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f t h e F r a c t u r e S u r f a c e s f o r A u t o c l a v e d C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h 1 % W e i g h t F r a c t i o n o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 2 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f A u t o c l a v e d C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g 6 % M a s s F r a c t i o n o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 2 5 ] . . . . . . . . . . x v i i 5 5 5 6 5 6 5 7 5 8 5 9 6 1 6 2 6 3 6 3 6 6 6 7 6 9 7 0 F i g u r e 4 . 2 5 F i g u r e 4 . 2 6 F i g u r e 4 . 2 7 F i g u r e 4 . 2 8 F i g u r e 4 . 2 9 F i g u r e 4 . 3 0 F i g u r e 4 . 3 1 F i g u r e 4 . 3 2 F i g u r e 4 . 3 3 F i g u r e 4 . 3 4 F i g u r e 4 . 3 5 F i g u r e 4 . 3 6 F i g u r e 4 . 3 7 F i g u r e 4 . 3 8 F i g u r e 4 . 3 9 F i g u r e 4 . 4 0 F i g u r e 4 . 4 1 F r a c t u r e S u r f a c e a n d F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f A i r C u r e d C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h 6 % M a s s F r a c t i o n o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 2 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D e v e l o p m e n t o f C e m e n t H y d r a t i o n P r o d u c t a n d T h e i r M e c h a n i c a l I n t e r l o c k i n g w i t h W o o d F i b e r M i c r o fi b r i l s [ 2 6 ] . . . . . . . . . . . . . . I n t e r f a c e Z o n e C h a r a c t e r i s t i c s i n A i r - C u r e d C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h K r a f t P u l p s [ 2 6 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L a b o r a t o r y S e t - U p f o r t h e M a n u f a c t u r e o f W o o d fi b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F l e x u r a l T e s t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M o i s t u r e M o v e m e n t T e s t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S E M M i c r o g r a p h s o f M e c h a n i c a l a n d K r a f t P u l p s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F i b e r L e n g t h D i s t r i b u t i o n o f M e c h a n i c a l a n d K r a f t P u l p s . . . . . . . . . . . . . . . . . M o i s t u r e C o n t e n t a n d W a t e r S o l u b i l i t y o f D i f f e r e n t W o o d F i b e r T y p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f S o f t w o o d K r a f t P u l p ( S S K ) C o n d i t i o n e d i n D i f f e r e n t A l k a l i n e S o l u t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C o m p r e s s i v e B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I m p a c t R e s i s t a n c e o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . W a t e r A b s o r p t i o n a n d S p e c i fi c G r a v i t y o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f F i b e r M a s s C o n t e n t o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f x v i i i 7 0 7 2 7 3 8 4 8 6 8 8 8 9 9 1 9 2 9 3 9 9 1 0 0 1 0 1 1 0 3 1 0 5 1 0 8 M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 0 F i g u r e 4 . 4 2 F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3 F i g u r e 4 . 4 3 E f f e c t s o f F i b e r M a s s C o n t e n t o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . 1 1 4 F i g u r e 4 . 4 4 W a t e r A b s o r p t i o n a n d S p e c i fi c G r a v i t y o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 7 F i g u r e 4 . 4 5 E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 0 F i g u r e 4 . 4 6 E f f e c t s o f M a t r i x M o d i f i c a t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 1 F i g u r e 4 . 4 7 F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 5 F i g u r e 4 . 4 8 E f f t h o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 7 F i g u r e 4 . 4 9 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8 F i g u r e 4 . 5 0 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n W a t e r A b s o r p t i o n a n d S p e c i fi c G r a v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 1 F i g u r e 4 . 5 1 F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 F i g u r e 4 . 5 2 F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 F i g u r e 4 . 5 3 E f f e c t s o f F i b e r C o n t e n t a n d B i n d e r o n S p e c i fi c G r a v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n . F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 7 F i g u r e 4 . 5 4 E f f e c t s o f F i b e r C o n t e n t a n d B i n d e r o n W a t e r A b s o r p t i o n o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 9 x i x F i g u r e 4 . 5 5 F i g u r e 4 . 5 6 F i g u r e 5 . 1 F i g u r e 5 . 2 F i g u r e 5 . 3 F i g u r e 5 . 4 F i g u r e 5 . 5 F i g u r e 5 . 6 F i g u r e 5 . 7 F i g u r e 5 . 8 F i g u r e 5 . 9 F i g u r e 5 . 1 0 F i g u r e 5 . 1 1 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n S p e c i fi c G r a v i t y a n d W a t e r A b s o r p t i o n E f f e c t s o f F i b e r C o n t e n t o n M o i s t u r e M o v e m e n t o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n t e n t o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o r t a r s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 1 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n t e n t o n t h e F r a c t u r e T o u g h n e s s o f M o r t a r s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 1 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n t e n t o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f A u t o c l a v e d C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f E . R e g n a n s ( E u c a l y p t u s ) H a r d w o o d [ 2 9 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f t h e F r a c t u r e S u r f a c e s o f C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h 2 % M a s s F r a c t i o n o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 2 0 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d ' F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F r a c t u r e S u r f a c e o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g 2 % K r a f t P u l p ( S S K ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X X 1 4 0 1 4 1 1 4 5 1 4 6 1 4 7 1 4 8 1 5 8 1 6 4 1 6 6 1 6 9 1 7 2 1 7 5 1 8 1 F i g u r e 5 . 1 2 F i g u r e 5 . 1 3 F i g u r e 5 . 1 4 F i g u r e 5 . 1 5 F i g u r e 5 . 1 6 F i g u r e 5 . 1 7 F i g u r e 5 . 1 8 F i g u r e 5 . 1 9 F i g u r e 5 . 2 0 F i g u r e 6 . 1 F i g u r e 6 . 2 F i g u r e 6 . 3 F i g u r e 6 . 4 E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 2 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s 1 8 5 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 9 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 0 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s 1 9 2 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 4 E f f e c t s o f F i b e r T y p e . F i b e r C o n t e n t , B i n d e r , M o i s t u r e C o n d i t i o n a n d S a n d C o n t e n t o n F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . . . . 1 9 7 E f f e c t s o f F i b e r T y p e , F i b e r C o n t e n t , B i n d e r , M o i s t u r e C o n d i t i o n a n d S a n d C o n t e n t o n F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 9 I n t e r a c t i o n o f F i b e r C o n t e n t a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 S c h e m a t i c S k e t c h o f t h e D e c o m p o s i t i o n o f N a t u r a l ( S i s a l ) F i b e r s i n t h e A l k a l i n e P o r e W a t e r o f C o n c r e t e [ 1 4 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 5 C B 1 C l i m a t e B o x [ 1 4 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 6 F l e x u r a l S t r e n g t h o f C o m p o s i t e R e i n f o r c e d w i t h S i s a l F i b e r s A f t e r W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s [ 1 4 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 7 F l e x u r a l S t r e n g t h a n d Y o u n g ’ s M o d u l u s o f A i r C u r e d a n d A u t o c l a v e d P r o d u c t s E x p o s e d t o N a t u r a l W e a t h e r i n g [ 5 4 ] . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 . x x i F i g u r e 6 . 5 F i g u r e 6 . 6 F i g u r e 6 . 7 F i g u r e 6 . 8 F i g u r e 6 . 9 F i g u r e 6 . 1 0 F i g u r e 6 . 1 1 F i g u r e 6 . 1 2 F i g u r e 6 . 1 3 F i g u r e 6 . 1 4 F i g u r e 6 . 1 5 F i g u r e 6 . 1 6 F i g u r e 6 . 1 7 F i g u r e 6 . 1 8 F i g u r e 6 . 1 9 S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o g r a p h s o f F r a c t u r e d S u r f a c e s A f t e r A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g i n A m b i e n t E n v i r o n m e n t [ 5 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f C a r b o n a t i o n o n W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t S h e e t s [ 3 8 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B r i t t l e F r a c t u r e i n a C o m p o s i t e A f t e r A c c e l e r a t e d A g e i n g i n a 0 0 2 R i c h E n v i r o n m e n t [ 5 5 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A c c e l e r a t e d W e t t i n g - D r y i n g T e s t E q u i p m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T e s t S e t - U p f o r M e a s u r e m e n t o f F u n d a m e n t a l T r a n s v e r s e F r e q u e n c y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o g r a p h s o f t h e F r a c t u r e d S u r f a c e o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g 2 % K r a f t P u l p ( S S K ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c 2 1 3 2 1 4 2 1 7 2 2 4 2 2 6 2 2 8 2 2 9 2 3 2 2 3 5 2 3 7 2 4 0 2 4 1 " 2 4 4 2 4 8 M o d u l u s o f E l a s t i c i t y o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 1 F i g u r e 6 . 2 0 E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s 2 5 3 F i g u r e 6 . 2 1 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 7 F i g u r e 6 . 2 2 I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . 2 5 8 F i g u r e 6 . 2 3 I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . 2 6 0 F i g u r e 6 . 2 4 E f f e c t s o f H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 3 F i g u r e 6 . 2 5 I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . 2 6 5 F i g u r e 6 . 2 6 I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 6 x x i i i C H A P T E R 1 I N T R O D U C T I O N W o r l d u s e o f h y d r a u l i c c e m e n t s i s c l o s e t o o n e t h o u s a n d m i l l i o n t o n s p e r y e a r a n d a l o n g w i t h s t e e l a n d w o o d t h e y a r e t h e m o s t i m p o r t a n t c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s . I t h a s b e e n p r o p o s e d t h a t b y t h e y e a r 2 0 0 0 t h i s u s a g e o f h y d r a u l i c c e m e n t s c o u l d b e d o u b l e d . T h e l o w c o s t a n d r e a d y a v a i l a b i l i t y o f t h e r a w m a t e r i a l s f o r c e m e n t ( l i m e s t o n e , c l a y e t c . ) , t h e f a c t t h a t t h e e n e r g y c o n s u m e d i n t h e m a n u f a c t u r e o f c e m e n t i s c o n s i d e r a b l y l e s s t h a n f o r m e t a l s a n d p l a s t i c s ( T a b l e 1 . 1 ) a n d t h a t h a r d e n i n g t a k e s p l a c e w i t h w a t e r a t o r d i - n a r y t e m p e r a t u r e s , p r o v i d e s t h e i n c e n t i v e f o r o p t i m i z i n g t h e s t r e n g t h , t o u g h n e s s a n d d u r a - b i l i t y o f h y d r a u l i c c e m e n t s n o t o n l y f o r t h e i r m o r e c o n v e n t i o n a l u s e s , b u t a l s o s o t h a t t h e y m i g h t b e u s e d i n q u i t e n e w a p p l i c a t i o n s a s r e p l a c e m e n t s f o r e n e r g y i n t e n s i v e p l a s t i c s a n d m e t a l s [ 1 ] . T a b l e 1 . 1 A n A p p r o x i m a t e C o m p a r i s o n o f C o s t a n d E n e r g y o f P r o d u c t i o n o f P o r t l a n d C e m e n t a n d O t h e r M a t e r i a l s [ 1 ] R e l a t i v e E n e r g y o f M a t e r i a l D e n s i t y R e l a t i v e C o s t P r o d u c t i o n ( p e r u n i t w e i g h t ) P o r t l a n d C e m e n t 2 . 5 1 1 P o l y e s t e r 1 . 3 2 0 1 5 P o l y e t h y l e n e 1 . 0 1 5 1 5 G l a s s 2 . 5 3 0 S t e e l 7 . 9 6 6 A l u m i n u m 2 . 7 2 0 2 5 C e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s s u f f e r f r o m o n e c o m m o n f a u l t - t h e y a r e b r i t t l e . M o s t i n o r - g a n i c m a t e r i a l s f a i l i n a b r i t t l e m a n n e r u n d e r t e n s i l e s t r e s s o r i m p a c t l o a d i n g . I n v e r y g e n - D A O L e r a l t e r m s a m a t e r i a l m a y f a i l b y o n e o f t w o f r a c t u r e m e c h a n i s m s : p l a s t i c fl o w o r b r i t t l e c r a c k i n g . T h e m a t e r i a l w i l l f a v o r t h a t m e c h a n i s m w h i c h i s w e a k e r , m e t a l s w h i c h a r e d u c - t i l e o r t o u g h g e n e r a l l y y i e l d b e f o r e t h e y c r a c k ; n o n m e t a l l i c m a t e r i a l s ( a p a r t f r o m s o m e p o l y m e r s ) c r a c k b e f o r e t h e y y i e l d , a n d a r e b r i t t l e ( F i g u r e 1 . 1 ) [ 2 ] . D U C T I L E l e g M E T A L S ) B R I T T L E ( e g C E M E N T ) D E F L E C T I O N F i g u r e 1 . 1 T y p i c a l L o a d - D e fl e c t i o n C u r v e s f o r B r i t t l e a n d D u c t i l e M a t e r i a l s [ 2 ] . 1 . 1 C O N C E P T O F F I B E R R E I N F O R C E M E N T B r i t t l e m a t e r i a l s c a n b e m a d e s t r o n g e r b y v e r y s m a l l a d d i t i o n s o f r a n d o m l y d i s t r i b - u t e d s h o r t fi b e r s . B r o a d l y , t h e r e a s o n w h y w e a k , b r i t t l e m a t e r i a l s a r e m a d e s t r o n g e r b y v e r y s m a l l a d d i t i o n s o f fi b e r i s t h a t c r a c k s a r e s t o p p e d o r d e fl e c t e d b y t h e p r e s e n c e o f fi b e r s a n d t h e t o u g h n e s s o r d u c t i l i t y i s d r a m a t i c a l l y i n c r e a s e d . F a i l u r e i n a fi b e r - r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e e m a n a t e s f r o m t h e d e f e c t s i n t h e m a t e r i a l . T h e s e m a y b e b r o k e n fi b e r s , fl a w s i n t h e m a t r i x a n d / o r d e b o n d e d fi b e r - m a t r i x i n t e r f a c e s . F i g u r e 1 . 2 ( a ) s h o w s a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f a c r o s s s e c t i o n t h r o u g h a fi b e r r e i n f o r c e d m a t r i x w i t h s e v e r a l p o s s i b l e l o c a l f a i l u r e e v e n t s o c c u r r i n g b e f o r e f r a c t u r e o f t h e c o m p o s i t e [ 2 ] . T h e fi b e r s a r e i n f a c t s t a r t i n g t o b e i n fl u e n c e d b y t h e c r a c k a t s o m e d i s t a n c e a h e a d o f t h e c r a c k w h i c h h a s s t a r t e d t o t r a v e l t h r o u g h t h e s e c t i o n . I n t h e h i g h s t r e s s r e g i o n n e a r t h e c r a c k t i p , fi b e r s m a y d e b o n d f r o m t h e m a t r i x ( e . g . , fi b e r 1 i n F i g u r e 1 . 2 a ) . T h i s r u p t u r e o f D A O L c h e m i c a l b o n d s a t t h e i n t e r f a c e u s e s u p e n e r g y f r o m t h e s t r e s s e d s y s t e m . S u fl i c i e n t s t r e s s m a y b e t r a n s f e r r e d t o a fi b e r ( e . g . , fi b e r 2 ) t o e n a b l e t h e fi b e r t o b e u l t i m a t e l y f r a c t u r e d ( a s i n fi b e r 4 ) . W h e n t o t a l d e b o n d i n g o c c u r s , t h e s t r a i n e n e r g y i n t h e d e b o n d e d l e n g t h o f t h e fi b e r i s l o s t t o t h e m a t e r i a l a n d i s d i s s i p a t e d a s h e a t . A t o t a l l y d e b o n d e d fi b e r c a n t h e n b e p u l l e d o u t f r o m t h e m a t r i x a n d c o n s i d e r a b l e e n e r g y i s l o s t f r o m t h e s y s t e m i n t h e f o r m o f f r i c t i o n a l e n e r g y ( e . g . , fi b e r 3 ) . I t i s a l s o p o s s i b l e f o r a fi b e r t o b e l e f t i n t a c t a s t h e c r a c k p r o p a g a t e s . T h i s p r o c e s s i s c a l l e d c r a c k b r i d g i n g . C O M P O S H E I D U E I I L E I | H A t a I x ' / 1 a m t t t t r O E F L E C T I O N ( a ) S c h e m a t i c R e p r e s e n t a t i o n o f a C r a c k ( b ) I m p r o v e m e n t s i n M a t e r i a l D u c t i l i t y T r a v e l l i n g t h r o u g h a C o m p o s i t e F i g u r e 1 . 2 A c t i o n s o f F i b e r s i n C e m e n t C o m p o s i t e s , a n d t h e C o n s e q u e n t I m p r o v e m e n t s i n M a t e r i a l D u c t i l i t y [ 2 ] . T i r e n e t e f f e c t o f t h e i n t e r a c t i o n o f fi b e r s w i t h c r a c k s i n c e m e n t c o m p o s i t e s i s t h e i m p r o v e m e n t o f d u c t i l i t y a n d t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l ( F i g u r e 1 . 2 b ) . 1 . 2 W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S W o o d fi b e r s h a v e a l o n g h i s t o r y o f b e i n g u s e d f o r r e i n f o r c i n g p u r p o s e s . D e s p i t e t h i s l o n g h i s t o r y a n d t h e e x i s t e n c e o f w e l l - e s t a b l i s h e d c e l l u l o s i c m a t e r i a l s s u c h a s w o o d , p l y - w o o d , p a p e r a n d p a p e r l a m i n a t e s , r e c e n t d e v e l o p m e n t s i n c o m p o s i t e s h a v e b e e n c o n - c e m e d w i t h fi b e r s s u c h a s a s b e s t o s , g l a s s , c a r b o n a n d s t e e l . T h e p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r s ( K r a f t p u l p , P i n u s R a d i a t a ) a r e c o m p a r e d w i t h t h o s e o f o t h e r r e i n f o r c i n g fi b e r s i n T a b l e 1 . 2 [ 1 ] . I t i s e v i d e n t f r o m t h e r a t i o o f c o s t t o l o a d c a r - r i e d b y t h e fi b e r t h a t w o o d fi b e r s a r e h i g h l y c o s t - e f f e c t i v e r e i n f o r c e m e n t . H o w e v e r , t h e l o w e r a b s o l u t e p r o p e r t i e s o f t h e fi b e r s m e a n s t h a t c o n s i d e r a b l e c a r e s h o u l d b e e x e r c i s e d i n t h e s e l e c t i o n o f t h e m a t r i x . T a b l e 1 . 2 C o m p a r i s o n s o f C o s t a n d S t r e n g t h o f W o o d F i b e r s w i t h O t h e r F i b e r s [ 1 ] R e l . C o s t S p e c i fi c T e n s i l e R e l . C o s t p e r F i b e r p e r U n i t G r a v i t y S t r e n g t h “ f t / 8 0 M g r ] ; W e i g h t ( S G ) ( f t , M P a ) ( f t / 8 6 ) = = W o o d 1 1 . 5 5 0 0 3 3 3 1 ( K r a f t P u l p ) G l a s s R a v - 4 2 . 5 1 , 4 0 0 5 6 0 2 . 2 i n g s S t e e l 1 . 4 7 . 9 2 , 1 0 0 2 6 7 1 . 6 K e v l a r P u l p 2 0 1 . 5 2 , 8 0 0 1 , 8 6 7 3 . 3 A s b e s t o s 1 . 2 2 . 6 7 0 0 2 6 9 1 . 3 ( M 5 R ) * R e a l i s t i c t e n s i l e s t r e n g t h v a l u e s f o r c o m m e r c i a l fi b e r s E s t i m a t e s o f l i k e l y f u t u r e c o s t s c a n b e o b t a i n e d b y e x a m i n i n g t h e e n e r g i e s e x p e n d e d i n o b t a i n i n g t h e fi b e r s . T h e s e e n e r g i e s a r e c o m p a r e d i n T a b l e 1 . 3 [ 3 ] . W o o d fi b e r s r e q u i r e l e s s p r o d u c t i o n e n e r g y t h a n g l a s s ; h o w e v e r , t h e y s e e m t o b e m o r e e n e r g y i n t e n s i v e t h a n a s b e s t o s . T a b l e 1 . 3 E n e r g y U s e d i n O b t a i n i n g F i b e r s [ 3 ] F i b e r R e l a t i v e E n e r g y P e r U n i t W e i g h t I : W o o d ( S o f t w o o d K r fi r a f t ) L ; 1 a : W o o d ( S o f t w o o d T h e r m o m e c h a n i c a l 0 . 5 P u l p , B o a r d G r a d e ) G l a s s 1 . 4 A s b e s t o s 0 . 2 W o r l d w i d e , t h e a s b e s t o s c e m e n t i n d u s t r y h a s b e e n s e a r c h i n g f o r a n a l t e r n a t e r e i n - f o r c i n g fi b e r o w i n g t o t h e l i m i t e d s u p p l y a n d r i s i n g c o s t o f a s b e s t o s a n d t h e h e a l t h r i s k a s s o c i a t e d w i t h i t [ 1 , 4 , 5 , 6 , 7 ] . C e l l u l o s i c fi b e r s d e r i v e d f r o m s o f t w o o d a n d h a r d w o o d r e s i d u e s , b e i n g f a i r l y s t r o n g a n d s t i f f a s w e l l a s c h e a p a n d p l e n t i f u l , a r e p o s s i b l e c o n t e n d — e r s a s r e i n f o r c i n g s u b s t i t u t e s , p a r t i c u l a r l y b e c a u s e fi b e r - c e m e n t p r o d u c t s a r e m a d e b y a p r o c e s s s o m e w h a t s i r r r i l a r t o p a p e r m a k i n g . W o o d fi b e r s h a v e b e e n u s e d f o r m a n y y e a r s a s a n a d d i t i v e i n t h e c o n v e n t i o n a l a s b e s t o s i n d u s t r y ; s o m e o f t h e a s b e s t o s c e m e n t r e p l a c e - m e n t p r o d u c t s a l s o u t i l i z e w o o d fi b e r s . I n t h e s e c a s e s , w o o d fi b e r s c o n t r i b u t e m a i n l y t o p r o c e s s i n g b e n e fi t s r a t h e r t h a n r e i n f o r c e m e n t e f f e c t s . R e c e n t s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t t h e r e i n f o r c e m e n t a c t i o n o f w o o d fi b e r s i n c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s i s q u i t e g o o d r e l a t i v e t o o t h e r fi b e r s s u c h a s g l a s s [ 1 , 2 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 ] . F i g u r e 1 . 3 r e p r e s e n t s t h e t y p i c a l fl e x u r a l l o a d d e fl e c t i o n r e l a t i o n s h i p o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e ( i n s a t u r a t e d c o n d i t i o n ) a s c o m p a r e d w i t h t h o s e o f g l a s s fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t a n d a s b e s t o s c e m e n t [ 8 ] . T h e d e s i r - a b l e r e i n f o r c e m e n t p r o p e r t i e s o f t h e r e l a t i v e l y l o w - c o s t a n d e n e r g y e f fi c i e n t w o o d fi b e r s a r e d e m o n s t r a t e d i n t h i s fi g u r e . S t r e s s ( M P a ) ” 1 1 2 0 " t o / o 0 . 6 1 1 . 5 2 2 . 6 3 a s D e f l e c t i o n ( c m ) A s b e s t o s - C e m e n t G l a s s R e i n f o r c e d C e m e n t C e l l u l o s e - C e m e n t F i g u r e 1 . 3 F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S a t u r a t e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e C o m p a r e d w i t h G l a s s F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t a n d A s b e s t o s C e m e n t [ 8 ] . 1 . 3 A P P L I C A T I O N S O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S T h e u s e s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t s h e e t s a r e d i v e r s e . T h e y r a n g e f r o m m a j o r c o m p o n e n t s i n i n d u s t r i a l m a n u f a c t u r i n g t o u s e s i n c o m m e r c i a l , r e s i d e n t i a l a n d a g r i c u l t u r a l c o n s t r u c t i o n ( F i g u r e 1 . 4 ) [ 4 , 1 0 ] . T h e d e s i r a b l e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s c h a r a c t e r - i s t i c s , d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y , fi r e r e s i s t a n c e a n d i m p a c t s t r e n g t h o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m - p o s i t e s s u g g e s t t h a t t h e y c o u l d b e v a l u a b l e i n a r e a s o f a p p l i c a t i o n w i t h d e m a n d i n g r e q u i r e - m e n t s o n m a t e r i a l s H e a t s h i e l d s a n d s p r a y b o o t h s , s o u n d b a r r i e r s a n d m o d u l a r f l o o r i n g , d u c t l i n i n g a n d a i r s h a f t s , g a s k e t s a n d s e a l s , l a b o r a t o r y t o p s a n d s p l a s h b a c k s , a n d fi r e w a l l s i n d r y k i l n s a r e s o m e o f t h e t y p i c a l i n d u s t r i a l c o m p o n e n t s m a d e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . C o m m e r c i a l a n d r e s i d e n t i a l u s e s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t i s m a i n l y f o r t h e p r o d u c t i o n o f fl a t a n d c o r r u g a t e d s h e e t s r o o fi n g e l e m e n t s , e x t e r i o r a n d i n t e - r i o r w a l l p a n e l l i n g , e q u i p m e n t s c r e e n s , f a s c i a s , f a c a d e s a n d s o f fi t s , s u b s t r a t e f o r t i l e s , w i n - d o w s i l l s a n d s t o o l s , s t a i r t r e a d s a n d r i s e r s , s u b s t r a t e f o r a p p l i e d c o a t i n g s , a n d u t i l i t y b u i l d - i n g c l a d d i n g p a n e l s . A g r i c u l t u r a l u s e s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e m a i n l y f o r f a r m b u i l d i n g s s i d i n g s , s t a l l s a n d w a l l s , p o u l t r y h o u s e s a n d i n c u b a t o r s , g r e e n h o u s e p a n e l s a n d w o r k s u r f a c e s , a n d f e n c i n g a n d s u n s c r e e n s [ 1 , 4 , 1 0 , 1 1 , 1 2 ] . W I N D O W S I L L S a S T O O L S \ x ® - L F ’ \ S P R A Y B O O T H C O M P O N E N T S m a o m r o n v T O P S A N D S P L A S H E S S T A I R T R E A D S 5 R I S E R S 3 4 . . . : = ; _ ' _ ; _ S U B S T R A T E F O R A P P L I E D C O A T I N G S E Q U I P M E N T S C R E E N S . F A S C I A S s F A C A D E S ( a ) I n d u s t r i a l a n d C o m m e r c i a l C o m p o n e n t s F i g u r e 1 . 4 A p p l i c a t i o n A r e a s o f C e m e n t P r o d u c t s R e i n f o r c e d w i t h W o o d F i b e r s [ 4 , 1 0 ] . W I fi r a ' b k n l r r n ' e c g - e - i s c g e i r l o m n n : ; o b o f o a ( u r b d r e s . a u s n e d : g f a o b r l e fl - a t ( b ) R e s i d e n t i a l a n d C o m m e r c i a l C o n s t r u c t i o n F i g u r e 1 . 4 ( c o n t ’ d ) A p p l i c a t i o n A r e a s o f C e m e n t P r o d u c t s R e i n f o r c e d w i t h W o o d F i b e r s [ 4 , 1 0 ] . 1 . 4 O B J E C T I V E S T h e s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r s t o m o i s t u r e e fi ‘ e c t s a n d a l k a l i a t t a c k h a v e l e d t o c o n - c e r n s r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n t e n t o n t h e p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s , a n d t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f w o o d fi b e r s i n t h e a l k a l i n e e n v i r o n m e n t o f c e m e n t [ 1 3 , 1 4 ] . I t i s t h u s e s s e n t i a l t o d e v e l o p a n i n - d e p t h u n d e r s t a n d i n g f o r t h e m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y a n d l o n g - t e r m d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e o b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h w a s t o o p t i m i z e t h e fi b e r m a s s c o n t e n t i n d i f f e r e n t m a n u f a c t u r i n g c o n d i t i o n s , a n d t o s t u d y t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s , p h y s i c a l p r o p e r t i e s , m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y a n d l o n g - t e r m d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g d i f f e r e n t w o o d fi b e r t y p e s . ‘ C h a p t e r 2 p r e s e n t s a c o m p r e h e n s i v e r e v i e w o f l i t e r a t u r e o n w o o d fi b e r t y p e s , p r o - d u c t i o n t e c h n i q u e s , p r o p e r t i e s a n d p r e t r e a t m e n t m e t h o d s r e l a t i n g t o c e m e n t a p p l i c a t i o n s . M i x p r o p o r t i o n i n g a n d m a n u f a c t u r i n g p r o c e d u r e s s p e c i fi c a l l y s u i t e d f o r w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d e e m e n t c o m p o s i t e s a r e p r e s e n t e d i n C h a p t e r 3 . A n e x p e r i m e n t a l s t u d y o n m e c h a n i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d c o m p o s i t e s i s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 4 , a l o n g w i t h a c o m p r e h e n s i v e r e v i e w o f t h e r e l a t e d l i t e r a t u r e . S e v e r a l w o o d fi b e r t y p e s w e r e s e l e c t e d a n d c h a r a c t e r i z e d f o r t h i s r e s e a r c h . F l e x u r a l p e r f o r m a n c e , d e n s i t y , w a t e r a b s o r p t i o n a n d m o i s t u r e m o v e m e n t c h a r a c - t e r i s t i c s o f w o o d fi b e r — c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e a n a l y z e d s t a t i s t i c a l l y t o d e r i v e r e l i a b l e c o n c l u s i o n s . I n C h a p t e r 5 , a c o m p r e h e n s i v e r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e o n m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s i s p r o v i d e d a l o n g w i t h t h e t e s t r e s u l t s o b t a i n e d i n t h i s r e s e a r c h . T h e c o m p o s i t e s s u b j e c t e d t o d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s w e r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e a n d w e r e a n a l y z e d s t a t i s t i c a l l y . C h a p t e r 5 a l s o p r e s e n t s t h e r e s u l t s o f m a t r i x m o d i fi c a t i o n t o r e d u c e m o i s t u r e e f f e c t s t h r o u g h p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s . C h a p t e r 6 p r e s e n t s a c o m p r e h e n s i v e l i t e r a t u r e r e v i e w o n t h e d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s - t i c s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a l o n g w i t h t h e t e s t r e s u l t s o b t a i n e d i n t h i s r e s e a r c h . W o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g , a c c e l e r a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g , h o t w a t e r i m m e r s i o n a n d o u t d o o r e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g , a n d t h e t e s t r e s u l t s w e r e a n a l y z e d s t a t i s t i c a l l y t o d e r i v e r e l i a b l e c o n - c l u s i o n s . C h a p t e r 7 s u m m a r i z e s t h e r e s e a r c h p r o g r a m a n d p r e s e n t s i t s c o n c l u s i o n s . C H A P T E R 2 W O O D F I B E R S 2 . 1 I N T R O D U C T I O N M a n h a s a l w a y s r e l i e d o n w o o d a s a c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l . S o m e o f t h e p r o p e r t i e s o f w o o d i n a s t r u c t u r a l f o r m c a n b e a l t e r e d d u r i n g c o n v e r s i o n . F o r e x a m p l e , d r y i n g w i t h p r o p e r c o n t r o l o f r e l a t i v e h u m i d i t y a n d t e m p e r a t u r e c a n i m p r o v e s t r e n g t h p r o p e r t i e s a n d d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y . C h e m i c a l t r e a t m e n t s c a n r e d u c e b i o l o g i c a l d e g r a d a t i o n ( p r e s e r v a - t i v e s ) a n d c o m b u s t i b i l i t y ( fi r e r e t a r d a n t s ) . I n a d d i t i o n , d r a m a t i c p r o p e r t y m o d i fi c a t i o n s c a n b e a c h i e v e d t h r o u g h r e - a s s e m b l i n g s m a l l e r s t r u c t u r a l u n i t s o f w o o d . P l y w o o d , p a r t i c l e b o a r d , fi b e r b o a r d a n d p a p e r a r e e x a m p l e s o f w o o d b e i n g r e d u c e d t o s m a l l e r p a r t i c l e s a n d r e - a s s e m b l e d t o p r o v i d e p r o d u c t s p r o v i d i n g s p e c i fi c p e r f o r m a n c e s . F i g u r e 2 . 1 b r i e fl y i l l u s t r a t e s t h e s t r u c t u r e o f w o o d [ 1 ] . I f a p i e c e o f l u m b e r i s c o n s i d - e r e d i t m a y h a v e d e f e c t s ( k n o t s , c r a c k s e t c . ) ; b y s e l e c t i o n , a p i e c e o f c l e a r w o o d ( n e a r m a c r o d e f e c t f r e e ) c o u l d b e o b t a i n e d w i t h a t e n s i l e s t r e n g t h v a l u e o f s a y 7 0 M P a ( 9 . 3 1 k s i ) . H o w e v e r , t h e s i n g l e fi b e r s w h i c h c o n s t i t u t e t h e r e i n f o r c i n g u n i t o f b u l k w o o d h a v e b e e n t e s t e d a n d f o u n d t o h a v e t e n s i l e s t r e n g t h s o f g r e a t e r t h a n 7 0 0 M P a ( 9 3 . 1 k s i ) . I f o n e c o n s i d e r s c e l l u l o s e a s t h e b a s i c m o l e c u l e w h i c h m a k e s u p t h e fi b e r , a n d i f o n e c o u l d e x p r e s s t h e s t r e n g t h o f t h e c h e m i c a l b o n d s w h i c h m a k e u p t h e s t r u c t u r e o f c e l l u l o s e i n t e r m s o f t e n s i l e s t r e n g t h , a n e v e n g r e a t e r v a l u e o f a r o u n d 7 0 0 0 M P a ( 9 3 1 k s i ) w o u l d b e r e c o r d e d . I n t h i s r e s e a r c h , t h e e m p h a s i s w i l l b e o n t h e u s e o f i n d i v i d u a l w o o d fi b e r s a s t h e r e i n f o r c i n g e l e m e n t . F i g u r e 2 . 1 A S c h e m a t i c R e p r e s e n t a t i o n o f t h e S u b s t r u c t u r e o f a B e e [ 1 ] . 1 0 1 1 2 . 2 W O O D F I B E R T Y P E S A N D P R O D U C T I O N T r e e s s e r v e a s t h e m a j o r r a w m a t e r i a l f o r w o o d fi b e r s . T h e t r e e s h a r v e s t e d f o r t h e p r o d u c t i o n o f w o o d fi b e r s a r e c o m m e r c i a l l y k n o w n a s “ s o f t w o o d s ” a n d “ h a r d w o o d s . ” I t i s i m p o r t a n t t o n o t e t h a t t h e s e n a m e s d o n o t r e p r e s e n t t h e w o o d h a r d n e s s , a s s o m e s o f t w o o d s a r e q u i t e h a r d a n d d e n s e , a n d s o m e h a r d w o o d s a r e r e l a t i v e l y s o f t . T h e c e l l u l o s e s t r u c t u r e o f w o o d c a n b e p e r c e i v e d t h r o u g h a m i c r o s c o p e . F i g u r e s 2 . 2 ( a ) & ( b ) s h o w t h r e e d i m e n s i o n a l d r a w i n g s o f s m a l l c u b e s o f w o o d f r o m W h i t e P i n e ( a s o f t w o o d ) a n d S w e e t g u m ( a h a r d w o o d ) [ 1 5 ] . V a r i o u s c e l l t y p e s t h a t d i f f e r i n s i z e a n d f u n c t i o n a r e i d e n t i fi e d . S o f t w o o d ( F i g u r e 2 . 2 a ) p r i m a r i l y c o n s i s t s o f l o n g i t u d i n a l t r a c h e - i d s t h a t a r e r e l a t i v e l y l o n g , 4 - 6 s i d e s p r i s m a t i c e l e m e n t s w i t h t a p e r e d c l o s e d e n d s . T h e s e t r a c h e i d s a r e t h e i m p o r t a n t w o o d fi b e r s . I n h a r d w o o d s , ( F i g u r e 2 . 2 b ) t h e v e s s e l s , w h i c h a r e l a r g e t u b e - l i k e s t r u c t u r e s , o c c u p y a l a r g e p o r t i o n o f t h e t o t a l v o l u m e . T h e y a r e , h o w - e v e r , r e l a t i v e l y t h i n w a l l e d a n d t h e r e f o r e c o n t r i b u t e l i t t l e t o w o o d fi b e r m a s s . T h e i m p o r - t a n t c e l l t y p e i s t h e fi b e r t r a c h e i d . I t i s s i m i l a r t o t h e s o f t w o o d t r a c h e i d , r a t h e r t h i c k w a l l e d a n d l o n g w i t h p o i n t e d e n d s . H a r d w o o d p a r a n c h y m a c e l l s a n d v e s s e l s b r e a k u p r e a d i l y i n t h e p u l p i n g p r o c e s s a n d p r o d u c e m u c h o f t h e “ fi n e ” f r a c t i o n o f w o o d fi b e r s . V o l u m e t r i c c o m p o s i t i o n s o f t h e W h i t e P i n e ( s o f t w o o d ) a n d S w e e t g u m ( h a r d w o o d ) a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 2 . 1 . T a b l e 2 . 1 V o l u m e t r i c C o m p o s i t i o n o f R e p r e s e n t a t i v e S o f t w o o d a n d H a r d w o o d [ 1 5 ] S o f t w o o d ( W h i t e P i n e ) H a r d w o o d ( S w e e t g u m ) l S t r u c t u r e P e r c e n t S t r u c t u r e P e r c e n t L o n g i t u d i n a l T r a c h e i d s 9 3 V e s s e l s 5 4 . 9 L o n g i t u d i n a l R e s i n C a n a l s 1 F i b e r T r a c h e i d s 2 6 . 3 W o o d R a y s 6 L o n g i t u d i n a l P a r a n c h y m a 0 . 5 W o o d R a y s 8 . 3 ( a ) S o u t h e r n P i n e ( S o f t w o o d ) ( b ) S w e e t g u m ( H a r d w o o d ) F i g u r e 2 . 2 S c h e m a t i c D r a w i n g s o f T y p i c a l S o f t w o o d a n d H a r d w o o d [ 1 5 ] . W o r l d w i d e , s o f t w o o d s c o m p r i s e a g r o u p o f m o r e t h a n 5 5 0 t r e e s p e c i e s . O n l y a f e w o f t h e s e t r e e s , h o w e v e r , h a v e c o m m e r c i a l s i g n i fi c a n c e i n t h e p r o d u c t i o n o f w o o d fi b e r s . A m o n g c o m m e r c i a l t r e e s , s o f t w o o d s a r e t h e s o u r c e o f s o c a l l e d “ l o n g fi b e r , ” w h i c h i s a c t u a l l y a c e l l t y p e c a l l e d “ t r a c h e i d , ” t h a t c o m p o s e s m o r e t h a n 9 0 % o f s o f t w o o d s t e m w e i g h t e x c l u d i n g b a r k . T h e s e c e l l s ( fi b e r s ) a r e a l i g n e d i n a d i r e c t i o n p a r a l l e l t o t h e s t e m a x i s , a n d h a v e a m a j o r r o l e i n l i q u i d c o n d u c t i o n . T h e y h a v e c l o s e d e n d s , b u t t h e i r w a l l i s c h a r a c t e r i z e d b y n u m e r o u s s m a l l o p e n i n g s c a l l e d “ p i t s ” w h i c h a l l o w i n t e r c e l l u l a r c o m m u - n i c a t i o n ( F i g u r e 2 . 3 a ) . F r o m a t a n g e n t i a l p e r s p e c t i v e , fi b e r e n d s a r e p o i n t e d ( F i g u r e 2 . 3 b ) . T h e a r i t h m e t i c m e a n l e n g t h o f u n b r o k e n w o o d fi b e r s i n i m p o r t a n t s o f t w o o d s p e c i e s r a n g e s f r o m 2 . 5 t o 7 m m ( 0 . 0 9 8 t o 0 . 2 8 i n ) , b u t t h e v a s t m a j o r i t y o f t h e s e fi b e r s a v e r a g e b e t w e e n 3 t o 5 m m ( 0 . 1 2 t o 0 . 2 0 i n ) i n l e n g t h . E v e n w i t h i n t h e s a m e t r e e s p e c i e s , fi b e r l e n g t h s c a n v a r y c o n s i d e r a b l y . S u c h v a r i a b i l i t y c a n b e e a s i l y m a t c h e d a n d e v e n s u r p a s s e d b y v a r i a b i l i t y w i t h i n a s i n g l e t r e e . S o f t w o o d w o o d fi b e r ( i . e . t r a c h e i d c e l l t y p e ) h a s a w i d t h , o r d i a m e t e r , w h i c h v a r i e s f r o m a b o u t 1 5 t o 8 0 m i c r o n s ( 0 . 6 x 1 0 * 5 t o 3 . 2 x 1 0 ‘ 6 i n ) b u t f o r m o s t s o f t w o o d s w i d t h o r d i a m e t e r f a l l s i n t h e r a n g e o f 3 0 t o 4 5 m i c r o n s ( 1 . 2 x 1 0 ' 6 t o 1 . 8 x 1 0 ' 6 i n ) [ 1 6 ] . ( a ) S o f t w o o d S t r u c t u r e ( b ) W o o d F i b e r F i g u r e 2 . 3 W o o d F i b e r s ( T r a c h e i d C e l l s ) i n S o f t w o o d s [ 1 6 ] . A m o n g t h e m a n y h a r d w o o d t y p e s , o n l y a f e w a r e p r i m a r y s o u r c e s o f w o o d fi b e r ( e . g . O a k , B i r c h , M a p l e , A s p e n , R e d g u m , e t c . ) . H a r d w o o d s y i e l d w o o d fi b e r s t h a t , o n t h e a v e r a g e , a r e a b o u t 1 / 3 t o 1 / 2 t h e l e n g t h a n d a b o u t 1 / 2 t h e w i d t h o f s o f t w o o d fi b e r s . W o o d fi b e r s p r o d u c e d f r o m h a r d w o o d a l s o h a v e h i g h e r fi n e c o n t e n t s w h e n c o m p a r e d w i t h t h o s e o b t a i n e d f r o m s o f t w o o d s i n t h e s e n s e t h a t t h e y c o n t a i n v e s s e l e l e m e n t s ( n o n fi b r o u s c e l l s ) a n d i n g e n e r a l a g r e a t e r n u m b e r o f c e l l t y p e s [ 1 6 ] . F i g u r e 2 . 4 ( a ) S h o w s t h e m i c r o g r a p h o f a t y p i c a l h a r d w o o d ( B i r c h ) , a n d v a r i o u s t y p e s o f fi b e r s f o u n d i n h a r d w o o d s a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 2 . 4 ( b ) . g r a t ' } « i m m u n e r . - . t , r g ~ m \ ” . » - I , - , a r n c u W i g s F . 1 . : - _ ‘ - ' I ; i ; . - ' 7 A s p e n k E U C A L V P T U S m . . T R A C N E D ' O A K r e s c u e r : ( a ) B i r c h w o o d ( b ) H a r d w o o d F i b e r T y p e s F i g u r e 2 . 4 W o o d F i b e r s i n H a r d w o o d s [ 1 6 ] . F i g u r e 2 . 5 p r o v i d e s i n f o r m a t i o n o n t h e g e o m e t r y a n d a p p e a r a n c e o f t h e m a j o r c e l l t y p e s i n s o f t w o o d s a n d h a r d w o o d s [ 1 6 ] . A l l d i a g r a m s i n t h i s fi g u r e a r e a t t h e s a m e m a g n i - fi c a t i o n t o S h o w t h e r e l a t i v e s i z e s o f t h e s e e l e m e n t s . : e u c a t v r r u s m m a c u e o m e n r m c u E I o W — ‘ J % fl S o f t w o o d F i b e r e H a r d w o o d F i b e r s F i g u r e 2 . 5 D i a g r a m s o f M a j o r C e l l T y p e s i n S o f t w o o d s a n d H a r d w o o d s [ 1 6 ] . T h e c e l l s i n t h e i r n a t u r a l a r r a n g e m e n t i n s o l i d s o f t w o o d s a n d h a r d w o o d , a r e b o n d e d t o g e t h e r b y a l a y e r o f a m o r p h o u s c e m e n t i n g m a t e r i a l . I t i s t h i s b o n d i n g t h a t m u s t b e b r o - k e n i n t h e w o o d fi b e r p r o d u c t i o n ( p u l p i n g ) p r o c e s s b y e i t h e r c h e m i c a l o r m e c h a n i c a l m e a n s . ' B e s i d e s s o f t w o o d s a n d h a r d w o o d s , b a g a s s e , S t r a w a n d m a n y o t h e r a n n u a l s m a y a l s o b e u s e d f o r t h e p r o d u c t i o n o f w o o d fi b e r s . S o m e S p e c i a l w o o d fi b e r s a r e a l s o p r o d u c e d f r o m c o t t o n , l i n e n a n d o t h e r t e x t i l e r a g s . K o c u r e k e t a l . ( 1 9 8 3 ) [ 1 6 ] s u g g e s t t h a t t h e s e n o n w o o d p l a n t fi b e r s w i l l p l a y a n i n c r e a s i n g l y i m p o r t a n t r o l e i n t h e f u t u r e . A s m e n t i o n e d e a r l i e r , r e d u c t i o n o f w o o d o r n o n - w o o d p l a n t s t o a f o r m c o n s i s t i n g e s s e n t i a l l y o f i n d i v i d u a l fi b e r s c o m p r i s e s t h e p r o d u c t i o n o f w o o d fi b e r s ( p u l p i n g ) . P u l p i n g p r o c e s s e s a r e c l a s s i fi e d a s e i t h e r c h e m i c a l , s c r r r i c h e m i c a l , o r m e c h a n i c a l [ 1 7 ] . T h i s c l a s s i - 1 5 fi c a t i o n r e f e r s t o t h e n a t u r e o f t h e d e fi b e r i z a t i o n p r o c e s s . I n t h e c h e m i c a l p r o c e s s t h e w o o d c e l l s a r e s e p a r a t e d f r o m o n e a n o t h e r p r i m a r i l y b y d i s s o l v i n g a n d r e m o v i n g t h e n a t u r a l b o n d i n g a g e n t . T h e c h e m i c a l r e a c t i o n s o c c u r u n d e r c o n d i t i o n s o f e l e v a t e d t e m p e r a t u r e a n d p r e s s u r e , a n d a r e v e r y c o m p l e x . I n t h e m e c h a n i c a l p u l p i n g p r o c e s s t h e w o o d c e l l s a r e s e p - a r a t e d b y f r i c t i o n a l f o r c e s o f t e n a i d e d b y S t e a m p r e s s u r e . S e m i — c h e m i c a l p r o c e s s e s u s e a c o m b i n a t i o n o f b o t h c h e m i c a l r e a c t i o n s a n d m e c h a n i c a l p o w e r . C h e m i c a l p u l p s a r e c o m - m o n l y u s e d i n t h e p r o d u c t i o n o f b o o k p a p e r a n d w r i t i n g p a p e r , w h i l e m e c h a n i c a l p u l p s a r e r e g u l a r l y u s e d f o r t h e m a n u f a c t u r e o f n e w s p r i n t [ 1 7 ] . A t y p i c a l c h e m i c a l p u l p i n g p r o c e s s i s s h o w n i n F i g u r e 2 . 6 . C h e m i c a l p u l p i n g b e g i n s w i t h c u t t i n g t h e w o o d i n t o c h i p s . T h e c h i p s a r e t h e n s c r e e n e d , r e j e c t i n g b o t h o v e r s i z e d s l i v e r s o r u n d e r s i z e d fi n e s , a n d a r e t a k e n t o t h e t o p o f a “ d i g e s t e r ” o r a h i g h p r e s s u r e c o o k - i n g v e s s e l . C h e m i c a l s a r e a d d e d a n d t h e r e a c t i o n s t a k e p l a c e f o r s o m e t i m e a t a p r e s c r i b e d t e m p e r a t u r e d i s s o l v i n g l i g n i n ( m a i n b o n d i n g a g e n t ) a n d h e m i c e l l u l o s e o f t h e w o o d c h i p s . T h e c o o k e d m a t e r i a l i s t h e n d i s c h a r g e d i n t o a b l o w - t a n k w h e r e s t e a m a n d o t h e r v o l a t i l e s a r e fl u s h e d o f f . T h e c o o k i n g l i q u o r , w h i c h i s n o w a “ b l a c k l i q u o r ” b e c a u s e o f t h e d i s s o l v e d l i g n i n , i s p a s s e d o n t o a c h e m i c a l r e c o v e r y c y c l e . T h e p u l p i s w a s h e d w i t h S p r a y s o f w a t e r o n a s e r i e s o f w i r e c o v e r e d r o t a t i n g d r u m s . T h e w a s h e d b r o w n s t o c k i s t h e n s c r e e n e d , d i l u t e d a n d p a s t e d o n t o a r r a y s o f c e n t r i f u g a l c y c l o n i c c l e a n e r s t o s e p a r a t e o u t t h e l a r g e a n d h e a v y “ d i r t ” ( e . g . S i l i c a o r m e t a l p a r t i c l e s ) b e f o r e b l e a c h i n g . T h e t h i c k b r o w n S t o c k i s n e x t s u b j e c t e d t o a s e r i e s o f b l e a c h i n g o p e r a t i o n s . T h e s e c a n v a r y w i d e l y b o t h i n t h e t y p e s o f c h e m i c a l s u s e d a n d t h e i r s e q u e n c e s . I n t h e m o s t w i d e l y k n o w n C E D E D s y s t e m ( C h l o r i n e - E x t r a c t i o n - C h l o r i n e - D i o x i d e - E x t r a c t i o n - C h l o — t i n e - D i o x i d e ) t h e p u l p i s fi r s t b l e a c h e d w i t h c h l o r i n e g a s , t h e n e x t r a c t e d w i t h S o d i u m H y d r o x i d e a n d fi n a l l y p o l i s h e d w i t h C h l o r i n e D i o x i d e . C h l o r i n e D i o x i d e a t t a c k s l i g n i n S p e c i fi c a l l y t o a f a r g r e a t e r e x t e n t t h a n i t a t t a c k s c e l l u l o s e , u n l i k e c h l o r i n e w h i c h i s a m o r e i n d i s c r i m i n a t e o x i d a n t b u t m o r e e x p e n s i v e ; i t i s t h u s u s e d i n fi n a l s t e p s . A f t e r t h e fi n a l b l e a c h i n g , t h e b r i g h t s t o c k i s w a s h e d a n d i s r e a d y f o r u s e . n I n e " e b e n h " a n ( e e " b l m “ l - l u i n H 1 6 “ 8 1 m ' 0 “ 9 ‘ ” ( a ) C o n t i n u o u s K r a f t P u l p i n g P r o c e s s I t B A L I h — - 3 . 9 m . . . I f ' \ 1 m m i m e a n M z r u ‘ ‘ \ - t m a c r e u ‘ - C . . . ( b ) B l e a c h i n g S e q u e n c e C E D E D F i g u r e 2 . 6 A n O v e r a l l V i e w o f t h e C h e m i c a l ( K r a f t ) P r o c e s s o f P u l p i n g [ 1 7 ] . C h e m i c a l p u l p i n g p r o c e s s e s m a y b e c a t e g o r i z e d a s a l k a l i n e ( s u l f a t e o r k r a f t ) o r a c i d ( s u l fi t e ) d e p e n d i n g o n t h e n a t u r e o f c h e r r r i c a l u s e d [ 1 7 ] . T h e a l k a l i n e p r o c e s s i s b y f a r t h e m o s t i m p o r t a n t p u l p i n g p r o c e s s t o d a y a n d i s s u i t a b l e f o r b o t h h a r d w o o d s a n d s o f t w o o d s ; s u l fi t e p r o c e s s , h o w e v e r , i s l i m i t e d t o s o f t w o o d s o f l o w r e s i n c o n t e n t . W o o d fi b e r s r e s u l t - l 7 i n g f r o m t h e s u l fi t e p r o c e s s h a v e s o m e w h a t l o w e r s t r e n g t h s t h a n t h o s e p r o d u c e d t h r o u g h t h e a l k a l i n e p r o c e s s . S u l fi t e p u l p s a r e l i g h t i n c o l o r a n d r e l a t i v e l y e a s y t o b l e a c h . I n m e c h a n i c a l p u l p i n g , t h e r e d u c t i o n o f l o g s o r c h i p s t o fi b e r s o c c u r s b y m e c h a n i c a l a c t i o n w h i c h i s u s u a l l y a i d e d b y t h e r m a l s o f t e n i n g o f t h e l i g n i n b e t w e e n w o o d c e l l s . N o c h e m i c a l s a r e a d d e d i n m e c h a n i c a l p u l p i n g t o d i s s o l v e t h e l i g n i n o r a n y o t h e r w o o d c o m - p o n e n t . H o w e v e r , u n d e r s e v e r e p h y s i c a l c o n d i t i o n s o f t h i s p u l p i n g p r o c e s s , s o m e t i m e s c e r t a i n c h e m i c a l s o f t h e w o o d s u b s t a n c e m a y b e d i s s o l v e d . B r e a k d o w n o f w o o d i n m e c h a n i c a l p u l p i n g m a y g o b e y o n d t h e fi b e r e l e m e n t , r e s u l t - i n g i n b r o k e n fi b e r s a n d fi b e r s w i t h s p l i t e n d s o r o t h e r d a m a g e s . S o m e fi b e r b u n d l e s m a y a l s o b e p r o d u c e d , d e p e n d i n g o n t h e t y p e o f m e c h a n i c a l b o n d i n g p r o c e s s . T h e s e p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p u l p c a n b e c o n t r o l l e d t o s o m e e x t e n t b y t h e s e l e c t i o n o f t h e p u l p i n g m e t h o d a n d p u l p i n g p a r a m e t e r s . M e c h a n i c a l p u l p i n g g e n e r a l l y o c c u r s i n t w o s t a g e s [ 1 5 ] . T h e m a j o r b r e a k d o w n o c c u r s i n t h e p r i m a r y s t a g e . T h e p u l p c h a r a c t e r i s t i c s a r e fi n e l y a d j u s t e d a n d t h e i r v a r i a - t i o n s r e d u c e d i n t h e s e c o n d a r y s t a g e . T h e t h e r m a l t r e a t m e n t o f c h i p s b e f o r e o r d u r i n g t h e d e fi b e r i z i n g p r o c e s s c a u s e s p a r t o f t h e h e n r i c e l l u l o s e c o n t e n t t o g o i n t o s o l u t i o n . T h e h i g h e r t h e t e m p e r a t u r e o r t h e l o n g e r t h e t r e a t m e n t , t h e m o r e e f f e c t i v e i s t h e s o f t e n i n g o f t h e fi b e r b o n d a n d t h e g r e a t e r t h e c o n - s o l i d a t i o n s t a g e . B u t a t t h e s a m e t i m e t h e p r o c e s s w a t e r b e c o m e s l o a d e d w i t h d i s s o l v e d s u g a r s . T h e i n c r e a s i n g c o s t o f e n e r g y a n d o f w a t e r t r e a t m e n t w i l l r e q u i r e p r o c e s s m o d i fi - c a t i o n s a n d n e w c o m p r o m i s e s b e t w e e n p r o c e s s t e c h n o l o g y a n d p r o d u c t p e r f o r m a n c e . T h e m e c h a n i c a l p u l p i n g p r o c e s s e s m a y b e c a t e g o r i z e d a s g r o u n d w o o d p u l p i n g , m a s o n i t e e x p l o s i o n , a t m o s p h e r i c d i s k r e fi n i n g , a n d p r e s s u r i z e d d i s c r e fi n i n g p r o c e s s e s . F i g u r e 2 . 7 i l l u s t r a t e s t h e d i f f e r e n t m e c h a n i c a l p u l p i n g p r o c e s s e s . G R I N D S T O N E . ‘ / ‘ P . U L P S U S P E N S I O N l 8 W A T E R S P R A Y P U L P W O O D W A T E R S P R A Y ” / I S N L ‘ ) 1 2 3 ' s \ ‘ N ' D : 4 : 1 3 . “ ? . ‘ [ 1 0 5 , : l / ’ n ‘ O : . 1 ‘ 7 / J / H Y D R A U L I C F E E D \ 1 / / ( a ) P u l p w o o d G r i n d e r o n e n e v e r - o e r - n u s u m r o e C H I P K E Y ‘ L ' E S H O W G A V E H I G H - P R E S ” ! S I C “ V A L " m e t ' 0 0 . ! M " . " ( M ” I t " o u r ( m o t ! m u n - 6 L E V E R ' 0 ' W u : “ V ! M R A T I O G F L ” u m : I “ ! " W M “ M , M G M " ? , , ‘ m 1 n o r m ” M N ? “ ” M W r ; A » - . ' . ) e ' : 9 . t " : . ~ ' : 2 ‘ : . - - ' ; = . ' : ' - f e ‘ l v ‘ fi ‘ i - 1 1 3 3 ( b ) M a s o n i t e G u n F i g u r e 2 . 7 M e c h a n i c a l P u l p i n g P r o c e s s e s [ 1 5 ] . l 9 ( c ) D i s k R e fi n e r F i g u r e 2 . 7 ( c o n t ’ d ) M e c h a n i c a l P u l p i n g P r o c e s s e s [ 1 5 ] . C h e m i c a l ( k r a f t ) p u l p s a r e p o p u l a r f o r r e i n f o r c e m e n t o f c e m e n t b a s e d m a t e r i a l s . H i g h e r y i e l d m e c h a n i c a l o r s e r r r i c h e m i c a l p u l p s a r e a l s o u n d e r c o n s i d e r a t i o n f o r c e m e n t a p p l i c a t i o n s [ 1 8 , 1 9 ] . B e s i d e s t h e v i r g i n w o o d fi b e r s , h i g h g r a d e r e c y c l e d w o o d p u l p fi b e r s a r e a l s o a v a i l a b l e a t m u c h l o w e r p r i c e s , a n d t h e y m a y b e c o n s i d e r e d f o r r e i n f o r c e m e n t o f c e m e n t . 2 . 3 P R O P E R T I E S O F W O O D F I B E R S W o o d fi b e r s a r e d e a d s l e n d e r c e l l s o b t a i n e d f r o m d e fi b e r i z a t i o n o f p l a n t s o r p l a n t p a r t s . T h e i r c r o s s s e c t i o n a l d i m e n s i o n s a r e m i c r o s c o p i c , i . e . l e s s t h a n 0 . 1 m m , a n d t h e i r l e n g t h v a r i e s i n u n a l t e r e d S t a t e fi ' o m a b o u t 1 m m t o w e l l o v e r 1 2 0 m m . C o m m o n l y , t h e l e n g t h / d i a m e t e r r a t i o o f w o o d fi b e r s l i e s i n t h e r a n g e o f a b o u t 5 0 t o 2 0 0 . 2 0 2 . 3 . 1 M o r p h o l o g y a n d G e o m e t r y M o d e r n p u l p i n g p r o c e s s e s c a n i m p a r t a v a r i e t y o f b o t h c h e m i c a l a n d p h y s i c a l c h a n g e s t o t h e n a t u r a l w o o d fi b e r s . H o w e v e r , i t i s o f t e n t h e o r i g i n a l p h y s i c a l a t t r i b u t e s o f t h e s e fi b e r s t h a t l a r g e l y d e t e r m i n e t h e i r fi n a l p r o p e r t i e s [ 1 6 ] . S e v e r a l c o m m o n t y p e s o f p u l p fi b e r s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 2 . 8 . ( a ) S o u t h e r n S o f t w o o d ( b ) S o u t h e r n H a r d w o o d F i g u r e 2 . 8 M i c r o g r a p h s o f S e v e r a l W o o d F i b e r T y p e s [ 1 6 ] . W o o d fi b e r s c a n b e c l a s s i fi e d o n t h e b a s i s o f m o r p h o l o g y i n t o 4 g r o u p s , l e a f , s t e m , w o o d a n d s u r f a c e fi b e r s . C o u t t s e t a 1 . ( 1 9 8 3 ) [ 3 ] s u g g e s t t h a t t h e t h e r r n o m e c h a r r i c a l p u l p ( s e p a r a t e d a t l e s s t h a n 1 3 0 d e g . C , 2 6 6 d e g . F ) a n d k r a f t p u l p a r e i n a c o l l a p s e r i b b o n f o r m w h i l e s o f t w o o d a s p l u n d fi b e r s ( s e p a r a t e d a t t e m p e r a t u r e a b o v e 1 7 0 d e g . C , 3 3 8 d e g . F ) r e m a i n a s h o l l o w c y l i n d e r s i n t h e d r i e d c o m p o s i t e s . D a v i s e t a l . ( 1 9 8 1 ) [ 1 8 ] a l s o i n d i c a t e s t h a t , d e p e n d i n g o n t h e p u l p i n g p r o c e d u r e , fi b e r s m a y b e o b t a i n e d i n a c o l l a p s e d o r u n c o l - l a p s e d f o r m . C h e m i c a l t r e a t m e n t s f o r p u l p i n g m a k e t h e fi b e r s c o l l a p s e d w h i l e m o s t s e m i - c h e r r r i c a l o r m e c h a n i c a l t r e a t m e n t s w h i c h r e t a i n m o s t o f t h e l i g n i n p r o v i d e s t i f f e r fi b e r s i n w h i c h t h e l u r r r i n a r e m a i n o p e n . R i b b o n c o m p o s i t e s d i f f e r f r o m fi b e r c o m p o s i t e s i n t h a t t h e r e i s r e i n f o r c e m e n t i n a t r a n s v e r s e d i r e c t i o n a s w e l l a s i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n . I n t h e o r y , r i b b o n s c a n a l s o b e p a c k e d v e r y c l o s e l y t h a n fi b e r s w i t h c i r c u l a r c r o s s s e c t i o n , b u t 2 1 t h e l i m i t i n g s i t u a t i o n i s n o t g e n e r a l l y a p p r o a c h e d i n c e m e n t c o m p o s i t e s . I t h a s a l s o b e e n e s t a b l i s h e d t h a t t h e c o l l a p s e d k r a f t fi b e r s r e m a i n c o l l a p s e d a n d d o n o t s w e l l o p e n b y m o i s - t u r e e f f e c t s d u r i n g f a b r i c a t i o n [ 2 0 ] . T h e n a t u r e o f t h e s u r f a c e s o f w o o d fi b e r s a l s o v a r i e s w i t h t h e m e t h o d o f fi b e r s e p a r a - t i o n . T h e k r a f t fi b e r s h a v e a h i g h l y o x y g e n a t e d p o l y s a c c h a r i d s s u r f a c e w h i l e t h e t h e r m o - m e c h a n i c a l p u l p a n d A s p l u n d fi b e r s h a v e i n c r e a s i n g a m o u n t s o f l i g n i n i n t h e i r s u r f a c e s w h i c h a r e t h u s l e s s o x y g e n a t e d a n d l e s s h y d r o p h i l i c . D i f f e r e n t s o u r c e s o f fi b e r a n d d i f f e r e n t p u l p i n g t e c h n i q u e s p r o d u c e w o o d fi b e r s w i t h d i f f e r e n t p r o p e r t i e s . I n t h e c a s e o f fi b e r s o b t a i n e d f r o m s o f t w o o d s , t h e a r i t h m e t i c m e a n l e n g t h o f u n b r o k e n w o o d fi b e r s i n i m p o r t a n t p u l p w o o d s p e c i e s r a n g e s f r o m a b o u t 2 . 5 t o 7 m m , b u t i n t h e v a s t m a j o r i t y o f w o o d s p e c i e s i t a v e r a g e s b e t w e e n 3 t o 5 m m a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n r a n g e f r o m 0 . 3 t o 1 . 3 m m ( 0 . 0 1 2 t o 0 . 0 5 ) [ 1 6 ] . T h e r e f o r e , e v e n w i t h i n t h e s a m e t r e e s p e c i e s , a n d w i t h i n a s i n g l e t r e e , fi b e r l e n g t h s c a n v a r y c o n s i d e r a b l y . T h e w i d t h , o r d i a m e t e r o f s o f t w o o d w o o d fi b e r s v a r i e s f r o m a b o u t 1 5 t o 8 0 m i c r o n s ( 0 . 6 x 1 0 ' 6 t o 3 . 2 x 1 0 ’ 6 i n ) b u t m o s t p u l p w o o d s f a l l i n t h e r a n g e o f 3 0 t o 4 5 m i c r o n s ( 1 . 2 x 1 0 ' 6 t o 1 . 8 x 1 0 ' 6 i n ) . H a r d w o o d s y i e l d w o o d fi b e r s t h a t , o n t h e a v e r a g e , a r e a b o u t 1 / 3 t o 1 / 2 t h e l e n g t h a n d a b o u t 1 / 2 t h e w i d t h o f s o f t w o o d fi b e r s . T h e s p e c i fi c g r a v i t y o f w o o d h a s a n e f f e c t o n t h e t y p e o f w o o d fi b e r o b t a i n e d f r o m i t . H i g h s p e c i fi c g r a v i t y w o o d s y i e l d s t i f f , r o d - l i k e fi b e r s w h i c h d r a i n w a t e r m o r e e a s i l y ( f r e e p u l p ) , w h i l e l o w s p e c i fi c g r a v i t y w o o d s y i e l d t h i n w a l l e d a n d e a s i l y c o l l a p s e d ( l e s s f r e e ) fi b e r s . T h e s e t w o t y p e s o f fi b e r s a l s o r e s p o n d d i fi e r e n t l y t o m e c h a n i c a l r e fi n i n g . M a n y m e t h o d s h a v e b e e n p r o p o s e d f o r c o m p a r i n g t h e u s e f u l p r o p e r t i e s o f d i f f e r e n t p u l p s . A c o m m o n m e t h o d c o n s i s t s o f c o m p a r i n g t h e p u l p s f o r t e a r , b u r s t , t e n s i l e a n d o t h e r s h e e t p r o p e r t i e s a t d i f f e r e n t l e v e l s o f l a b o r a t o r y b e a t i n g . C a n a d i a n S t a n d a r d F r e e n e s s ( T A P P I - 2 2 7 ) [ 2 1 ] i s a m e a s u r e o f t h e l e v e l o f b e a t i n g , a n i m p o r t a n t c o n s i d e r a t i o n i n d i fi ‘ e r - e n t a p p l i c a t i o n s w h i c h l e a d s t o t h e fi b r i l l a t i o n o f fi b e r s . T h e b e a t e n fi b e r s h a v e e x p o s e d fi b r i l s o n t h e i r s u r f a c e s , w h i c h h e l p i n t h e d e v e l o p m e n t o f m e c h a n i c a l b o n d i n g a n d a l s o t e n d t o p r e v e n t t h e l o s s o f c e m e n t p a r t i c l e s d u r i n g t h e s u c t i o n s t a g e o f s l u r r y - d e w a t e r i n g ( t h e p r o d u c t i o n m e t h o d o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t ) . A s m a l l e r C S F i s i n d i c a t i v e o f a h i g h e r b e a t i n g l e v e l . D e s i r a b l e b e a t i n g l e v e l s l e a d t o i m p r o v e d fi b e r - t o - m a t r i x b o n d i n g t o t h e p o i n t w h e r e g a i n s i n s t r e n g t h c h a r a c t e r i s t i c s o f c e m e n t c o m p o s i t e a r e n o t a c c o m p a n i e d w i t h s u b s t a n t i a l l o s s e s i n t o u g h n e s s c h a r a c t e r i s t i c s . 2 2 2 . 3 . 2 S t r u c t u r e a n d C o m p o s i t i o n T h e m a j o r c h e m i c a l c o m p o n e n t s o f w o o d a r e c e l l u l o s e , h e m i c e l l u l o s e , l i g n i n a n d e x t r a c t i v e s . T a b l e 2 . 2 S h o w s t h e a v e r a g e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n s o f s o f t w o o d s a n d h a r d - w o o d s [ 1 5 ] . T a b l e 2 . 2 A v e r a g e C h e m i c a l C o m p o s i t i o n o f S o f t w o o d s a n d H a r d w o o d s [ 1 5 ] P e r c e n t C o m p o n e n t s S o f t w o o d s H a r d w o o d s 4 - m C e l l u l o s e 4 2 : 1 ; 2 4 5 _ + _ 2 H e m i c e l l u l o s e 2 7 i 2 3 0 _ - i _ - 5 E x t r a c t i v e s 3 ; i - _ 2 5 i 3 W o o d c e l l s b a s i c a l l y h a v e a p r i m a r y w a l l , c o m m o n l y d e n o t e d b y P , a n d a s e c o n d a r y w a l l c o n s i s t i n g o f t l u e e l a y e r s , c o m m o n l y d e n o t e d b y 8 1 , 8 2 a n d 8 3 ( F i g u r e 2 . 9 a ) . T h e d i s t i n g u i s h i n g f e a t u r e s o f t h e i n d i v i d u a l l a y e r s a r e t h e o r g a n i z a t i o n a n d t h e o r i e n t a t i o n o f t h e s t r a n d s o r fi b r i l s [ 1 6 ] . T h e c e l l u l o s e m o l e c u l e i s b a s i c a l l y t h e b u i l d i n g b l o c k o f t h e fi b r i l s i n t h e c e l l w a l l s . H e r r r i c e l l u l o s e a n d l i g n i n a r e t h e m a t r i x m a t e r i a l i n t h e s e c o n d a r y c e l l w a l l l a y e r , a n d l i g n i n i s t h e p r i m a r y c o m p o n e n t o f t h e m i d d l e l a m e l l a , c e m e n t i n g t h e c e l l s t o g e t h e r . T h e d i s t r i b u t i o n o f t h e s e c o m p o n e n t s i n t h e c e l l w a l l i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 2 . 9 ( b ) . s 7 W 4 ‘ ] < ” . 5 ' 2 2 3 § . § V \ u \ / § _ / = _ i / / / / / / / , W / _ / / i I i — 7 % J ] [ 4 . W W I / W I I I I I I / / / / / / / / / / / / / / . = / I I I , w a s { f l / 1 " ” \ / / / / / / C e l l u l o s e P r o t o l I b r I I e C o n d o T h e i r m a m F e c e e H e m i c e l l u l o s e n g n i n - H e m i c e l l u l o s e ( a ) D i a g r a m m a t i c R e p r e s e n t a t i o n o f ( b ) U l t r a s t r u c t u r e N o r m a l F i b e r F i g u r e 2 . 9 D i s t r i b u t i o n o f t h e P r i n c i p a l C o n s t i t u e n t s w i t h i n t h e V a r i o u s L a y e r s o f C e l l W a l l [ 1 6 ] . 2 . 3 . 3 M o i s t u r e A b s o r p t i o n W a t e r i n t h e w o o d c e l l i s h e l d o n a n d b e t w e e n t h e m i c r o fi b r i l s a t h y d r o g e n b o n d i n g S i t e s . A s w a t e r i s a b s o r b e d / a d s o r b e d i n t o t h e c e l l w a l l s , t h e l a t t e r e x p a n d , g i v i n g r i s e t o a g r o s s c h a n g e i n t h e w o o d t i s s u e a s a w h o l e . A S t h i s “ b o u n d ” w a t e r i s r e m o v e d f r o m t h e w a l l s ( b y d r y i n g ) , t h e c e l l w a l l s a n d w o o d t i s s u e s h r i n k . I f t h e r e i s j u s t e n o u g h w a t e r t o c o m p l e t e l y s a t u r a t e t h e c e l l w a l l s u b s t a n c e a n d n o l i q u i d w a t e r i s p r e s e n t i n t h e c e l l l u m e n s , t h e w o o d i s s a i d t o b e a t i t s “ fi b e r s a t u r a t i o n p o i n t . ” H e r e t h e w a t e r i s e s s e n t i a l l y t h a t c o n fi n e d o r “ b o u n d ” t o t h e w a l l s u b s t a n c e a n d a n y m i c r o v o i d s t h e r e i n . W o o d e x h i b i t s i t s m a x i m u m s w o l l e n v o l u m e a t fi b e r s a t u r a t i o n p o i n t ; a n y g a i n i n m o i s t u r e c o n t e n t a b o v e fi b e r s a t u r a t i o n p o i n t i n d u c e s n o f u r t h e r c h a n g e s i n w o o d d i m e n s i o n s . T h e fi b e r s a t u r a t i o n p o i n t i s u s u a l l y i n t h e r a n g e o f 2 5 - 3 0 % o n a n o v e n d r y b a s i s , w h i c h i s a b o u t 2 0 - 2 3 % o n a w e t b a s i s [ 1 6 ] . 2 4 W h e n t h e r e i s s u f fi c i e n t w o o d w a t e r t o c a u s e a n a c c u m u l a t i o n o f l i q u i d i n t h e c e l l l u m e n s , t h e r e i s s a i d t o b e “ f r e e w a t e r ” ( o r “ c a p i l l a r y h e l d w a t e r ” ) i n a d d i t i o n t o t h e b o u n d w a t e r . S i n c e t h i s t y p e o f w a t e r i s h e l d i n t h e w o o d ’ s v o i d s y s t e m , g a i n o r l o s s o f f r e e w a t e r c a u s e s n o w o o d s w e l l i n g o r S h r i n k a g e , r e s p e c t i v e l y . W o o d a t a n y m o i s t u r e c o n t e n t w i l l e v e n t u a l l y a c h i e v e a n e q u i l i b r i u m m o i s t u r e c o n - t e n t i f e x p o s e d t o a n e n v i r o n m e n t c o n t a i n i n g w a t e r v a p o r , a n d t h e e q u i l i b r i u m m o i s t u r e c o n t e n t w i l l a l w a y s b e l e s s t h a n fi b e r s a t u r a t i o n p o i n t . T h e e q u i l i b r i u m m o i s t u r e c o n t e n t a t t a i n e d w i l l v a r y w i t h r e l a t i v e h u m i d i t y o f t h e e n v i r o n m e n t , t e m p e r a t u r e a n d d r y i n g h i s - t o r y o f t h e w o o d . T h e e q u i l i b r i u m m o i s t u r e c o n t e n t o f w o o d a c h i e v e d e i t h e r b y g a i n i n g m o i s t u r e o r b y l o s i n g m o i s t u r e i s c a l l e d “ s o r p t i o n h y s t e r e s i s . ” C h a n g e s i n w o o d d i m e n - s i o n s ( s h r i n k a g e a n d s w e l l i n g ) r e s u l t f r o m t h e c h a n g e i n t h e c o n t e n t o f b o u n d w a t e r , a s f a r a s t h e w o o d m o i s t u r e i s b e l o w fi b e r s a t u r a t i o n p o i n t [ 1 6 ] . 2 . 3 . 4 T e m p e r a t u r e E f f e c t s T h e t e m p e r a t u r e e f f e c t s o n w o o d c a n b e p a r t l y d e s c r i b e d b y t h e i n t e r a c t i o n o f t e m - p e r a t u r e w i t h w o o d w i t h m o i s t u r e . G e n e r a l l y S p e a k i n g , w o o d s t r e n g t h i s r e d u c e d b y i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e a t a g i v e n l e v e l o f w o o d m o i s t u r e b e l o w t h e fi b e r s a t u r a t i o n p o i n t . H i g h e r m o i s t u r e c o n t e n t s a t a g i v e n t e m p e r a t u r e u s u a l l y l e a d t o r e d u c e d s t r e n g t h o f w o o d . H o w e v e r , t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n t e m p e r a t u r e , t i m e a n d p H o f t h e s y s t e m w i l l a l s o i n fl u - e n c e t h e o v e r a l l e f f e c t s o f s t r e n g t h o n w o o d s t r e n g t h . T h e r m a l d e g r a d a t i o n ( p y r o l y s i s ) o f w o o d s u b s t a n c e s i s a f f e c t e d b y c h e m i c a l b r e a k - d o w n o f t h e v a r i o u s c o n s t i t u e n t s o f s o l i d w o o d . T h e d e g r e e t o w h i c h t h e r m a l d e g r a d a t i o n a f f e c t s w o o d a n d t h e r a t e a t w h i c h i t o c c u r s d e p e n d m a i n l y o n t h e t e m p e r a t u r e a t w h i c h t h e r e a c t i o n t a k e s p l a c e , t h e a m o u n t o f a i r p r e s e n t , a n d t h e t i m e t h e r e a c t i o n s p r o c e e d [ 1 5 ] . T h e m o s t o b v i o u s r e s u l t o f t h e t h e r m a l d e g r a d a t i o n o f w o o d i s w e i g h t l o s s . A S F i g u r e 2 . 1 0 s h o w s t h e w e i g h t l o s s o f w o o d a n d i t s m a j o r c o m p o n e n t s i s r e l a t i v e l y m i n o r a t t e m p e r a - t u r e s b e l o w 3 0 0 d e g . C ( 5 7 2 d e g . F ) . H e m i c e l l u l o s e , a s r e p r e s e n t e d b y x y l a n , i s t h e l e a s t s t a b l e w o o d c o m p o n e n t , w h e r e a s c e l l u l o s e i s p r a c t i c a l l y u n a f f e c t e d a t 3 0 0 d e g . C ( 5 7 2 d e g . F ) . L i g n i n d e c o m p o s e s g r a d u a l l y a t t e m p e r a t u r e s a p p r o a c h i n g a n d a b o v e 3 0 0 d e g . C ( 5 7 2 d e g . F ) . 2 5 I O O u 0 I N E V G H T ’ l fi fl T E M P E R A T U R E 1 ° C ) F i g u r e 2 . 1 0 W e i g h t L o s s o f W o o d a n d W o o d C o m p o n e n t s a s F u n c t i o n s o f T e m p e r a t u r e [ 1 5 ] . 2 . 3 . 5 B i o l o g i c a l D e t e r i o r a t i o n W o o d m a y u n d e r g o b i o l o g i c a l d e t e r i o r a t i o n u n d e r c e r t a i n c i r c u m s t a n c e s . T h i s i s g e n e r a l l y c a u s e d b y f u n g i , w h i c h a r e m i c r o o r g a n i s m s d e r i v i n g t h e i r n o u r i s h m e n t f r o m t h e d e g r a d a t i o n o f a n o r g a n i c s u b s t r a t e . W h e r e t h i s s u b s t r a t e i s w o o d , t h e m a t e r i a l d e g r a d e d c a n , d e p e n d i n g o n t h e t y p e o f f u n g u s , b e t h e c e l l w a l l s u b s t a n c e . I n a d d i t i o n t o f o o d s o u r c e , f u n g i a l s o r e q u i r e a r e l a t i v e l y m o d e r a t e t e m p e r a t u r e t o b e a c t i v e ( a b o u t 5 - 3 8 d e g . C , 4 0 - 1 0 0 d e g . F , ) . T h e y a l s o n e e d o x y g e n a n d a n a d e q u a t e s o u r c e o f w a t e r . S o m e f u n g i p r e f e r e n t i a l l y a t t a c k h a r d w o o d s o r s o f t w o o d s , a n d s o m e a r e m o r e a c t i v e i n s u m m e r , o r i n a n y w a r m a n d m o i s t c l i m a t e [ 1 4 ] . 2 . 3 . 6 R e s i s t a n c e t o A l k a l i A t t a c k T a b l e 2 . 3 p r e s e n t s t h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n , m o r p h o l o g y a n d m e c h a n i c a l p r e p e r - t i e s o f s i s a l a s w e l l a s s o m e o t h e r fi b e r s [ 1 4 ] . A p p r o x i m a t e l y 6 5 % o f t h e S i s a l fi b e r c o n s i s t s o f c e l l u l o s e , 1 2 % o f h e m i c e l l u l o s e , 1 % o f p e c t i n a n d l i g n i n a b o u t 1 0 % . 2 6 T a b l e 2 . 3 C o m p o s i t i o n , M o r p h o l o g y a n d M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f S o m e N a t u r a l F i b e r s [ 1 4 ] S i s a l C o i r F l a x J u t e = j — m C o m m u n i o n C e l l u l o s e ( % ) 6 5 . 8 4 6 6 4 6 4 H e m i c e l l u l o s e ( % ) 1 2 . 0 1 7 L i g n i n ( % ) 9 . 9 4 8 2 2 0 P e c t i n ( % ) 0 . 8 3 F a t a n d W a x ( % ) 0 . 3 2 . 4 0 . 3 m a c e ) : L e n g t h ( m ) 1 . 0 — 1 , 3 0 . 0 5 - 0 . 3 5 0 . 5 1 . 8 - 3 . 0 L e n g t h o f F i b e r C e l l ( m m ) 1 . 3 - 5 . 0 0 . 5 2 5 - 3 0 2 . 5 B r e a d t h o f F i b e r ( m m ) 0 . 2 - 0 . 3 0 . 0 5 - 0 . 3 0 . 1 B r e a d t h o f F i b e r C e l l ( u m ) 2 0 - 3 0 5 - 8 1 5 - 1 8 2 3 M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s T e n s i l e S t r e n g t h ( N / m m z ) 5 6 8 2 0 0 1 0 0 0 3 5 0 Y o u n g s M o d u l u s ( K N / m m 2 ) 2 6 . 5 0 . 8 9 1 0 0 3 1 . 6 E l o n g a t i o n a t B r e a k ( % ) 3 2 9 1 . 8 - 2 . 2 1 . 7 D e n s i t y ( k g / m 3 ) 1 4 5 0 1 4 4 0 1 5 4 0 1 5 0 0 L i g n i n i s c o m p o s e d o f l a r g e t h r e e - d i m e n s i o n a l m o l e c u l e s . I t c o n s i s t s o f a r o m a t i c s u b s t a n c e s a n d i s e a s i l y b r o k e n d o w n i n a n a l k a l i n e e n v i r o n m e n t , w h e r e i t s c o l o r t u r n s y e l l o w a n d b r o w n w h e n o x i d i z e d . T h e d e c o m p o s i t i o n o f c e l l u l o s e i n a l k a l i n e e n v i r o n m e n t s t a k e s p l a c e i n a c c o r d a n c e w i t h t w o d i f f e r e n t m e c h a n i s m s [ 1 4 ] . O n e i s t h e p e a l i n g o f f m e c h a n i s m , w h i c h o c c u r s a t t h e e n d o f t h e m o l e c u l a r c h a i n . T h e e n d g r o u p w h i c h i s r e d u c t i v e r e a c t s w i t h O H a n d f o r m s I s o s a c c h a r i n a c i d ( C H 2 0 H ) w h i c h i s u n h o o k e d f r o m t h e m o l e c u l a r c h a i n , a n d e n d g r o u p s a r e l i b e r a t e d . T h e o t h e r f o r m o f c e l l u l o s e d e c o m p o s i t i o n c o n s i s t s o f a l k a l i n e h y d r o l y s e s . T h i s c a u s e s t h e m o l e c u l a r c h a i n t o d i v i d e a n d t h e d e g r e e o f p o l y m e r i z a t i o n t o d e c r e a s e . S i n c e d i v i s i o n o f t h e m o l e c u l a r c h a i n e n t a i l s t h e e x p o s u r e o f n e w r e d u c t i v e e n d g r o u p s , t h e p e a l i n g o f f m e c h a n i s m c a n b e s t a r t e d . T h e d e c o m p o s i t i o n o f h e m i c e l l u l o s e i n a n a l k a l i n e e n v i r o n m e n t f o l l o w s t h e s a m e p a t t e r n . A l k a l i a t t a c k o n n a t u r a l fi b e r s , w h i c h a r e g r o u p i n g s o f w o o d fi b e r s b o n d e d t o g e t h e r , a t t h e m i d d l e l a m e l l a , g e n e r a l l y t a k e s p l a c e t h r o u g h t h e b r e a k d o w n o f t h e m i d d l e l a m e l l a . 2 7 T h e p r i m a r y c a u s e o f t h e c h a n g e i n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s i s a l fi b e r s i n c o n c r e t e ( a n a l k a - l i n e e n v i r o n m e n t ) i s t h e c h e m i c a l d e c o m p o s i t i o n o f t h e l i g n i n a n d h e m i c e l l u l o s e i n t h e m i d d l e l a m e l l a [ 1 4 ] . T h e a l k a l i n e p o r e w a t e r i n c o n c r e t e d i s s o l v e s t h e l i g n i n a n d h e m i c e l - l u l o s e , a n d t h u s b r e a k s t h e l i n k s b e t w e e n t h e i n d i v i d u a l fi b e r s ( F i g u r e 2 . 1 1 ) . T h e l o n g s i s a l fi b e r l o s e s i t s r e i n f o r c i n g c a p a c i t y i n c o n c r e t e s i n c e i t b r e a k s d o w n i n t o n u m e r o u s s m a l l u n i t s . F i g u r e 2 . 1 1 S c h e m a t i c S k e t c h o f t h e D e c o m p o s i t i o n o f S i s a l F i b e r s i n C o n c r e t e [ 1 4 ] . T h e s i s a l fi b e r s c o n d i t i o n e d i n s o l u t i o n w i t h a p H v a l u e i n e x c e s s o f 1 2 h a v e b e e n o b s e r v e d t o t u r n y e l l o w , w h i c h i n d i c a t e s a r e a c t i o n b e t w e e n t h e b u f f e r s o l u t i o n s O H ' i o n s a n d t h e l i g n i n i n t h e s i s a l fi b e r s [ 1 4 ] . F i b e r s s t o r e d i n w a t e r a l s o w e r e d i s c o l o r e d r e d a n d b l a c k w i t h t i m e , i n d i c a t i n g t h a t b a c t e r i a b r e a k d o w n t h e c o m p o n e n t s i n s i s a l fi b e r w h e n s t o r e d i n n e u t r a l s o l u t i o n . T h u s p H a l o n e d o e s n o t d e t e r m i n e w h e t h e r s i s a l fi b e r s d e c o m - p o s e o r n o t . T h e d e c o m p o s i t i o n o f fi b e r s t a k e s p l a c e m o r e r a p i d l y a t h i g h t e m p e r a t u r e s . S i s a l fi b e r s c o n d i t i o n e d i n c o n c r e t e p o r e w a t e r ( p H = 1 3 . 7 ) a t a t e m p e r a t u r e o f 7 0 d e g . C f o r 7 d a y s r e t a i n e d o n l y a b o u t 3 0 % ( t e s t e d d r y ) o f t h e i r o r i g i n a l d r y s t r e n g t h . W e t fi b e r s c o u l d e a s i l y b e p u l l e d a p a r t b y m e a n s o f fi n g e r f o r c e . G r a m ( 1 9 8 3 ) [ 1 4 ] h a s a l s o o b s e r v e d t h a t fi b e r s c o n d i t i o n e d i n s o l u t i o n s w i t h C a l c i u m i o n s a r e d e c o m p o s e d m o r e t h a n fi b e r s c o n d i - t i o n e d i n s o l u t i o n s o f S o d i u m a n d P o t a s s i u m i o n s w i t h h i g h e r p H v a l u e s . S i s a l fi b e r s a r e d e c o m p o s e d b i o l o g i c a l l y a n d s u f f e r a d e c r e a s e i n t e n s i l e s t r e n g t h i f t h e y a r e s t o r e d f o r a l o n g p e r i o d i n w a t e r . I n t h i s c a s e t h e y a r e d i s c o l o r e d r e d o r b l a c k . N o s u c h r e d o r b l a c k d i s c o l o r i n g o f s i s a l fi b e r s c o u l d b e n o t e d i n c o n c r e t e s p e c i m e n s r e i n f o r c e d w i t h s i s a l fi b e r s 2 8 t h a t w e r e c o n d i t i o n e d o u t d o o r s o r i n d o o r s i n v a r i o u s l a b o r a t o r y e n v i r o n m e n t s . I n t h e e v a l u a t i o n o f d u r a b i l i t y t e s t d a t a f o r fi b e r s s t o r e d i n s o l u t i o n s , i t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e c o m p l i c a t e d a l k a l i n e e n v i r o n m e n t t o w h i c h t h e fi b e r i s e x p o s e d t o i n t h e c e m e n t m a t r i x , a l t e r n a t i n g b e t w e e n m o i s t e n i n g a n d d r y i n g o u t , t h e s u p p l y o f o x y g e n , t h e t e m p e r a t u r e v a r i a t i o n s a n d t h e c h a n g e i n l o a d o n t h e fi b e r s d u e t o m o i s t u r e a n d t e m p e r a - t u r e m o v e m e n t s i n t h e c o m p o s i t e c a n n o t b e s i m u l a t e d r e a s o n a b l y w i t h s i m p l y s t o r i n g t h e fi b e r s i n a s o l u t i o n . I t i s t h u s i m p o r t a n t t o r e l y m o r e o n t h e d u r a b i l i t y t e s t d a t a g e n e r a t e d f o r t h e fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s . 2 . 3 . 7 M e c h a n i c a l B e h a v i o r T h e S t r e s s - s t r a i n p r o p e r t i e s o f a s i n g l e w o o d fi b e r p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n d e c i d i n g t h e p r o p e r t i e s o f c o m p o s i t e s [ 2 2 ] . F i g u r e 2 . 1 2 ( a ) s h o w s a fi b e r b e f o r e a n d a f t e r s t r a i n i n g ; t h e fi b e r a p p e a r s t o h a v e t w i s t e d u n d e r S t r a i n , e v e n t h o u g h i t s e n d s h a v e r e m a i n e d fi r m l y g l u e d t o t h e i r n o n - r o t a t i o n a l s u p p o r t s . A s i m i l a r b u t m o r e s t r i k i n g e x a m p l e i s S h o w n i n t h e s c a n n i n g e l e c t r o n r r r i c r o g r a p h o f a s t r a i n e d fi b e r ( F i g u r e 2 . 1 2 b ) . T h e d e v e l o p m e n t o f t h i s t w i s t e d a p p e a r a n c e h a s b e e n o b s e r v e d m a n y t i m e s u n d e r m i c r o s c o p e , a n d i t c a n b e e x p l a i n e d i n t e r m s o f t h e s t r u c t u r e o f w o o d fi b e r s a n d t h e t h e o r y o f b u c k l i n g o f o r t h o t r o p i c s h e l l s . W o o d fi b e r s a r e h o l l o w t u b e s c o m p o s e d o f l a y e r s o f c e l l u l o s i c p r o t o fi b e r s , e m b e d - d e d i n a m a t r i x o f h e r r r i c e l l u l o s e a n d l i g n i n . M o s t o f t h e c e l l w a l l m a t e r i a l i s c o n t a i n e d i n t h e S 2 l a y e r , t h e p r o t o fi b e r s o f w h i c h t r a c e a s t e e p S p i r a l a r o u n d t h e fi b e r . T h e w o o d fi b e r c a n t h u s b e c o n s i d e r e d a s s p i r a l l y w o u n d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e t u b e s . D e t a i l e d S t u d - i e s o f t h e p r o p e r t i e s o f s u c h t u b e s a n d t h e i r S t a b i l i t y u n d e r a x i a l t e n s i l e S t r a i n h a v e s h o w n t h a t , b e c a u s e o f t h e i n d u c e d S h e a r s t r e s s e s , b u c k l i n g c a n o c c u r . I t h a s b e e n S h o w n b o t h e x p e r i m e n t a l l y a n d t h e o r e t i c a l l y t h a t t h e m o d e o f b u c k l i n g i s a s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 2 . 1 2 c . T h e s i m i l a r i t y o f t h i s f o r m t o t h e o n e o b s e r v e d i n s i n g l e w o o d fi b e r i s a p p a r e n t . 2 9 ( c ) B u c k l i n g o f a S p i r a l l y W o u n d ' D u b e u n d e r A x i a l T e n s i l e S t r a i n . F i g u r e 2 . 1 2 B u c k l i n g o f W o o d F i b e r s U n d e r D i r e c t T e n s i o n [ 2 2 ] . 3 0 T e s t r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e s h a p e o f t h e s t r e s s - s t r a i n c u r v e t e n d s t o b e i n fl u e n c e d b y t h e o n s e t o f b u c k l i n g [ 2 2 ] . F i b e r s t h a t e x h i b i t e d n o o b s e r v a b l e b u c k l i n g h a d s u b s t a n - t i a l l y l i n e a r s t r e s s - s t r a i n r e l a t i o n s h i p s , b u t fi b e r s t h a t b u c k l e d g a v e s i g m o i d a l c u r v e s o f t h e f o r m s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 3 . T h e fi r s t a p p e a r a n c e o f b u c k l e d s h a p e c o i n c i d e d w i t h t h e y i e l d p o i n t o f t h e s t r e s s - s t r a i n c u r v e . B u c k l i n g t h e o r y p r e d i c t s t h a t t h e c r i t i c a l b u c k l i n g s t r e s s i s a f u n c t i o n o f t h e p r i n c i p l e e l a s t i c c o n s t a n t s a n d t h e fi b e r w a l l t h i c k n e s s . P r e l i m i n a r y d a t a i n d i c a t e t h a t t h e c r i t i c a l s t r e s s c a n b e p r e d i c t e d i n t h i s w a y a n d t h u s i t s e e m s t h a t a q u a n t i - t a t i v e a p p l i c a t i o n o f b u c k l i n g t h e o r y w i l l g i v e a m o r e d e s c r i p t i o n a l s t r e s s s t r a i n c u r v e . I 2 ' 1 o i n t o f b u c k l i n g S t r a i n ( % ) F i g u r e 2 . 1 3 S t r e s s - S t r a i n C u r v e s o f S p r u c e W o o d F i b e r s ( 1 . f o r a fi b e r t h a t d o e s n o t b u c k l e ; 2 . f o r a fi b e r t h a t b u c k l e s a t t h e p o i n t i n d i c a t e d ) [ 2 2 ] . T h e i m p l i c a t i o n s o f t h e fi n d i n g s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 3 a r e t e c h n o l o g i c a l l y i m p o r t a n t . T h e S t r e s s - s t r a i n c u r v e o f fi b e r s t h a t a r e p r e v e n t e d f r o m b u c k l i n g a r e q u i t e d i fi ‘ e r e n t f r o m t h o s e o f f r e e fi b e r s . T h u s , t h e d a t a o b t a i n e d f r o m i s o l a t e d fi b e r s m a y n o t b e d i r e c t l y a p p l i e d t o t h e b e h a v i o r i n t i g h t l y b o n d e d s t r u c t u r e s s u c h a s w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t . A c c o r d i n g t o C o u t t s e t a 1 . ( 1 9 8 4 ) [ 2 0 ] , a w o o d fi b e r h a s a b o u t t h e s a m e S t r e n g t h i n w e t a n d d r y c o n d i t i o n s , b u t i t s s t i f f n e s s i s a b o u t 1 0 t i m e s g r e a t e r w h e n d r i e d . T h e u s e r s o f w o o d fi b e r s s h o u l d b e a w a r e o f t h e r e l a t i v e l y w i d e s p e c t r u m o f v a l u e s f o r a n y g i v e n p r o p - e r t y , b o t h w i t h i n a g i v e n c l a s s o f fi b e r a n d b e t w e e n d i f f e r e n t c l a s s e s . F i b e r s c a n b e d e r i v e d f r o m l e a f , s t e m , o r w o o d , a n d t h e i r a g e o f g r o w t h a f f e c t s t h e v a l u e s o f fi b e r d i a m e t e r a n d 3 1 l e n g t h . W o o d fi b e r s a r e h o l l o w , a n d t h e c e n t r a l l u m e n v a r y i n s i z e a t v a r i o u s s t a g e s o f g r o w t h a n d a l s o m a y b e c o l l a p s e d t o s o m e d e g r e e ; t h u s a l t e r i n g t h e c r o s s s e c t i o n a l a r e a o f t h e fi b e r w i t h i n a g i v e n fi b e r t y p e . P e d e r s e n ( 1 9 8 0 ) [ 2 3 ] s u g g e s t s t h a t w o o d fi b e r s , i n s p i t e o f h a v i n g m a n y d e s i r a b l e c h a r a c t e r i s t i c s , a r e a l l n o t p o s i t i v e i n a l l r e s p e c t s . T h e m a i n p r o b l e m i s t h e i r a f fi n i t y t o m o i s t u r e , a n d c h a n g i n g p r o p e r t i e s f r o m d r y t o w e t ; w h i l e t h e y a r e r a t h e r s t i f f a n d h a r d t h e y a l s o d o g e t s o f t e r w i t h t i m e . 2 . 4 W O O D F I B E R P R E T R E A T M E N T I n o r d e r t o i m p r o v e t h e p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r s i n c e m e n t c o m p o s i t e s a n u m b e r o f m e c h a n i c a l a n d c h e m i c a l p r e t r e a t m e n t t e c h n i q u e s h a v e b e e n t r i e d w i t h d i f f e r e n t d e g r e e s o f s u c c e s s . M e c h a n i c a l p r e t r e a t m e n t i s g e n e r a l l y i n t h e f o r m o f b e a t i n g t h e fi b e r s t o e x p o s e t h e m i c r o fi b r i l s t o i m p r o v e t h e b o n d i n g o f f r e s h a n d h a r d e n e d c e m e n t p a s t e t o t h e fi b e r s [ 1 3 , 2 4 , 2 5 , 2 6 ] . T h e c h e m i c a l p r e t r e a t m e n t m a y i n v o l v e c o a t i n g o f t h e fi b e r w i t h a c o u p l i n g a g e n t t o i m p r o v e t h e b o n d i n g o f w o o d fi b e r s t o t h e c e m e n t m a t r i x , o r i t m a y b e t o p r o t e c t t h e fi b e r s a g a i n s t a l k a l i n e e n v i r o n m e n t o f c e m e n t a n d m o i s t u r e . T h e s e a p p r o a c h e s t o t h e p r e t r e a t m e n t o f w o o d fi b e r s a r e d i s c u s s e d b e l o w . 2 . 4 . 1 B e a t i n g o f W o o d F i b e r s A t y p i c a l b e a t i n g p r o c e s s i n v o l v e s s o a k i n g o f t h e d r y w o o d fi b e r l a p i n w a t e r f o r a f e w h o u r s . T h i s i s f o l l o w e d b y b e a t i n g p r o c e s s i n t h e l a b o r a t o r y u s i n g a v a l l e y b e a t e r o r d i s c r e fi n e r , o r i n p l a n t u s i n g a P F I m i l l t o d i s i n t e g r a t e a n d b e a t t h e w o o d fi b e r s [ 1 3 , 2 4 ] . T h e o p e r a t i o n c o n d i t i o n s d e c i d e t h e d e g r e e o f b e a t i n g a c h i e v e d f o l l o w i n g t h e p r o c e s s . T y p i c a l m i c r o g r a p h s o f u n b e a t e n w o o d fi b e r s ( o b t a i n e d i n l i g h t o p e r a t i o n c o n d i t i o n s o f v a l l e y b e a t e r ) a n d b e a t e n fi b e r s a r e s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 4 ( a ) a n d ( b ) [ 2 5 ] . T h e p r o c e s s o f b e a t i n g w o o d fi b e r s h a s t h r e e m a i n e f f e c t s . 1 . T h e fi b e r s s h o r t e n ( o f t e n a t n o d e s w h i c h a r e t h e p o i n t s o f w e a k n e s s ) . 2 . E x t e r n a l fi b r i l l a t i o n o c c u r s c a u s i n g p a r t i a l o r s o m e t i m e s t o t a l r e m o v a l o f t h e p r i - m a r y w a l l . 3 2 3 . I n t e r n a l fi b r i l l a t i o n o c c u r s c a u s i n g t h e fi b e r t o b e c o m e m o r e c o n f o r m a b l e . B e a t i n g o f fi b e r s h e l p i m p r o v e t h e m e c h a n i c a l b o n d i n g o f b e a t e n fi b e r s t o h a r d e n e d c e m e n t i t i o u s s u r f a c e . ( a ) U n b e a t e n F i b e r ( b ) B e a t e n F i b e r F i g u r e 2 . 1 4 T y p i c a l S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o g r a p h s S h o w i n g F i b r i l l a t i o n o f W o o d F i b e r s [ 2 5 ] . 2 . 4 . 2 S u r f a c e T r e a t m e n t b y C o u p l i n g A g e n t s B o n d i n g b e t w e e n t h e r e i n f o r c i n g fi b e r s a n d t h e m a t r i x h a s a n i m p o r t a n t e f f e c t o n t h e p e r f o r m a n c e o f a c o m p o s i t e m a t e r i a l . I f t h e s u r f a c e i s t o p l a y i t s d u a l r o l e o f t r a n s m i t t i n g t h e s t r e s s b e t w e e n t h e t w o f a c e s a n d i n c r e a s i n g t h e f r a c t u r e e n e r g y o f t h e c o m p o s i t e b y d e fl e c t i n g t h e c r a c k s a n d d e l o c a l i z i n g s t r e s s a t t h e c r a c k t i p , t h e n c o n t r o l o f i n t e r f a c i a l b o n d S t r e n g t h i s o f g r e a t i m p o r t a n c e [ 2 7 ] . C o u t t s e t a l . ( 1 9 7 9 ) [ 2 7 ] h a v e s t u d i e d m o d i fi c a t i o n o f fi b e r s u r f a c e u s i n g c o u p l i n g a g e n t s i n o r d e r t o m a k e t h e c h e m i c a l l y i n p a t i b l e fi b e r - c e m e n t c o m p o n e n t o f t h e c o m p o s i t e s y s t e m p r o d u c e a n i n t e r f a c i a l b o n d s t a b l e w i t h t i m e . T h e o p t i m i z a t i o n o f S t r e s s t r a n s f e r a c r o s s t h e i n t e r f a c e i n v o l v e s m o r e t h a n i m p r o v i n g t h e a d h e s i o n . T h e f r a c t u r e e n e r g y o f t h e m a t e r i a l i s o f t e n d e c r e a s e d b y i m p r o v i n g t h e a d h e s i o n s u c h t h a t , a n i n c r e a s e i n s t r e n g t h 3 3 a n d m o d u l u s o f a c o m p o s i t e w o u l d b e a c c o m p a n i e d b y d e c r e a s i n g i t s t o u g h n e s s . E v e n t h o u g h m a x i m u m s t r e n g t h r e q u i r e s s t r o n g a d h e s i o n a n d m a x i m u m t o u g h n e s s r e q u i r e s w e a k a d h e s i o n . C o m p o s i t e s p r e p a r e d w i t h s u i t a b l e c o m p o n e n t s c a n c o m b i n e s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s t o a c o n s i d e r a b l e d e g r e e . T h e i n t e r f a c i a l b o n d S t r e n g t h i n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s d e p e n d s o n t h e fi b e r s u r f a c e t r e a t m e n t . L i g n i fi e d w o o d fi b e r c o n t a i n s a t i t s s u r f a c e c o v a l e n t h y d r o x y l ( O H ' ) g r o u p s . T h e p u r e l y o r g a n i c s u r f a c e i s u n l i k e l y t o b e c o m p a t i b l e w i t h t h e i n o r g a n i c p o l y m e r s p r e s e n t i n t h e c e m e n t m a t r i x ( s i l i c a t e s , a l u r r r i n a t e s a n d t o a l e s s e r e x t e n t f e r r i t e s o f c a l c i u m ) . F o r t h i s r e a s o n a c o u p l i n g a g e n t w h i c h p r o m o t e s a d h e s i o n b e t w e e n t h e fi b e r s u r f a c e a n d t h e m a t r i x i s d e s i r a b l e . T h e c o u p l i n g a g e n t w o u l d a c t a s a l i n k b e t w e e n fi b e r a n d m a t r i x b y t h e f o r m a t i o n o f a c h a i n o f c o v a l e n t c h e m i c a l b o n d s . T h i s n e c e s s i t a t e s t h e c o u p l i n g a g e n t p o s s e s s i n g c h e m i c a l f u n c t i o n a l i t y w h i c h c a n a c c o m m o d a t e a c h e m i c a l r e a c t i o n w i t h b o t h fi b e r a n d t h e m a t r i x . L i k e w i s e , i f t h e t h e o r y i s a p p l i c a b l e o n l y a s m a l l a m o u n t o f t h e c o u p l i n g a g e n t s h o u l d b e r e q u i r e d . A p o s s i b l e c o u p l i n g m e c h - a n i s m i s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 5 . F i g u r e 2 . 1 5 P o s s i b l e C o u p l i n g M e c h a n i s m [ 2 7 ] . C o u t t s e t a l . ( 1 9 7 9 ) [ 2 7 ] h a v e e x a m i n e d a r a n g e o f i n o r g a n i c t i t a n i u m d e r i v a t i v e s c o n t a i n i n g f u n c t i o n a l g r o u p s t h e o r e t i c a l l y c a p a b l e o f r e a c t i n g c h e m i c a l l y w i t h b o t h w o o d fi b e r a n d m a t r i x a n d s o p r o v i d i n g a b r i d g e o f p r i m a r y c h e m i c a l b o n d s a t t h e i n t e r f a c e ; T h e e f f e c t t h e s e c o m p o u n d s h a v e h a d o n t h e w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t i s r e p o r t e d b y C o u t t s e t a l . ( 1 9 7 9 ) [ 2 7 ] a l o n g w i t h t h e r e s u l t s f r o m a r a n g e o f c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e c o u p l i n g a g e n t s . 3 4 T h e c o u p l i n g a g e n t s u s e d i n c l u d e a r a n g e o f a l k o x i d e s o f t i t a n i u m ( R S C l - R S C 4 ) w h i c h c o n t a i n e d a t l e a s t t w o a l k o x i d e g r o u p s , e n a b l i n g r e a c t i o n w i t h t h e o r g a n i c h y d r o x y l g r o u p s o n t h e fi b e r t o t a k e p l a c e . S e v e r a l c o m m e r c i a l t i t a n a t e c o u p l i n g a g e n t s ( G T D O P P - 1 3 8 8 , T T S , T T M D T P - S S a n d T I ‘ O P P - 3 8 8 ) w e r e a l s o u s e d . T h e m o s t e x t e n s i v e r a n g e o f c o u p l i n g a g e n t s u s e d i n t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s a r e s i l a n e s a n d t h r e e s u c h c o u p l i n g a g e n t s h a v e a l s o b e e n i n c l u d e d i n t h e S t u d y a l o n g w i t h t w o b i s ( c y c l o p e t a d i e x y l ) m e t a l d i h a l i d e s . T h e s i l a n e s ( Z - 1 2 2 5 , Z - 6 0 3 1 a n d Z - 6 0 4 0 ) a r e c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e , a n d s o a r e C P 2 T 1 C 1 2 a n d C P 2 V C 1 2 . T h e t e s t r e s u l t s S h o w e d v a r i e d d e g r e e s o f s u c c e s s d e p e n d i n g o n t h e t y p e o f c o u p l i n g a g e n t u s e d . 2 . 4 . 3 P r o t e c t i v e C o a t i n g o f W o o d F i b e r s A n i m p o r t a n t f a c t o r c a u s i n g t h e d e c o m p o s i t i o n o f w o o d fi b e r s i n c o n c r e t e i s t h e c h e m i c a l a t t a c k b y a l k a l i n e p o r e w a t e r i n c o n c r e t e . O n e w a y o f a v o i d i n g o r d e l a y i n g t h i s d e c o m p o s i t i o n c o u l d b e t o i m p r e g n a t e t h e fi b e r s w i t h a g e n t s w h i c h r e a c t w i t h c e r t a i n fi b e r c o m p o n e n t s a n d b u i l d u p c o m p o n e n t s w h i c h a r e d i f f i c u l t t o d i s s o l v e i n a n a l k a l i n e e n v i - r o n m e n t . T h e i m p r e g n a t i o n v a r i a b l e s a r e t h e i m p r e g n a t i o n a g e n t , d u r a t i o n , t e m p e r a t u r e a n d s e q u e n c e ( w h e n m u l t i p l e a g e n t s a r e u s e d ) . T h e a g e n t s c a n b e d i v i d e d i n t o t w o c a t e g o — r i e s . O n e g r o u p o f a g e n t s w e r e e x p e c t e d t o c o n t r i b u t e t o b l o c k i n g a n y p o s s i b l e r e a c t i o n b e t w e e n t h e fi b e r s a n d t h e s u r r o u n d i n g c o m p o n e n t s . T h e o t h e r g r o u p o f a g e n t s w e r e e x p e c t e d t o h a v e a w a t e r r e p e l l a n t e f f e c t . G r a m ( 1 9 8 3 ) [ 1 4 ] r e p o r t s i m p r e g n a t i o n a g e n t s a p p l i e d t o n a t u r a l fi b e r s ( S i s a l a n d c o i r ) w i t h a r e l a t i v e l y s m a l l d e g r e e o f s u c c e s s . T h e i m p r e g n a t i o n a g e n t s u s e d w e r e 1 . B l o c k i n g a g e n t s : P h o t o c h e m i c a l , B a r i u m N i t r a t e , S o d i u m C h l o r i d e , e t c . 2 . W a t e r R e p e l l a n t A g e n t s : P o l y v i n y l D i c h l o r i d e , C h r o m i u m S t e r a t e , S t e r i c A c i d , e t c . 3 . C o m b i n a t i o n o f B l o c k i n g a n d W a t e r R e p e l l a n t A g e n t s I m p r e g n a t i o n a g e n t s s h o w e d r e l a t i v e l y s m a l l i m p r o v e m e n t s i n s t r e n g t h a n d t o u g h - n e s s . C H A P T E R 3 W O O D F I B E R - C E M E N T M I X P R O P O R T I O N I N G A N D M A N U F A C T U R E T h i s s e c t i o n d e s c r i b e s t h e c o n s t i t u e n t s o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s , a n d p r e - s e n t s t h e m i x p r o p o r t i o n s g e n e r a l l y u s e d w i t h d i f f e r e n t m a n u f a c t u r i n g t e c h n i q u e s . A n o v e r v i e w o f t h e s e m a n u f a c t u r i n g t e c h n i q u e s a r e a l s o p r e s e n t e d . 3 . 1 M I X C O N S T I T U E N T S T h e b a s i c c o n s t i t u e n t s o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s a r e w o o d fi b e r a n d c e m e n - t i t i o u s b i n d e r ( c e m e n t , s o m e t i m e s c o m b i n e d w i t h p o z z o l a n i c m a t e r i a l s ) . F i n e a g g r e g a t e s ( e . g . g r o u n d s i l i c a ) a r e a l s o g e n e r a l l y b e u s e d i n w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s [ 3 ] . W a t e r i s o b v i o u s l y a n o t h e r c o n s t i t u e n t o f t h e w o o d fi b e r - c e m e n t m i x t u r e . T h e t y p e s a n d p r o p o r - t i o n s o f m i x c o n s t i t u e n t s w o u l d d e p e n d o n t h e fi b e r t y p e a n d v o l u m e c o n t e n t , a n d a l s o t h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s ( s l u r r y - d e w a t e r i n g , m o l d i n g , e t c . ) a n d t h e m e t h o d o f c u r i n g ( i n a i r , a u t o c l a v e , e t c . ) . I n t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f p r o d u c t i o n a fl o c c u l a t i n g a g e n t i s g e n - e r a l l y a d d e d t o t h e r r r i x a s a p r o c e s s i n g a i d . I t i s i m p o r t a n t t o o p t i m i z e t h e m i x c o n s t i t u e n t s a n d t h e i r p r o p o r t i o n s , a s w e l l a s t h e t y p e s a n d v a r i a b l e s o f t h e m a n u f a c t u r i n g a n d c u r i n g t e c h n i q u e s i n o r d e r t o p r o d u c e c o m p o s i t e s w i t h d e s i r a b l e d u r a b i l i t y , s t r e n g t h a n d t o u g h - n e s s c h a r a c t e r i s t i c s . 3 . 2 M I X P R O P O R T I O N I N G A N D M A N U F A C T U R I N G T E C H N I Q U E S T h e r e a r e t w o d o m i n a n t m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s e s f o r w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s : m o l d i n g a n d S l u r r y - d e w a t e r i n g [ 3 ] . T h e m o l d i n g p r o c e d u r e i s p e r f o r m e d s i m - i l a r t o t h e c o n s t r u c t i o n o f c o n v e n t i o n a l m o r t a r , a n d i t b a s i c a l l y i n v o l v e s t h e m i x i n g o f t h e c o n s t i t u e n t s a n d m o l d i n g t h e m w h i l e c o m p a c t i o n i s a c h i e v e d t h r o u g h e x t e r n a l v i b r a t i o n . 3 5 3 6 I n S l u r r y - d e w a t e r i n g a p p r o a c h , o n t h e o t h e r h a n d , fi r s t a s l u r r y o f h i g h w a t e r c o n t e n t w i t h o t h e r m i x c o n s t i t u e n t s i s p r o d u c e d , a n d t h e n t h e e x t r a w a t e r i s r e m o v e d a n d c o m p a c t i o n i s a c h i e v e d t h r o u g h v a c u u m i n g a n d p r e s s u r i n g o f t h e s l u r r y . S l u r r y - d e w a t e r i n g i s t h e d o m i - n a n t m e t h o d f o r c o m m e r c i a l p r o d u c t i o n o f t h i n - s h e e t fi b r o u s c e m e n t p r o d u c t s r e i n f o r c e d w i t h w o o d fi b e r s . T h e e x a c t p r o p o r t i o n s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s d e p e n d o n a n u m b e r o f f a c t o r s , i n c l u d i n g t h e a d o p t i o n o f e i t h e r t h e m o l d i n g o r s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h - n i q u e f o r t h e m a n u f a c t u r e o f c o m p o s i t e m a t e r i a l . A d i s c u s s i o n o n t h e m a n u f a c t u r i n g p r o - c e d u r e s a n d t h e w o o d fi b e r c e m e n t m i x p r o p o r t i o n s a s s o c i a t e d w i t h t h e m a r e g i v e n b e l o w . 3 . 2 . 1 M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s T h i s m e t h o d o f w o o d fi b e r c e m e n t c o n s t r u c t i o n i s S i m i l a r t o c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e m a n u f a c t u r e , i n v o l v i n g b a s i c a l l y t h e m i x i n g o f m i x c o n s t i t u e n t s a n d c o m p a c t i n g i n s i d e m o l d s t h r o u g h v i b r a t i o n . T h e w a t e r c o n t e n t s h o u l d b e k e p t l o w i n o r d e r t o e n s u r e d e s i r a b l e h a r d e n e d m a t e r i a l p r o p e r t i e s . T h e r e a r e l i m i t s o n t h e v o l u m e f r a c t i o n o f fi b e r s t h a t c a n b e d i s p e r s e d i n s i d e c e m e n t i t i o u s m i x t u r e s w h e n t h e m o l d i n g p r o c e d u r e i s u s e d f o r m a n u f a c - t u r i n g . C a r e s h o u l d b e t a k e n i n s e l e c t i n g t h e m i x c o n s t i t u e n t s a n d p r o p o r t i o n s f o r a c h i e v - i n g d e s i r a b l e l e v e l s o f fi b e r d i s p e r s a b i l i t y a n d f r e s h m i x w o r k a b i l i t y w i t h r e a s o n a b l e h a r d e n e d m a t e r i a l p r o p e r t i e s . M o l d e d w o o d fi b e r c e m e n t s m a y b e c u r e d i n a i r o r m o i s t c o n d i t i o n s a t a m b i e n t t e m p e r a t u r e s , o r t h e y m a y a l s o b e a u t o c l a v e d . C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 3 ) [ 1 8 ] a n d C a m p b e l l e t a l . ( 1 9 8 0 ) [ 2 8 ] h a v e r e p o r t e d o n t h e m a n u - f a c t u r e o f m o l d e d w o o d fi b e r - c e m e n t u s i n g h i g h t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p . T h e m a t r i x w a s s i m p l y a c e m e n t p a s t e w i t h a w a t e r - c e m e n t r a t i o o f 0 . 4 0 , a n d fi b e r s w e r e a d d e d t o t h i s m a t r i x a t a w e i g h t f r a c t i o n o f 1 . 7 % ( c e m e n t : w a t e r : fi b e r b y w e i g h t r a t i o o f 4 0 : 1 6 : 1 ) , w h i c h i s e q u i v a l e n t t o a v o l u m e f r a c t i o n o f a b o u t 3 . 3 % . C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 3 ) [ 1 8 ] a n d C a m p b e l l e t a l . ( 1 9 8 0 ) [ 2 8 ] h a v e r e p o r t e d o n t h e m a n u f a c t u r e o f m o l d e d w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s w i t h u p t o 8 % w e i g h t f r a c t i o n o f w o o d fi b e r s . K r a f t a n d g r o u n d w o o d p u l p s a l s o c a n b e u s e d i n t h e p r o d u c t i o n o f m o l d e d w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s , w i t h t h e c o n d i t i o n t h a t t h e s e p u l p s s h o u l d b e s o a k e d i n w a t e r a n d t h e n d i s p e r s e d i n a h i g h - s p e e d m i x e r b e f o r e b e i n g a d d e d t o t h e c e m e n t p a s t e . T h e w o o d fi b e r - c e m e n t m i x t u r e i s u s u a l l y m i x e d i n a h e a v y d u t y p a d d l e m i x e r f o r a b o u t 5 m i n u t e s , a n d i s t h e n p l a c e d i n s t e e l 3 7 m o l d s a n d h a n d t r o w e l l e d t o a fl a t s u r f a c e . A l l t h e m o l d e d s p e c i m e n s w e r e c u r e d i n C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 3 ) [ 1 8 ] a n d C a m p b e l l e t a l . ( 1 9 8 0 ) [ 2 8 ] f o r 2 4 h o u r s u n d e r p o l y e t h y l e n e s h e e t s , a n d w e r e t h e n r e m o v e d f r o m t h e m o l d s , d a m p e n e d w i t h w a t e r a n d w r a p p e d i n p o l y e t h y l e n e f o r 6 d a y s . T h e s a m p l e s w e r e t h e n u n w r a p p e d a n d a i r c u r e d . M o l d e d c o m p o s i t e s a r e g e n e r a l l y u s e d f o r r e s e a r c h p u r - p o s e s . A n i m p o r t a n t c o n s i d e r a t i o n i n t h e m a n u f a c t u r e o f m o l d e d w o o d fi b e r c e m e n t c o m - p o s i t e s i s r e l a t e d t o p r e v e n t i n g t h e b a l l i n g o f fi b e r s d u r i n g m i x i n g i n o r d e r t o a c h i e v e a u n i f o r m d i s p e r s i o n o f fi b e r s . T h i s w a s t h e m a i n r e a s o n w h y k r a f t fi b e r s h a d t o b e s l u s h e d i n w a t e r b e f o r e m i x i n g w i t h c e m e n t ( a n d s t i l l s h o w e d s o m e c l u m p i n g t e n d e n c i e s , e s p e - c i a l l y i n c e m e n t p a s t e s w i t h l o w e r w a t e r - c e m e n t r a t i o s ) . T h e l i g n i n - c o a t e d A s p l u n d fi b e r s w e r e m o r e d i s p e r s i b l e a n d c o u l d b e a d d e d d i r e c t l y t o t h e m i x ; a l t h o u g h t h e y a l s o S h o w e d s o m e c l u m p i n g t e n d e n c i e s a t h i g h e r fi b e r c o n c e n t r a t i o n s . I n g e n e r a l , f o r e a c h fi b e r t y p e a n d m a t r i x r r r i x c o m p o s i t i o n , t h e r e i s a l i m i t o n fi b e r c o n c e n t r a t i o n t h a t c a n b e c o n v e - n i e n t l y i n c o r p o r a t e d i n t o t h e m i x t u r e w i t h o u t m a j o r fi b e r c l u m p i n g . C o u t t s e t a l . ( 1 9 7 9 ) [ 2 7 ] h a s r e p o r t e d o n t h e u s e o f w o o d fi b e r s t r e a t e d w i t h c o u p l i n g a g e n t s i n t h e m a n u f a c t u r e o f w o o d fi b e r c e m e n t c o m p o s i t e s b y t h e m o l d i n g m e t h o d . T h e p r e t r e a t m e n t b a s i c a l l y i n v o l v e d t h e i m m e r s i o n o f fi b e r s i n s o l u t i o n s o f c o u p l i n g a g e n t s i n m e t h a n o l o r e t h a n o l a n d t h e n d r y i n g t h e fi b e r s b e f o r e t h e y w e r e a d d e d t o t h e m i x . I n s o m e c a s e s t h e t r e a t m e n t s w e r e p e r f o r m e d u s i n g a q u e o u s s o l u t i o n s o f t h e c o u p l i n g a g e n t , w h i c h w e r e u s e d e i t h e r t o p r e c o a t t h e fi b e r s ( a n d t h e n a d d e d t o t h e m i x t o g e t h e r w i t h fi b e r s ) o r w e r e a d d e d d i r e c t l y t o t h e m i x . A n o t h e r a p p r o a c h t o t h e i m p r o v e m e n t o f t h e o v e r a l l p r o p . e r t i e s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s , e s p e c i a l l y b o n d S t r e n g t h , f r a c t u r e t o u g h n e s s , i r n p e r m e a b i l i t y a n d w o r k a b i l i t y , i s t h r o u g h a d d i t i o n o f o r g a n i c p o l y m e r s t o t h e m i x t u r e s . 3 . 2 . 2 S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s I n t h e S l u r r y — d e w a t e r i n g t e c h n i q u e t h e w o o d fi b e r - c e m e n t p r o d u c t i s f o r m e d f r o m a d i l u t e s l u r r y ( a b o u t 2 0 % s o l i d s o f fi b e r - c e m e n t o r fi b e r - m o r t a r ) [ 1 , 2 ] . T h e e x c e s s w a t e r i s r e m o v e d f r o m t h e s h i n y t h r o u g h t h e a p p l i c a t i o n o f s u c t i o n a n d p r e s s u r e . T h e s l u r r y - d e w a - t e r e d w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s a r e g e n e r a l l y c u r e d u s i n g h i g h - p r e s s u r e s t e a m ( a u t o - 3 8 c l a v e ) . C u r i n g m a y a l s o b e a c h i e v e d i n a i r o r m o i s t e n v i r o n m e n t s . T h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e i s t h e o n e a d o p t e d f o r t h e c o m m e r c i a l m a n u f a c t u r e o f t h i n - s h e e t w o o d fi b e r c e m e n t p r o d u c t s . T h e s p e c i fi c p r o c e d u r e f o r c o m m e r c i a l u s e i s r e f e r r e d t o a s t h e H a t s c h e k m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s . T h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e h a s a l s o b e e n u s e d t o m a n u f a c t u r e a s b e s t o s c e m e n t a n d p o l y m e r t h i n - s h e e t a n d p i p e p r o d u c t s . A n a l t e r n a t i v e m a n u f a c t u r i n g m e t h o d , s p r a y - s u c t i o n , h a s f o u n d p o p u l a r i t y i n t h e p r o d u c t i o n o f g l a s s fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s - i t e s . I n t h e s p r a y s u c t i o n t e c h n i q u e a c e m e n t s l u r r y w i t h a w a t e r - c e m e n t r a t i o o f a b o u t 0 . 6 i s S p r a y e d t o g e t h e r w i t h fi b e r s o n t o a m o l d w i t h a p e r m e a b l e b a s e . T h e S l u r r y a n d t h e fi b e r s a r e a c t u a l l y S p r a y e d f r o m t w o n o z z l e s , a n d t h e m i x i n g t a k e s p l a c e a t t h e m o l d . T h e w a t e r i s r e m o v e d f o l l o w i n g s p r a y i n g b y s u c t i o n , w i t h t h e fi n a l w a t e r - c e m e n t r a t i o r e a c h - i n g 0 . 2 5 t o 0 . 3 0 . A c r i t i c a l f a c t o r i n s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n o f t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e i s t h e a b i l i t y o f fi b e r s t o r e t a i n c e m e n t p a r t i c l e s d u r i n g t h e a p p l i c a t i o n o f a r e l a t i v e l y s m a l l s u c - t i o n f o r c e . A s b e s t o s fi b e r s a r e i d e a l f o r r e t a i n i n g c e m e n t p a r t i c l e s . S o f t w o o d k r a f t w o o d fi b e r s a l s o w o r k r a t h e r s a t i s f a c t o r i l y t o p r e v e n t r e m o v a l o f c e m e n t p a r t i c l e s d u r i n g s u c t i o n . C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 3 ) [ 3 ] r e p o r t s t h a t u n t r e a t e d s o f t w o o d A s p l u n d fi b e r s c a n n o t r e t a i n s u fi i — c i e n t c e m e n t f o r t h e m a n u f a c t u r e o f w o o d fi b e r - c e m e n t s h e e t s . D e fi b r i l l a t i o n t h r o u g h b e a t - i n g , o r p o s s i b l y s o m e c h e m i c a l t r e a t m e n t s , c a n b e u s e d t o i m p r o v e t h e a b i l i t y o f fi b e r s t o r e t a i n c e m e n t p a r t i c l e s d u r i n g s u c t i o n . A d d i t i o n o f a s m a l l d o s a g e o f fl o c c u l e n t ( e . g . 1 % d i l u t e d a n i o n i c p o l y a c r y l a m i d e ) t o t h e m i x t u r e c o n s i d e r a b l y r e d u c e t h e a m o u n t o f c e m e n t fi n e s p a s s i n g t h r o u g h t h e s c r e e n s d u r i n g d e w a t e r i n g . F l o c c u l a t i n g a g e n t h e l p s t o a c h i e v e a g g l o m e r a t i o n o f c e m e n t s o l i d s i n t h e s l u r r y . T w o c a t e g o r i e s o f S l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e h a v e b e e n u s e d i n c o n j u n c t i o n w i t h w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e m a t e r i a l s : c o n t i n u o u s ( M o d i fi e d ) H a t s c h e k p r o c e s s f o r c o m - m e r c i a l m a n u f a c t u r e , a n d b a t c h - t y p e ( r e d u c e d s c a l e ) s i m u l a t i o n o f t h e H a t s c h e k p r o c e s s f o r u s e i n l a b o r a t o r y . T h e s e t w o t e c h n i q u e s a r e d e s c r i b e d b e l o w . 3 . 2 . 2 . 1 C o n t i n u o u s ( M o d i f i e d ) H a t s c h e k P r o c e s s f o r C o m m e r c i a l M a n u f a c t u r e o f W o o d F i b e r - C e m e n t P r o d u c t s C o u t t s ( 1 9 8 8 ) [ 1 ] , C o u t t s ( 1 9 8 3 ) [ 2 ] a n d P e d e r s e n ( 1 9 8 0 ) [ 2 3 ] h a v e r e p o r t e d c o m - 3 9 m e r c i a l m a n u f a c t u r e o f t h i n - s h e e t w o o d fi b e r c e m e n t p r o d u c t s u s i n g a S l i g h t l y m o d i fi e d v e r s i o n o f t h e H a t s c h e k p r o c e s s d e v e l o p e d o r i g i n a l l y f o r t h e m a n u f a c t u r e o f a s b e s t o s c e m e n t p r o d u c t s . T h e s l u r r y u s e d i n t h e H a t s c h e k p r o c e s s h a s a s o l i d c o n t e n t o f o n l y 1 0 - 2 0 % . A s c h e - m a t i c i l l u s t r a t i o n o f t h e H a t s c h e k p r o c e s s i s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 . T h i s d i l u t e s l u r r y o f fi b e r s , c e m e n t a n d s i l i c a i s f e d i n t o a t a n k c o n t a i n i n g a n u m b e r o f s c r e e n c y l i n d e r s , w h i c h p i c k u p a v e n e e r o f t h e f o r m u l a u ' o n a n d b u i l d u p a p l y o f t h e p r o d u c t o n a f e l t b a n d o r s c r e e n ; t h e p l y p a s s e s o v e r a v a c u u m b o x w h e r e t h e w a t e r c o n t e n t i s r e d u c e d . T h e p l y i s s u b s e q u e n t l y l a m i n a t e d o n a n a c c u m u l a t o r r o l l o r c a l e n d a r u n t i l t h e d e s i r e d t h i c k n e s s i s r e a c h e d a n d a t t h i s p o i n t a c u t t i n g w i r e c u t s t h e s h e e t , w h i c h i s t h e n u s u a l l y c o n v e y e d t o a n a u t o c l a v e t o b e c u r e d u n d e r h i g h - p r e s s u r e s t e a m . F i g u r e 3 . 1 T h e H a t s c h e k P r o c e s s f o r t h e M a n u f a c t u r e o f F i b e r - C e m e n t S h e e t s [ 2 ] . A n i m p o r t a n t r o l e o f w o o d fi b e r s d u r i n g t h e H a t s c h e k m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s i s t o p r e v e n t c e m e n t p a r t i c l e s f r o m b e i n g r e m o v e d d u r i n g t h e fi l t e r i n g o f t h e s l u r r y t h r o u g h a w i r e m e s h . F o r t h i s p u r p o s e , a “ p i c k u p e f f e c t ” ( a d h e s i o n ) b e t w e e n c e m e n t p a r t i c l e s a n d fi b e r s i s e s s e n t i a l . I n c a s e t h e fi b e r c a n n o t p r e v e n t c e m e n t p a r t i c l e s f r o m b e i n g r e m o v e d u n d e r t h e v a c u u m a c t i o n , t h e S h e e t w i l l d e v e l o p a d e fi c i e n c y o f b i n d e r a n d t h e fi n a l p r o d - u c t w i l l h a v e a t e n d e n c y t o a b s o r b a n e x c e s s a m o u n t o f m o i s t u r e ( a s a r e s u l t o f t h e t e n - d e n c y i n e x p o s e d u n p r o t e c t e d w o o d fi b e r s t o a b s o r b m o i s t u r e ) . T h e t e n d e n c y t o w a r d s l e a v i n g t h e s l u r r y u n d e r v a c u u m a l s o e x i s t s i n t h e c a s e o f s a n d p a r t i c l e s . 4 0 S o m e w o o d fi b e r s a r e n o t p a r t i c u l a r l y e f f e c t i v e i n p r e v e n t i n g c e m e n t a n d s a n d p a r t i - c l e s f r o m b e i n g e v a c u a t e d d u r i n g d e w a t e r i n g b y s u c t i o n [ 1 , 2 ] . T h e o p e n n a t u r e o f t h e w o o d fi b e r w e b s m a y p e r m i t a r a p i d d r a i n a g e a n d l o s s o f m a t r i x p a r t i c l e s , r e s u l t i n g i n p o o r p r o d u c t S t r e n g t h . T h e r e d u c t i o n i n d r a i n a g e r a t e o f t h e s l u r r y w o u l d b e e fi ‘ e c t i v e i n m i n i - m i z i n g t h e l o s s o f s o l i d s . T h i s c o u l d b e a c h i e v e d b y u s i n g l e s s w a t e r i n t h e s l u r r y o r t h r o u g h fi b r i l l a t i n g t h e fi b e r s . T h e fi r s t o p t i o n w a s r u l e d o u t i n C S I R O ( 1 9 8 1 ) [ 4 ] a n d C o u t t s ( 1 9 8 3 ) [ 2 ] b e c a u s e i t c o u l d n o t b e a d o p t e d i n t h e H a t s c h e k m e t h o d . F i b r i l l a t i o n o f w o o d fi b e r s , h o w e v e r , e n a b l e d t h e m t o f o r m a w e b c a p a b l e o f r e t a i n i n g t h e p a r t i c u l a t e m a t r i x c o n t a i n i n g fl o c c u l a t i n g a g e n t , w h i l s t S t i l l m a i n t a i n i n g a s u f fi c i e n t d r a i n a g e r a t e . T h e fi b r i l l a t i o n o f w o o d fi b e r s i n l a r g e s c a l e f o r u s e w i t h H a t s c h e k m a c h i n e c a n b e a c h i e v e d t h r o u g h p r o c e s s i n g fi b e r s t h r o u g h a m i l l r e fi n e r . 3 . 2 . 2 . 2 L a b o r a t o r y S c a l e S l u r r y - D e w a t e r i n g M e t h o d f o r t h e M a n u f a c t u r e o f W o o d F i b e r - C e m e n t P r o d u c t s C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 1 3 ] , C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 5 ] , C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 2 9 ] a n d C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 3 0 ] h a v e r e p o r t e d i n v e s t i g a t i o n s i n v o l v i n g s m a l l s c a l e s i m u l a t i o n s o f t h e H a t s c h e k p r o - c e s s t o s u i t l a b o r a t o r y f a c i l i t i e s . T h e l a b o r a t o r y s c a l e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d s g e n e r a l l y c o n s i s t o f t h e f o l l o w i n g s t e p s : ( 1 ) a w e i g h e d d r y l a p o f w o o d fi b e r i s s o a k e d i n w a t e r f o r a m i n i u m p e r i o d o f 4 h o u r s ; ( 2 ) a B r i t i s h S t a n d a r d d i s i n t e g r a t o r i s u s e d a t 3 0 0 0 c o u n t e r r e v - o l u t i o n s t o d e fi b r i l l a t e w o o d fi b e r s ; ( 3 ) t h e w o o d fi b e r s a r e r e fi n e d i n a v a l l e y b e a t e r w i t h a b e d - l o a d o f 2 . 5 k g ( 5 . 5 l b ) a t a fi b e r c o n c e n t r a t i o n o f a b o u t 1 5 . 7 g m / l i t e r ( 0 . 0 0 9 l b / g a l l o n ) o f w a t e r . T h e r e fi n e m e n t c o u l d a l s o b e a c h i e v e d t h r o u g h t h e u s e o f a l a b o r a t o r y s i z e d i s c r e fi n e r . R e fi n e d w o o d fi b e r s w i t h C a n a d i a n S t a n d a r d F r e e n e s s r a n g i n g f r o m 1 0 0 - 5 5 0 h a v e b e e n u s e d i n t h e l a b o r a t o r y m a n u f a c t u r e o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e fi b e r s p r e - p a r e d a s m e n t i o n e d a b o v e a r e t h e n m i x e d i n a s l u r r y o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 % s o l i d s , w i t h t h e s l u r r y t y p i c a l l y h a v i n g e q u a l p r o p o r t i o n s o f c e m e n t a n d fi n e l y g r o u n d S i l i c a ; fi b e r m a s s ‘ f r a c t i o n s w i t h r e s p e c t t o d r y w e i g h t o f c o n s t i t u e n t s t y p i c a l l y r a n g e f r o m 2 t o 1 4 % . C o u t t s ( 1 9 8 6 ) [ 1 9 ] s u g g e s t s t h a t r e l a t i v e l y h i g h - c o n s i s t e n c y s l u r r i e s ( a b o u t 5 0 % s o l i d s ) a r e n e e d e d i n c a s e o f h i g h - t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l w o o d fi b e r s i n o r d e r t o e l i m i n a t e s e t t l i n g o f t h e m a t r i x a n d fi b e r s d u r i n g s a m p l e p r e p a r a t i o n . T h e s e fi b e r s h a v e b e e n d r a i n e d o f e x c e s s w a t e r a f t e r b e i n g d i s i n t e g r a t e d t o a m o i s t u r e c o n t e n t g r e a t e r t h a n 7 5 % , a n d t h e i r h i g h - c o n s i s t e n c y s l u r r y h a s b e e n m i x e d i n a h e a v y d u t y p a d d l e m i x e r . 4 1 A r e l a t i v e l y s m a l l d o s a g e o f 1 % d i l u t e d fl o c c u l e n t ( a n i o n i c p o l y a c r y l a r r r i d e ) h a s b e e n a d d e d t o e a c h c o m p o s i t e m i x . F l o c c u l a t i n g a g e n t h e l p s t o a c h i e v e a g g l o m e r a t i o n o f c e m e n t s o l i d s i n t h e s l u r r y , a n d r e d u c e s t h e a m o u n t o f c e m e n t s o l i d s t h a t w o u l d b e l o s t t h r o u g h t h e fi l t e r i n g s c r e e n s d u r i n g v a c u u m - d e w a t e r i n g [ 8 , 3 1 ] . T h e m i x t u r e , a f t e r S t i r r i n g f o r 5 r r r i n u t e s , i s p o u r e d i n a n e v a c u a b l e c a s t i n g b o x 1 2 5 x 1 2 5 m m ( 5 x 5 i n ) a n d d i s t r i b u t e d o v e r t h e s c r e e n . T h e v a c u u m p u m p i s t h e n s w i t c h e d o n a n d w a t e r d r a w n o f f u n t i l t h e S h e e t a p p e a r s d r y o n t h e s u r f a c e . I t i s t h e n fl a t t e n e d c a r e f u l l y w i t h a t a m p e r . A v a c u u m o f 6 0 k P a g ( 8 . 7 p s i g ) h a s b e e n a p p l i e d f o r 2 m i n u t e s . T h e s h e e t i s t h e n r e m o v e d o n t h e fi l t e r s c r e e n . T h e s h e e t t o g e t h e r w i t h t h e s c r e e n a r e s t o r e d b e t w e e n t w o S t e e l p l a t e s a n d t h e p r o c e d u r e i s r e p e a t e d u n t i l a s t a c k o f 6 s h e e t s a r e p r e p a r e d . T h e s t a c k o f 6 S h e e t s i s t h e n p r e s s e d f o r 5 m i n u t e s a t a p r e s s u r e o f 3 . 2 M P a ( 4 6 1 p s i ) . I n i t i a l l y t h e l o a d i s a p p l i e d s l o w l y t o p r e v e n t d a m a g e t o t h e s h e e t s . T h e p r e p a r a t i o n i s c o m p l e t e d w i t h i n 1 h o u r o f s t a r t i n g t h e m i x . A f t e r t h e c o m p l e t i o n o f p r e s s i n g t h e s c r e e n i s c a r e f u l l y r e m o v e d f r o m t h e s h e e t s w h i c h w e r e s t a c k e d fl a t i n a p l a s t i c b a g f o r 2 4 h o u r s . T h e s h e e t s a r e t h e n t a k e n f r o m t h e b a g , a n d t h e c u r i n g i s c o m p l e t e d i n a n a u t o c l a v e f o r 8 h o u r s a t a s t e a m p r e s s u r e o f 0 . 8 6 M P a ( 1 2 4 p s i ) . W o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s c a n a l s o b e a i r c u r e d , i n w h i c h c a s e t h e s h e e t s a f t e r p r e s s i n g a r e s t a c k e d fl a t i n a s e a l e d p l a s t i c b a g f o r 5 d a y s a n d t h e n p l a c e d i n t h e l a b o r a t o r y ( 5 0 i 5 % r e l a t i v e h u m i d i t y a n d 2 2 i 2 d e g . C , 7 2 ; i - _ 3 d e g . F ) u n t i l t e s t i n g a g e o f 2 8 d a y s . I S N O T W E N I D A O L C H A P T E R 4 M E C H A N I C A L A N D P H Y S I C A L P R O P E R T I E S O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S 4 . 1 I N T R O D U C T I O N W o o d fi b e r s a r e e f f e c r i v e i n i n c r e a s i n g t h e f r a c t u r e e n e r g y o f c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s , a n d t h u s e n h a n c i n g t h e t e n s i l e s t r e n g t h , fl e x u r a l S t r e n g t h a n d t o u g h n e s s , a n d t h e i m p a c t r e s i s t a n c e o f t h e m a t e r i a l [ 2 , 3 , 2 8 ] . T h e s e i m p r o v e m e n t s a r e m a i n l y a c h i e v e d t h r o u g h t h e s t e p p i n g a n d d e fl e c t i o n o f c r a c k s b y fi b e r s a n d t h r o u g h t h e p u l l o u t a c t i o n o f fi b e r s a t c r a c k s w h i c h d i s s i p a t e s f r i c t i o n a l e n e r g y . F i g u r e 4 . 1 ( a ) s h o w s t h e d e b o n d i n g , p u l l o u t a n d f r a c t u r i n g o f fi b e r s b r i d g i n g t h e c r a c k s i n c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e f r a c t u r e o f fi b e r s t a k e s p l a c e w h e n e x c e s s i v e b o n d i n g e x i s t s b e t w e e n fi b e r s a n d m a t r i x . I n s u f fi c i e n t b o n d i n g , o n t h e o t h e r h a n d , c o u l d r e d u c e t h e e n e r g y a b s o r b e d t h r o u g h fi b e r d e b o n d i n g a n d p u l l o u t . - T y p i c a l i m p r o v e m e n t s i n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d d u c t i l i t y o f c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s r e s u l t i n g f r o m w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 1 ( b ) . T h e s e i m p r o v e m e n t s l a r g e l y r e s u l t f r o m t h e i n t e r a c t i o n o f w o o d fi b e r s w i t h c r a c k s ( F i n g 4 . 1 a ) . 1 0 0 ' : i t o o H I R E ' ( 1 4 . 5 I P e . 0 . 4 5 m m t h i c k ) 1 5 0 ? 1 0 0 ’ 0 ‘ F I B R E ( 1 5 . 9 I P 0 . 0 . 3 fl I l I t h i c k ) 2 v . F i l l ! ( t Z J I P e J J m m t h i c k " O 1 . 0 3 . 0 ~ 4 . 0 2 . 0 D I F L E C T I O I ( m m ) ( a ) F i b e r I n t e r a c t i o n w i t h C r a c k s ( b ) F l e x u r a l P e r f o r m a n c e F i g u r e 4 . 1 B a s i c C o n c e p t s a n d P e r f o r m a n c e C h a r a c t e r i s t i c s o f W o o d F i b e r C e m e n t C o m p o s i t e s [ 2 ] . 4 2 4 3 4 . 2 O B J E C T I V E S T h e m a i n t h r u s t i n t h i s p h a s e o f r e s e a r c h w a s t o a s s e s s t h e r e i n f o r c i n g a c t i o n o f w o o d fi b e r s i n c e m e n t - b a s e d m a t r i c e s . S e v e r a l w o o d fi b e r t y p e s w e r e s e l e c t e d a n d c h a r a c - t e r i z e d f o r c e m e n t a p p l i c a t i o n s . F i b e r m a s s f r a c t i o n s w e r e o p t i m i z e d f o r u s e i n d i f f e r e n t m a n u f a c t u r i n g t e c h n i q u e s . M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m - p o s i t e s w e r e a s s e s s e d w i t h e m p h a s i s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s ( d e n s i t y , w a t e r a b s o r p t i o n , a n d m o i s t u r e m o v e m e n t ) . A n e f f o r t w a s a l s o m a d e t o m o d i f y t h e m a t r i x t h r o u g h p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( fl y a s h o r s i l i c a f u m e ) a n d l a t e x t o a c h i e v e b e t t e r p e r f o r m a n c e . T h e r e s u l t s o b t a i n e d i n t h i s s t u d y w e r e a n a l y z e d s t a t i s t i c a l l y u s i n g t h e a n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n t e c h n i q u e s i n o r d e r t o d e r i v e s t a t i s t i c a l l y r e l i a b l e c o n c l u s i o n s . 4 . 3 B A C K G R O U N D M e c h a n i c a l t e s t r e s u l t s o n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e r e p o r t e d b y C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 3 ) [ 3 ] , C o u t t s ( 1 9 8 4 ) [ 1 3 ] , C o u t t s 1 9 8 6 ) [ 1 9 ] , C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 4 ] , C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 7 ) [ 3 0 ] , C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 3 2 ] , C o u t t s ( 1 9 8 3 ) [ 3 3 ] a n d C a m p b e l l e t a l . ( 1 9 8 0 ) [ 2 8 ] . W o o d fi b e r m a s s f r a c t i o n h a s g e n e r a l l y b e e n t h e k e y v a r i a b l e i n t h e r e p o r t e d i n v e s t i g a t i o n s . T h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e ( P . R a d i a t a k r a f t , A b a c a , E u c a l y p t u s a n d N e w Z e a l a n d F l a x ) h a v e a l s o b e e n S t u d i e d , n o t i n g t h a t P . R a d i a t a h a s d e v e l o p e d i n A u s t r a l i a a s t h e s t a n d a r d w o o d fi b e r i n c e m e n t a p p l i c a t i o n s . T h e e f f e c t s o f r e fi n i n g w o o d fi b e r s b y b e a t i n g [ 1 3 , 2 4 ] a n d c o u p l i n g a g e n t s [ 2 7 ] h a v e a l s o b e e n s t u d i e d . W o o d fi b e r c e m e n t s h a v e g e n e r a l l y b e e n c h a r a c t e r i z e d m e c h a n i c a l l y t h r o u g h fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s t e s t s a n d p h y s i c a l l y b y e v a l u a t i n g t h e i r d e n s i t y a n d w a t e r a b s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i c s . D a v i s e t a l . ( 1 9 8 1 ) [ 1 8 ] , C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 4 ) [ 2 0 ] , C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 2 6 ] a n d C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 5 ] h a v e a l s o r e p o r t e d t h e r e s u l t s o f m i c r o s c o p i c s t u d i e s w h i c h c a n b e u s e d t o j u s t i f y t h e t r e n d s o b s e r v e d i n t h e p e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m - p o s i t e s . 4 4 T h e r e s u l t s o f i n v e s t i g a t i o n s o n t h e m e c h a n i c a l , p h y s i c a l a n d m i c r o s t r u c t u r a l p r o p - e r t i e s o f w o o d fi b e r c e m e n t s a r e p r e s e n t e d b e l o w . 4 . 3 . 1 M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r - C e m e n t T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e m e c h a n i c a l t e s t p r o c e d u r e s a d o p t e d f o r c h a r a c t e r i z a t i o n o f w o o d fi b e r c e m e n t s , a n d t h e n r e v i e w s t e s t r e s u l t s o n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f w o o d fi b e r c o m p o s i t e s . 4 . 3 . 1 . 1 E x p e r i m e n t a l M e t h o d o l o g i e s R e s u l t s o f fl e x u r a l t e s t s o n s p e c i m e n s s a w e d f r o m t h i n w o o d fi b e r - c e m e n t s h e e t s m a n u f a c t u r e d b y e i t h e r s l u r r y d e w a t e r i n g o r m o l d i n g t e c h n i q u e s a n d c u r e d i n a i r , m o i s t r o o m o r a u t o c l a v e a r e a v a i l a b l e i n t h e l i t e r a t u r e [ 3 , 1 3 , 1 9 , 2 4 , 2 9 , 3 0 , 3 2 , 3 3 , 3 4 ] . T h e r e c t a n g u l a r S p e c i m e n s u s e d f o r fl e x u r a l t e s t s m e a s u r e a p p r o x i m a t e l y 1 2 5 m m ( 4 . 9 2 i n ) i n l e n g t h a n d 4 0 m m ( 1 . 5 7 i n ) i n w i d t h , a n d h a v e v a r i o u s t h i c k n e s s e s t y p i c a l l y 6 - 8 m m ( 0 . 2 4 - 0 . 3 1 i n ) . T h e fl e x u r a l t e s t s p e r f o r m e d g e n e r a l l y f o l l o w t h e 3 - p o i n t b e n d e x p e r i m e n t a l p r o c e d u r e o n a t y p i c a l s p a n o f 1 0 0 m m ( 3 . 9 4 i n ) w i t h d i s p l a c e m e n t r a t e o f 0 . 5 t u m / m i n . ( 0 . 0 2 i n / m i n ) . B o t h l o a d s a n d m i d s p a n d e fl e c t i o n s h a v e b e e n m o n i t o r e d t h r o u g h o u t t h e d e fl e c t i o n - c o n t r o l l e d fl e x u r e t e s t s . T h e f r a c t u r e e n e r g y w a s d e fi n e d a s t h e a r e a u n d e r n e a t h t h e fl e x u r e l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e , a n d t h e fl e x u r a l t o u g h n e s s h a s b e e n s i m p l y d e fi n e d a s t h e e n e r g y a b s o r p t i o n d i v i d e d b y t h e c r o s s s e c t i o n a l a r e a o f t h e fl e x u r e s p e c i m e n . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t c o m p a r a t i v e S t u d i e s o f m a t e r i a l s b a s e d o n t h e s e e n e r g y a b s o r p t i o n a n d t o u g h n e s s d e fi n i t i o n s s h o u l d b e d o n e o n l y i f t h e s p e c i m e n g e o m e t r i e s a r e t h e s a m e . S o m e i n v e s t i g a t o r s h a v e a l s o p e r f o r m e d i m p a c t t e s t s o n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e u s i n g a p u n c t u r e t e s t e r ( G e n e r a l E l e c t r i c M o d e l N o . 9 0 1 5 2 2 8 G I ) [ 2 4 ] . T h i s t e s t m e a s u r e s t h e e n e r g y r e q u i r e d t o f o r c e a n i n d e n t e r o f d e s i g n e d s i z e a n d s h a p e , c o m p l e t e l y t h r o u g h a s a m p l e o f t h e m a t e r i a l ( s h e e t s o b t a i n e d f r o m t h e l a b o r a t o r y s c a l e s l u r r y - d e w a t e r i n g m a c h i n e w i t h d i m e n s i o n s o f 1 2 5 x 1 2 5 x 6 - 8 m m , 4 . 9 2 x 4 . 9 2 x 0 . 2 3 6 - 0 . 3 1 5 i n ) . T h e d y n a m i c n a t u r e o f i m p a c t t e s t d i s t i n g u i s h e s i t s o u t c o m e s f r o m t h e t o u g h - n e s s o b t a i n e d a s t h e a r e a u n d e r n e a t h t h e c o h e s i v e - s t a t i c fl e x u r a l l o a d - d e f o r m a t i o n c u r v e . A n I z o d i m p a c t t e s t e r o n a n o t c h e d s p e c i m e n h a s a l s o b e e n u s e d b y s o m e i n v e s t i g a - t o r s t o a s s e s s i m p a c t r e s i s t a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e . T h e s p e c i m e n s u s e d ) a P M ( h t g n e r t s l a r u x e I F I 8 4 5 a r e 8 0 x 5 0 x 5 - 8 m m ( 3 . 1 5 x 1 . 9 7 x 0 . 1 9 7 - 0 . 3 1 5 i n ) , w i t h a 0 . 6 4 m m ( 0 . 0 2 5 i n ) w i d e o u t w i t h i n w h i c h t h e t h i c k n e s s i s 2 m m ( 0 . 0 7 9 i n ) . I m p a c t s p e c i m e n s a r e p r o d u c e d u s i n g s l u r r y — d e w a t e r e d s h e e t s o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s . 4 . 3 . 1 . 2 F l e x u r a l T e s t R e s u l t s C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 3 2 ] h a s r e p o r t e d t h e r e s u l t s o f fl e x u r e t e s t s o n c e m e n t C o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h t h e “ b a s i c ” u n b e a t e n P . R a d i a t a k r a f t fi b e r s ( C a n a d i a n S t a n d a r d F r e e n e s s o f 7 0 0 ) . T h e t e s t s p e c i m e n s f o l l o w i n g t y p i c a l p r o c u r i n g p e r i o d o f 2 4 h o u r s i n m o l d s w e r e e i t h e r a i r c u r e d i n a n a t m o s p h e r e w i t h 5 0 _ + _ ; 5 % r e l a t i v e h u m i d i t y a n d 2 2 i 2 d e g . C ( 7 2 i 3 d e g . F ) , o r w e r e a u t o c l a v e d f o r 8 h o u r s a t 0 . 8 6 M P a ( 1 2 4 p s i ) s t e a m p r e s s u r e , a n d t h e n e x p o s e d t o a i r . T h e fl e x u r a l s t r e n g t h t e s t r e s u l t s f o r t h e s l u r r y - d e w a t e r e d c e m e n t p a s t e a n d m o r t a r ( s i l i c a s a n d / c e m e n t = 1 ) a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 4 . 2 . T h e r e i s c l e a r l y a n i n c r e a s e i n fl e x u r a l S t r e n g t h s w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t , a n d t h e fi b e r e f f e c t s o n fl e x u r e s t r e n g t h s e e m t o d e p e n d o n t h e c o m p o s i t i o n o f t h e m a t r i x ( c e m e n t v s . m o r t a r ) a n d t h e c u r i n g c o n - d i t i o n s . W h i l e t h e a i r c u r e d a n d a u t o c l a v e d m o r t a r s g a v e r a t h e r c o m p a r a b l e r e s u l t s , a i r c u r e d c e m e n t s a r e o b s e r v e d t o h a v e h i g h e r fl e x u r e s t r e n g t h s t h a n a u t o c l a v e d s a m p l e s . T h e m a x i m u m fl e x u r a l s t r e n g t h i n a n y c a s e s e e m s t o b e a c h i e v e d a t a fi b e r f r a c t i o n b y w e i g h t o f 8 % . T h e w o o d fi b e r - c e m e n t r e a c h e s a fl e x u r a l s t r e n g t h e x c e e d i n g 3 0 M P a ( 4 3 2 0 p s i ) a f t e r 2 8 d a y s o f a i r c u r i n g , a n d t h e a u t o c l a v e d m o r t a r r e a c h e s fl e x u r a l s t r e n g t h s e x c e e d i n g 2 0 M P a ( 2 8 8 0 p s i ) . o A i r c u r e d c e m e n t ( 2 8 d a y s ) 1 0 ' - 0 A u t o c l a v e d m o r t a r O A i r c u r o d m o r t a r ( 4 5 0 d a y s ) A A i r c u r e d m o r t a r ( 2 8 d a y s ) l l l l l l 0 2 4 6 8 I O 1 2 F i b r e ( w e I g h t 9 b ) F i g u r e 4 . 2 F l e x u r a l S t r e n g t h T e s t R e s u l t s f o r C e m e n t s a n d M o r t a r s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 3 2 ] . ) 7 m / J k I s s c n Nc m j u o t e r u t c a r F 4 6 F r a c t u r e t o u g h n e s s i s a m a t e r i a l p r o p e r t y w h i c h m a y b e a s d e s i r a b l e a s s t r e n g t h o r s t i f f n e s s i n a p p l i c a t i o n t o b u i l d i n g p r o d u c t s . C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 3 2 ] h a s r e p o r t e d f r a c t u r e t o u g h n e s s t e s t r e s u l t s f o r c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h u n b e a t e n P . R a d i a t a k r a f t p u l p . F i g u r e 4 . 3 S h o w s t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s t e s t r e s u l t s f o r S l u r r y - d e w a t e r e d c e m e n t p a s t e s a n d m o r t a r s ( s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o = 1 ) r e i n f o r c e d w i t h d i f f e r e n t m a s s f r a c t i o n s o f P . R a d i a t a p u l p a f t e r d i f f e r e n t c u r i n g r e g i m e s ( a l l t e s t r e s u l t s w e r e o b t a i n e d a t 5 0 % R H ) . T h e f r a c t u r e t o u g h n e s s i n F i g u r e 4 . 3 i s o b t a i n e d b y d i v i d i n g t h e t o t a l a r e a u n d e r n e a t h t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e b y t h e c r o s s s e c t i o n a l a r e a o f t h e t e s t S p e c i m e n . T h e r e i s c l e a r l y a s i g n i fi c a n t i n c r e a s e i n f r a c t u r e t o u g h n e s s w i t h i n c r e a s e i n w o o d fi b e r c o n t e n t i n c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s . T h e r e s e e m s t o b e l i t t l e d i f f e r e n c e i n f r a c t u r e t o u g h n e s s o f a i r c u r e d c e m e n t s a n d a u t o c l a v e d m o r t a r s r e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a k r a f t p u l p . A i r c u r e d fi b e r r e i n f o r c e d m o r t a r s , w h i c h g a v e s t r e n g t h v a l u e s b e l o w t h o s e o f fi b e r c e m e n t , r e s u l t e d i n r e l a t i v e l y h i g h f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s . S 9 o I o A i r c u r e d c e m e n t ( 2 8 d a y s ) 0 A u t o c l a v e d m o r t a r O A i r e u r e d m o r t a r ( 4 5 0 M l A A i r c u r e d m o r t a r ( 2 8 d a y s ) 1 1 r J 1 r O 2 4 6 8 1 0 I 2 F i b r e ( w e i g h t 9 6 ) F i g u r e 4 . 3 F r a c t u r e T o u g h n e s s T e s t R e s u l t s f o r C e m e n t i t i o u s M a t r i c e s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p s [ 3 2 ] . T h e d e g r e e o f r e fi n e m e n t b y b e a t i n g o f w o o d fi b e r s ( r e p r e s e n t e d b y t h e C a n a d i a n S t a n d a r d F r e e n e s s ) i s a n o t h e r f a c t o r i n fl u e n c i n g t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e b e a t e n fi b e r s w o u l d h a v e e x p o s e d fi b r i l s o n t h e i r s u r f a c e s w h i c h h e l p i n t h e d e v e l o p m e n t o f b e t t e r fi b e r - t o - m a t r i x i n t e r f a c i a l b o n d s , a n d a l s o t e n d t o 4 7 p r e v e n t t h e l o s s o f c e m e n t p a r t i c l e s d u e t o s u c t i o n i n t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r i n g t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l . C o u t t s ( 1 9 8 4 ) [ 1 3 ] a n d C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 4 ] h a v e r e p o r t e d fl e x u r a l s t r e n g t h t e s t r e s u l t s o n S l u r r y - d e w a t e r e d w o o d fi b e r - c e m e n t c o m - p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g d i f f e r e n t v o l u m e f r a c t i o n s o f w o o d fi b e r s w i t h d i f f e r e n t d e g r e e s o f r e fi n e m e n t ( r e p r e s e n t e d b y C a n a d i a n S t a n d a r d F r e e n e s s , n o t i n g t h a t a s m a l l e r C S F i s i n d i c a t i v e o f a h i g h e r r e fi n e m e n t l e v e l ) . T h e r e s u l t s p r e s e n t e d i n F i g u r e 4 . 4 i n d i c a t e t h a t a t fi b e r c o n t e n t s u p t o 6 % b y m a s s , t h e d e g r e e o f b e a t i n g h a s r e l a t i v e l y s m a l l e f f e c t s o n fl e x - u r a l S t r e n g t h . A t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s , t h e b e a t i n g l e v e l s w h i c h b r i n g t h e C S F d o w n t o a b o u t 5 1 4 - 5 4 6 C S F t e n d t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h , b u t f u r t h e r b e a t i n g ( 1 6 0 - 2 8 8 C S F ) t e n d s t o b r i n g fl e x u r a l s t r e n g t h b e l o w t h a t o b t a i n e d w i t h u n b e a t e n fi b e r s ( 7 0 0 C S F ) . T h u s , t h e b e s t r e s u l t s w e r e o b t a i n e d b y b e a t i n g l e v e l s w h i c h g i v e a C S F v a l u e o f a b o u t 5 5 0 , f o r w h i c h t h e o p t i m u m fi b e r c o n t e n t w a s a b o u t 1 0 % b y m a s s , a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 4 . B e s i d e s p r e t r e a t m e n t b y b e a t i n g , s o m e r e s e a r c h e r s [ 2 4 ] h a v e a l s o t r i e d t o i m m e r s e w o o d fi b e r s i n c e m e n t p a s t e p r i o r t o m i x i n g i n o r d e r t o m o r e e fi e c fi v e l y c o a t t h e fi b e r s b y t h e p a s t e a n d e n h a n c e t h e e v e n t u a l fi b e r - t o — m a t r i x i n t e r f a c i a l b o n d c h a r a c t e r i s t i c s . T h i s p r o c e - d u r e h a s n o t b e e n s u c c e s s f u l a n d a c t u a l l y t h e c o n v e n t i o n a l i m m e r s i o n o f fi b e r s i n t a p w a t e r p r i o r t o m i x i n g g a v e b e t t e r r e s u l t s t h a n t h o s e o b t a i n e d w i t h fi b e r s i m m e r s e d i n c e m e n t p a s t e . 2 6 7 2 ‘ E 5 I - 3 [ g / ; , e I G O C S F “ ' 2 ” n z e a c s r 0 5 1 4 c s : ' 0 1 — o m c s r 8 L - I T O O C S F 2 4 s 8 I 0 1 2 1 4 F i b r e c o n t e n t l ‘ l o b y m ) F i g u r e 4 . 4 E f f e c t s o f F i b e r B e a t i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f A u t o c l a v e d C o m p o s i t e s w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 1 3 ] . O ) 9 K 3 / 9 5 3 O 0 ) i m J I I I ; ( r s s e n h - q o " o . I l z " e 1 r - " u t c a r F - . _ 4 8 T h e d e g r e e o f fi b e r b e a t i n g a l s o h a s a n e f f e c t o n t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s o f fi b e r r e i n - f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . A s s h o w n i n F i g u r e 4 . 5 t h e r e i s a t e n d e n c y f o r f r a c t u r e t o u g h - n e s s t o d e c r e a s e a s t h e b e a t i n g o f fi b e r s i n c r e a s e s [ 1 3 ] . F o r fi b e r l o a d i n g s b e l o w 1 0 % b y m a s s , a t h i g h e r fi b e r l o a d i n g s t h e r e s e e m s t o b e a n i n i t i a l i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s b y b e a t i n g . T h e o v e r a l l t e n d e n c y i n f r a c t u r e r o u g h n e s s i s , h o w e v e r , t o d e c r e a s e w i t h b e a t i n g ; t h i s m a y b e a t t r i b u t e d t o t h e s h o r t e n i n g o f fi b e r s b y t h e b e a t i n g a c t i o n , w h i c h o f t e n o c c u r s a t fi b e r n o d e s ( p o i n t s a t w h i c h fi b e r s a n d r a y s h a v e c r o s s e d i n w o o d ) . E x t e r n a l S p l i t t i n g ( p a r t i a l o r s o m e t i m e s t o t a l r e m o v a l o f p r i m a r y w a l l s a n d fi b r i l l a t i o n ) a n d i n t e r n a l s p l i t t i n g a l o n g t h e fi b e r s , a s w e l l a s t h e p r o d u c t i o n o f d e b r i s d u e t o r e fi n e m e n t a r e a l s o a m o n g t h e f a c t o r s i n fl u e n c i n g t h e e f f e c t s o f r e fi n e m e n t o n t h e a c t i o n o f w o o d fi b e r s i n c e m e n t c o m - p o s i t e s . 3 0 r 2 . 6 ' - 1 4 % 6 T I / o i o \ o 6 4 0 6 1 — 0 0 o o 4 % a ; _ o n p 0 2 1 — ° " 0 2 " - 3 0 L 1 1 1 1 r 1 . J 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 I O O M I C S F ) F i g u r e 4 . 5 E f f e c t s o f t h e R e fi n e m e n t o f W o o d F i b e r s o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s [ 1 3 ] . I t i s o f t e n s t a t e d t h a t t h e u s e o f p r e s s u r e i n t h e m a n u f a c t u r e o f fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t s i n c r e a s e s t h e s t r e n g t h o f t h e c o m p o s i t e , w h i l e a t t h e s a m e t i m e r e d u c i n g t h e f r a c - t u r e t o u g h n e s s . C o u t t s e t a l . ( 1 9 9 0 ) [ 3 7 ] h a v e r e p o r t e d t h e e fi e c t o f c a s t i n g p r e s s u r e o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f a i r - c u r e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % P . R a d i a t a k r a f t p u l p . T h e s p e c i m e n s a f t e r s l u r r y - d e w a t e r i n g w e r e s u b j e c t e d t o a r a n g e o f c a s t i n g p r e s s u r e s f o r 2 4 h o u r s . T e s t r e s u l t s ( F i g u r e 4 . 6 ) i n d i c a t e t h a t a s t h e c a s t i n g p r e s s u r e 4 9 i s i n c r e a s e d f r o m 0 . 1 4 M P a ( 2 0 p s i ) t o a m a x i m u m o f 3 . 1 7 M P a ( 4 6 0 p s i ) t h e r e i s a c o n t i n - u o u s i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h . H o w e v e r , t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s r e m a i n s v i r t u a l l y c o n - s t a n t . T h e i n c r e a s e i n s t r e n g t h i s g r e a t e r t h a n 5 0 % . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l S t r e n g t h a n d d e c r e a s e i n f r a c t u r e t o u g h n e s s a r e d u e t o t h e i m p r o v e m e n t i n fi b e r - t o - m a t r i x b o n d i n g . ‘ 0 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 1 0 h o 1 2 a 4 C a s t i n g P r e e e u r e ( M P a ) F i g u r e 4 . 6 E f f e c t s o f C a s t i n g P r e s s u r e o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s [ 3 7 ] . K r a f t p u l p h a s b e e n e s t a b l i s h e d a s a n e f f e c t i v e w o o d fi b e r f o r t h e p r o d u c t i o n o f c e m e n t c o m p o s i t e s , w h e n c o m p a r e d w i t h t h e h i g h a n d l o w t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l a n d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s . K r a f t p u l p s , h o w e v e r , h a v e a l o w e r y i e l d ( i . e . l o w e r a m o u n t o f fi b e r o b t a i n e d f r o m t h e s a m e a m o u n t o f w o o d ) . C o u t t s ( 1 9 8 6 ) [ 1 9 ] h a s c o m - p a r e d d i f f e r e n t p u l p t y p e s ( w i t h d i f f e r e n t y i e l d s ) o b t a i n e d f r o m P . R a d i a t a f o r t h e p r o d u c - t i o n o f s l u r r y - d e w a t e r e d a u t o c l a v e d o r a i r c u r e d c e m e n t c o m p o s i t e s . I n c a s e o f a u t o c l a v e d c e m e n t r e i n f o r c e d w i t h h i g h - t e m p e r a t u r e o r l o w - t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s , t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a c t u a l l y d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s e i n fi b e r c o n t e n t ( F i g u r e 4 . 7 a ) . A t fi b e r c o n t e n t s a b o v e 6 % b y m a s s , t h e fl e x u r a l S t r e n g t h w a s e v e n b e l o w t h a t o f t h e p l a i n m a t r i x . I n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p ( C I ' M P - N a " ) a t 8 - 1 2 % b y m a s s t h e fl e x u r a l s t r e n g t h s w e r e s o m e w h a t h i g h e r t h a n t h e r m o - m e c h a n i c a l p u l p , b u t s t i l l r e l a t i v e l y l o w a n d u n s a t i s f a c t o r y . T h e i n f e r i o r p e r f o r m a n c e o f t h e t h e r m o m e c h a n i c a l a n d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s w h e n c o m p a r e d w i t h k r a f t p u l p s “ I " ? O H W W O 3 L F ‘ - — . — — e I — - > W ‘ F ‘ — ’ r - r 3 ' m b ' o I “ t I r “ P O 4 o - — o / H ' ; : O D . I i U O .Ci ' 'OI. 5 0 i n a u t o c l a v e d c e m e n t c o m p o s i t e s h a s b e e n a t t r i b u t e d b y C o u t t s ( 1 9 8 6 ) [ 1 9 ] t o t h e f a c t t h a t c e m e n t a t t h e h i g h t e m p e r a t u r e o f a u t o c l a v e i n d u c e s s w e l l i n g a n d r e a c t i o n w i t h p o l y s a c - c h a r i d e s o f w o o d a c i d s w h i c h a r e n o t r e m o v e d f r o m t h e r m o m e c h a n i c a l a n d c h e m i t h e r m o - m e c h a n i c a l p u l p s d u r i n g t h e i r p r o d u c t i o n . A n o t h e r f a c t o r m a y b e t h e n e g a t i v e e f f e c t s o f s o m e w o o d c h e m i c a l s o n t h e s e t t i n g a n d h y d r a t i o n , e s p e c i a l l y a t h i g h t e m p e r a t u r e s o f t h e a u t o c l a v e [ 1 9 ] . I n c o n t r a s t t o a u t o c l a v e d s a m p l e s , t h e fl e x u r e S t r e n g t h o f a i r c u r e d p r o d u c t s t e n d s t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s e i n t h e r m o m e c h a n i c a l a n d c h e r r r i t h e r r n o m e c h a n i c a l fi b e r c o n t e n t u p t o a l i m i t b e y o n d w h i c h t h i s t e n d e n c y i s r e v e r s e d ( F i g u r e 4 . 7 b ) . T h i s t r e n d i s s i m i l a r t o t h e o n e o b t a i n e d w i t h k r a f t p u l p s , b u t t h e a b s o l u t e v a l u e s o f fl e x u r a l s t r e n g t h a r e s t i l l l o w e r w h e n t h e r m o m e c h a n i c a l a n d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s a r e u s e d . 2 . . . . x - - - - \ . . I . 1 / / i / j ? § / I l l ! P I I C I I T t l v M e I e e e t o t o n e o n - r e . - . v n o e l ( a ) A u t o c l a v e d ( b ) A i r C u r e d F i g u r e 4 . 7 F l e x u r a l S t r e n g t h T e s t R e s u l t s f o r C e m e n t i t i o u s M a t r i c e s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f T h e r m o m e c h a n i c a l a n d C h e r r r i t h e r m o m e c h a n i c a l P u l p s [ 1 9 ] . C o u r t s ( 1 9 8 6 ) [ 1 9 ] a t t r i b u t e d t h e u n d e s i r a b l e r e i n f o r c e m e n t p r o p e r t i e s o f h i g h t e m - p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s i n c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s p a r t l y t o t h e f a c t t h a t t h e s e fi b e r s a r e k n o w n t o b e c o a t e d w i t h l i g n i n a n d a r e t h u s r e l a t i v e l y s t i f f . T h e i r l a c k o f c o n - f o r m a b i l i t y m a y r e d u c e t h e s u r f a c e b o n d b e t w e e n fi b e r s a n d m a t r i x , l e a d i n g t o i n f e r i o r s t r e n g t h v a l u e s . 5 1 T h e f r a c t u r e t o u g h n e s s t e s t r e s u l t s f o r a i r c u r e d a n d a u t o c l a v e d fi b e r - c e m e n t c o m - p o s i t e s m a d e w i t h d i f f e r e n t w o o d fi b e r t y p e s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 8 . I t m a y b e c o n c l u d e d f r o m c o m p a r i s o n s o f F i g u r e s 4 . 8 ( a ) a n d ( b ) t h a t a u t o c l a v e d fi b e r c e m e n t s i n c o r p o r a t i n g k r a f t p u l p h a v e m u c h h i g h e r ( a b o u t 3 t i m e s ) f r a c t u r e t o u g h n e s s t h a n t h o s e o b t a i n e d w i t h h i g h a n d l o w t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l a n d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s a t c o m - p a r a b l e fi b e r m a s s f r a c t i o n s . T h i s m a y b e a t t r i b u t e d t o t h e s m a l l e r c r o s s s e c t i o n a l d i m e n - s i o n s o f k r a f t p u l p s , w h i c h l e a d t o a n i n c r e a s e i n t h e n u m b e r o f fi b e r s c r o s s i n g a u n i t a r e a o f e a c h c r a c k a n d g i v e a h i g h e r i n t e r f a c i a l a r e a f o r b o n d i n g o f fi b e r s t o t h e m a t r i x a t t h e s a m e fi b e r c o n t e n t . T h e f r a c t u r e t o u g h n e s s o f m o r t a r s c o n t a i n i n g l o w t e m p e r a t u r e t h e r m o - m e c h a n i c a l a n d c h e n r i t h e r r n o m e c h a n i c a l p u l p s i s o b s e r v e d t o i n c r e a s e c o n s i s t e n t l y a s t h e fi b e r c o n t e n t i n c r e a s e s f r o m 2 t o 1 2 % b y m a s s . I n t h e c a s e o f h i g h t e m p e r a t u r e t h e r m o m e - c h a n i c a l p u l p , a p e a k v a l u e o f f r a c t u r e t o u g h n e s s i s o b t a i n e d a t 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n , b e y o n d w h i c h t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s t e n d s t o d r o p b e l o w t h o s e o f c o m p o s i t e s w i t h o t h e r fi b e r t y p e s . T h e s e o b s e r v a t i o n s m a y b e p a r t i a l l y a t t r i b u t e d t o t h e h i g h e r s t i f f n e s s o f t h e h i g h t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s , w h i c h m a y r e d u c e t h e i r e f f e c t i v e p a c k i n g a n d fi b e r - t o - m a t r i x b o n d e d a r e a , t h e r e b y d a m a g i n g t h e p u l l o u t r e s i s t a n c e o f fi b e r s ( w h i c h h a s i m p o r t a n t e f f e c t s o n f r a c t u r e t o u g h n e s s ) . F i g u r e 4 . 8 a l s o i n d i c a t e s t h a t t h e h i g h t e m p e r a - t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s g i v e h i g h e r t o u g h n e s s v a l u e s t h a n O t h e r fi b e r s a t l o a d i n g s ' r a n g i n g f r o m 6 - 8 % b y m a s s . T h i s c o u l d b e d u e t o t h e f a c t t h a t t h e h i g h t e m p e r a t u r e t h e r - m o m e c h a n i c a l p u l p s p o i s o n t h e c e m e n t i t i o u s m a t r i x t o a l e s s e r e x t e n t t h a n t h e w e l l fi b r i l - l a t e d l o w t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s [ 1 9 ] . A n o t h e r o b s e r v a t i o n i n F i g u r e 4 . 8 i s t h a t t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s o f a i r c u r e d m o r t a r s r e i n f o r c e d w i t h h i g h t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s i s a l w a y s b e l o w t h a t o b t a i n e d w i t h l o w t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l a n d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s . I n t h i s c o n d i - t i o n , w i t h c u r i n g p e r f o r m e d i n a i r , d u e t o t h e l o w t e m p e r a t u r e o f t h e c u r i n g , t h e p o i s o n i n g o f t h e m a t r i x b y n o n - c e l l u l o s e c o m p o n e n t s o f fi b e r s h a s s m a l l e r e f f e c t s a n d t h e fi b r i l l a t e d l o w t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s m a y d e v e l o p b e t t e r b o n d i n g t o t h e m a t r i x t h a n t h e s m o o t h 1 i g n i n - c o a t e d h i g h t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s , w h i c h s e e m s t o b e t h e f a c t o r d o m i n a t i n g t h e p u l l o u t p e r f o r m a n c e a n d t h u s t h e t o u g h n e s s c h a r a c t e r i s t i c s o f a i r - c u r e d fi b e r m o r t a r s . I t s h o u l d a l s o b e m e n t i o n e d t h a t t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s o b t a i n e d w i t h a l l t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s t e n d t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s e i n m o i s t u r e c o n - t e n t o f c o m p o s i t e s a s w a s o b s e r v e d i n S p e c i m e n s r e i n f o r c e d w i t h k r a f t p u l p s [ 1 9 ] . 5 2 E u u u u u u u u u u o C C C C C C 2 V . = ‘ . e - I u / ° " ‘ — = I c a n . / , 0 a ' % ~ 3 / e ’ ° ‘ b . / / / : / 8 g . . ; % I — . 4 0 , - ” o - — " ' " 8 / / ' / C y t / 4 ’ , r / a - o / a ? ” I I I I E P E R C E N T ( I V I A S ’ I F i g u r e 4 . 8 E f f e c t s o f F i b e r M a s s C o n t e n t o f D i f f e r e n t P u l p s o n t h e F r a c t u r e T o u g h n e s s o f A i r - C u r e d a n d A u t o c l a v e d M o r t a r s [ 1 9 ] . I n s e a r c h o f a l t e r n a t i v e s t o P . R a d i a t a f o r c e m e n t a p p l i c a t i o n s , C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 2 9 ] , C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 7 ) [ 3 0 ] a n d C o u t t s ( 1 9 8 3 ) [ 3 3 ] h a v e r e p o r t e d t h e r e s u l t s o f e x p e r i m e n t a l s t u d i e s o n c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h N e w Z e a l a n d fl a x k r a f t p u l p ( C S F 5 5 5 a n d 1 0 0 ) , a n d a l s o w i t h A b a c a fi b e r s a n d s o m e h a r d w o o d fi b e r s ( E . R e g n a n s , E . S a l i g n a a n d E . G r a n d i s ) . T h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e w a s a d o p t e d f o r t h e m a n u f a c t u r e o f fl a x p u l p r e i n f o r c e d c e m e n t s h e e t s b y C o u r t s ( 1 9 8 3 ) [ 1 3 ] . T h e m a t r i x w a s p r e p a r e d f r o m e q u a l p r o - p o r t i o n s o f o r d i n a r y P o r t l a n d c e m e n t a n d fi n e l y g r o u n d s i l i c a ( 1 0 0 m e s h w a s h e d q u a r t z ) . A t fi b e r m a s s f r a c t i o n s r a n g i n g fi ' o m 2 - 1 2 % , t h e r e s u l t s o b t a i n e d w i t h fl a x k r a f t p u l p ( F i g - u r e 4 . 9 ) w e r e s i m i l a r t o t h o s e o b t a i n e d w i t h P . R a d i a t a k r a f t p u l p [ 1 3 , 2 4 , 3 2 ] . T h e m a x i - m u m fl e x u r a l S t r e n g t h ( a p p r o x i m a t e l y 2 3 . 5 M P a , 3 3 8 0 p s i ) w a s o b t a i n e d a t fi b e r m a s s f r a c t i o n s o f a b o u t 8 - 1 0 % . A s s h o w n i n F i g u r e 4 . 8 t h e fl e x u r a l s p e c i m e n s t e s t e d w h e n w e t h a d m o d u l i o f r u p t u r e v a l u e s r a n g i n g f r o m 6 0 - 8 0 % o f t h e c o r r e s p o n d i n g d r y s p e c i m e n s , a n o b s e r v a t i o n s i m i l a r t o t h a t o f P . R a d i a t a k r a f t p u l p . ‘ ) 0 9 H ( E R U l P U R F 0 S U L U U O H d 3 “ . . . s 5 3 R H T E S T O N c - o - m 3 . 1 3 H E R E E O N I E N T 1 % b y n e s s ) F i g u r e 4 . 9 F l e x u r a l S t r e n g t h o f C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f N e w Z e a l a n d K r a f t P u l p [ 3 3 ] . N e w Z e a l a n d fl a x fi b e r s , d u e t o t h e i r r e l a t i v e l y h i g h a s p e c t r a t i o , w e r e e x p e c t e d t o p r o d u c e c o m p o s i t e s w i t h r e l a t i v e l y h i g h f r a c t u r e t o u g h n e s s . T e s t r e s u l t s , h o w e v e r , i n d i - c a t e d t h a t c e m e n t c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g N e w Z e a l a n d fl a x fi b e r s h a v e o n l y h a l f t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s o f s o f t w o o d fi b e r s i n s p i t e o f t h e f a c t t h a t N e w Z e a l a n d fl a x h a s a n a s p e c t r a t i o a p p r o x i m a t e l y 2 . 5 t i m e s t h a t o f s o f t w o o d fi b e r s . T h i s o b s e r v a t i o n i n d i c a t e s t h a t t h e fi b e r a s p e c t r a t i o m a y n o t b e s o i m p o r t a n t a f a c t o r i n t h e m e c h a n i s m s t a k i n g p l a c e d u r i n g w o r k o f f r a c t u r e i n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e fi b e r d i a m e t e r a n d t h e n u m b e r o f fi b e r s s e e m t o b e a m o n g f a c t o r s d o m i n a t i n g t h e f r a c t u r e e n e r g y o f w o o d fi b e r c e m e n t . F i g u r e 4 . 1 0 i n d i c a t e s t h a t t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s t e n d s t o i n c r e a s e c o n s i s t e n t l y w i t h i n c r e a s e i n fi b e r c o n t e n t u p t o t h e m a x i - m u m v a l u e o r 1 2 % b y m a s s c o n s i d e r e d i n t h e s t u d y o f fl a x fi b e r b y C o u t t s ( 1 9 8 3 ) [ 3 3 ] . T h e m a x i m u m fl e x u r a l t o u g h n e s s o b t a i n e d w i t h fl a x fi b e r s w a s a p p r o x i m a t e l y 1 5 t o 2 0 t i m e s t h a t o f p l a i n m a t r i x . T h e w e t s a m p l e s a r e a l s o o b s e r v e d t o h a v e h i g h e r t o u g h n e s s t h a n t h o s e t e s t e d a t 5 0 % r e l a t i v e h u m i d i t y . H e r e a l s o , a s d e s c r i b e d e a r l i e r f o r P . R a d i a t a k r a f t p u l p , m o i s t u r e s e e m s t o b r e a k t h e h y d r o g e n b o n d s a n d m a k e fi b e r s s o f t a n d d e f o r m - a b l e , e n c o u r a g i n g fi b e r p u l l o u t a n d r e d u c i n g c h a n c e s f o r t h e f r a c t u r e o f fi b e r s a t c r a c k s . , f g t fi ' h i t I ( : s # s t m o u o Y ! ! ! u t u H ; 8 9 : 5 4 T h e f r i c t i o n a l f o r c e s p r e s e n t d u r i n g fi b e r p u l l o u t s e e m t o a b s o r b a s i g n i fi c a n t a m o u n t o f e n e r g y , p r o v i d i n g t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l w i t h d e s i r a b l e fl e x u r a l t o u g h n e s s c h a r a c t e r i s t i c s . T h e s e f r i c t i o n a l f o r c e s m a y h a v e i n c r e a s e d d u e t o t h e s w e l l i n g o f fi b e r s i n t h e p r e s e n c e o f m o i s t u r e . w b I : a u I 1 7 F M ( O u t t u t m b y n u s ! F i g u r e 4 . 1 0 E f f e c t s o f N e w Z e a l a n d F l a x F i b e r s a t D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f C e m e n t i t i o u s M a t r i c e s [ 3 3 ] . C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 3 0 ] h a s r e p o r t e d fl e x u r a l s t r e n g t h t e s t r e s u l t s f o r a i r c u r e d A b a c a fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s m a n u f a c t u r e d b y s l u r r y — d e w a t e r i n g t e c h n i q u e . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n s r a n g e d f r o m 2 - 1 0 % a n d t h e m a x i m u m fl e x u r a l s t r e n g t h ( a b o u t 2 7 M P a , 3 8 9 0 p s i ) i n t h e c a s e o f r e l a t i v e h u m i d i t y t e s t e d s p e c i m e n s w a s o b t a i n e d a t a fi b e r m a s s f r a c t i o n o f 8 % ( s e e F i g u r e 4 . 1 1 ) . T h e w e t s p e c i m e n s a r e o b s e r v e d i n F i g u r e 4 . 1 1 t o h a v e fl e x u r a l s t r e n g t h s r a n g i n g f r o m 6 0 - 7 0 % o f t h o s e o b t a i n e d f r o m t h e r e l a t i v e h u m i d i t y t e s t e d s p e c i m e n s . T h e A b a c a fi b e r s r e s u l t e d i n c o m p o s i t e fl e x u r a l s t r e n g t h s w h i c h w e r e s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h o s e w i t h P . R a d i a t a a t l o w e r fi b e r m a s s f r a c t i o n s , b u t s l i g h t l y l o w e r a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s . 8 = 8 n o « m o - u m e 3 t n a t u 8 m / M " I ? “ a m I \ . / : r \ \ . : . . . . . . M . l / o m m . / o / o / $ 3 1 " " o a a o o . 0 u " o n c o u n t " m a c e - n I V m F i g u r e 4 . 1 1 F l e x u r a l S t r e n g t h o f C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i fl ‘ e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f A b a c a V e r s u s P . R a d i a t a P u l p [ 3 0 ] . T h e e f f e c t s o f A b a c a fi b e r c o n t e n t o n t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s o f a i r c u r e d fi b r o u s m o r t a r s t e s t e d i n w e t a n d 5 0 % R H c o n d i t i o n s a r e c o m p a r e d i n F i g u r e 4 . 1 2 w i t h f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s o b t a i n e d w i t h P . R a d i a t a . T h e A b a c a fi b e r s , i n s p i t e o f t h e i r v e r y h i g h a s p e c t r a t i o o f 4 0 0 , g i v e f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s s i m i l a r t o t h o s e o b t a i n e d w i t h P . R a d i - a t a k r a f t ( w h e n b o t h a r e c u r e d i n a i r ) . T h e w e t A b a c a fi b e r r e i n f o r c e d m o r t a r s w i t h l o w e r t h a n 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n s , h o w e v e r , p r o d u c e f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s w h i c h a r e h i g h e r t h a n t h o s e o f k r a f t p u l p . T h i s m a y b e a t t r i b u t e d t o t h e b e t t e r fi b e r d i s t r i b u t i o n a t l o w e r l o a d i n g s , w h i c h o f f e r s l e s s r e s t r i c t i o n s t o p u l l o u t o f fi b e r s l e a d i n g t o a m o r e d o m i - n a n t r o l e o f fi b e r p u l l o u t i n f a i l u r e m e c h a n i s m o f w e t w o o d fi b e r - c e m e n t s , n o t i n g t h a t ‘ m o i s t u r e i t s e l f r e d u c e s i n t e r f a c i a l b o n d i n g b y r u p t u r e o f t h e h y d r o x y l b r i d g e s a n d o r h y d r o g e n b o n d s [ 3 0 ] . \ \ O H ! L I : a m m o m M C A I ' ) . P M ( N T O I E I T I L A W I E L F u b u b l / ’ / . m . . . " I I 0 O I " I I ! C g ? ! “ ( K I C I I Y I V I t ” ) / . n u l l : n u n . A . | l l I 1 F i g u r e 4 . 1 2 E fl ’ e c t s o f A b a c a F i b e r s a t D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o n t h e F r a c t u r e T o u g h n e s s o f A i r C u r e d C e m e n t i t i o u s M a t e r i a l s [ 3 0 ] . l C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 2 9 ] h a s m a d e a c o m p a r a t i v e s t u d y o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f E . R e g n a n s h a r d w o o d a n d P . R a d i a t a s o f t w o o d k r a f t p u l p u s e d a s r e i n f o r c e m e n t f o r s l u r r y - d e w a t e r e d a n d a u t o c l a v e d c e m e n t c o m p o s i t e s . I t w a s f o u n d t h a t t h e h a r d w o o d fi b e r s p r o - d u c e d l o w e r fl e x u r a l s t r e n g t h s w h e n c o m p a r e d t o s o f t w o o d fi b e r s ( s e e F i g u r e 4 . 1 3 ) . T h e m a x i m u m fl e x u r a l s t r e n g t h w i t h E . R e g n a n s ( o b t a i n e d a t 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n ) w a s a b o u t 2 0 M P a ( 2 8 8 0 p s i ) , w h i c h i s a b o u t 3 0 % l e s s t h a n t h e m a x i m u m v a l u e s o b t a i n e d w i t h P . R a d i a t a p u l p . ‘ 0 t o » I r e t u r n I . ) 5 w O I 4 O I ‘ 0 u " I c a n " I I I C O N T E N T ( ' 7 I A . ” F i g u r e 4 . 1 3 F l e x u r a l S t r e n g t h o f C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i f f e r e n t M a s s F r a c - t i o n s o f E . R e g n a n s H a r d w o o d V e r s u s P . R a d i a t a K r a f t P u l p s [ 2 9 ] . t ' 6 « u t s u t m o u o r e s o r c u s 5 7 A c o m p a r i s o n b e t w e e n f r a c t u r e t o u g h n e s s o f a i r c u r e d c e m e n t s r e i n f o r c e d w i t h E . R e g n a n s a n d P . R a d i a t a a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 1 4 . T h e s h o r t e r E . R e g n a n s h a r d w o o d fi b e r s ( a v e r a g e l e n g t h o f 1 m m , 0 . 0 4 i n ) a r e o b s e r v e d t o g i v e l o w e r f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s t h a n t h e l o n g e r P . R a d i a t a fi b e r s ( a v e r a g e l e n g t h a b o u t 3 m m , 0 . 1 2 i n ) . T h i s i s i n d i c a t i v e o f t h e c o n t r i b u t i o n s m a d e b y t h e p u l l o u t a c t i o n o f l o n g e r fi b e r s t o f r a c t u r e e n e r g y o f fi b e r c e m e n t s [ 2 9 ] . P E I C E N T H I R E C O N T I N T ( I V I A . ” « 0 ) I . “ ( 0 ' 5 r a m F i g u r e 4 . 1 4 E fl ‘ e c t s o f E . R e g n a n s H a r d w o o d V e r s u s P . R a d i a t a S o f t w o o d F i b e r s a t D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o n F l e x u r a l T o u g h n e s s o f C e m e n t C o m p o s i t e s [ 2 9 ] . F i g u r e 4 . 1 5 c o n c l u d e s t h e d i s c u s s i o n s o n fi b e r t y p e e fl ‘ e c t s o n f r a c t u r e t o u g h n e s s b y c o m p a r i n g t h e m a x i m u m t o u g h n e s s v a l u e s o b t a i n e d w i t h d i fl ' e r e n t fi b e r t y p e s . T h i s fi g u r e i s i n d i c a t i v e o f t h e s u p e r i o r i t y o f P . R a d i a t a a n d A b a c a s o f t w o o d o v e r t h e E . R e g n a n s h a r d w o o d a n d N e w Z e a l a n d fl a x s o f t w o o d fi b e r s i n p r o v i d i n g c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s w i t h i m p r o v e d t o u g h n e s s c h a r a c t e r i s t i c s . ' 5 8 3 M a x i m u m F r a c t u r e T o u g h n e s s ( k J / m ” 2 ) P . M a t a I . l o c u m N e w Z e a l a n d fl u F i b e r T y p e F i g u r e 4 . 1 5 M a x i m u m F r a c t u r e T o u g h n e s s V a l u e s O b t a i n e d f o r R e l a t i v e H u m i d i t y T e s t e d C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i fl ‘ e r e n t F i b e r T y p e s [ 2 9 , 3 0 , 3 2 , 3 3 ] . 4 . 3 . 2 P h y s i c a l P r o p e r t i e s T h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s w h i c h a r e s i g n i fi c a n t i n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m - p o s i t e s a r e d e n s i t y , w a t e r a b s o r p t i o n , p o r o s i t y , m o i s t t u e m o v e m e n t , t h e r m a l e x p a n s i o n , h e a t i n s u l a t i o n a n d fi r e r e s i s t a n c e . T e s t r e s u l t s o n d e n s i t y , w a t e r a b s o r p t i o n a n d p o r o s i t y h a s b e e n r e p o r t e d b y C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 3 ) [ 3 ] , C o u t t s ( 1 9 8 4 ) [ 1 3 ] , C o u t t s ( 1 9 8 6 ) [ 1 9 ] , C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 7 ) [ 3 0 ] , C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 3 2 ] a n d C o u t t s ( 1 9 8 3 ) [ 3 3 ] . T e s t r e s u l t s o n m o i s - t u r e m o v e m e n t a r e r e p o r t e d b y S h a n n a n e t a l . ( 1 9 8 6 ) [ 3 8 ] a n d S h a r m a n ( 1 9 8 3 ) [ 3 9 ] . H o w - e v e r , t h e r e i s n o t e n o u g h i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e o n t h e r m a l e x p a n s i o n , h e a t i n s u l a t i o n a n d fi r e r e s i s t a n c e . D e n s i t y , w a t e r a b s o r p t i o n a n d p o r o s i t y a r e a l l i n t e r r e l a t e d i n s o f a r a s t h e i r m a g n i t u d e d e p e n d s u p o n t h e f r e e s p a c e o r t h e v o i d v o l u m e p r e s e n t i n t h e m a t e r i a l . 4 . 3 . 2 . 1 D e n s i t y a n d W a t e r A b s o r p t i o n C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 3 2 ] h a s r e p o r t e d t e s t r e s u l t s o n d e n s i t y a n d w a t e r a b s o r p t i o n o f c o m - p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a k r a f t p u l p . F i g u r e 4 . 1 6 ( a ) s h o w s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n d e n s i t y a n d fi b e r c o n t e n t f o r a i r c u r e d c e m e n t , a i r c u r e d m o r t a r a n d a u t o c l a v e d 5 9 m o r t a r . T h e a u t o c l a v e d m o r t a r w a s f o u n d t o b e t h e l e a s t d e n s e o f t h e m a t e r i a l s a n d , d u e t o t h e h i g h t e m p e r a t u r e h y d r o t h e r m a l r e a c t i o n s o f i t s c u r e , i s n o t a fl ' e c t e d g r e a t l y b y a g e i n g i n t h e a t m o s p h e r e . B y c o n t r a s t , a i r c u r e d p r o d u c t s h a v e c a l c i u m h y d r o x i d e p r e s e n t w h i c h r e a c t w i t h c a r b o n d i o x i d e f r o m t h e a i r b y a p r o c e s s k n o w n a s c a r b o n a t i o n . T h u s t h e i n c r e a s e i n v o l u m e a n d m a s s a s s o c i a t e d w i t h t r a n s f o r m i n g c a l c i u m h y d r o x i d e t o c a l c i u m c a r b o n a t e w i l l d e c r e a s e t h e v o i d s i n t h e m a t r i x . F i g u r e 4 . 1 6 ( b ) s h o w s t h e e fl ' e c t s o f w o o d fi b e r c o n t e n t o n t h e w a t e r a b s o r p t i o n c a p a c i t y o f c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s , a n d F i g u r e 4 . 1 6 ( c ) s h o w s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n w a t e r a b s o r p t i o n a n d d e n s i t y o f a u t o c l a v e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a k r a f t p u l p . F r o m F i g u r e 4 . 1 6 ( b ) i t i s c l e a r t h a t t h e w a t e r a b s o r p t i o n o f t h e c o m p o s i t e i n c r e a s e s a s t h e fi b e r c o n t e n t i n c r e a s e s . I t c a n b e c o n c l u d e d f r o m F i g u r e 4 . 1 6 ( c ) t h a t d e n s i t y d e c r e a s e s a n d w a t e r a b s o r p t i o n i n c r e a s e s a s t h e fi b e r c o n t e n t o f t h e c o m p o s i t e i n c r e a s e s . T h e o v e r a l l d e n s i t y o f t h e c o m - p o s i t e r e fl e c t s t h e c h a n g i n g p r o p o r t i o n s o f t h e c o n s t i t u e n t fi b e r s a n d t h e m a t r i x . H o w e v e r , t h e v o i d v o l u m e o f t h e c o m p o s i t e a l s o i n c r e a s e s , b u t i n a n o n - l i n e a r f a s h i o n , a s t h e fi b e r c o n t e n t i n c r e a s e s a n d t h e fi b e r s p a c k l e s s e f fi c i e n t l y . 3 5 O A l m o n d m o r t a r 2 . 5 s o ~ g 2 5 L O C . 2 ~ 0 9 2 0 » o O a < , 3 1 5 e O O A i r e u r e d c e m e n t G . 3 L - O A t r c u n d m o m : 1 - 0 o A u t o c l a v e d m o r t a r ‘ 0 _ 9 , 5 l 1 l l l l l 5 1 r r r r L 0 2 4 O 8 1 0 1 2 O 2 4 U 8 1 0 1 2 “ " " " ' " " “ " ’ F i b r e ( w e i g h t i t ) ( a ) D e n s i t y V s . F i b e r C o n t e n t ( b ) W a t e r A b s o r p t i o n V s . F i b e r C o n t e n t F i g u r e 4 . 1 6 D e n s i t y a n d W a t e r A b s o r p t i o n o f C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 3 2 ] . 3 5 O A l m o n d n o r m 3 0 F 9 ° . C ~ 5 3 2 5 — E - 8 o a < b 2 0 f 2 G B 1 6 - ‘ 0 l 1 l I 1 1 1 . 2 1 . 4 1 . 8 1 . 8 2 2 . 2 D e n s i t y ( g m / c m " ) ( c ) D e n s i t y V s . W a t e r C o n t e n t F i g u r e 4 . 1 6 ( c o n t ’ d ) D e n s i t y a n d W a t e r A b s o r p t i o n o f C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 3 2 ] . C o u t t s ( 1 9 8 4 ) [ 1 3 ] a n d C o u t t s e t a l . ( 1 9 9 0 ) [ 3 7 ] h a v e a l s o s t u d i e d t h e e f f e c t o f b e a t - i n g a n d c a s t i n g p r e s s u r e , r e s p e c t i v e l y , o n d e n s i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m - p o s i t e s . I t h a s b e e n f o u n d t h a t c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g u n b e a t e n fi b e r s s h o w l o w e r v a l u e o f d e n s i t y c o m p a r e d t o b e a t e n fi b e r s ( F i g u r e 4 . 1 7 a ) . H i g h e r b e a t i n g l e v e l i n c r e a s e t h e d e n s i t y o f c o m p o s i t e s , p r o b a b l y d u e t o t h e i n c r e a s e i n fi n e s , g e n e r a t e d b y b e a t i n g , w h i c h a l l o w s c l o s e p a c k i n g o f t h e fi b e r s a n d m a t r i x a n d h e n c e l e s s v o i d s i n t h e c o m p o s i t e . F i g u r e 4 . 1 7 ( b ) s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e n s i t y w i t h c h a n g e i n c a s t i n g p r e s s u r e . T h e r e i s a r a p i d i n c r e a s e i n d e n s i t y a s h i g h e r c a s t i n g p r e s s u r e a r e e m p l o y e d . T h i s i s d u e t o r e d u c t i o n i n v o i d a g e w i t h i n c r e a s i n g c a s t i n g p r e s s u r e . 6 1 1 . : D e n s i t y ( g m / e m o e a ) 1 . : D e n s i t y ( g m / a n u s ) 1 . 4 6 r 0 1 A . " fi 0 1 . 8 6 ' 1 . 3 r 1 . 2 5 l l l ‘ 5 l 1 1 t o o 3 0 0 6 0 0 7 0 0 o 1 2 a 4 B o a t i n g ( 0 8 F ) O u t i n g P r o m o ( M P a ) ( a ) B e a t i n g V s . D e n s i t y ( b ) C a s t i n g P r e s s u r e V s . D e n s i t y F i g u r e 4 . 1 7 E f f e c t s o f B e a t i n g a n d C a s t i n g P r e s s u r e o n D e n s i t y o f C e m e n t C o m p o s i t e s ’ R e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 1 3 , 3 7 ] . C o u t t s ( 1 9 8 6 ) [ 1 9 ] h a s r e p o r t e d o n t h e d e n s i t y a n d w a t e r a b s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h t h e r m o m e c h a n i c a l a n d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s . F i g - u r e 4 . 1 8 ( a ) a n d ( b ) p r e s e n t t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n w a t e r a b s o r p t i o n , d e n s i t y a n d fi b e r c o n t e n t . H i g h - t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l fi b e r s d o n o t p a c k a s e f fi c i e n t l y , a t h i g h fi b e r l o a d i n g s a s l o w - t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l a n d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l fi b e r s . I t c a n b e o b s e r v e d i n F i g u r e 4 . 1 8 ( a ) f o r a u t o c l a v e d h i g h - t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s t h a t t h e d e n s i t y o f 1 . 8 3 g m / c m 3 ( 1 1 4 l b / f t 3 ) a t 2 % fi b e r c o n t e n t b y m a s s d r o p s t o 1 . 0 8 g m / c m 3 ( 6 7 l b / f t 3 ) a t 1 2 % fi b e r c o n t e n t . F o r c o m p a r a b l e l o a d i n g s o f 2 a n d 1 2 % ( b y m a s s ) o f l o w - t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l fi b e r s , t h e v a l u e s a r e 1 . 6 0 g m / c m 3 ( 1 0 0 l b / f t 3 ) a n d 1 . 1 1 g m / c m 3 ( 6 9 l b / f t 3 ) , r e s p e c t i v e l y . T h e s e v a l u e s a r e a p p r o x i m a t e l y s i m i l a r t o t h a t o f c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h u n b e a t e n P . R a d i a t a k r a f t fi b e r ( d e n s i t i e s o f 1 . 6 5 g m / c m 3 a n d 1 . 1 9 g m / c m 3 , 1 0 3 m m 3 a n d 7 4 l b / f t 3 , a t 2 % a n d 1 2 % fi b e r c o n t e n t s b y m a s s ) . H o w e v e r , m o r t a r s r e i n f o r c e d w i t h k r a f t fi b e r s h o w s l i g h t l y h i g h e r v a l u e s ( d e n s i t i e s o f 1 . 6 9 g m / c m 3 a n d 1 . 3 0 g m / c m 3 , 1 0 5 l b / f t 3 a n d 8 1 l b / f t 3 , a t 2 % a n d 1 2 % fi b e r m a s s f r a c - t i o n s , r e s p e c t i v e l y ) , i n d i c a t i n g a b e t t e r p a c k i n g o f t h e s e fl e x i b l e fi b e r s w i t h i n t h e m a t r i x . T h e d e n s i t y o f a i r c u r e d fi b e r c e m e n t s d i s p l a y s s i m i l a r t e n d e n c i e s . H i g h - t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l fi b e r c o m p o s i t e s h a v e d e n s i t i e s i n t h e r a n g e o f 1 . 7 2 g i r l / c m 3 t o 1 . 1 8 “ . I ! " O . . . 6 2 c h m 3 ( 1 0 7 t o 7 4 l b / f t 3 ) f o r s a m p l e s c o n t a i n i n g 4 t o 1 2 % fi b e r ( b y m a s s ) , r e s p e c t i v e l y ; h o w e v e r l o w - t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l fi b e r c e m e n t s o v e r t h e s a m e fi b e r r a n g e h a v e d e n s i t i e s b e t w e e n 1 . 7 4 g i r l / c m 3 t o 1 . 3 8 g r r l / c m 3 ( 1 0 9 t o 8 6 l b / f t 3 ) , a n d a g a i n i n d i c a t e m o r e e f f e c t i v e p a c k i n g o f fi b e r s a n d h e n c e g r e a t e r v a l u e s o f d e n s i t y . A s s o c i a t e d w i t h t h e c h a n g e s i n d e n s i t y a r e c h a n g e s i n w a t e r a b s o r p t i o n ( F i g u r e 4 . 1 8 b ) , w h i c h i n t u r n a r e d e p e n d e n t u p o n t h e v o i d v o l u m e o f t h e c o m p o s i t e . T h e r e i s c o n s i d e r a b l e v a r i a t i o n b e t w e e n t h e w a t e r a b s o r p t i o n a n d d e n s i t y v a l u e s o f s a m p l e s c o n t a i n i n g e i t h e r h i g h - t e m - p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l o r l o w - t e m p e r a t u r e t h e r m o m e c h a n i c a l fi b e r s a s t h e fi b e r c o n - t e n t i s c h a n g e d , w h e r e a s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n w a t e r a b s o r p t i o n a n d d e n s i t y d o e s n o t v a r y t o t h e s a m e e x t e n t . / / I / 7 ' / / / ' A ‘ l l l A I I O D V I O I C O O ! € 0 0 " O , I n o . t e n e t - v o n o n e : a w n l y e - 9 i ( a ) D e n s i t y V s . F i b e r C o n t e n t ( b ) W a t e r A b s o r p t i o n V s . D e n s i t y F i g u r e 4 . 1 8 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n W a t e r A b s o r p t i o n , D e n s i t y a n d F i b e r C o n t e n t o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g T h e r m o m e c h a n i c a l a n d C h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l P u l p s [ 1 9 ] . C o u t t s ( 1 9 8 3 ) [ 3 3 ] h a s r e p o r t e d t e s t r e s u l t s o n w a t e r a b s o r p t i o n a n d d e n s i t y f o r a u t o — c l a v e d c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g N e w Z e a l a n d F l a x fi b e r s . T h e s e c o m p o s i t e s l i k e o t h e r w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s s h o w t h a t t h e d e n s i t y d e c r e a s e s a n d w a t e r a b s o r p t i o n i n c r e a s e s a s t h e fi b e r c o n t e n t o f t h e c o m p o s i t e i n c r e a s e s . T h e a m o u n t o f w a t e r a b s o r b e d b y t h e w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s d e p e n d s o n t h e i r d e n s i t i e s a s s h o w n i n F i g - ) s s a m y b . / ' i N O H P R O S B A R E T A W / 1 ' 0 i i 1 2 1 D - 3 E N S I T Y N g l l / c n ’ ) 1 . 5 1 - 6 1 7 8 O / o 3 w e 3 n y m w 3 a c a m 3 3 m u m u ( / 6 3 u r e 4 . 1 9 . T h e o v e r a l l d e n s i t y o f t h e c o m p o s i t e r e fl e c t s t h e c h a n g i n g p r o p o r t i o n s o f t h e c o n s t i t u e n t fi b e r s a n d m a t r i x . " O ' - N I 0 / 3 1 . . 2 6 9 “ 1 F i g u r e 4 . 1 9 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n W a t e r A b s o r p t i o n a n d D e n s i t y f o r C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g N e w Z e a l a n d F l a x F i b e r s [ 3 3 ] . C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 7 ) [ 3 0 ] h a v e r e p o r t e d t e s t r e s u l t s o n t h e d e n s i t y a n d w a t e r a b s o r p - t i o n f o r a i r c u r e d A b a c a r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s ( F i g u r e 4 . 2 0 ) . B o t h t h e o v e r a l l d e n - s i t y a n d t h e w a t e r a b s o r p t i o n o f c o m p o s i t e s a r e d e p e n d e n t u p o n t h e r e l a t i v e p r o p o r t i o n s o f t h e c o n s t i t u e n t fi b e r s a n d m a t r i x . T h e r e s u l t s a r e v e r y s i m i l a r t o t h o s e o b t a i n e d f o r c o m - p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a k r a f t p u l p . 9 1 . . L I 1 . . L ? I . I . . . a m ( . 1 . . . F i g u r e 4 . 2 0 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n W a t e r A b s o r p t i o n a n d D e n s i t y f o r C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g A b a c a F i b e r s [ 3 0 1 . C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 3 2 ] fi n a l l y c o n c l u d e s t h a t t h e d i f f e r e n c e s i n t h e c u r i n g p r o c e s s h a v e a m u c h g r e a t e r i n fl u e n c e o n t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s t h a n t h e c h o i c e o f r e i n f o r c i n g w o o d fi b e r . T h e v a r i a t i o n i n p h y s i c a l p r o p e r t i e s c o u l d b e a s s o c i a t e d w i t h r a p i d f o r m a t i o n o f t h e m a t r i x i n a u t o c l a v e d s a m p l e s , w i t h n o f u r t h e r c h a n g e i n p h y s i c a l s t a t e , c o m p a r e d t o t h e s l o w h y d r a t i o n r e a c t i o n s t a k i n g p l a c e d u r i n g a i r c u r i n g . I n t h e l a t t e r c a s e l i b e r a t e d c a l c i u m h y d r o x i d e c a n m i g r a t e i n t o t h e v o i d s b e t w e e n m a t r i x p a r t i c l e s , r e d u c i n g t h e p o r o s i t y o f c o m p o s i t e s w h i c h l e a d s t o r e d u c e d w a t e r a b s o r p t i o n a n d i n c r e a s e d d e n s i t y o f t h e c o m p o s - i t e s . 4 . 3 . 2 . 2 M o i s t u r e M o v e m e n t M o i s t u r e m o v e m e n t i n w o o d i s m u c h g r e a t e r t h a n t e m p e r a t u r e m o v e m e n t [ 3 8 ] , a n d h e n c e m u c h m o r e s i g n i fi c a n t w h e n c o n s i d e r i n g c h a n g e s i n p r o p e r t i e s . M o i s t u r e m o v e m e n t s t u d i e s o n w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s h a s b e e n r e p o r t e d b y S h a r m a n e t a 1 . ( 1 9 8 6 ) [ 3 8 ] . T h e e x p e r i m e n t c o n s i s t e d o f m e a s u r i n g l i n e a r d i m e n s i o n a l c h a n g e s o f s q u a r e p a n e l s p e c i - m e n s fi ' o m o v e n d r y t o s a t u r a t i o n c o n d i t i o n . F o r a c h i e v i n g s a t u r a t i o n t h e s p e c i m e n s w e r e s o a k e d i n w a t e r a t 2 0 d e g . C ( 6 8 d e g . F ) f o r 2 4 h o u r s . T h e s p e c i m e n s w e r e t h e n o v e n d r i e d a t 1 0 5 d e g . C ( 2 2 1 d e g . F ) f o r 2 4 h o u r s , c o o l e d i n a d e s i c c a t o r a n d t h e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n t o t h e n e a r e s t 0 . 0 2 5 m m ( 0 . 0 0 1 i n ) u s i n g a s t r a i n b r i d g e i n b o t h s a t u r a t e d a n d o v e n d r i e d c o n d i t i o n s . T h e t e s t r e s u l t s o n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % w o o d fi b e r s i n d i c a t e m o i s t u r e m o v e - m e n t r a n g e s f r o m 0 . 3 t o 0 . 5 % . T h e i n f o r m a t i o n i n c o m m e r c i a l m a n u f a c t u r e r ’ s l i t e r a t u r e [ 1 0 , 1 1 , 1 2 ] p r o v i d e m o i s t u r e m o v e m e n t v a l u e s s i m i l a r t o t h e r e s u l t s o b t a i n e d b y S h a r m a n e t a l . ( 1 9 8 6 ) [ 3 8 ] . 4 . 3 . 2 . 3 T h e r m a l E x p a n s i o n a n d F i r e R e s i s t a n c e M u c h o f t h e i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e o n t h e r m a l c o n d u c t i v i t y , t h e r m a l e x p a n s i o n a n d fi r e r e s i s t a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e t h r o u g h m a n u f a c t u r e r ’ s l i t - e r a t u r e [ 1 0 , 1 1 , 1 2 ] . T h e c o e f fi c i e n t o f t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f t h e s e c o m p o s i t e s ( A S T M C 5 1 8 ) r a n g e s f r o m 1 . 3 t o 1 . 8 B t u . i n / h r . f t 2 . d e g . F , a n d t h e c o e f fi c i e n t o f t h e r m a l e x p a n s i o n ( 6 8 - 2 1 2 d e g . F , A S T M B 9 5 ) r a n g e s f r o m 3 . 9 t o 6 . 0 x 1 0 ' 6 i n f r n , d e g . F . A c o n t i n u o u s m a x i m u m t e m p e r a t u r e o f 2 5 0 - 5 0 0 d e g . F i s r e c o m m e n d e d f o r w o o d fi b e r r e i n f o r c e d 6 5 c e m e n t c o m p o s i t e s . F i r e r e s i s t a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s i s b a s e d o n s u r f a c e b u r n i n g c h a r a c t e r i s t i c s a n d c o m b u s t i b i l i t y . M a n u f a c t u r e r ’ s l i t e r a t u r e [ 1 0 , 1 1 , 1 2 ] r e p o r t s z e r o fl a m e s p r e a d a n d z e r o s m o k e d e v e l o p m e n t , a n d a r e c l a s s i fi e d a s n o n - c o m b u s t i b l e a c c o r d i n g t o A S T M E 1 3 6 . 4 . 3 . 3 M i c r o s t r u c t u r a l O b s e r v a t i o n s R e s u l t s o f S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p i c a n a l y s i s o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s - i t e s h a v e b e e n r e p o r t e d b y D a v i s e t a l . ( 1 9 8 1 ) [ 1 8 ] , C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 4 ) [ 2 0 ] , C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 5 ] , C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 2 6 ] a n d M o r i s s e y e t a l . ( 1 9 8 5 ) [ 4 0 ] . T h e fl e x u r a l f a i l u r e p l a n e s o f c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a k r a f t p u l p , t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p u n t r e a t e d a n d t r e a t e d ( s o a k e d i n a s o l u t i o n o f N a 2 S O 3 ) c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s w e r e o b s e r v e d u n d e r s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e b y D a v i s ( 1 9 8 1 ) [ 1 8 ] . T y p i c a l f r a c t u r e s u r f a c e m i c r o g r a p h s o f c e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t p u l p a n d s u r f a c e t r e a t e d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e s 4 . 2 1 ( a ) a n d ( b ) . T h e p r o j e c t e d k r a f t p u l p s a r e o b s e r v e d t o b e r i b b o n l i k e ( c o l l a p s e d ) a n d fl e x i b l e , b u t t h e p r o j e c t e d fi b e r s o f m o d i fi e d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s h a v e m a i n t a i n e d t h e i r l u m e n c o n fi g u r a t i o n a n d a p p e a r e d t o b e q u i t e s t i f f . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e k r a f t p u l p s d o n o t s w e l l i n t h e a l k a l i n e e n v i r o n m e n t o f c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s . B o t h F i g u r e s 4 . 2 1 ( a ) a n d ( b ) s h o w fi b e r p u l l o u t a s w e l l a s f r a c t u r e o f fi b e r s o c c u r r i n g a t t h e f a i l u r e p l a n e ( t h e h o l e s i n t h e m a t r i x i n t h e s e fi g - . u r e s a r e i n d i c a t i v e o f fi b e r p u l l o u t ) . I n t h e c a s e o f u n t r e a t e d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s ( F i g u r e 4 . 2 1 c a n d ( 1 ) , h o w e v e r , fi b e r p u l l o u t d o m i n a t e d t h e p e r f o r m a n c e , w h i c h m e a n s l o w e r a d h e s i o n b e t w e e n m a t r i x a n d fi b e r . T h e b o n d c o u l d h a v e b e e n d a m a g e d b y t h e e x t r a c t i v e s b l e a c h e d f r o m t h e t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s b y t h e a l k a l i o f c e m e n t i t i o u s m a t r i x , r e s u l t i n g i n w e a k e n i n g o f c e m e n t ; o n t h e o t h e r h a n d , t h e b e t t e r b o n d i n g o f s u r f a c e t r e a t e d c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s c o u l d s i m p l y b e t h e d i r e c t r e s u l t o f t h e c h e m i c a l c o m p a t i b i l i t y o f t h e t r e a t e d fi b e r s u r f a c e s w i t h t h e c e m e n t i t i o u s m a t r i x . ( b ) C h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l P u l p T r e a t e d w i t h S u r f a c e R e a g e n t ( 2 0 x ) , a ’ \ ( c ) ( ‘ L " L ' ' ‘ P u l p ( 3 0 0 x ) ( d ) ( ‘ L ' L L ' ‘ P u l p ( 2 0 x ) F i g u r e 4 . 2 1 M i c r o g r a p h s o f t h e C o m p o s i t e F r a c t u r e S u r f a c e s [ 1 8 ] . W o o d fi b e r s w h e n t e s t e d i n d i v i d u a l l y d o n o t n o r m a l l y b r e a k c l e a n l y , b u t u s u a l l y s e p a r a t e b e t w e e n l a y e r s o f s e c o n d a r y w a l l . W h e n i n c o r p o r a t e d i n c e m e n t , h o w e v e r , t h e f r a c t u r e t e n d s t o b e r e l a t i v e l y c l e a n , w h i c h i n d i c a t e s t h a t c h e m i c a l s f r o m t h e c e m e n t m a t r i x e n t e r t h e fi b e r s ( w h e n t h e m i x t u r e i s f r e s h ) , a n d c a u s e f u r t h e r i n t e r n a l b o n d i n g w i t h i n t h e fi b e r s , r e s u l t i n g i n a c l e a n r u p t u r e . F r e s h c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s h a v e r e l a t i v e l y h i g h m o i s t u r e c o n t e n t a n d t h e y g r a d u - 6 7 a l l y d r y a s t h e c e m e n t c u r e s . F i g u r e s 4 . 2 2 ( a ) , ( b ) , ( c ) a n d ( ( 1 ) s h o w m i c r o g r a p h s o f t h e fl e x u r a l f r a c t u r e s u r f a c e s o f c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h c h e m i t h e r m o m e c h a n i c a l p u l p s a t a g e s o f 1 , 4 , 7 a n d 9 0 d a y s , r e s p e c t i v e l y . A f t e r 1 d a y t h e c o m p o s i t e s t i l l i s v e r y w e t a n d t h e b o n d i s i n c o m p l e t e ; h e n c e , m o s t o f t h e fi b e r s a r e l o o s e l y h e l d a n d t e n d t o p u l l - o u t c o m p l e t e l y ( F i g u r e 4 . 2 2 a ) . A f t e r 4 a n d 7 d a y s i t c a n b e s e e n i n F i g u r e s 4 . 2 2 ( b ) a n d ( c ) , r e s p e c t i v e l y , t h a t s o m e o f t h e fi b e r s p u l l o u t c o m p l e t e l y , b u t m a n y b r e a k s o m e w h e r e a l o n g t h e i r l e n g t h , i n d i c a t i n g i m p r o v e d b o n d i n g b e t w e e n w o o d fi b e r s a n d t h e m a t r i x . A f t e r 9 0 d a y s , F i g u r e 4 . 2 2 ( ( 1 ) i n d i c a t e s t h a t m o s t o f t h e fi b e r s t e n d t o r u p t u r e c l o s e t o t h e c o m p o s i t e f r a c t u r e s u r f a c e ; t h i s p h e n o m e n o n d e c r e a s e s t h e t o u g h n e s s . o f c o m p o s i t e s a t l a t e r p e r i o d s [ 1 8 ] . _ 4 . x ' V ‘ . N ’ V . “ " . - . ( c ) A f t e r 7 D a y s ( 7 x ) ( d ) A f t e r 9 0 D a y s ( 1 0 x ) F i g u r e 4 . 2 2 F r a c t u r e S u r f a c e s o f C e m e n t - B a s e d M a t r i c e s R e i n f o r c e d w i t h C ” " L L ' ‘ P u l p [ 1 8 ] . 6 8 C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 5 ] h a s r e p o r t e d t h e r e s u l t s o f m i c r o s t r u c t u r a l s t u d i e s p e r — f o r m e d o n a u t o c l a v e d c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h r e fi n e d k r a f t p u l p . T h i s s t u d y w a s u n d e r t a k e n t o r e s o l v e t h e p r o b l e m s w i t h e a r l i e r c o n t r a d i c t o r y r e p o r t s o f C a m p b e l l e t a 1 . ( 1 9 8 0 ) [ 2 8 ] a n d A n d o n i a n e t a l . ( 1 9 7 9 ) [ 3 4 ] a b o u t t h e d o m i n a n c e o f fi b e r p u l l o u t v e r s u s f r a c t u r e o f fi b e r s i n d e c i d i n g t h e f a i l u r e m e c h a n i s m o f a u t o c l a v e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t s a n d m o r t a r s u n d e r fl e x u r a l l o a d s . T h e c o m p o s i t e s w e r e p r e p a r e d b y C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 5 ] f r o m P . R a d i a t a k r a f t w i t h d i f f e r e n t d e g r e e s o f b e a t i n g ( 7 0 3 a n d 4 4 2 C S F ) u s i n g t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g p r o c e s s f o l l o w e d b y a u t o c l a v i n g . T h e s p e c i m e n s w e r e c o n d i - t i o n e d a t 5 0 i 5 % r e l a t i v e h u m i d i t y a n d 2 2 i 2 d e g . C ( 7 2 i 3 d e g . F ) , a n d w e r e t h e n t e s t e d i n fl e x u r e o n a s p a n o f 1 0 0 m m ( 3 . 9 4 i n ) . T h e c o m p o s i t e s p e c i m e n s o f t h i s s t u d y h a d r e l a - t i v e l y l o w fi b e r c o n t e n t s t o f a c i l i t a t e m i c r o s t r u c t u r a l s t u d i e s b y t h e S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p e . T y p i c a l m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e s o f c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g 1 % w e i g h t f r a c t i o n o f u n r e fi n e d ( 7 0 3 C S F ) a n d r e fi n e d ( 4 4 2 C S F ) k r a f t p u l p s a r e s h o w n i n F i g u r e s 4 . 2 3 ( a ) a n d ( b ) , r e s p e c t i v e l y . S o m e fi b e r p u l l o u t i s e v i d e n t i n F i g u r e 4 . 2 3 ( a ) f o r u n r e fi n e d fi b e r s a l t h o u g h fi b e r f r a c t u r e h a s p r e d o m i n a t e d , a n d F i g u r e 4 . 2 3 ( b ) c l e a r l y s h o w s m o r e fi b e r f r a c t u r e w i t h m i n o r fi b e r p u l l o u t i n t h e c a s e o f r e fi n e d fi b e r s . A m o r e c r i t i c a l e x a m i - n a t i o n o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e f o r t h e t w o m a t c h i n g s i d e s o f t h e c o m p o s i t e c o n t a i n i n g b e a t e n fi b e r s i n F i g u r e 4 . 2 3 ( c ) i n d i c a t e s t h a t c o n s i d e r a b l e d a m a g e h a s b e e n r e n d e r e d t o t h e fi b e r s t h a t h a v e b e e n p u l l e d o u t . F i b e r A i n F i g u r e 4 . 2 3 ( c ) i s fi r m l y a t t a c h e d t o t h e w a l l s o f t h e h o l e i n t h e m a t r i x f r o m w h i c h i t h a s b e e n p u l l e d o u t . F i b e r B i s e n c r u s t e d w i t h t h e m a t r i x a n d t h i s s u g g e s t s t h a t t h e h e t e r o g e n o u s m a t r i x f a i l e d i n s h e a r a t a fl a w b e f o r e s u f fi c i e n t s t r e s s c o u l d b e e x e r t e d o n t h e fi b e r t o c a u s e d e b o n d i n g a t t h e i n t e r f a c e o r fi b e r f r a c t u r e . F i b e r C w a s l y i n g a t a n a n g l e t o t h e p l a n e o f t h e a d v a n c i n g c r a c k a n d h a s b e e n s u b j e c t e d t o s h e a r s t r e s s e s w h i c h c a u s e f r a c t u r e b e t w e e n d i f f e r e n t l a y e r s o f t h e fi b e r . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e c o m p o s i t e s d i s c u s s e d h e r e h a d 1 % fi b e r w e i g h t f r a c t i o n , w h i c h i s n o t s u f fi c i e n t f o r a c h i e v i n g d e s i r a b l e t o u g h n e s s c h a r a c t e r i s t i c s . 6 9 ( a ) U n b e a t e n F i b e r ( b ) B e a t e n F i b e r ( c ) T w o M a t c h i n g S u r f a c e s w i t h U n b e a t e n F i b e r s F i g u r e 4 . 2 3 T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f t h e F r a c t u r e S u r f a c e s f o r A u t o c l a v e d C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h 1 % W e i g h t F r a c t i o n o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 2 5 ] . C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 5 ] h a v e a l s o p e r f o r m e d m i c r o s t r u c t u r a l s t u d i e s o n a u t o c l a v e d c e m e n t c o m p o s i t e s h a v i n g a m o r e t y p i c a l fi b e r c o n t e n t o f 6 % b y w e i g h t . R e fi n e d P . R a d i - a t a k r a f t p u l p w a s u s e d i n t h i s s t u d y a n d , a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 4 ( a ) , fi b e r f r a c t u r e d o m i - n a t e d t h e f a i l u r e m e c h a n i s m . T h e f r a c t u r e d fi b e r e n d s a r e s h o w n a t a h i g h e r m a g n i fi c a t i o n i n F i g u r e 4 . 2 4 ( b ) . C o u t t s e t a 1 . ( 1 9 8 2 ) [ 2 5 ] h a v e a l s o p e r f o r m e d a n i n v e s t i g a t i o n o n a i r c u r e d c o m p o s i t e s r a t h e r t h a n a u t o c l a v e d o n e s ) , n o t i n g t h a t a i r c u r i n g g i v e s a w e a k e r 7 0 m a t r i x w i t h 1 1 . 5 M P a ( 1 6 5 6 p s i ) fl e x u r a l s t r e n g t h w h e n c o m p a r e d w i t h t h e 2 2 . 3 M P a ( 3 2 1 1 p s i ) fl e x u r a l s t r e n g t h o b t a i n e d a f t e r a u t o c l a v i n g . T h e a i r c u r e d c o m p o s i t e s s h o w e d a l m o s t t o t a l p u l l o u t a n d v e r y f e w f r a c t u r e d fi b e r s , a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 5 ( a ) . T h e a i r c u r e d c o m p o s i t e s s h o w e d l o w fl e x u r a l s t r e n g t h s b u t r e l a t i v e l y d e s i r a b l e t o u g h n e s s c h a r a c - t e r i s t i c s a s s o c i a t e d w i t h fi b e r p u l l o u t ( s e e F i g u r e 4 . 2 5 b ) . ( a ) L o w e r M a g n i fi c a t i o n ( b ) H i g h e r M a g n i fi c a t i o n F i g u r e 4 . 2 4 T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f A u t o c l a v e d C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g 6 % M a s s F r a c t i o n o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 2 5 ] . o n e I “ a m u w o e u n n u . . - n n u m u u n u i t o n . I I I - I I n c i n : e m a u n i t o . . . - m e n u - u r n s “ I ' i “ ‘ 7 ‘ . m e “ W W I I . “ J - M J I J I ' L O J I J ( a ) F r a c t u r e S u r f a c e ( b ) F l e x u r a l L o a d D e fl e c t i o n C u r v e F i g u r e 4 . 2 5 F r a c t u r e S u r f a c e a n d F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f A i r C u r e d C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h 6 % M a s s F r a c t i o n o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 2 5 ] . 7 1 C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 5 ] h a v e a l s o h i n t e d a t t h e p o s s i b i l i t y o f d a m a g e t o fi b e r s d u r - i n g f a b r i c a t i o n ( w h i c h c o u l d c a u s e s o m e p u l l e d o u t fi b e r s t o l o o k l i k e f r a c t u r e d o n e s ) , a n d h a v e c o n c l u d e d t h a t t h e d u a l m e c h a n i s m s o f fi b e r p u l l o u t a n d f r a c t u r e t a k e p l a c e i n c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h w o o d fi b e r s . T h e d o m i n a n c e o f fi b e r f r a c t u r e o r p u l l - o u t w o u l d d e p e n d o n t h e c u r i n g c o n d i t i o n a n d m o i s t u r e c o n t e n t o f s p e c i m e n s . C u r i n g i n a u t o c l a v e a n d r e d u c i n g t h e m o i s t u r e c o n t e n t l e d t o i n c r e a s e d p o s s i b i l i t y o f fi b e r f r a c t u r e [ 1 8 , 2 4 , 2 5 ] . C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 2 6 ] , b a s e d o n t h e e x a m i n a t i o n o f t h e S E M m i c r o g r a p h s o f w o o d fi b e r - c e m e n t f r a c t u r e d s u r f a c e s , h a s c o n c l u d e d t h a t t h e g e n e r a l c h a r a c t e r i s t i c s n o r m a l l y a s s o c i a t e d w i t h t h e i n t e r f a c e s o f fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e n o t a p p l i c a b l e t o w o o d fi b e r c e m e n t s . W o o d fi b e r s h a v e a u n i q u e s t r u c t u r e w h i c h d i f f e r s s u b s t a n t i a l l y f r o m t h e h o m o g e n o u s , d e n s e a n d n o n - c o m p r e s s i b l e g l a s s a n d s t e e l fi b e r s o r a g g r e g a t e s . W o o d fi b e r s a r e h o l l o w a n d m a y c o l l a p s e t o v a r y i n g d e g r e e s d e p e n d i n g o n t h e fi b e r w a l l t h i c k - n e s s a n d t h e p u l p i n g t e c h n i q u e u s e d i n t h e m a n u f a c t u r e o f fi b e r s . T h e y a l s o h a v e a m u c h g r e a t e r c a p a c i t y t o b e d e f o r m e d b y c o m p r e s s i o n . T h e i n d i v i d u a l w o o d fi b e r s a r e t h e m - s e l v e s c o m p o s i t e s c o m p o s e d m a i n l y o f c e l l u l o s e m i c r o fi b r i l s w h i c h a r e c e m e n t e d t o g e t h e r b y n o n c e l l u l o s i c c o m p o n e n t s . I n t h e c a s e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s , b o t h c h e m i c a l a n d m e c h a n - i c a l b o n d s a r e i m p o r t a n t [ 2 0 , 3 2 ] . T h e c u r i n g o f c e m e n t m a t r i c e s i s p r i m a r i l y d u e t o t h e h y d r a t i o n o f t r i , d i - c a l c i u m s i l i c a t e s , w h i c h l e a d s t o h a r d e n i n g m a i n l y t h r o u g h t h e f o r m a - t i o n o f c a l c i u m s i l i c a t e h y d r a t e ( C - S - H ) w h i c h r e n d e r s t h e h y d r a t i n g c e m e n t p a s t e i t s s t r e n g t h c h a r a c t e r i s t i c s . F i g u r e 4 . 2 6 ( a ) s h o w s t h e C - S - H c r y s t a l s g r o w i n g i n a v o i d i n a i r c u r e d c e m e n t . W h e n w o o d fi b e r s a r e p r e s e n t , t h e h y d r a t i o n p r o d u c t s c a n i n t e r l o c k w i t h t h e m i c r o fi b r i l s e x p o s e d a t fi b e r s u r f a c e s a n d p r o d u c e d e s i r a b l e fi b e r - m a t r i x m e c h a n i c a l b o n d - i n g ( F i g u r e 4 . 2 6 b ) . T h i s p h e n o m e n o n w o u l d o b v i o u s l y b e p r o n o u n c e d i n t h e c a s e o f r e fi n e d fi b e r s w i t h a h i g h e r d e g r e e o f m i c r o fi b r i l p r o t r u s i o n s [ 2 6 ] . 7 2 ( a ) G r o w t h o f C S H i n a V o i d ( b ) M e c h a n i c a l I n t e r l o c k i n g o f M i c r o fi b r i l s i n C e m e n t a n d G r o w i n g C e m e n t H y d r a t i o n P r o d u c t s F i g u r e 4 . 2 6 D e v e l o p m e n t o f C e m e n t H y d r a t i o n P r o d u c t a n d T h e i r M e c h a n i c a l I n t e r l o c k i n g w i t h W o o d F i b e r M i c r o fi b r i l s [ 2 6 ] . A f r a c t u r e s u r f a c e o f a n a i r c u r e d c e m e n t c o m p o s i t e r e i n f o r c e d w i t h k r a f t p u l p i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 7 ( a ) , a n d a t a h i g h e r m a g n i fi c a t i o n i n F i g u r e 4 . 2 7 ( b ) . T h e s p e c i fi c fi b e r u n d e r c o n s i d e r a t i o n i n t h e s e m i c r o g r a p h s s c e n t s t o h a v e f r a c t u r e s . C l o s e e x a m i n a t i o n o f t h e m a t r i x i n t h e v i c i n i t y o f fi b e r i n F i g u r e 4 . 2 7 ( b ) s u g g e s t s t h a t t h e i n t e r f a c e z o n e , u n l i k e t h a t a r o u n d g l a s s a n d s t e e l fi b e r s o r a g g r e g a t e s , i s r a t h e r d e n s e . A l t h o u g h d i s c o n t i - n u i t y m a y o c c u r a t h i g h e r fi b e r l o a d i n g s w h e n n o r m a l p a c k i n g o f t h e fi b e r s b e c o m e s m o r e d i f fi c u l t ( F i g u r e 4 . 2 7 c ) , s t i l l n o o b v i o u s fi b e r - m a t r i x i n t e r f a c e z o n e c a n b e d i s t i n g u i s h e d f r o m b u l k o f c e m e n t p a s t e ( F i g u r e 4 . 2 7 d ) . A p o s s i b l e e x p l a n a t i o n f o r t h i s o b s e r v a t i o n i s t h a t d u r i n g f a b r i c a t i o n o f w o o d fi b e r c e m e n t c o m p o s i t e s b y t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h - n i q u e t h e m a t e r i a l i s s u b j e c t e d t o p r e s s u r e f o r c o m p a c t i o n a n d l o w e r i n g o f i t s w a t e r - c e m e n t r a t i o . T h e c o m p r e s s i b l e w o o d fi b e r s w o u l d b e c o m p r e s s e d u n d e r p r e s s u r e , b u t f o l - l o w i n g t h e r e m o v a l o f p r e s s u r e a s p o n g e l i k e fi b e r d r a w s t h e s u r r o u n d i n g w a t e r i n t o i t s e l f . T h i s w o u l d l o w e r t h e p o r o s i t y o f t h e i n t e r f a c e b y r e d u c i n g i t s w a t e r c o n t e n t , a n d w o u l d l e a d t o t h e f o r m a t i o n o f a h o m o g e n o u s a n d d e n s e i n t e r f a c e z o n e [ 2 6 ] . 7 3 ( a ) F r a c t u r e S u r f a c e a t ( b ) H i g h e r M a g n i fi c a t i o n P r e s e n t a t i o n o f L o w M a g n i fi c a t i o n t h e I n t e r f a c e ( c ) I n t e r f a c e w i t h S o m e D i s c o n t i n u i t y ( d ) D e n s e S t r u c t u r e o f t h e I n t e r f a c e F i g u r e 4 . 2 7 I n t e r f a c e Z o n e C h a r a c t e r i s t i c s i n A i r - C u r e d C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h K r a f t P u l p s [ 2 6 ] . 4 . 4 E X P E R I M E N T A L D E S I G N T h e m a i n e m p h a s i s i n t h i s p h a s e o f t h e r e s e a r c h w a s t o e s t a b l i s h t h e r e i n f o r c i n g a c - t i o n o f w o o d f i b e r s i n c e m e n t m a t r i x . I n o r d e r t o a c h i e v e t h i s o b j e c t i v e , t h e f o l l o w i n g s t e p s w e r e t a k e n : ( a ) s e l e c t i o n a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f d i f f e r e n t w o o d fi b e r t y p e s ; ( b ) a s s e s s m e n t 7 4 o f t h e m e c h a n i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s ; ( c ) o p t i m i z a - t i o n o f t h e fi b e r m a s s f r a c t i o n i n d i f f e r e n t m a n u f a c t u r i n g c o n d i t i o n s ; ( ( 1 ) m o d i fi c a t i o n o f t h e m a t r i x w i t h p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s a n d l a t e x ; ( e ) I n v e s t i g a t i o n o f t h e b l e a c h i n g e f f e c t s ; ( 1 ) m o d i fi c a t i o n o f t h e p r o c e s s i n g ( m a n u f a c t u r i n g ) p a r a m e t e r s ; ( g ) c o m b i n a t i o n o f w o o d fi b e r s w i t h s y n t h e t i c fi b e r s ; a n d ( h ) c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l i n v e s t i g a t i o n o f t h e e f f e c t s o f d i f - f e r e n t p a r a m e t e r s s p e c i fi c t o w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s . R e p l i c a t e d t e s t s p e c i m e n s w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x i n o r d e r t o d e r i v e r e l i - a b l e c o n c l u s i o n s t h r o u g h s t a t i s t i c a l a n a l y s e s o f r e s u l t s . T h e d i m e n s i o n s a n d t h e n u m b e r o f s p e c i m e n s d e p e n d o n t h e s p e c i fi c t e s t s p e r f o r m e d . I n c a s e o f p a n e l s , t h e t e s t s p e c i m e n h a d t o b e c u t u s i n g a d i a m o n d s a w t o t h e r e q u i r e d d i m e n s i o n s . 4 . 4 . 1 C h a r a c t e r i z a t i o n o f D i f f e r e n t W o o d F i b e r T y p e s A v a r i e t y o f w o o d fi b e r t y p e s w e r e s e l e c t e d a n d c h a r a c t e r i z e d f o r c e m e n t a p p l i c a - t i o n s . A n a t t e m p t w a s m a d e t o c o v e r a l a r g e v a r i e t y o f c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e w o o d fi b e r t y p e s t o m a k e t h e fi n a l r e s u l t s a s c o n c l u s i v e a s p o s s i b l e . T h e w o o d fi b e r s s e l e c t e d f o r t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e : S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] , N o r t h e r n H a r d w o o d K r a f t ( N H K ) [ 4 2 ] , a n d M e c h a n i c a l P u l p ( I O O O L ) [ 4 3 ] . S o m e k e y p r o p e r t i e s o f t h e s e w o o d fi b e r s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 . A s e r i e s o f e x p e r i m e n t s w e r e t h e n p e r f o r m e d o n t h e s e l e c t e d w o o d fi b e r t y p e s t o a s s e s s t h e i r l e n g t h d i s t r i b u t i o n , m o i s t u r e c o n t e n t a n d r e g a i n ( A S T M D 1 3 4 8 ) , w a t e r s o l u b i l i t y ( T A P P I T 2 0 7 ) , a n d d u r a b i l i t y i n a l k a l i n e e n v i r o n m e n t . T a b l e 4 . 1 P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r s [ 4 1 , 4 2 , 4 3 ] M e c h a n i c a l S S K K r a f t S o f t w o o d 3 . 0 7 0 0 N H K K r a f t H a r d w o o d 0 . 9 5 0 0 7 5 4 . 4 . 2 M e c h a n i c a l a n d P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s A n e x p e r i m e n t a l p r o g r a m w a s d e s i g n e d t o e s t a b l i s h t h e r e i n f o r c i n g a b i l i t y o f w o o d f i b e r s i n c e m e n t - b a s e d m a t r i c e s p r o c e s s e d b y t h e m o l d i n g t e c h n i q u e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e m o l d i n g i s a p p l i c a b l e o n l y a t r e l a t i v e l y l o w fi b e r c o n t e n t s . T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e : S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] , N o r t h e r n H a r d w o o d K r a f t ( N H K ) [ 4 2 ] , a n d M e c h a n i c a l P u l p ( I O O O L ) [ 4 3 ] . T h e c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e n e a t c e m e n t p a s t e c o n s i s t i n g s i m p l y o f r e g u l a r P o r t l a n d c e m e n t T y p e I a n d t a p w a t e r . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 2 . T h e w a - t e r c o n t e n t w a s a d j u s t e d ( i n c r e a s e d w i t h fi b e r c o n t e n t ) i n o r d e r t o m a i n t a i n t h e f r e s h m i x w o r k a b i l i t y a t a r e a s o n a b l e p r a c t i c a l l e v e l r e p r e s e n t e d b y a fl o w ( A S T M C 2 3 0 ) o f 6 5 1 ; 5 % a t o n e m i n u t e a f t e r m i x i n g . T h e v a l u e s o f f l o w a t 1 m i n u t e a r e a l s o p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 2 . T h r e e r e p l i c a t e d fl e x u r a l , c o m p r e s s i o n a n d i m p a c t t e s t s p e c i m e n s w e r e m a n u f a c t u r e d h o u r e a c h m i x u s i n g m o l d i n g m e t h o d . T h e fl e x u r a l s p e c i m e n s w e r e p r i s m s w i t h 3 8 . 1 m m ( 1 . 5 i n ) s q u a r e c r o s s s e c t i o n a n d t o t a l l e n g t h o f 1 5 2 . 4 m m ( 6 i n ) , t e s t e d b y 4 e p o i n t l o a d i n g o n a s p a n o f 1 1 4 . 3 m m ( 4 . 5 i n ) . T h e c o m p r e s s i o n t e s t s p e c i m e n s w e r e c y l i n d e r s 7 6 . 2 m m ( 3 i n ) i n d i a m e t e r a n d 1 5 2 . 4 m m ( 6 i n ) h i g h . T h e c y l i n d r i c a l i m p a c t s p e c i m e n s w e r e 1 5 2 . 4 m m ( 6 i n ) i n d i a m e t e r a n d 6 3 . 5 m m ( 2 . 5 i n ) h i g h . T a b l e 4 . 2 F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s F i b e r M a s s W a t e r - C e m e n t l ‘ F i b e r T y p e F r a c t i o n ( % ) R a t i o - 0 0 . 2 8 6 6 S o f t w o o d K r a f t P u l p ( S S K ) 1 0 . 3 5 6 5 2 0 . 4 0 6 2 H a r d w o o d K r a f t P u l p ( N H K ) 1 0 . 3 5 6 3 . 2 0 . 4 0 6 2 M e c h a n i c a l P u l p ( I O O O L ) 1 0 . 3 5 7 4 2 0 . 4 0 6 6 7 6 4 . 4 . 3 O p t i m i z a t i o n o f F i b e r C o n t e n t i n M o l d i n g a n d S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s e s T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] a n d M e c h a n i c a l P u l p ( 1 0 0 0 L ) [ 4 3 ] . O p t i m i z a t i o n o f fi b e r m a s s c o n t e n t w a s d o n e i n t w o s t a g e s : ( a ) f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g l o w fi b e r c o n t e n t ( s 2 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h m o l d - i n g m e t h o d ; a n d ( b ) f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g h i g h fi b e r c o n t e n t ( 2 4 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e m a t r i x c o n t a i n e d e q u a l a m o u n t s o f c e m e n t a n d s i l i c a s a n d ( p a r t i c l e s i z e 0 . 1 5 t o 0 . 6 m m , 0 . 0 0 6 t o 0 . 0 2 4 i n ) . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s p h a s e o f t h e s t u d y a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 3 . I n t h e m o l d i n g m e t h - o d o f m a n u f a c t u r e , w a t e r a n d s u p e r p l a s t i c i z e r [ 4 4 ] c o n t e n t s w e r e v a r i e d i n o r d e r t o a c h i e v e r e a s o n a b l e f r e s h m i x w o r k a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s r e p r e s e n t e d b y a fl o w ( A S T M C - 2 3 0 ) o f 5 5 % t o 6 5 % a t 1 m i n u t e a f t e r m i x i n g . F i b r o u s m i x t u r e s a l s o c o n t a i n e d n o n - c h l o r i d e s e t a c - c e l e r a t o r [ 4 5 ] , w h i c h w a s e s s e n t i a l t o k e e p t h e s e t t i n g t i m e o f t h e c o m p o s i t e s w i t h i n a c c e p t - a b l e l i m i t s . I n t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r e , t h i n - s h e e t s p e c i m e n s w e r e f o r m e d f r o m a d i l u t e s l u r r y o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 % s o l i d s . A r e l a t i v e l y s m a l l d o s a g e o f 1 % d i l u t e d fl o c c u l e n t ( fl o c c u l e n t / c e m e n t = 0 . 0 0 1 ) [ 4 6 ] w a s a d d e d t o a c h i e v e a g g l o m e r a t i o n o f c e m e n t s o l i d s i n t h e s l u r r y , w h i c h h e l p s i n r e d u c i n g t h e a m o u n t o f c e m e n t p a r t i c l e s l o s t t h r o u g h t h e fi l t e r i n g s c r e e n s d u r i n g d e w a t e r i n g . F i b e r m a s s f r a c t i o n , i n t h e s l u r r y - d e w a t e r - i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r e i s d e fi n e d a s t h e r a t i o o f fi b e r s t o t h e d r y c o n s t i t u e n t s o f t h e m a - t r i x b y w e i g h t . F r o m e a c h m i x w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c - t u r e d f o r f l e x u r a l t e s t i n g i n t h e h a r d e n e d s t a t e . M o l d e d fl e x u r a l s p e c i m e n s w e r e p r i s m s w i t h 3 8 . 1 m m ( 1 . 5 i n ) s q u a r e c r o s s s e c t i o n s a n d t o t a l l e n g t h o f 1 5 2 . 4 m m ( 6 i n ) , t e s t e d b y 4 w p o i n t l o a d i n g o n a s p a n o f 1 1 4 . 3 m m ( 4 . 5 i n ) . A n a v e r a g e o f 1 0 s p e c i m e n s w i t h a s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e m a n u f a c t u r e d a n d t e s t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u r a t e l y m e a - s u r e t h e v a r i a b i l i t y o f r e s u l t s . T h i n s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x u s i n g s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d a t h i g h e r fi b e r c o n - t e n t s . F l e x u r a l s p e c i m e n s ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 . 0 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t o u t f r o m e a c h p a n e l u s i n g a d i a m o n d s a w , a n d a n a v e r a g e o f 3 s p e c i m e n s w e r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . 7 7 T a b l e 4 . 3 F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - O p t i m i z a t i o n o f W o o d F i b e r C o n t e n t ( a ) M o l d i n g M e t h o d F i b e r S e t S u p e r p l a s F i b e r M a s s S a n d - W a t e r - A c c e l e r a t o r - t i c i z e r - F l o w C e m e n t C e m e n t T y p e F r a c t i o n C e m e n t C e m e n t ( % ) ( % ) R a t i o R a t i o R a t i o R a t i o - 0 1 0 . 3 0 - - 5 8 K r a f t 1 1 0 . 3 5 0 . 0 2 0 . 0 1 5 8 ( S S K ) 2 1 0 . 4 3 0 . 0 2 0 . 0 2 4 8 M e c h . l 1 0 . 3 0 0 . 0 2 0 . 0 1 6 4 ( I O O O L ) 2 l 0 . 3 0 0 . 0 2 0 . 0 2 5 9 ( b ) S l u r r y - D e w a t e r i n g M e t h o d . F i b e r M a s s S a n d - C e m e n t F l o c c u l e n t - F i b e r 1 5 F E F r a c t i o n ( % ) R a t i o C e m e n t R a t i o W a t e r K r a f t 4 1 0 . 0 0 1 8 0 % o f t o t a l ( S S K ) q u a n t i t y o f m i x 6 1 0 . 0 0 1 i n l ' e n t s b y 8 1 0 . 0 0 1 w e i g h t 1 0 1 0 . 0 0 1 1 2 1 0 . 0 0 1 1 4 1 0 . 0 0 1 4 . 4 . 4 M a t r i x M o d i fi c a t i o n T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T h e s a m p l e s c o n t a i n e d a n o p t i m u m fi b e r c o n t e n t ( 2 % f o r m o l d i n g m e t h o d a n d 8 % f o r s l u r r y d e w a t e r i n g m e t h o d ) . T h e m a t r i x m o d i fi c a t i o n w a s a c h i e v e d t h r o u g h p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s ( 1 5 % s i l i c a f u m e o r 3 0 % fl y a s h ) . I n c a s e o f m o l d i n g t e c h n i q u e i t w a s a l s o c o n s i d e r e d t o m o d i f y t h e m a t r i x t h r o u g h l a t e x p o l y m e r [ 4 7 ] . T h e fi b e r m a s s f r a c - t i o n a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 4 . F r o m e a c h m i x w o o d fi b e r r e - 7 8 i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d f o r fl e x u r a l t e s t i n g i n t h e h a r d e n e d s t a t e . M o l d e d fl e x u r a l s p e c i m e n s w e r e p r i s m s w i t h 3 8 . 1 m m ( 1 . 5 i n ) s q u a r e c r o s s s e c t i o n s a n d t o t a l l e n g t h o f 1 5 2 . 4 m m ( 6 i n ) , t e s t e d b y 4 - p o i n t l o a d i n g o n a s p a n o f 1 1 4 . 3 m m ( 4 . 5 i n ) . A n a v e r a g e o f 1 0 s p e c i m e n s w i t h a s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e m a n u f a c t u r e d a n d t e s t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u r a t e l y m e a s u r e t h e v a r i a b i l i t y o f r e s u l t s . T h i n - s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x u s i n g s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s . F l e x u r a l s p e c i m e n s ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 . 0 x 0 . 4 ) w e r e t h e n c u t o u t f r o m e a c h p a n e l u s i n g a d i a m o n d s a w , a n d a n a v e r a g e o f 3 s p e c i m e n s w e r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . T a b l e 4 . 4 F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - M a t r i x M o d i fi c a t i o n ( a ) M o l d i n g M e t h o d S u 1 S e t F i b e r S a n d - W a t e r - a ? ? ? A c c e l e r L a t e x - F l o w T y p e & B i n d e r B i n d e r B i n d e r $ 5 3 a t o r - B i n d e r ( % ) C o n t e n t R a t i o R a t i o . C e m e n t R a t i o R a t i o R . a t r o K r a f t C e m e n t : l 0 . 4 3 0 . 0 3 0 . 0 2 - 5 5 ( S S K ) S i l i c a 2 % b y F u m e = W e i g h t 8 5 : 1 5 C e m e n t : 1 0 . 3 5 0 . 0 2 0 . 0 2 - 5 5 F l y A s h = 7 0 : 3 O C e m e n t 1 0 . 4 - 0 . 0 2 0 . 1 6 1 ( b ) S l u r r y - D e w a t e r i n g M e t h o d . S a n d - B i n d e r F l o c c u l e n t - B i n d e r R a t i o B i n d e r R a t i o W a t e r K r a f t ( S S K ) C e m e n t : S i l i c a 1 0 . 0 0 1 8 0 % o f t o t a l 8 % b y W e i g h t F u m e = 8 5 : 1 5 q u a n t i t y o f m i x C e m e n t : F l y 1 0 . 0 0 1 i n g r z c l r i e g r l l l t t s b y A s h = 7 0 : 3 O 7 9 4 . 4 . 5 E f f e c t o f B l e a c h i n g T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e u n b l e a c h e d a n d b l e a c h e d S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g m o l d i n g t e c h n i q u e a n d t h e fi b e r c o n - t e n t w a s 2 % b y m a s s . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 5 . F r o m e a c h m i x w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d f o r fl e x u r a l t e s t i n g i n t h e h a r d e n e d s t a t e . M o l d e d fl e x u r a l s p e c i m e n s w e r e p r i s m s w i t h 3 8 . 1 m m ( 1 . 5 i n ) s q u a r e c r o s s s e c t i o n s a n d t o t a l l e n g t h o f 1 5 2 . 4 m m ( 6 i n ) , t e s t e d b y 4 w p o i n t l o a d i n g o n a s p a n o f 1 1 4 . 3 m m ( 4 . 5 i n ) . A n a v e r a g e o f 1 0 s p e c i m e n s w i t h a s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e m a n u f a c t u r e d a n d t e s t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u r a t e l y m e a s u r e t h e v a r i - a b i l i t y o f r e s u l t s . T a b l e 4 . 5 F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - E f f e c t o f B l e a c h i n g F i b e r S e t . S a n d - W a t e r - S u p e r p l a s t r c F i b e r T y p e M a s s C e m e n t C e m e n t A c c e l e r a t o r — i z e r - C e m e n t F l o w F r a c t i o n R a t i o R a t i o C e m e n t R a t i o ( % ) ( % ) R a t i o 2 % K r a f t 2 1 0 . 4 3 0 . 0 2 0 . 0 2 4 8 ( S S K ) B l e a c h e d 2 % K r a f t 2 1 0 . 4 3 0 . 0 2 0 . 0 2 5 1 ( S S K ) U n b l e a c h e d 4 . 4 . 6 M o d i f i c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n S l u r r y - D e w a t e r i n g T e c h n i q u e T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T w o d i fi ‘ e r e n t fi b e r c o n t e n t s ( 8 % a n d 1 6 % ) w e r e u s e d i n t h i s s t u d y . T h e m a t r i x c o n t a i n e d e q u a l a m o u n t s o f c e m e n t a n d s i l i c a s a n d . T h e p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s c o n s i d e r e d i n t h i s s t u d y w e r e c a s t i n g p r e s s u r e ( 1 . 6 a n d 3 . 2 M P a , 2 3 2 a n d 4 6 4 p s i ) a n d p r e s s i n g t i m e ( 1 h o u r a n d 2 4 h o u r s ) . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 6 . T w o r e p l i c a t e d t h i n - s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d fi ' o m e a c h 8 0 m i x u s i n g s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d . S p e c i m e n s f o r fl e x u r a l t e s t i n g ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 . 0 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t u s i n g a d i a m o n d s a w . A n a v e r a g e o f 6 s p e c i m e n s w i t h s p e - c i fi c m i x d e s i g n w e r e s e l e c t e d fi o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u m m e m e a s u r e t h e v a r i a b i l i t y o f r e s u l t s . T a b l e 4 . 6 F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - M o d i fi c a t i o n o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s F i b e r . F i b e r M a s s C S c a n d - F l o c c u l e n t - C a s t i n g P r e s s i n g T y p e F r a c t i o n m e n t C e m e n t W a t e r P r e s s u r e T i m e ( h r ) ( % ) R a t i o R a t i o ( M P a ) K r a f t 8 1 . 0 0 1 8 0 % o f 1 . 6 l ( S S K ) t o t a l 1 . 6 2 4 q u a n t i t y o f 3 . 2 1 m i x i n g r e - 3 . 2 2 4 1 6 1 . 0 0 1 ( 1 : 3 2 : 2 1 ? 1 . 6 1 1 . 6 2 4 3 . 2 1 3 . 2 2 4 4 . 4 . 7 C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] a n d P o l y e t h - y l e n e P u l p ( P u l P l u s ) [ 4 8 ] . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e , a n d t h e c o m b i n e d fi b e r c o n t e n t w a s k e p t a t a n o p t i m u m v a l u e o f 8 % b y m a s s . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 7 . T w o r e p l i c a t e d t h i n - s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x u s i n g s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d . S p e c i m e n s f o r fl e x u r a l t e s t i n g ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 . 0 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t u s i n g a d i a m o n d s a w . A n a v e r a g e o f 6 s p e c i m e n s w i t h s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e s e l e c t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u r a t e l y m e a s u r e t h e v a r i a b i l i t y o f r e s u l t s . 8 1 T a b l e 4 . 7 F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s F i b e r M a s s F r a c t i o n ( % ) S a n d - C e m e n t F l o c c u l e n t - W a t e r P o l y e t h y l e n e R a t i o C e m e n t R a t i o P u l p ( P u l P l u s ) — = = = 8 0 1 0 . 0 0 1 8 0 % o f t o t a l q u a n t i t y o f m i x 4 4 1 0 . 0 0 1 i n g r e d i e n t s b y 0 8 1 0 . 0 0 1 w e i g h t 4 . 4 . 8 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s A n e x p e r i m e n t a l p r o g r a m w a s d e v e l o p e d b a s e d o n t h e s t a t i s t i c a l m e t h o d o f f r a c t i o n a l f a c t o r i a l d e s i g n . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g s l u r r y r d e w a t e r i n g t e c h n i q u e . T h e v a r i a b l e s o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y w e r e : ( 1 ) w o o d fi b e r t y p e ( s o f t w o o d & h a r d w o o d ) ; ( 2 ) fi b e r m a s s c o n t e n t ( 4 % & 8 % ) ; ( 3 ) p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % fl y a s h & 1 5 % s i l i c a f u m e ) ; a n d ( 4 ) s i l i c a s a n d c o n t e n t ( s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o = 0 . 5 & 1 . 0 ) . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 8 . T w o r e p - l i c a t e d t h i n - s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x u s i n g s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d . T h e p a n e l s p e c i m e n s w e r e t h e n t e s t e d f o r s p e c i fi c g r a v i t y , w a t e r a b s o r p t i o n a n d m o i s t u r e m o v e m e n t 8 2 T a b l e 4 . 8 F i b e r M a s s F r a c t i o n s a n d M a t r i x M i x P r o p o r t i o n s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y ( s e e A p p e n d i x B f o r n o t a t i o n ) M i x 1 2 3 4 5 6 7 8 F i b e r T y p e S S K N H K N H K N H K N H K N H K N H K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 8 8 4 8 4 8 4 B i n d e r S F F A S F F A S F F A F A F A B a t c h 1 2 1 1 2 2 1 2 S a n d C o n t e n t ( S I B ) 0 . 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 5 0 . 5 0 . 5 1 . 0 M i x 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 F i b e r T y p e S S K S S K N H K N H K S S K S S K S S K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 4 4 4 8 8 4 4 B i n d e r F A S F S F S F F A S F S F F A B a t c h 1 1 1 2 2 2 2 1 S a n d C o n t e n t ( S / B ) 1 . 0 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 0 . 5 4 . 5 M A N U F A C T U R I N G P R O C E D U R E W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a t l o w fi b e r c o n t e n t s ( 5 2 % ) w e r e m a n u - f a c t u r e d t h r o u g h m o l d i n g m e t h o d , a n d a t h i g h fi b e r c o n t e n t s ( > 2 % ) t h r o u g h s l u r r y - d e w a - t e r i n g m e t h o d . I n t h e m o l d i n g m e t h o d , m i x i n g w a s p e r f o r m e d i n a r e g u l a r m o r t a r m i x e r . A b a t c h - t y p e s l u r r y - d e w a t e r i n g e q u i p m e n t ( s i m u l a t i o n o f t h e H a t s c h e k p r o c e s s ) w a s d e v e l - o p e d f o r u s e i n t h e l a b o r a t o r y . T h e m i x i n g p r o c e d u r e a d o p t e d f o r t h e t w o d i f f e r e n t t e c h - n i q u e s a r e d e s c r i b e d b e l o w . 4 . 5 . l M o l d i n g M e t h o d T h i s m e t h o d o f w o o d fi b e r - c e m e n t m a n u f a c t u r e i n v o l v e s m i x i n g o f m i x c o n s t i t u e n t s i n a m o r t a r m i x e r a n d c o m p a c t i n g i n s i d e m o l d s t h r o u g h e x t e r n a l v i b r a t i o n . T h e w a t e r c o n - t e n t s h o u l d b e k e p t l o w i n o r d e r t o e n s u r e d e s i r a b l e h a r d e n e d m a t e r i a l p r o p e r t i e s . T h e k r a f t p u l p s ( 8 S K a n d N H K ) a r e g e n e r a l l y s h i p p e d i n t h e f o r m o f r e l a t i v e l y c o m p a c t s h e e t s , a n d 8 3 h a v e t o b e d i s i n t e g r a t e d i n w a t e r u s i n g a m o r t a r m i x e r ( a t 4 5 0 r e v o l u t i o n s p e r m i n u t e ) b e - f o r e b e i n g a d d e d t o t h e m i x t u r e ; o t h e r w i s e , a u n i f o r m d i s p e r s i o n o f fi b e r s i n s i d e t h e c e m e n - t i t i o u s p a s t e c a n n o t b e a c h i e v e d c o n v e n i e n t l y . N o d i s i n t e g r a t i o n p r i o r t o m i x i n g w a s n e c - e s s a r y f o r t h e l O O O L m e c h a n i c a l p u l p . T h e m i x i n g p r o c e d u r e f o r t h e m a n u f a c t u r e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t i n a r e g - u l a r m o r t a r m i x e r w a s a s f o l l o w s : ( 1 ) A d d c e m e n t , s a n d a n d 7 0 % o f w a t e r a n d m i x a t l o w s p e e d ( 1 4 0 R P M ) f o r a b o u t 1 m i n u t e o r u n t i l a u n i f o r m m i x t u r e i s a c h i e v e d ; ( 2 ) t u r n t h e m i x e r t o m e d i u m s p e e d ( 2 8 5 R P M ) a n d g r a d u a l l y a d d t h e fi b e r s a n d t h e r e m a i n d e r o f w a t e r a n d s u p e r p l a s t i c i z e r ( i f u s e d ) a n d m i x f o r 2 - 5 m i n u t e s d e p e n d i n g o n t h e fi b e r c o n t e n t , t a k - i n g c a r e t h a t n o fi b e r b a l l s a r e f o r m e d ; ( 3 ) A d d t h e s e t a c c e l e r a t o r ( i f u s e d ) a n d m i x f o r 1 n r i n u t e a t m e d i u m s p e e d ; a n d ( 4 ) S t o p t h e m i x e r a n d w a i t f o r 1 m i n u t e , a n d t h e n fi n a l i z e t h e p r o c e s s b y m i x i n g a t h i g h s p e e d ( 4 5 0 R P M ) f o r 2 m i n u t e s . A l l t h e fi b r o u s s p e c i m e n s w e r e c o m p a c t e d t h r o u g h e x t e r n a l v i b r a t i o n , a n d w e r e k e p t i n s i d e t h e i r m o l d s u n d e r n e a t h a w e t b u r l a p c o v e r e d w i t h p l a s t i c s h e e t f o r 2 4 h o u r s . T h e y w e r e t h e n d e m o l d e d a n d m o i s t c u r e d f o r 5 d a y s b e f o r e b e i n g a i r c u r e d i n a r e g u l a r l a b o r a - t o r y e n v i r o n m e n t ( 4 0 - 5 0 % R H a n d 2 3 d e g . C , 7 3 d e g . F , t e m p e r a t u r e ) u n t i l t h e t e s t a g e o f 2 8 d a y s . 4 . 5 . 2 S l u r r y - D e w a t e r i n g T h i s m e t h o d o f w o o d fi b e r - c e m e n t m a n u f a c t u r e i n v o l v e s m i x i n g t h e c o n s t i t u e n t s i n a d i l u t e s l u r r y ( a b o u t 2 0 % s o l i d s o f fi b e r - c e m e n t o r fi b e r - m o r t a r ) . T h e e x c e s s w a t e r w a s r e - m o v e d f r o m t h e s l u r r y t h r o u g h t h e a p p l i c a t i o n o f s u c t i o n a n d p r e s s u r e . T h e m i x i n g p r o c e d u r e f o r t h e m a n u f a c t u r e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t t h r o u g h s l u r r y - d e w a t e r i n g ( F i g u r e 4 . 2 8 ) w a s a s f o l l o w s : ( 1 ) s o a k fi b e r s i n w a t e r f o r 2 4 h o u r s a n d t h e n d i s p e r s e t h e m u s i n g a h i g h - s p e e d m i x e r ( 1 4 0 0 R P M ) f o r 5 m i n u t e s ; ( 2 ) a d d o t h e r m i x c o n s t i t u e n t s a n d c o n t i n u e m i x i n g f o r 5 m o r e m i n u t e s ; ( 3 ) a d d s m a l l q u a n t i t y o f 1 % d i l u t e d fl o c c u l e n t ( fl o c c u l e n t / c e m e n t = 0 . 0 1 ) t o a c h i e v e a g g l o m e r a t i o n o f c e m e n t s o l i d s i n t h e s l u r - r y ; t h i s r e d u c e s t h e a m o u n t o f c e m e n t p a r t i c l e s l o s t t h r o u g h t h e fi l t e r i n g s c r e e n s d u r i n g s l u r - r y - d e w a t e r i n g ; ( 4 ) p o u r t h e m i x t u r e i n t o a n e v a c u a b l e c a s t i n g b o x ( 1 2 5 m m x 1 2 5 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n , i n s i z e ) a n d d i s t r i b u t e o v e r t h e s c r e e n ( w i t h m i l d t a m p i n g ) a n d a p p l y v a c u u m o f 6 0 K P a g ( 8 . 7 p s i g ) f o r 5 m i n u t e s ; a n d ( 5 ) r e m o v e t h e s h e e t f r o m t h e fi l t e r s c r e e n , s t o r e b e - 8 4 t w e e n t w o s t e e l p l a t e s a n d a p p l y a c o n s t a n t p r e s s u r e o f 3 . 2 M P a ( 4 6 4 p s i ) f o r 5 m i n u t e s o r u n t i l a l l t h e r e m a i n i n g w a t e r w a s r e m o v e d . T h e s h e e t s w e r e c o v e r e d w i t h p l a s t i c f o r 2 4 h o u r s a n d t h e n m o i s t c u r e d f o r 5 d a y s b e f o r e b e i n g a i r c u r e d i n a r e g u l a r l a b o r a t o r y e n v i r o n m e n t u n t i l t h e t e s t a g e o f 2 8 d a y s . ( a ) S t i r r e r ( b ) V a c u u m B o x ( c ) P r e s s F i g u r e 4 . 2 8 L a b o r a t o r y S e t - U p f o r t h e M a n u f a c t u r e o f W o o d fi b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 8 5 ( d ) P h o t o g r a p h o f t h e S e t - U p F i g u r e 4 . 2 8 ( c o n t ’ d ) L a b o r a t o r y S e t - U p f o r t h e M a n u f a c t u r e o f W o o d fi b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 4 . 6 T E S T P R O C E D U R E S T h e f r e s h fi b r o u s c e m e n t m i x t u r e s w e r e t e s t e d f o r : ( 1 ) fl o w ( A S T M C - 2 3 0 ) ; ( 2 ) a i r c o n t e n t ( A S T M C - 1 8 5 ) ; a n d ( 3 ) s e t t i n g t i m e ( A S T M C - 4 0 3 ) . T h e fl e x u r a l t e s t s w e r e p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e S t a n d a r d S p e c i fi c a t i o n J C I - S F [ 4 9 ] . T h e J a p a n e s e m e t h o d o f m e a s u r i n g fl e x u r a l d e fl e c t i o n s ( F i g u r e 4 . 2 9 ) i s p a r - t i c u l a r l y e f f e c t i v e i n r e d u c i n g e r r o r s a s s o c i a t e d w i t h r i g i d b o d y m o v e m e n t s o f t h e s p e c i m e n a n d l o c a l d e f o r m a t i o n s a t t h e s u p p o r t s a n d l o a d i n g p o i n t s , w h i c h c o u l d b e r e c o r d e d a s fl e x - u r a l d e fl e c t i o n s i f m e a s u r e m e n t s w e r e p e r f o r m e d w i t h r e s p e c t t o r e f e r e n c e p o i n t s o u t s i d e t h e s p e c i m e n . A n i m p o r t a n t c o n s i d e r a t i o n i n fl e x u r a l t e s t s p e r f o r m e d o n fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s i s t h e m e a s u r e m e n t o f e n e r g y a b s o r p t i o n c a p a c i t y , d e fi n e d a s t h e a r e a u n d e r - 8 6 n e a t h t h e l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e . T h e J a p a n e s e fi x t u r e s w h i c h m o n i t o r fl e x u r a l d e fl e c t i o n s d u r i n g t h e t e s t g i v e a c c u r a t e r e s u l t s f o r e n e r g y a b s o r p t i o n c a l c u l a t i o n s . F l e x u r a l t o u g h n e s s a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e c o d e J C I - S F 4 , i s d e fi n e d a s t h e a r e a u n d e r n e a t h t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e u p t o a d e fl e c t i o n e q u a l t o t h e s p a n l e n g t h d i v i d e d b y 1 5 0 ( 0 . 7 6 m m , 0 . 0 3 i n , i n t h i s c a s e ) . V V ' f | o o [ _ U — ‘ l H — L V D T A A . . 1 1 4 m m ( 4 . 5 i n ) N ’ r ( a ) J a p a n e s e S t a n d a r d F l e x u r a l T e s t S e t - U p F i g u r e 4 . 2 9 F l e x u r a l T e s t i n g . 8 7 T h e c o m p r e s s i o n t e s t s w e r e p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e c o d e J C I - S F [ 4 9 ] ; i n t h i s a p p r o a c h c o m p r e s s i v e t o u g h n e s s i s d e fi n e d a s t h e a r e a u n d e r n e a t h t h e c o m p r e s s i v e l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e u p t o a s t r a i n a t 0 . 0 0 7 5 . I n t h e fl e x u r a l a n d c o m p r e s s i o n t e s t s , b o t h l o a d a n d d e fl e c t i o n w e r e m o n i t o r e d t h r o u g h o u t t h e t e s t i n o r d e r t o o b t a i n c o m p l e t e l o a d - d e f o r m a t i o n r e l a t i o n s h i p . T h e i m p a c t t e s t w a s c o n d u c t e d f o l l o w i n g t h e p r o c e d u r e r e c o m m e n d e d b y t h e A C I c o m m i t t e e 5 4 4 [ 5 0 ] . I n t h i s t e s t , a c y l i n d r i c a l s p e c i m e n i s s u b j e c t e d t o r e p e a t e d b l o w s fl o u r a 4 . 5 4 K g ( 1 0 l b ) c o m p a c t i o n h a m m e r w i t h a 4 5 7 m m ( 1 8 i n ) d r o p o n a 6 3 . 5 m m ( 2 . 5 i n ) d i a m e t e r h a r d e n e d s t e e l b a l l r e s t i n g o n t h e s p e c i m e n . T h e n u m b e r o f b l o w s r e q u i r e d t o c a u s e t h e fi r s t v i s i b l e c r a c k o n t h e t o p a n d t o c a u s e u l t i m a t e f a i l u r e a r e b o t h r e c o r d e d . T h e v o i d c o n t e n t , s p e c i fi c g r a v i t y a n d w a t e r a b s o r p t i o n o f t h e h a r d e n e d m a t e r i a l s w e r e a l s o a s s e s s e d u s i n g t h e b r o k e n fl e x u r e s p e c i m e n s ( A S T M C - 6 4 2 a n d A S T M C 1 1 8 5 ) . M o i s t u r e m o v e m e n t t e s t ( A S T M C 1 1 8 5 ) i s u s e d t o d e t e r m i n e t h e s e r v i c e a b i l i t y o f c o m p o s i t e s i n a r e a s s u b j e c t e d t o m o i s t u r e c h a n g e s . T h i s t e s t i n v o l v e s m e a s u r i n g t h e c h a n g e i n l e n g t h o f s p e c i m e n ( g a g e l e n g t h o f 1 0 0 m m , 4 i n ) , s u b j e c t e d t o a c h a n g e i n r e l a t i v e h u - m i d i t y f r o m 3 0 i 2 % t o 9 0 _ - i _ - 5 % ( F i g u r e 4 . 3 0 ) . T h e d i a l g a g e c o m p a r a t o r u s e d f o r m e a s u r - i n g l e n g t h c h a n g e s s h o u l d b e c a p a b l e o f t a k i n g t h e r e a d i n g t o t h e n e a r e s t 0 . 0 2 m m ( 0 . 0 0 1 i n ) . M o i s t u r e m o v e m e n t i s r e p o r t e d a s p e r c e n t c h a n g e i n l e n g t h b a s e d o n t h e l e n g t h s a t 3 0 a n d 9 0 % r e l a t i v e h u m i d i t y . 8 8 1 0 0 m m ( 4 i n ) 1 0 0 m m ( 4 i n ) o 0 i F i g u r e 4 . 3 0 M o i s t u r e M o v e m e n t T e s t i n g . 4 . 7 T E S T R E S U L T S A N D D I S C U S S I O N S 4 . 7 . 1 C h a r a c t e r i z a t i o n o f D i f f e r e n t W o o d F i b e r T y p e s W o o d fi b e r l e n g t h a n d d i a m e t e r v a r y c o n s i d e r a b l y e v e n w i t h i n t h e s a m e t r e e s p e c i e s . S u c h v a r i a b i l i t y c a n b e e a s i l y m a t c h e d b y v a r i a b i l i t y w i t h i n a s i n g l e t r e e . I n o r d e r t o m a k e t h e fi n a l r e s u l t s a s c o n c l u s i v e a s p o s s i b l e , a v a r i e t y o f c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e w o o d fi b e r s w e r e s e l e c t e d a n d c h a r a c t e r i z e d f o r c e m e n t a p p l i c a t i o n s . T h e w o o d fi b e r s s e l e c t e d f o r t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e : S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] , N o r t h e r n H a r d w o o d K r a f t ( N H K ) [ 4 2 ] , a n d M e c h a n i c a l P u l p ( I O O O L ) [ 4 3 ] . F i g u r e 4 . 3 1 p r e s e n t s t y p i c a l m i c r o g r a p h s o f S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t P u l p ( S S K ) , N o r t h e r n H a r d w o o d K r a f t P u l p ( N H K ) a n d M e c h a n i c a l P u l p ( 1 0 0 0 1 . ) i n c o n d i t i o n s t h e y w e r e r e c e i v e d . S u r f a c e c h a r a c t e r i s t i c s o f s o f t w o o d a n d h a r d w o o d k r a f t p u l p s a r e s i m i l a r a n d s h o w c l e a r s e p a r a t i o n o f i n d i v i d u a l fi b e r s d u e t o t h e p u l p i n g p r o c e s s i n v o l v e d . M e c h a n - i c a l p u l p s , o n t h e o t h e r h a n d , s h o w n o c l e a r s e p a r a t i o n o f i n d i v i d u a l fi b e r s . 8 9 ( a ) K r a f t P u l p ( S S K ) ( b ) K r a f t P u l p ( N H K ) F i g u r e 4 . 3 1 S E M M i c r o g r a p h s o f M e c h a n i c a l a n d K r a f t P u l p s . 9 0 ’ S B B H m c o c o a . X 3 5 ( c ) M e c h a n i c a l P u l p ( I O O O L ) F i g u r e 4 . 3 1 ( c o n t ’ d ) S E M M i c r o g r a p h s o f M e c h a n i c a l a n d K r a f t P u l p s . F i b e r l e n g t h h a s i m p o r t a n t e f f e c t s o n t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l p r o p e r t i e s . F i b e r l e n g t h s w e r e m e a s u r e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n u s i n g a s t e r e o m i c r o s c o p e a n d w e r e s t a t i s t i c a l l y a n a - l y z e d f o r t h e i r d i s t r i b u t i o n . T a b l e 4 . 9 p r e s e n t s a v e r a g e l e n g t h s , a n d c o r r e s p o n d i n g s t a n d a r d d e v i a t i o n s a n d c o e f fi c i e n t s o f v a r i a t i o n ; F i g u r e 4 . 3 2 s h o w s fi b e r l e n g t h d i s t r i b u t i o n f o r K r a f t ( S S K ) a n d M e c h a n i c a l p u l p ( I O O O L ) . S o f t w o o d fi b e r s u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e f o u n d t o b e m u c h l o n g e r t h a n h a r d w o o d fi b e r s . T h e r e l a t i v e l y l a r g e v a r i a t i o n i n f i b e r l e n g t h s o b s e r v e d f o r d i f f e r e n t fi b e r t y p e s i s a p a r t i c u l a r i t y o f w o o d fi b e r s . T h i s m a y a c t u a l l y b e a n a d v a n t a g e i n t h e s e n s e t h a t d i f f e r e n t fi b e r l e n g t h s a r e m o r e e f f e c t i v e i n e n h a n c i n g s p e - c i fi c a s p e c t s o f c e m e n t m a t e r i a l p r o p e r t i e s ( e . g . s h o r t e r fi b e r s m a y e n h a n c e s t r e n g t h b e t t e r t h a n t h e l o n g e r fi b e r s w h i c h c o u l d b e m o r e e f f e c t i v e i n i m p r o v i n g d u c t i l i t y ) . F m W r e e a m . A m . S d d D . . m e g m . o n m m m n m w v m e ( ) fl 0 S m 2 5 M H u m a o fi 0 o m 2 4 1 6 3 m h M . m 1 ) 0 m . e I 6 . 6 I . 6 I 6 I 6 § § \ \ § \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ § \ \ \ § \ \ \ 6 \ \ \ \ \ \ \ m § \ \ \ \ \ \ u \ \ m \ § \ \ \ \ \ \ \ \ \ 6 6 6 \ § t . s . § r 9 1 T a b l e 4 . 9 A v e r a g e V a l u e s a n d t h e V a r i a t i o n s i n F i b e r L e n g t h s C o e f fi t f V a r i a t i o n ( % ) 2 F i b e r L e n g t h ( m m ) 0 . 0 0 . 0 1 . 0 1 . : 1 . 4 l . 0 F i b e r L e n g t h ( m m ) ( b ) K r a f t P u l p ( N H K ) ( a ) K r a f t P u l p ( S S K ) a 4 o e 7 e 0 F i b e r L e n g t h ( m m ) ( c ) M e c h a n i c a l P u l p ( I O O O L ) a l a n d K r a f t P u l p s . F i g u r e 4 . 3 2 F i b e r L e n g t h D i s t r i b u t i o n o f M e c h a n i c 9 2 T h e m o i s t u r e c o n t e n t a n d r e g a i n ( A S T M C 1 3 4 8 ) a n d w a t e r s o l u b i l i t y ( T A P P I T 2 0 7 ) t e s t r e s u l t s f o r d i f f e r e n t w o o d fi b e r t y p e s a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 4 . 3 3 . H i g h m o i s t u r e c o n - t e n t a n d r e g a i n v a l u e s ( o f t h e o r d e r o f 8 % ) w e r e o b s e r v e d f o r a l l t h e fi b e r t y p e s . A f fi n i t y o f w o o d fi b e r s t o m o i s t u r e p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n i n fl u e n c i n g f r e s h m i x a n d h a r d e n e d m a - t e r i a l p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s , n o t i n g t h a t w a t e r p l a y s a c e n t r a l r o l e i n d e c i d i n g a l l t h e s e a s p e c t s o f c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l p r o p e r t i e s . W a t e r s o l u b i l i t y o f w o o d fi - b e r s i s a c o n c e r n d u r i n g t h e a d d i t i o n o f fi b e r s t o f r e s h c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s . H i g h w a t e r s o l u b i l i t y o f m e c h a n i c a l p u l p s ( I O O O L ) d a m a g e s t h e h y d r a t i o n p r o c e s s o f c e m e n t i t i o u s m a - t r i x . M o i s t u r e C o n t e n t a n d R e g a i n ( Z ) N I n t e r S o l u b i l i t y ( x ) 1 2 H e l m c o n t e n t - l d l t u r e l e g - i n I S o f t w o o d I n n . P u l p H a r d w o o d I n n P u l p I n h a l e d P u l p F i b e r T y p e F i b e r T y p e ( a ) M o i s t u r e C o n t e n t a n d R e g a i n ( b ) W a t e r S o l u b i l i t y F i g u r e 4 . 3 3 M o i s t u r e C o n t e n t a n d W a t e r S o l u b i l i t y o f D i f f e r e n t W o o d F i b e r T y p e s . T h e p o r e w a t e r i n c e m e n t i t i o u s m a t r i x i s h i g h l y a l k a l i n e . T h e d u r a b i l i t y o f w o o d fi - b e r - c e m e n t c o m p o s i t e w o u l d t h u s p a r t l y d e p e n d o n t h e s t r e n g t h l o s s o f w o o d fi b e r s f o l l o w - i n g a l k a l i n e e x p o s u r e . I n o r d e r t o s t u d y t h e d u r a b i l i t y o f w o o d fi b e r s i n a l k a l i n e e n v i r o n - m e n t , K r a f t p u l p ( S S K ) w a s i m m e r s e d i n s o l u t i o n s o f d i f f e r e n t a l k a l i n i t y f o r o n e y e a r a n d t h e c h a n g e i n s u r f a c e c h a r a c t e r i s t i c s w e r e t h e n o b s e r v e d u s i n g S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o - s c o p e ( F i g u r e 4 . 3 4 ) . T h e a l k a l i n e s o l u t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e w a t e r ( p H = 8 . 3 ) , l i m e 9 3 s o l u t i o n ( p H = 1 2 . 5 ) , c o n c r e t e p o r e w a t e r ( p H = 1 3 . 1 ) a n d c o n c e n t r a t e d s o d i u m h y d r o x i d e ( p H = 1 3 . 0 ) . F i g u r e 4 . 3 4 p r e s e n t s m i c r o g r a p h s o f s o f t w o o d k r a f t fi b e r ( S S K ) c o n d i t i o n e d i n d i f f e r e n t a l k a l i n e s o l u t i o n s . F i b e r s i m m e r s e d i n w a t e r d i d n o t s h o w a n y d e t e r i o r a t i o n . W o o d fi b e r s i m m e r s e d i n s a t u r a t e d l i m e s o l u t i o n a n d c o n c r e t e p o r e w a t e r s h o w e d s m a l l d e - p o s i t s o f s a l t s o n t h e i r s u r f a c e s . F i b e r s i m m e r s e d i n c o n c e n t r a t e d s o d i u m h y d r o x i d e s h o w e d s m a l l d a m a g e t o t h e s u r f a c e c h a r a c t e r i s t i c s . I t c a n b e c o n c l u d e d f r o m t h i s i n v e s t i g a t i o n t h a t k r a f t fi b e r s w i t h s t a n d a l k a l i a t t a c k w i t h o u t s e v e r e d a m a g e t o t h e s u r f a c e . ( a ) A s R e c e i v e d F i g u r e 4 . 3 4 T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f S o f t w o o d K r a f t P u l p ( S S K ) C o n d i t i o n e d i n D i f f e r e n t A l k a l i n e S o l u t i o n s . 9 4 ( b ) C o n d i t i o n e d i n W a t e r f o r O n e Y e a r ( c ) C o n d i t i o n e d i n S a t u r a t e d L i m e S o l u t i o n f o r O n e Y e a r F i g u r e 4 . 3 4 ( c o n t ’ d ) T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f S o f t w o o d K r a f t P u l p ( S S K ) C o n d i t i o n e d i n D i f f e r e n t A l k a l i n e S o l u t i o n s . 9 5 1 5 K U X Z r B B B ( d ) C o n d i t i o n e d i n C o n c r e t e P o r e W a t e r f o r O n e Y e a r 1 5 K U x 2 , e e a ( e ) C o n d i t i o n e d i n C o n c e n t r a t e d S o d i u m H y d r o x i d e S o l u t i o n f o r O n e Y e a r F i g u r e 4 . 3 4 ( c o n t ’ d ) T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f S o f t w o o d K r a f t P u l p ( S S K ) C o n d i t i o n e d i n D i f f e r e n t A l k a l i n e S o l u t i o n s . 9 6 4 . 7 . 2 M e c h a n i c a l a n d P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e f r e s h m i x a n d h a r d e n e d m a t e r i a l p r o p e r t i e s o f c e m e n t u s i n g t h e t e s t d a t a g e n e r a t e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n . 4 . 7 . 2 . 1 F r e s h M i x P r o p e r t i e s T e s t d a t a o n w a t e r r e q u i r e m e n t s ( f o r a c h i e v i n g c o m p a r a b l e l e v e l s o f w o r k a b i l i t y ) , fl o w , s e t t i n g t i m e a n d a i r c o n t e n t o f c e m e n t m a t r i c e s r e i n f o r c e d w i t h d i f f e r e n t w o o d fi b e r t y p e s a n d m a s s f r a c t i o n s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 0 . W a t e r - c e m e n t r a t i o s w e r e v a r i e d i n o r d e r t o o b t a i n c o m p a r a b l e w o r k a b i l i t y l e v e l s r e p r e s e n t e d b y a fl o w ( A S T M 0 2 3 0 ) o f 5 5 % t o 6 5 % . T h e w a t e r r e q u i r e m e n t i s o b s e r v e d i n T a b l e 4 . 1 0 t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t ( f r o m 0 . 2 8 f o r p l a i n c e m e n t t o 0 . 4 0 f o r t h e m i x c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n o f w o o d fi b e r s ) . T h e n e e d f o r h i g h e r a m o u n t s o f w a t e r d u r i n g m i x i n g i s t y p i c a l t o a l l fi b e r r e - i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s , a s h i g h e r fi b e r c o n t e n t r e q u i r e s m o r e w a t e r t o w e t t h e s u r f a c e a r e a o f fi b e r s . A l s o , t h e f a c t t h a t w o o d fi b e r s t h e m s e l v e s a b s o r b p a r t o f t h e m i x i n g w a t e r c r e a t e s t h e n e e d f o r h i g h e r a m o u n t s o f w a t e r d u r i n g m i x i n g . T a b l e 4 . 1 0 F r e s h M i x P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s R a t i o I n i t i a l F i n a l ( % ) 1 % K r a f t ( S S K ) 0 . 3 5 6 5 1 9 0 2 7 0 2 3 . 1 5 2 % K r a f t ( S S K ) 0 . 4 0 6 2 1 9 5 3 1 5 2 7 . 6 1 % K r a f t ( N H K ) 0 . 3 5 6 3 1 9 5 2 8 0 2 3 . 0 2 % K r a f t ( N H K ) 0 . 4 0 6 2 2 0 0 3 5 0 2 6 . 0 8 1 % M e c h . ( I O O O L ) 0 . 3 5 7 4 2 7 0 3 4 5 2 2 . 0 2 % M e c h . ( I O O O L ) 0 , 4 0 6 6 4 9 5 6 9 0 2 6 . 0 9 7 T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e i n i t i a l a n d fi n a l s e t t i n g t i m e s o f c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s a r e a l s o p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 0 . T h e r e i s a t e n d e n c y i n s e t t i n g t i m e t o i n c r e a s e i n t h e p r e s e n c e o f m e c h a n i c a l p u l p . T h e fi n a l s e t t i n g o f t h e m a t r i x c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c - t i o n o f m e c h a n i c a l p u l p w a s a s m u c h a s 3 t i m e s t h a t o f p l a i n m a t r i x . K r a f t p u l p s o n l y s l i g h t - l y i n c r e a s e t h e fi n a l s e t t i n g t i m e ( 5 0 % f o r S S K a n d 6 4 % f o r N H K , a t 2 % fi b e r m a s s f r a c - t i o n ) o f t h e m a t r i x . M e c h a n i c a l p u l p s r e t a r d s e t t i n g t i m e m o r e t h a n k r a f t p u l p s p o s s i b l y b e - c a u s e m e c h a n i c a l p u l p s s t i l l c a r r y t h e e x t r a c t i v e s w i t h r e t a r d i n g e f f e c t s , a n d a l s o b e c a u s e t h e i r p o r o u s a n d h o l l o w s t r u c t u r e a b s o r b s t h e w a t e r a v a i l a b l e i n f r e s h m i x a n d t h u s m a k e i t d i f fi c u l t f o r c e m e n t t o a c c e s s t h e w a t e r f o r h y d r a t i o n p u r p o s e s . M e c h a n i c a l p u l p s a l s o c o n - t a i n h i g h e r a m o u n t s o f l i g n i n w h i c h d i s s o l v e i n w a t e r a n d i n t e r f e r e w i t h t h e p r o c e s s o f c e - m e n t h y d r a t i o n , t h e r e b y r e t a r d i n g t h e s e t t i n g o f fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s m o r e t h a n k r a f t p u l p s . I t s h o u l d b e e m p h a s i z e d t h a t fi b r o u s m i x t u r e s h a d h i g h e r w a t e r c o n t e n t s t h a n t h e p l a i n m a t r i x . T h e f r e s h m i x e n t r a p p e d a i r c o n t e n t i s o b s e r v e d i n T a b l e 4 . 1 0 t o i n c r e a s e w h e n w o o d fi b e r s a r e a d d e d t o t h e m i x . T h e i n c r e a s e i n f r e s h m i x a i r c o n t e n t w a s 8 0 % f o r k r a f t p u l p s ( S S K ) , 7 0 % f o r k r a f t p u l p ( N H K ) , a n d 7 0 % f o r m e c h a n i c a l p u l p s a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . T h e i n c r e a s e i n e n t r a p p e d a i r c o n t e n t c o u l d b e a t t r i b u t e d t o t h e d i f fi c u l t y o f c o m p a c t i n g c e - m e n t c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g h i g h e r fi b e r m a s s f r a c t i o n s . 4 . 7 . 2 . 2 M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s s t u d i e d i n t h i s i n - v e s t i g a t i o n w e r e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e , c o m p r e s s i v e b e h a v i o r a n d i m p a c t r e s i s t a n c e . T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e s e a s p e c t s o f m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 1 . T a b l e 4 . 1 1 M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s 9 8 F i b e r F l e x u r a l C o m p r e s s i v e I m p a c t R e s i s t a n c e M a s s C o n t e n t S t r e n g t h T o u g h n e s s S t r e n g t h T o u g h n e s s I n i t i a l F a i l u r e & T y p e ( M P a ) ( N - m m ) ( M P a ) ( K N - m m ) ( B l o w s ) ( B l o w s ) = r = P l a i n 2 . 7 1 0 6 . 2 1 4 6 0 . 6 5 1 1 6 . 2 2 1 2 2 . 2 7 9 3 . 1 1 8 7 3 . 8 5 1 5 4 . 6 6 1 1 1 . 5 4 . 2 2 . 1 1 . 8 1 2 . 5 . 5 1 . 5 1 . 5 . 8 1 . 2 . M e a n 2 . 1 7 7 4 . 3 5 0 6 8 . 9 5 1 4 1 . 5 2 1 1 . 6 7 1 % K r a f t 8 . 0 4 2 5 2 . 8 7 6 1 . 9 5 1 3 7 . 6 1 4 0 4 1 ( S S K ) 7 . 0 5 4 3 8 . 9 8 5 1 . 1 6 1 3 8 . 3 6 5 3 5 6 5 . 5 4 5 2 1 . 5 1 5 2 . 1 2 1 5 5 . 3 5 1 3 . 0 . 1 2 1 8 . M e a n 7 . 2 1 3 3 8 . 8 1 5 7 . 4 4 1 3 7 . 1 0 7 4 . 3 8 1 . 7 2 % K r a f t 1 1 . 6 2 6 3 . 7 3 4 7 . 5 5 7 7 . 3 6 4 7 6 7 9 ( S S K ) 1 1 . 2 5 9 2 . 2 0 5 3 . 5 4 1 4 8 . 0 5 1 1 7 1 5 4 2 . 8 1 5 8 2 . 5 0 5 3 . 2 2 1 5 5 . 5 2 1 1 2 1 . 1 2 L M e a n 1 0 . 9 2 7 9 . 5 1 5 1 . 4 6 1 2 0 . 0 0 9 8 1 1 8 1 % K r a f t 6 . 7 1 2 3 0 . 5 1 6 3 . 6 3 1 4 9 . 6 6 1 3 7 1 3 8 ( N H K ) 6 . 8 1 8 4 4 . 1 8 6 2 . 5 0 1 7 3 . 9 5 1 1 0 1 1 0 . 8 2 5 1 $ 4 . 2 1 5 2 . 2 8 1 2 . 7 . 8 9 1 . 5 . 1 8 . M e a n 7 . 2 6 3 3 9 . 8 9 6 0 . 3 7 1 5 0 . 4 7 8 7 . 7 8 8 . 7 2 % K r a f t 8 . 9 1 4 8 2 . 9 3 5 3 . 4 1 1 2 3 . 6 0 1 0 8 1 1 8 ( N H K ) 9 . 4 9 9 8 3 . 8 4 5 0 . 8 2 1 2 3 . 4 6 1 2 5 1 3 5 8 . 1 1 2 5 2 . 1 1 4 2 . 1 8 1 2 3 . 5 9 2 8 . 1 1 2 5 . M e a n 9 . 0 6 4 7 3 . 1 8 5 1 . 3 3 1 2 3 . 5 2 1 1 0 . 3 1 1 9 . 3 1 % M e c h . 3 . 9 9 3 2 3 . 6 2 5 1 . 3 0 1 2 4 . 2 0 4 5 ( 1 0 0 0 L ) 3 . 7 3 2 2 3 . 0 5 5 2 . 9 1 1 0 7 . 0 3 4 5 1 . 3 2 8 5 5 . 9 5 5 2 . 4 9 1 1 5 . 2 2 5 . 5 . M e a n 4 . 0 4 1 2 7 . 2 3 5 2 . 2 0 1 1 6 . 0 7 4 . 6 7 5 . 3 3 2 % M e c h . 4 . 2 7 8 2 5 . 6 5 3 9 . 9 0 1 0 2 . 1 3 5 6 ( 1 0 0 0 L ) 5 . 4 6 3 1 5 . 9 3 3 8 . 5 5 9 2 . 0 3 2 8 9 4 . 5 5 5 2 5 . 5 5 4 1 . 2 9 1 1 2 . 0 5 1 L 1 2 . M e a n 4 . 7 9 1 2 2 . 0 7 3 9 . 8 9 9 0 . 4 5 5 8 9 T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n b e h a v i o r o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 3 5 f o r d i f f e r e n t fi b e r t y p e s . T h e e f f e c t s o f o O l . 1 0 . l f 2 l 0 e D l . m 3 ) 0 m e c t i o n ( l . 4 0 0 . 5 9 9 fi b e r c o n t e n t a n d t y p e o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 1 a n d F i g u r e s 4 . 3 6 ( a ) a n d ( b ) , r e s p e c t i v e l y . J a p a n e s e s t a n d a r d J C I - S F [ 4 9 ] w a s u s e d f o r p e r f o r m - i n g t h e fl e x u r a l t e s t . F l e x u r a l t o u g h n e s s a c c o r d i n g t o J C I - S F 4 i s d e fi n e d a s t h e a r e a u n d e r t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e u p t o a d e fl e c t i o n o f 0 . 7 6 2 m m ( 0 . 0 3 i n ) , w h i c h i s t h e s p a n l e n g t h d i v i d e d b y 1 5 0 . T h e r e a r e m a j o r i m p r o v e m e n t s i n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c e m e n t i n t h e p r e s e n c e o f w o o d fi b e r s . K r a f t p u l p s ( S S K s o f t w o o d a n d N H K h a r d w o o d ) s e e m t o b e m o r e e f f e c t i v e t h a n t h e m e c h a n i c a l p u l p ( 1 0 0 0 L ) i n e n h a n c i n g t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c e m e n t . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n w a s a b o u t 5 t i m e s f o r k r a f t p u l p ( S S K ) , 4 t i m e s f o r k r a f t p u l p ( N H K ) , a n d 2 t i m e s f o r m e - c h a n i c a l p u l p ( 1 0 0 0 L ) w h e n c o m p a r e d w i t h t h a t o f p l a i n m a t r i x . I m p r o v e m e n t s i n f l e x u r a l t o u g h n e s s w e r e e v e n m o r e s i g n i fi c a n t ( a b o u t 1 8 t i m e s f o r S S K k r a f t p u l p , 1 7 t i m e s f o r N H K k r a f t p u l p , a n d 5 t i m e s f o r 1 0 0 0 L m e c h a n i c a l p u l p a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n ) . T h e e f f e c t s o f fi b e r c o n t e n t a n d fi b e r t y p e w e r e f o u n d t o b e s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . L o a d ( K N ) 8 / ‘ 2 % K r e t t P u l p 4 _ / 2 % M 0 0 1 1 . P u l p / — P l e l n C e m e n t F i g u r e 4 . 3 5 F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r o C e m e n t C o m p o s i t e s . 1 0 1 T h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s t e s t r e s u l t s a r e s h o w n i n T a b l e 4 . 1 1 a n d a l s o i n F i g u r e s 4 . 3 7 ( a ) a n d ( b ) , r e s p e c t i v e l y . T h e J a p a n e s e s t a n d a r d J C I - S F [ 4 9 ] w a s u s e d f o r p e r f o r a t i n g t h i s t e s t . A c c o r d i n g t o J C I - S F S , c o m p r e s s i v e t o u g h n e s s i s d e fi n e d a s t h e a r e a u n d e r n e a t h t h e c o m p r e s s i v e l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e u p t o a s t r a i n o f 0 . 0 0 7 5 . W o o d fi b e r s a r e o b s e r v e d t o r e d u c e t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s . T h i s e f f e c t i s r e l a t i v e l y s m a l l a n d , c o n s i d e r i n g t h e m a j o r i m p r o v e m e n t s i n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e , i t i s n o t a m a j o r f a c t o r i n a p p l i c a t i o n o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t t o t h i n - s h e e t p r o d u c t s w h e r e fl e x u r e a n d i m p a c t l o a d s d o m i n a t e t h e b e h a v i o r a n d c o m p r e s s i v e b e h a v i o r i s o f l i t t l e C O H S C Q U C I I C C . C o m p r e s s i v e S t r e n g t h ( M P a ) 1 0 0 V I 9 5 % C a l fi d m c e l n t c r v g l S o f t w o o d K r a f t 8 0 . . I H a r d w o o d K r a f t M e c h . P u l p F i b e r M a s s F r a c t i o n ( % ) ( a ) C o m p r e s s i v e S t r e n g t h F i g u r e 4 . 3 7 C o m p r e s s i v e B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . 1 0 2 2 2 5 C o m p r e s s i v e T o u g h n e s s ( N - m m ) S o f t w o o d K r a f t m H a r d w o o d K r a f t S e r i e s 3 2 0 ° ‘ I 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l 1 7 5 - 1 5 0 e 1 2 5 - 1 0 0 - 7 5 4 5 0 - 2 5 — F i b e r M a s s F r a c t i o n ( % ) ( b ) C o m p r e s s i v e T o u g h n e s s F i g u r e 4 . 3 7 ( c o n t ’ d ) C o m p r e s s i v e B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . E f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fi r s t c r a c k a n d u l t i m a t e i m p a c t s t r e n g t h s o f c e m e n t a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 1 a n d F i g u r e s 4 . 3 8 ( a ) a n d ( b ) , r e s p e c t i v e l y . I m p a c t r e - s i s t a n c e r e p r e s e n t s t h e n u m b e r o f b l o w s b y a s t a n d a r d h a m m e r ( 1 0 l b . m a s s w i t h a d r o p h e i g h t o f 4 5 7 . 2 m m , 1 8 i n ) r e q u i r e d f o r c r a c k i n g a n d f a i l u r e o f t h e t e s t s p e c i m e n [ 1 7 ] . F i g - u r e 4 . 3 7 i n d i c a t e s t h a t t r e m e n d o u s i m p r o v e m e n t s i n t h e i m p a c t r e s i s t a n c e o f c e m e n t c a n b e a c h i e v e d t h r o u g h w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t . K r a f t p u l p s a r e m u c h m o r e e f f e c t i v e ( a b o u t 7 1 t i m e s i m p a c t r e s i s t a n c e f o r b o t h S S K a n d N H K a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n w h e n c o m p a r e d w i t h p l a i n m a t r i x ) t h a n t h e m e c h a n i c a l p u l p ( a b o u t 5 t i m e s i m p a c t r e s i s t a n c e a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n ) i n t h i s r e g a r d . 1 0 4 4 . 7 . 2 . 3 P h y s i c a l P r o p e r t i e s T h e w a t e r a b s o r p t i o n c a p a c i t y o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s a r e o b s e r v e d i n T a b l e 4 . 1 2 a n d F i g u r e 4 . 3 9 ( a ) t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r m a s s fi a c t i o n . T h e i n c r e a s e i n w a t e r a b s o r p t i o n o v e r t h a t o f p l a i n c e m e n t w a s 1 0 0 % f o r k r a f t p u l p ( S S K ) , 8 6 % f o r k r a f t p u l p ( N H K ) a n d 9 9 % f o r m e c h a n i c a l p u l p ( 1 0 0 0 L ) a t 2 % m a s s f r a c t i o n . H i g h w a t e r a b s o r p t i o n v a l u e s o b s e r v e d a r e p a r t l y d u e t o t h e i n c r e a s e d v o i d c o n t e n t o f t h e c o m p o s i t e d u e t o p o o r c o m p a c t i b i l i t y a n d p a r t l y d u e t o t h e a f fi n i t y o f w o o d fi b e r s t o m o i s t u r e . T h e s p e c i fi c g r a v i t y o f h a r d e n e d c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s i s o b s e r v e d i n T a b l e 4 . 1 2 a n d F i g u r e 4 . 3 8 ( b ) t o d e c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g w o o d fi b e r c o n t e n t . A t 2 % fi b e r m a s s f r a c - t i o n , k r a f t fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s s h o w e d a r e d u c t i o n i n s p e c i fi c g r a v i t y o f a b o u t 1 6 % f o r S S K a n d 1 3 % f o r N H K w h e n c o m p a r e d w i t h p l a i n c e m e n t , w h i l e m e c h a n i c a l p u l p s p r o - d u c e d a d e c r e a s e o f 2 0 % ; s i m i l a r t r e n d s w e r e o b s e r v e d i n t h e f r e s h m i x u n i t w e i g h t . I n - c r e a s e d v o i d c o n t e n t d u e t o p o o r c o m p a c t i b i l i t y i s t h e m a i n c a u s e f o r r e d u c t i o n s i n t h e s p e - c i fi c g r a v i t y o f c o m p o s i t e s . T a b l e 4 . 1 2 P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s F i b e r M a s s C o n t e n t & W a t e r A b s o r p t i o n ( % ) S p e c i fi c G r a v i t y T y p e P l a i n 8 . 1 2 . 0 2 2 1 % K r a f t ( S S K ) 1 4 . 1 1 . 7 8 7 2 % K r a f t ( S S K ) 1 6 . 4 1 . 7 1 1 % K r a f t ( N H K ) 1 4 . 8 1 . 7 8 5 2 % K r a f t ( N H K ) 1 5 . 1 1 . 7 5 1 % M e c h . ( 1 0 0 0 L ) 1 3 . 4 6 ‘ 1 . 7 9 1 2 % M e c h . ( 1 0 0 0 L ) 1 6 . 1 0 1 . 6 2 2 1 0 5 2 0 W a t e r A b s o r p t i o n ( Z ) 2 6 S p e c i f i c G r a v i t y S o f t w o o d I r o n . - B r d w o o d K u r t n o u n . P u l p 0 l 2 0 l 2 F i b e r l e e s F r a c t i o n ( % ) F i b e r M o r e F r a c t i o n ( Z ) ( a ) W a t e r A b s o r p t i o n ( b ) S p e c i fi c G r a v i t y F i g u r e 4 . 3 9 W a t e r A b s o r p t i o n a n d S p e c i fi c G r a v i t y o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s . 4 . 7 . 3 O p t i m i z a t i o n o f F i b e r C o n t e n t i n M o l d i n g a n d S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s e s O p t i m i z a t i o n o f fi b e r m a s s c o n t e n t w a s d o n e i n t w o s t a g e s : ( a ) f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g l o w fi b e r c o n t e n t ( s 2 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h m o l d i n g m e t h o d ; a n d ( b ) f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g h i g h fi b e r c o n t e n t ( 2 4 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h s l u r r y - d e w a t e r i n g . 4 . 7 . 3 . 1 M o l d i n g M e t h o d T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e f r e s h m i x a n d h a r d e n e d m a t e r i a l p r o p e r t i e s o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s u s i n g t h e t e s t d a t a g e n e r a t e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n . T h e w o o d fi b e r s u s e d w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] a n d M e - c h a n i c a l P u l p ( 1 0 0 0 L ) [ 4 3 ] . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s p h a s e o f t h e s t u d y a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 3 ( a ) . W a t e r a n d s u p e r p l a s t i c i z e r c o n t e n t s w e r e v a r i e d i n o r d e r t o a c h i e v e r e a s o n a b l e f r e s h m i x w o r k a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s r e p r e s e n t e d b y a fl o w ( A S T M C - 2 3 0 ) o f 5 5 % t o 6 5 % a t 1 m i n u t e a f t e r m i x i n g . F i b r o u s m i x t u r e s a l s o 1 0 6 c o n t a i n e d a n o n - c h l o r i d e s e t a c c e l e r a t o r , w h i c h w a s e s s e n t i a l t o k e e p t h e i r s e t t i n g t i m e s w i t h i n a c c e p t a b l e l i m i t s . F r e s h M i x P r o p e r t i e s : T a b l e 4 . 1 3 p r e s e n t s t h e t e s t d a t a o n w a t e r r e q u i r e m e n t s ( f o r a c h i e v - i n g c o m p a r a b l e l e v e l s o f w o r k a b i l i t y ) , a i r c o n t e n t , w a t e r a b s o r p t i o n a n d s e t t i n g t i m e o f c o m p o s i t e s w i t h d i f f e r e n t m a s s f r a c t i o n s o f d i f f e r e n t fi b e r t y p e s . T h e r e s u l t s p r e s e n t e d a r e a v e r a g e o f t w o v a l u e s o b t a i n e d fi o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s f o r a s p e c i fi c m i x , w i t h i n f o r m a - t i o n g i v e n o n t h e r a n g e c o v e r e d b y t h e t w o r e p l i c a t e d t e s t p o i n t s . T h e v a r i a t i o n s b e t w e e n b a t c h e s a r e o b s e r v e d t o b e r e l a t i v e l y s m a l l . W a t e r - c e m e n t r a t i o s w e r e v a r i e d i n o r d e r t o o b - t a i n c o m p a r a b l e w o r k a b i l i t y l e v e l s r e p r e s e n t e d b y a fl o w ( A S T M C - 2 3 0 ) o f 5 5 % t o 6 5 % . T h e w a t e r r e q u i r e m e n t i s o b s e r v e d i n T a b l e 4 . 1 3 t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t ( f r o m 0 . 3 f o r p l a i n m o r t a r t o 0 . 4 2 5 f o r t h e m i x c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n o f k r a f t fi b e r s ) . K r a f t fi b e r s r e q u i r e m o r e w a t e r t h a n m e c h a n i c a l fi b e r s . A p o s s i b l e e x p l a n a t i o n f o r t h i s i s t h a t k r a f t fi b e r s , b e i n g s m a l l e r i n d i a m e t e r , h a v e m o r e s u r f a c e a r e a a t t h e s a m e m a s s f r a c - t i o n , a n d t h u s r e q u i r e m o r e w a t e r t o w e t t h e i r s u r f a c e s . T a b l e 4 . 1 3 F r e s h M i x P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( a v e r a g e _ - _ i - _ h a l f t h e r a n g e ) F i b e r M a s s W a t e r — S e t t i n g T i m e ( m i n u t e s ) J . C o n t e n t & C e m e n t F l o w ( % ) A r r fi g m e n t T y p e R a t i o I n i t i a l F i n a l | P l a i n 0 . 3 0 5 8 1 8 6 2 1 0 2 1 . 0 7 i 3 i 3 i 0 . 2 5 1 % K r a f t 0 . 3 5 5 8 2 1 1 2 5 3 2 1 . 3 8 ( S S K ) i 4 i 2 i 0 . 1 3 2 % K r a f t 0 . 4 3 4 8 2 3 3 2 9 3 2 2 . 5 0 ( S S K ) _ + _ : 3 i 4 3 : 0 . 2 6 1 % M e c h . 0 . 3 0 6 4 2 7 2 3 5 4 2 0 . 8 6 ( 1 0 0 0 L ) i 4 i . 3 i 0 . 2 7 2 % M e c h . 0 . 3 0 5 9 2 9 2 3 8 7 2 3 . 9 4 ( 1 0 0 0 L ) i : 4 i 3 - _ i - _ 0 . 4 1 1 0 7 S e t t i n g t i m e o f m i x t u r e s c o n t a i n i n g fi b e r s i n c r e a s e d a s fi b e r m a s s c o n t e n t w a s i n - c r e a s e d ( s e e T a b l e 4 . 1 3 ) . T h e i n i t i a l s e t t i n g t i m e i n c r e a s e d b y a s m u c h a s 2 5 % a n d 5 8 % f o r m i x e s c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n o f k r a f t a n d m e c h a n i c a l fi b e r s , r e s p e c t i v e l y ; t h i s i n - c r e a s e w a s e v e n m o r e f o r t h e fi n a l s e t t i n g t i m e ( 3 9 % f o r k r a f t fi b e r s a n d 8 4 % f o r m e c h a n - i c a l fi b e r s ) . M e c h a n i c a l p u l p s r e t a r d t h e s e t t i n g t i m e m o r e t h a n k r a f t p u l p s p o s s i b l y b e c a u s e m e c h a n i c a l p u l p s s t i l l c a r r y t h e e x t r a c t i v e s w i t h r e t a r d i n g e f f e c t s , a n d a l s o b e c a u s e t h e i r p o - r o u s a n d h o l l o w s t r u c t u r e a b s o r b s t h e w a t e r a v a i l a b l e i n fi e s h m i x a n d t h u s m a k e i t d i f f i c u l t f o r c e m e n t t o a c c e s s t h e w a t e r f o r h y d r a t i o n p u r p o s e s . M e c h a n i c a l p u l p s a l s o c o n t a i n h i g h e r a m o u n t s o f l i g n i n w h i c h d i s s o l v e i n w a t e r a n d i n t e r f e r e w i t h t h e p r o c e s s o f c e m e n t h y d r a - t i o n , t h e r e b y r e t a r d i n g t h e s e t t i n g o f fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s m o r e t h a n k r a f t p u l p s . I t s h o u l d b e n o t e d h e r e t h a t fi b r o u s m i x t u r e s c o n t a i n e d h i g h e r a m o u n t s o f w a t e r a s w e l l a s a s m a l l d o s a g e o f n o n - c h l o r i d e s e t a c c e l e r a t o r [ 4 5 ] . T h u s a n a c c u r a t e c o m p a r i s o n o f s e t t i n g t i m e f o r p l a i n a n d fi b r o u s m i x t u r e s c o u l d n o t b e m a d e . T h e f r e s h m i x a i r c o n t e n t i s o b s e r v e d i n T a b l e 4 . 1 3 t o i n c r e a s e w h e n w o o d fi b e r s a r e a d d e d t o t h e m i x . T h e i n c r e a s e i n f r e s h m i x a i r c o n t e n t w a s 7 % f o r t h e k r a f t p u l p a n d 1 4 % f o r t h e m e c h a n i c a l p u l p a t 2 % m a s s f r a c t i o n . T h e i n c r e a s e i n e n t r a p p e d a i r c o n t e n t c o u l d b e a t t r i b u t e d t o t h e d i f fi c u l t y o f c o m p a c t i n g c e m e n t c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g h i g h e r fi b e r m a s s f r a c t i o n s . M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s : W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e t e s t e d f o r t h e i r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c - t i o n b e h a v i o r o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 4 0 f o r d i f f e r e n t fi b e r t y p e s . T h e e f f e c t s o f fi b e r c o n t e n t a n d t y p e o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 4 a n d F i g u r e s 4 . 4 1 ( a ) a n d ( b ) , r e s p e c t i v e l y . J a p a n e s e s t a n d a r d J C I - S F [ 4 9 ] w a s u s e d f o r p e r f o r m i n g t h e fl e x u r a l t e s t s . F l e x u r a l t o u g h n e s s a c c o r d i n g t o J C I - S F 4 i s d e fi n e d a s t h e a r e a u n d e r n e a t h t h e fl e x u r a l l o a d — d e fl e c t i o n c u r v e u p t o a d e fl e c t i o n o f 0 . 7 6 2 m m ( 0 . 0 3 i n ) , w h i c h i s t h e s p a n l e n g t h d i v i d e d b y 1 5 0 . o 0 . 0 5 0 . 1 0 t . i 1 o 5 n D e f l e c ( m m ) 0 . 2 0 . 2 5 1 0 8 5 L o a d ( K N ) l I l 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 D e f l e c t i o n ( m m ) ( a ) K r a f t P u l p ( S S K ) 5 L o a d ( K N ) 0 . 3 2 % M e c h . F i b e r 7 % M e c h . F i b e r l I l I ( b ) M e c h a n i c a l P u l p ( 1 0 0 0 L ) 0 . 3 F i g u r e 4 . 4 0 F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R a n g e f o r 1 0 C u r v e s ) . 1 0 9 T a b l e 4 . 1 4 F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s F i b e r F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m ) M a s s 2 0 % ; : B a t c h 1 B a t c h 2 ( 3 ? ; a n B a t c h 1 B a t c h 2 ( 3 1 . 4 n g P l a i n 3 . 7 7 9 9 4 . 1 2 2 2 5 1 . 9 7 5 3 3 . 8 9 7 5 . 7 5 5 7 3 . 6 1 5 9 3 . 9 1 4 6 3 6 . 1 5 6 4 1 . 8 0 6 4 0 . 0 2 1 4 . 9 4 6 6 4 . 4 9 5 6 ( 0 . 9 9 8 9 ) 3 5 . 0 2 6 4 0 . 9 0 2 ( 5 . 9 6 5 8 ) 3 . 9 1 6 7 3 . 8 6 1 0 4 1 . 8 0 6 4 6 . 3 2 6 3 . 0 1 8 1 2 . 6 2 6 6 3 9 . 5 4 6 3 2 . 7 6 7 1 % K r a f t 9 . 3 8 7 8 8 . 5 9 6 5 8 7 . 0 0 1 9 7 . 1 7 1 ( S S K ) 9 . 3 6 8 6 5 . 7 5 2 3 7 . 7 9 4 9 9 1 . 5 2 1 7 5 . 7 0 3 9 0 . 4 1 4 9 . 1 7 5 4 6 . 4 6 1 8 ( 1 . 3 6 8 8 ) 1 1 4 . 1 2 8 7 . 0 0 2 ( 9 . 9 3 1 7 ) 7 . 6 4 8 4 8 . 3 7 3 1 7 5 . 9 2 9 9 1 . 5 2 1 6 . 8 3 7 2 6 . 3 5 1 1 9 7 . 1 7 1 8 7 . 0 0 2 2 % K r a f t 6 . 7 1 5 5 6 . 5 3 0 6 1 8 2 . 5 9 1 6 9 . 8 2 ( S S K ) 6 . 6 5 0 9 4 . 9 8 0 9 6 . 6 8 2 5 1 7 7 . 6 2 1 4 5 . 7 6 1 6 9 . 2 6 9 6 . 6 9 2 1 7 . 2 7 9 9 ( 0 . 7 7 2 9 ) 1 7 0 . 9 5 1 8 9 . 0 3 ( 2 3 . 2 6 ) 7 . 8 5 8 1 6 . 9 4 5 1 1 9 2 . 3 1 1 1 4 . 1 2 6 . 4 3 5 0 6 . 7 4 0 2 1 6 5 . 7 6 1 8 5 . 4 2 1 % M e c h . 4 . 3 3 9 0 5 . 1 8 7 1 6 1 . 0 1 4 9 4 . 0 1 1 ( 1 0 0 0 L ) 4 . 9 1 4 7 4 . 8 6 2 4 4 . 7 2 4 5 7 1 . 1 8 3 7 0 . 0 5 3 7 2 . 3 0 2 5 . 4 3 4 0 4 . 6 2 4 5 ( 0 . 4 6 5 4 ) 8 3 . 6 1 2 7 6 . 0 4 2 ( 1 . 4 0 1 1 ) 5 . 2 1 8 8 4 . 3 3 0 7 8 2 . 4 8 2 6 1 . 3 5 3 3 . 9 5 7 7 4 . 5 1 6 2 5 1 . 9 7 5 7 0 . 3 9 2 2 % M e c h . 6 . 3 0 4 8 6 . 9 6 6 7 9 0 . 3 9 1 8 0 . 2 2 2 ( 1 0 0 0 L ) 8 . 3 3 2 0 5 . 8 3 4 5 6 . 9 9 9 4 9 8 . 3 0 0 7 4 . 5 7 3 8 5 . 5 3 3 7 . 7 0 7 9 6 . 8 3 9 8 ( 0 . 0 9 2 8 ) 9 1 . 5 2 1 7 9 . 0 9 2 ( 0 . 5 6 4 9 ) 7 . 7 2 1 0 6 . 4 5 7 2 8 7 . 0 0 2 7 7 . 9 6 2 7 . 6 5 6 2 6 . 3 8 1 3 9 4 . 9 1 1 8 1 . 3 5 2 0 l C o n t e n t ( % ) F i b e r M o s s 2 3 1 O E j l T 8 - - ’ 8 ‘ o . 3 5 6 f 7 0 ‘ C P - 9 3 . L 7 3 ) - 6 4 — - ‘ 5 5 L L . 2 j A K r a f t P u l p ‘ : D M e c h . P u l p O b 4 r 1 r l r r r r 1 r n r r l a r 4 r O l 2 . 3 F i b e r M o s s C o n t e n t ( % ) ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h 3 0 0 1 _ T I ~ A 2 5 0 _ _ K r a f t P u l p . . A ' U M e c h . P u l p E . ( n ( D Q ) C . g , 1 5 0 - _ 3 . O p . — ‘ 5 . ‘ 5 1 0 0 " " - ( X b . 9 ? l g 5 0 l - O b i 1 J I r 1 r r I 1 4 r 1 1 n A 1 1 ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s F i g u r e 4 . 4 1 E f f e c t s o f F i b e r M a s s C o n t e n t o n F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R e g r e s s i o n A n a l y s i s w i t h 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l ) . 1 1 1 T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r m a s s f r a c t i o n a n d t y p e o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . F l e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g m e c h a n i c a l p u l p c o n t i n - u e t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r m a s s f r a c t i o n u p t o 2 % . T h e c o m p o s i t e w i t h 2 % m e - c h a n i c a l fi b e r s h a d a 7 9 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d a 1 1 4 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o v e r t h e p l a i n m a t r i x . F l e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g k r a f t fi b e r s i n c r e a s e d a t 1 % fi b e r c o n t e n t a n d t h e n d e c r e a s e d w h e n fi b e r c o n t e n t w a s i n c r e a s e d t o 2 % ; f r a c t u r e t o u g h n e s s , h o w e v e r , i n c r e a s e d c o n t i n u o u s l y w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t . T h e c o m p o s i t e w i t h 1 % k r a f t fi b e r s h a d , o n t h e a v e r a g e , 9 9 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d 1 2 6 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o v e r t h e p l a i n m a t r i x . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h - n e s s a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n w a s e v e n m o r e s i g n i fi c a n t ( a n a v e r a g e o f 3 2 3 % ) , w h e r e t h e a v e r a g e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h w a s 7 1 % o v e r t h a t o f p l a i n m a t r i x . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e g e n e r a t e d t e s t d a t a w e r e p e r f o r m e d u s i n g t h e a n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n t e c h n i q u e s . A s i g n i fi c a n t e f f e c t r e p r e s e n t s a c o n fi d e n c e l e v e l b e t w e e n 9 9 a n d 9 5 % , a n d a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t r e p r e s e n t s c o n fi d e n c e l e v e l s h i g h e r t h a n 9 9 % . T h e a d d i t i o n o f 1 % m a s s f r a c t i o n o f fi b e r s t o p l a i n c e m e n t m a t r i x h a d a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h . H o w e v e r , fi b e r c o n t e n t , c h a n g i n g f r o m 1 % t o 2 % m a s s f r a c t i o n d i d n o t s h o w a n y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h . T h e e f f e c t o f fi b e r c o n t e n t o n fl e x u r a l t o u g h n e s s w a s h i g h l y s i g n i fi c a n t . F i b e r t y p e ( k r a f t v s . m e c h a n i c a l p u l p ) h a d a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h a t 1 % fi b e r c o n t e n t ( w i t h k r a f t fi b e r s g i v - i n g h i g h e r s t r e n g t h ) , w h i l e a t 2 % fi b e r c o n t e n t t h e e f f e c t o f fi b e r t y p e o n fl e x u r a l s t r e n g t h w a s n o t s i g n i fi c a n t . E f f e c t o f fi b e r t y p e o n fl e x u r a l t o u g h n e s s w a s h i g h l y s i g n i fi c a n t a t a l l fi b e r c o n t e n t s ( w i t h k r a f t fi b e r s p r o d u c i n g h i g h e r t o u g h n e s s v a l u e s ) . P h y s i c a l P r o p e r t i e s : T h e w a t e r a b s o r p t i o n c a p a c i t y o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s i s o b s e r v e d i n T a b l e 4 . 1 5 t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r m a s s f r a c t i o n . T h e i n c r e a s e i n w a t e r a b s o r p - t i o n o v e r t h a t o f p l a i n c e m e n t i t i o u s m a t r i x w a s 2 3 % f o r k r a f t p u l p a n d 1 3 % f o r m e c h a n i c a l p u l p a t 2 % fi b e r m a s s fi ' a c t i o n . 1 1 2 T a b l e 4 . 1 5 P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( a v e r a g e 2 * . h a l f t h e r a n g e ) F i b e r M a s s C o n t e n t & T y p e W a t e r A b s o r p t i o n ( % ) S p e c i fi c G r a v i t y P l a i n 1 1 . 0 7 i 0 . 1 2 2 . 0 0 i 0 . 0 0 1 1 % K r a f t ( S S K ) 1 1 . 9 5 i 0 . 1 2 1 . 9 1 _ - i _ - _ 0 . 0 1 3 2 % K r a f t ( S S K ) 1 3 . 6 6 i 0 . 0 6 1 . 7 5 i 0 . 0 4 1 1 % M e c h . ( 1 0 0 0 L ) 1 1 . 4 5 i 0 . 0 2 1 . 8 6 i 0 . 0 6 4 2 % M e c h . ( 1 0 0 0 L ) 1 2 . 4 8 _ + _ - 0 . 1 8 1 . 6 5 i 0 . 0 5 5 T h e s p e c i fi c g r a v i t y o f h a r d e n e d c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s i s o b s e r v e d i n T a b l e 4 . 1 5 t o d e c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g w o o d fi b e r c o n t e n t . A t 2 % fi b e r m a s s c o n t e n t , k r a f t fi b e r r e i n - f o r c e d c o m p o s i t e s s h o w e d a r e d u c t i o n i n s p e c i fi c g r a v i t y o f a b o u t 1 3 % b e l o w t h a t o f p l a i n m a t r i x , w h i l e m e c h a n i c a l p u l p s p r o d u c e d a d e c r e a s e o f 1 7 % ; s i m i l a r t r e n d s w e r e o b s e r v e d i n t h e f r e s h m i x u n i t w e i g h t . I n o r d e r t o s e e i f t h e r e i s a n y r e l a t i o n s h i p b e t w e e n a i r c o n t e n t , s p e c i fi c g r a v i t y a n d w a t e r a b s o r p t i o n , c o r r e l a t i o n c o e f fi c i e n t s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e g e n e r a t e d t e s t d a t a . T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e c o r r e l a t i o n i s s i g n i fi c a n t a t a c o n fi d e n c e l e v e l o f 9 5 % f o r a l l t h e t w o c o m b i n a t i o n s o f p r o p e r t i e s f o r b o t h m e c h a n i c a l a n d k r a f t p u l p s . 4 . 7 . 3 . 2 S l u r r y - D e w a t e r i n g T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e o p t i m i z a t i o n o f w o o d fi b e r c o n t e n t f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n - i n g r e l a t i v e l y h i g h fi b e r c o n t e n t s ( 2 4 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . O p t i m i - z a t i o n w a s a c h i e v e d t h r o u g h fl e x u r a l t e s t i n g o f t h e c o m p o s i t e c o n t a i n i n g d i f f e r e n t fi b e r c o n t e n t s . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s p h a s e o f t h e s t u d y a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 3 ( b ) . T h i n - s h e e t s p e c i m e n s w e r e f o r m e d f r o m a d i l u t e s l u r - r y o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 % s o l i d s . A r e l a t i v e l y s m a l l d o s a g e o f 1 % d i l u t e d fl o c c u l e n t ( fl o c - c u l e n t / c e m e n t = 0 . 0 0 1 ) [ 4 6 ] w a s a d d e d t o a c h i e v e a g g l o m e r a t i o n o f c e m e n t s o l i d s i n t h e s l u r r y , w h i c h h e l p s i n r e d u c i n g t h e a m o u n t o f c e m e n t p a r t i c l e s l o s t t h r o u g h t h e fi l t e r i n g 1 1 3 s c r e e n s d u r i n g d e w a t e r i n g . F i b e r m a s s fi a c t i o n , i n t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f m a n u - f a c t u r e , i s d e fi n e d a s t h e r a t i o o f fi b e r s t o t h e d r y c o n s t i t u e n t s o f t h e m a t r i x b y w e i g h t . M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s : T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r m a s s f r a c t i o n o n fl e x u r a l l o a d - d e fl e c - t i o n b e h a v i o r o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 4 2 . T h e e f f e c t s o f fi b e r c o n t e n t a n d t y p e o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 5 a n d F i g - u r e s 4 . 4 3 ( a ) a n d ( b ) , r e s p e c t i v e l y . E a c h t e s t p o i n t i n t h i s fi g u r e r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e o f t h r e e e x p e r i m e n t s ; r e g r e s s i o n l i n e s w i t h 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l s a r e a l s o p r e s e n t e d . J a p - a n e s e s t a n d a r d J C I - S F [ 4 9 ] w a s u s e d f o r p e r f o r m i n g t h e fl e x u r a l t e s t . F l e x u r a l t o u g h n e s s i n t h i s s t u d y w a s d e fi n e d a s t h e t o t a l a r e a u n d e r t h e f u l l l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e t o a c c o u n t f o r l a r g e d e fl e c t i o n c a p a c i t y o f t h e c o m p o s i t e s . L o a d ( K N ) 0 . 8 2 2 . 5 3 D e f l e c t i o n ( m m ) F i g u r e 4 . 4 2 F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 1 1 4 T a b l e 4 . 1 6 F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s F i b e r M a s s F r a c t i o n ( % ) S t r e n g t h ( M P a ) 1 0 . 8 4 1 1 1 . 0 4 5 1 3 . 8 0 4 1 5 . 3 1 4 1 5 . 4 1 0 1 6 . 7 0 6 1 5 . 1 7 6 1 4 . 6 3 8 1 3 . 7 5 8 1 4 . 5 5 1 1 2 . 3 6 4 1 2 . 5 5 5 T o u g h n e s s 3 7 8 . 7 4 8 1 5 . 5 5 1 4 6 8 . 4 1 7 5 6 . 3 2 3 2 2 . 3 2 5 6 0 . 9 ( N - m m ) 4 6 5 . 8 5 8 6 6 . 4 0 1 5 7 0 . 4 1 7 2 0 . 0 2 1 3 4 . 2 2 6 9 6 . 6 M e a n 3 9 4 . 5 6 8 0 7 . 5 7 1 4 6 4 . 4 1 7 8 0 . 2 2 3 0 9 . 5 2 6 0 1 . 8 2 5 I I I I r n 2 0 ~ 2 E 3 5 1 5 — - i § ' § 1 0 ~ - 5 r . 4 O n J r L L I r l n I a I r 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 F i b e r M o s s C o n t e n t ( % ) ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h F i g u r e 4 . 4 3 E f f e c t s o f F i b e r M a s s C o n t e n t o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R e g r e s s i o n A n a l y s i s w i t h 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l ) . ) m m N ( s s e n h g u o T l o r u x e l F 1 1 5 4 0 0 0 1 , , , , r 3 5 0 0 ~ ' . 3 0 0 0 ; i 2 5 0 0 L - 2 0 0 0 — _ 1 5 0 0 ' - — 1 1 0 0 0 — _ 5 0 0 - _ O A . L A l I l I . 1 l l 1 l 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 F i b e r M o s s C o n t e n t ( % ) ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s F i g u r e 4 . 4 3 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f F i b e r M a s s C o n t e n t o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R e g r e s s i o n A n a l y s i s w i t h 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l ) . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r m a s s f r a c t i o n o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s . ‘ F l e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g k r a f t fi b e r s i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t u p t o 8 % b y m a s s a n d t h e n d e c r e a s e d w h e n fi b e r c o n t e n t w a s i n c r e a s e d f u r - t h e r . F r a c t u r e t o u g h n e s s , h o w e v e r , i n c r e a s e d c o n t i n u o u s l y w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t . T h e c o m p o s i t e w i t h 8 % k r a f t fi b e r s h a d , o n t h e a v e r a g e , 4 4 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d 4 t i m e s i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o v e r t h e c o m p o s i t e c o n t a i n i n g 4 % fi b e r c o n t e n t . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s a t 1 4 % fi b e r m a s s f r a c t i o n w a s e v e n m o r e s i g n i fi c a n t ( 6 t i m e s ) , w h i l e t h e a v e r a g e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h w a s 9 % a t 1 4 % fi b e r c o n t e n t o v e r t h e c o m p o s i t e c o n t a i n i n g 4 % fi b e r c o n t e n t . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e g e n e r a t e d t e s t d a t a u s i n g a n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n t e c h n i q u e s i n d i c a t e d t h a t fi b e r c o n t e n t h a s a s i g n i fi c a n t e f f e c t ( a t 9 9 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ) o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s . 1 1 6 P h y s i c a l P r o p e r t i e s : T h e w a t e r a b s o r p t i o n a n d s p e c i fi c g r a v i t y o f s l u r r y - d e w a t e r e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 7 . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r m a s s f r a c t i o n o n w a t e r a b s o r p t i o n a n d d e n s i t y . T h e w a t e r a b s o r p t i o n c a p a c i t y o f s l u r r y - d e w a t e r e d c e m e n t c o m p o s i t e s i s o b s e r v e d i n F i g u r e 4 . 4 4 ( a ) t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r m a s s f r a c t i o n . T h e i n c r e a s e i n w a t e r a b s o r p t i o n w a s a s m u c h a s 3 0 % w h e n t h e fi b e r c o n t e n t w a s i n c r e a s e d fi ' o m 4 t o 8 % , b y m a s s . A n e v e n h i g h e r w a t e r a b s o r p t i o n v a l u e w a s o b s e r v e d a t 1 4 % fi b e r m a s s c o n t e n t ( 6 5 % m o r e t h a n t h e c o m p o s i t e c o n t a i n i n g 4 % fi b e r s b y m a s s ) . T h e e fi ‘ e c t o f fi b e r c o n t e n t o n w a t e r a b s o r p t i o n w a s f o u n d t o b e s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e s p e c i fi c g r a v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s i s o b s e r v e d i n F i g - u r e 4 . 4 4 ( b ) t o d e c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t . T h e r e d u c t i o n i n s p e c i fi c g r a v i t y w a s a s m u c h a s 1 2 % w h e n t h e fi b e r c o n t e n t w a s i n c r e a s e d f r o m 4 t o 8 % , b y m a s s . A n e v e n l o w e r v a l u e o f s p e c i fi c g r a v i t y w a s o b s e r v e d a t 1 4 % fi b e r m a s s c o n t e n t ( 3 0 % r e d u c t i o n w h e n c o m p a r e d w i t h t h e c o m p o s i t e c o n t a i n i n g 4 % b y m a s s ) . T h e e f f e c t o f fi b e r c o n t e n t o n s p e c i fi c g r a v i t y w a s f o u n d t o b e s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . I t m a y b e c o n c l u d e d f r o m t h e a b o v e d i s c u s s i o n t h a t s p e c i fi c g r a v i t y a n d w a t e r a b s o r p - t i o n o f t h e c o m p o s i t e a r e r e l a t e d . T h e w a t e r a b s o r p t i o n o f t h e c o m p o s i t e i n c r e a s e s a s i t s s p e - c i fi c g r a v i t y i s r e d u c e d w i t h t h e a d d i t i o n o f w o o d fi b e r s . T a b l e 4 . 1 7 P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s I F i b e r M a s s F r a c t i o n ( % ) l P h y s i c a l P r o p e r t y W a t e r A b s o r p t i o n ( % ) [ s p e c i fi c o r a v i t y | 1 . 4 1 2 [ 1 . 3 8 7 1 . 3 5 2 | 1 . 2 8 9 | 1 . 1 5 2 [ 1 . 0 4 1 | 1 1 7 0 W a t e r A b s o r p t i o n ( 7 o ) 4 5 4 4 0 - 3 5 ‘ : 3 0 - 2 5 - 2 0 I I T I I I 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 F i b e r M a s s F r a c t i o n ( % ) ( a ) W a t e r A b s o r p t i o n 6 S p e c i f i c G r a v i t y 1 . 4 J 1 . 2 - l — . 0 . 8 T T 1 I l I 2 4 6 8 l o 1 2 1 4 1 6 F i b e r M a s s F r a c t i o n ( % ) ( b ) S p e c i fi c G r a v i t y F i g u r e 4 . 4 4 W a t e r A b s o r p t i o n a n d S p e c i fi c G r a v i t y o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 1 1 8 4 . 7 . 4 M a t r i x M o d i fi c a t i o n T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t e s t r e s u l t s o n t h e m o d i fi c a t i o n o f m a t r i x m i x c o n s t i t u e n t s t h r o u g h p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s a n d l a t e x i n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T h e s a m p l e s c o n t a i n e d a n o p t i m u m fi b e r c o n t e n t s ( 2 % f o r m o l d i n g m e t h o d a n d 8 % f o r s l u r r y d e w a t e r i n g m e t h o d ) . T h e m a t r i x m o d i fi c a t i o n w a s a c h i e v e d t h r o u g h p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z - z o l a n i c a d m i x t u r e s ( 1 5 % f o r s i l i c a f u m e o r 3 0 % f o r fl y a s h b y w e i g h t ) . I n t h e c a s e , t h e m a - t r i x w a s a l s o m o d i fi e d b y t h e a d d i t i o n b y t h e a d d i t i o n o f a l a t e x p o l y m e r [ 4 7 ] . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 4 . 4 . 7 . 4 . 1 M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s T h e e f f e c t s o f m a t r i x m o d i fi c a t i o n o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 8 , a n d i n F i g u r e s 4 . 4 5 a n d 4 . 4 6 . E a c h t e s t p o i n t i n t h e fi g u r e s r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e v a l u e s o f t h e t e s t d a t a ; 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l s a r e a l s o p r e s e n t e d . J a p a n e s e s t a n - d a r d J C I - S F [ 4 9 ] w a s u s e d f o r p e r f o r m i n g t h e fl e x u r a l t e s t s . 1 1 9 T a b l e 4 . 1 8 E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( a ) M o l d e d C o m p o s i t e s F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m ) M a t r i x * M e a n B a t c h 1 B a t c h 2 ( S t . D e v . ) P u r e 6 . 7 1 5 5 6 . 5 3 0 6 C e m e n t 6 . 6 5 0 9 4 . 9 8 0 9 6 . 6 8 2 5 1 7 7 . 6 2 1 4 5 . 7 6 1 6 9 . 2 6 9 6 . 6 9 2 1 7 . 2 7 9 9 ( 0 . 7 7 2 9 ) 1 7 0 . 9 5 1 8 9 . 0 3 ( 2 3 . 2 6 ) 7 . 8 5 8 1 6 . 9 4 5 1 1 9 2 . 3 1 1 1 4 . 1 2 6 . 4 3 5 0 6 . 7 4 0 2 1 6 5 . 7 6 1 8 5 . 4 2 C e m e n t 9 . 1 1 2 0 7 . 9 9 2 1 8 . 1 2 5 5 1 6 1 . 7 2 1 2 0 . 3 7 1 3 8 . 7 3 1 & 1 5 % 8 . 0 2 1 3 7 . 1 1 5 2 ( 0 . 8 5 1 0 ) 1 1 4 . 1 2 1 4 8 . 5 5 ( 1 5 . 6 0 ) S i l i c a 9 . 2 6 3 6 8 . 0 2 5 3 1 5 3 . 1 1 1 3 8 . 7 8 F u m e 8 . 7 5 2 1 7 . 1 1 0 2 1 4 0 . 2 6 1 4 5 . 2 3 8 . 8 5 1 2 7 . 0 1 2 0 1 2 0 . 4 2 1 4 4 . 7 5 C e m e n t 8 . 0 1 2 2 8 . 1 2 0 5 7 . 4 8 1 9 1 4 5 . 2 9 1 7 9 . 3 2 1 5 6 . 8 3 4 & 3 0 % 6 . 5 1 2 2 7 . 1 1 2 1 ( 0 . 8 1 4 2 ) 1 6 9 . 1 7 1 0 6 . 9 1 ( 2 0 . 5 9 6 ) F l y A s h 7 . 8 9 0 0 8 . 0 1 2 6 1 6 9 . 1 2 1 7 2 . 9 8 6 . 8 1 3 2 8 . 4 5 3 1 1 6 2 . 0 0 1 5 8 . 2 3 6 . 0 0 1 2 7 . 8 9 2 5 1 5 8 . 1 1 1 4 7 . 2 1 C e m e n t 9 . 3 3 1 7 8 . 1 1 4 9 8 . 4 0 3 8 9 4 6 . 3 1 9 3 5 . 2 3 9 4 6 . 1 9 3 & 1 0 % 8 . 4 4 1 2 7 . 2 2 6 1 ( 0 . 7 4 0 9 ) 1 0 0 2 . 1 9 7 6 . 3 2 ( 4 1 . 1 5 ) L a t e x 9 . 4 5 6 1 8 . 2 5 1 4 9 5 6 . 1 2 9 1 0 . 9 8 9 . 0 1 6 7 7 . 5 5 7 1 8 7 5 . 3 1 9 9 0 . 2 3 7 . 8 9 1 1 8 . 7 5 2 1 8 9 9 . 1 9 9 7 0 . 1 2 ) E f f e c ' M o d i u r a l P e r f o r m o o d R e i n f o r C o m u r r y - D e r e d e x u r a l P r m a n c e m e n t H H H H H e x u r a l S t r e n g t h 1 7 . 9 1 3 ( M P a 1 1 1 1 1 . 5 9 6 2 2 2 2 2 7 . 4 4 4 M e a n 1 1 1 1 1 1 7 . 9 8 4 x u r a l T o u g 2 . 3 ( N - m m ) , 1 3 l 8 . 9 c a n . l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l B i i i i i s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s u e S F C e n t + F B i i i i i C e m e n t + L a t e x 1 2 2 5 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) ( T h o u s a n d s ) I 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l C e m e n t C e m e n t + S F C e m e n t + F A B i n d e r ( b ) S l u r r y - D e w a t e r e d C o m p o s i t e s F i g u r e 4 . 4 6 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f m a t r i x m o d i fi c a t i o n o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . P o z z o l a n s ( 3 0 % S i l i c a f u m e a n d 1 5 % F l y a s h ) a r e o b s e r v e d t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f t h e c o m p o s i t e w h i l e s l i g h t l y r e d u c i n g t o u g h n e s s . T h e s e o b s e r v a t i o n s w e r e c o n - fi r m e d t h r o u g h s t a t i s t i c a l a n a l y s e s o f r e s u l t s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ; t h e e f f e c t s a r e m o r e p r o n o u n c e d w i t h s i l i c a f u m e . S i l i c a f u m e a n d fl y a s h i n c r e a s e d fl e x u r a l s t r e n g t h o n t h e a v e r a g e b y a b o u t 2 0 % a n d 1 2 % , r e s p e c t i v e l y , f o r b o t h m o l d e d a n d s l u r r y - d e w a t e r e d c o m p o s i t e s . T h e r e d u c t i o n i n fl e x u r a l t o u g h n e s s i n t h e p r e s e n c e o f s i l i c a f u m e w a s a b o u t 2 0 % f o r m o l d e d c o m p o s i t e s a n d 1 5 % f o r s l u r r y - d e w a t e r e d c o m p o s i t e s . C o m p o s i t e s c o n - t a i n i n g fl y a s h s h o w e d r e l a t i v e l y s m a l l r e d u c t i o n s i n fl e x u r a l s t r e n g t h ( a b o u t 1 0 % ) . P o z - z o l a n i c r e a c t i o n h e l p s i n i m p r o v i n g t h e fi b e r - t o - m a t r i x b o n d , a n d h e n c e i m p r o v e d s t r e n g t h a n d r e d u c e d t o u g h n e s s v a l u e s a r e o b s e r v e d . M o d i fi c a t i o n o f m a t r i x b y l a t e x p o l y m e r ( 1 0 % S t y r e n e B u t a d i e n e b y w e i g h t o f c e - m e n t ) i n m o l d e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s s u b s t a n t i a l l y i m p r o v e d t h e fl e x - u r a l p e r f o r m a n c e . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h ( F i g u r e 4 . 4 5 a ) d u e t o p o l y m e r 1 2 3 m o d i fi c a t i o n w a s s i g n i fi c a n t ( 2 6 % ) , a n d t h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s ( F i g u r e 4 . 4 6 a ) w a s h i g h l y s i g n i fi c a n t ( a b o u t 5 t i m e s ) . F o r m a t i o n o f a t h i n l a y e r o f p o l y m e r i c fi l m a r o u n d t h e fi b e r i n t h e p r e s e n c e o f l a t e x , w h i c h e n h a n c e s t h e fi b e r - t o - m a t r i x b o n d i n g , s e e m s t o b e t h e m e c h a n i s m s w h i c h i m p r o v e t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f l a t e x m o d i fi e d w o o d fi b e r r e - i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s s i g n i fi c a n t l y 4 . 7 . 4 . 2 P h y s i c a l p r o p e r t i e s T h e w a t e r a b s o r p t i o n a n d s p e c i fi c g r a v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s - i t e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 1 9 . I t c a n b e c o n c l u d e d f r o m t h e t e s t d a t a t h a t t h e a d d i t i o n o f p o z z o l a n s s l i g h t l y r e d u c e s t h e w a t e r a b s o r p t i o n a n d d e n s i t y o f c o m p o s i t e s ( b y a b o u t 6 % ) , w h i l e t h e s p e c i fi c g r a v i t y v a l u e s a r e c o m p a r a b l e . T h e r e d u c e d w a t e r a b s o r p t i o n v a l u e s a r e i n d i c a t i v e o f r e d u c e d p e r m e a b i l i t y a n d r e d u c e d a c c e s s o f fi b e r s t o m o i s t u r e i n c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s . T h e r e d u c t i o n i n w a t e r a b s o r p t i o n o f l a t e x m o d i fi e d c o m p o s i t e s w a s 1 0 % , w h e n c o m - p a r e d t o c o m p o s i t e s w i t h p u r e c e m e n t - b a s e d m a t r i x . T h e s p e c i fi c g r a v i t y o f t h e s e c o m p o s - i t e s w e r e c o m p a r a b l e . R e d u c e d a b s o r p t i o n m a y b e a g a i n r e l a t e d t o r e d u c e d p e r m e a b i l i t y a n d l i m i t e d a c c e s s o f fi b e r s t o m o i s t u r e i n c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g l a t e x p o l y m e r s . T a b l e 4 . 1 9 E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n o n t h e P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s M o l d e d C o m p o s i t e s S l u r r y - D e w a t e r e d C o m p o s i t e s M a t r i x . . W a t e r . W a t e r . M o d i fi c a t i o n A b s o r p t i o n 8 0 2 : : 1 i fi c A b s o r p t i o n E l i - 2 , 1 1 % ( % ) ‘ y ( % ) ‘ Y P u r e C e m e n t 1 3 . 6 6 1 . 7 5 l 3 2 . 6 7 1 . 3 5 C e m e n t & 1 5 % 1 2 . 7 8 1 . 7 0 3 1 . 2 7 1 . 2 7 S i l i c a F u m e C e m e n t & 3 0 % 1 2 . 8 1 1 . 6 1 3 0 . 3 1 1 . 2 1 F l y A s h C e m e n t & 1 0 % 1 2 . 5 4 1 . 7 8 - - L a t e x 1 2 4 4 . 7 . 5 E f f e c t o f B l e a c h i n g T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t e s t r e s u l t s o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f b l e a c h e d a n d u n - b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e u n - b l e a c h e d a n d b l e a c h e d S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t P u l p ( S S K ) [ 4 1 ] . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e m o l d i n g t e c h n i q u e , a n d t h e fi b e r c o n t e n t w a s 2 % b y m a s s . T h e m a - t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 5 . A c o m p a r i s o n o f t h e t e s t r e - s u l t s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s i s p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 2 0 a n d F i g u r e 4 . 4 7 . T a b l e 4 . 2 0 F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m ) F i b e r M a s s C o n t e n t & l i r e 2 % K r a f t 6 . 7 1 5 5 6 . 5 3 0 6 1 8 2 . 5 9 1 6 9 . 8 2 ( S S K ) 6 . 6 5 0 9 4 . 9 8 0 9 6 . 6 8 2 5 1 7 7 . 6 2 1 4 5 . 7 6 1 6 9 . 2 6 9 B l e a c h e d 6 . 6 9 2 1 7 . 2 7 9 9 ( 0 . 7 7 2 9 ) 1 7 0 . 9 5 1 8 9 . 0 3 ( 2 3 . 2 6 ) 7 . 8 5 8 1 6 . 9 4 5 1 1 9 2 . 3 1 1 1 4 . 1 2 6 . 4 3 5 0 6 . 7 4 0 2 1 6 5 . 7 6 1 8 5 . 4 2 2 % K r a f t 6 . 4 5 2 0 5 . 1 1 9 0 5 . 6 7 5 4 1 9 8 . 4 8 1 8 5 . 4 0 2 1 6 . 6 7 ( S S K ) 5 . 8 2 1 0 4 . 6 6 3 2 ( 0 . 6 3 7 7 ) 1 9 9 . 3 6 2 3 6 . 7 8 ( 2 3 . 8 8 6 ) U n b l e a c h e d 5 . 2 8 9 4 6 . 1 8 1 3 2 3 0 . 1 2 2 2 0 . 4 5 6 . 1 3 2 4 6 . 3 2 6 7 2 4 1 . 3 0 2 3 5 . 1 3 5 . 8 8 1 2 4 . 8 8 7 5 1 7 9 . 1 3 2 4 0 . 5 5 1 2 6 C e m e n t C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d w o o d fi b e r s s h o w h i g h e r fl e x u r a l s t r e n g t h s w h e n c o m p a r e d w i t h u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s ; t h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h w a s 1 5 % . H o w e v e r , c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d w o o d fi b e r s s h o w e d a d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s ( b y a b o u t 3 0 % ) . A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t e s t r e s u l t s a t 9 5 % l e v - e l o f c o n fi d e n c e , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t , c o n s i d e r i n g t h e r a n d o m e x p e r i m e n t a l e r r o r s , c h a n g e s i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n - b l e a c h e d w o o d fi b e r s w e r e n o t s i g n i fi c a n t . U n b l e a c h e d w o o d fi b e r s w h i c h c o n t a i n s m a l l a m o u n t s o f l i g n i n [ 5 1 ] d i d n o t s h o w a n y a d v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . 4 . 7 . 6 M o d i fi c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n S l u r r y - D e w a t e r i n g T e c h n i q u e T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t e s t r e s u l t s o n t h e e f f e c t s o f p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s i n s l u r r y - d e - w a t e r i n g o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . I t i s o f t e n s t a t e d t h a t t h e u s e o f p r e s s u r e i n t h e m a n u f a c t u r e o f fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t s i n c r e a s e s t h e s t r e n g t h o f t h e c o m p o s i t e b u t r e d u c e d t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s [ 3 5 , 3 6 , 3 7 ] . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T w o d i f f e r e n t fi b e r c o n t e n t s ( 8 % a n d 1 6 % ) w e r e u s e d i n t h i s s t u d y , n o t i n g t h a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s m a k e c o m p a c t i o n m o r e d i f - fi c u l t a n d t h u s p o t e n t i a l l y r e v e a l s a n y p o s i t i v e e f f e c t s o f i n c r e a s e d c o m p a c t i o n p r e s s u r e a n d d u r a t i o n . T h e m a t r i x c o n t a i n e d e q u a l a m o u n t s o f c e m e n t a n d s i l i c a s a n d . T h e p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s c o n s i d e r e d i n t h i s s t u d y w e r e c a s t i n g p r e s s u r e ( 1 . 6 a n d 3 . 2 M P a , 2 3 2 a n d 4 6 4 p s i ) a n d p r e s s i n g t i m e ( 1 h o u r a n d 2 4 h o u r s ) . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 6 . 4 . 7 . 6 . 1 M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s T h e e f f e c t s o f p r e s s i n g t i m e a n d p r e s s u r e o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e p r e - s e n t e d i n T a b l e 4 . 2 1 , a n d i n F i g u r e s 4 . 4 8 a n d 4 . 4 9 . J a p a n e s e s t a n d a r d J C I - S F [ 4 9 ] w a s u s e d f o r p e r f o r m i n g t h e fl e x u r e t e s t s . F l e x u r a l t o u g h n e s s i n t h i s s t u d y w a s d e fi n e d a s t h e t o t a l a r e a u n d e r t h e f u l l l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e t o a c c o u n t f o r l a r g e d e fl e c t i o n c a p a c i t y o f t h e c o m p o s i t e s . 1 2 7 T a b l e 4 . 2 1 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( a v e r a g e 1 h a l f t h e r a n g e o f t w o r e p l i c a t i o n s ) F i b e r T y p e C a s t i n g P r e s s i n g T i m e F l e x u r a l 1 : 1 6 3 : 2 1 ” a n d C o n t e n t P r e s s u r e ( M P a ) ( h r ) S t r e n g t h ( M P a ) ( N - m m ) 8 % K r a f t 1 . 6 1 7 . 4 7 0 8 i 0 . 2 4 1 5 5 7 . 6 0 _ + _ ; 8 0 . 3 1 ( S S K ) 1 . 6 2 4 9 . 5 3 4 5 1 0 . 9 6 2 4 6 0 . 6 8 1 9 0 . 2 8 3 . 2 1 9 . 3 9 3 8 i 1 . 2 0 2 5 2 1 . 3 1 1 ' . 7 6 . 3 4 3 . 2 2 4 1 0 . 5 9 6 i 0 . 4 8 1 5 0 4 . 6 1 i 1 0 3 . 2 1 6 % K r a f t 1 . 6 1 2 . 8 8 4 9 1 ; 0 . 4 8 1 8 0 8 . 3 8 i 1 4 5 . 6 ( S S K ) 1 . 6 2 4 6 . 4 9 0 3 1 0 . 7 2 1 9 2 5 . 0 8 i 1 5 1 . 2 3 . 2 1 5 . 0 4 7 1 _ + _ ; 0 . 7 2 2 8 3 1 . 1 9 i 1 4 6 . 1 3 . 2 2 4 7 . 2 1 1 5 : 1 . 4 4 2 9 0 0 . 0 1 : 1 3 8 . 1 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l \ \ \ \ \ \ \ \ ‘ P r e s s i n g T i m e 1 h r - P r e s s i n g T i m e 2 4 h r C a s t i n g P r e s s u r e ( M P a ) ( a ) C o m p o s i t e s w i t h 8 % F i b e r C o n t e n t F i g u r e 4 . 4 8 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . : 5 i 1 2 8 F 1 e e e e e 1 S t r e n g t h ( M P a ) ~ \ \ \ \ \ \ V P r e s s i n g T i m e 1 h r 1 2 e 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l - P r e s s i n g T i m e 2 4 h r C a s t i n g P r e s s u r e ( M P a ) ( b ) C o m p o s i t e s w i t h 1 6 % F i b e r C o n t e n t F i g u r e 4 . 4 8 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 1 4 F 1 e e e e e l T o u g h n e s s ( N - m m ) ( T h o o o o o d s ) _ I 9 5 % C m fi d e n c e l n t e n r s l \ \ \ \ \ \ \ \ P r e s s i n g T i m e 1 h r - P r e s s i n g T i m e 2 4 h r C a s t i n g P r e s s u r e ( M P a ) ( : 1 ) C o m p o s i t e s w i t h 8 % F i b e r C o n t e n t F i g u r e 4 . 4 9 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 1 2 9 4 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N — m m ) ( T h o u s a n d s ) P r e s s i n g T i m e 1 h r _ 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l L 2 I m P r e s s i n g T i m e 2 4 h r C a s t i n g P r e s s u r e ( M P a ) ( b ) C o m p o s i t e s w i t h 1 6 % F i b e r C o n t e n t F i g u r e 4 . 4 9 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . F l e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s d r o p p e d s i g n i fi c a n t l y w h e n fi b e r m a s s f r a c t i o n w a s i n c r e a s e d f r o m 8 % t o 1 6 % . F l e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % f i b e r m a s s f r a c - t i o n i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s e d c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e ( 4 5 % i n c r e a s e a t t h e m a x - i m u m p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e c o n s i d e r e d ) . H o w e v e r , s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t d a t a d i d n o t s h o w a n y s i g n i f i c a n t e f f e c t o f c a s t i n g p r e s s u r e o r p r e s s i n g t i m e a t 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n o n fl e x u r a l s t r e n g t h ( a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ) . T h e e f f e c t s o f c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e w e r e m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 6 % fi b e r c o n t e n t , w h e r e fl e x u r a l s t r e n g t h i n c r e a s e d ( b y m o r e t h a n 2 t i m e s ) a t t h e m a x i m u m c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . H o w e v e r , s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t d a t a s h o w e d o n l y s i g n i fi c a n t e f - f e c t o f p r e s s i n g t i m e o n fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s w i t h 1 6 % f i b e r c o n t e n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n f i d e n c e . 1 3 0 F l e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s i n c r e a s e d s i g n i fi c a n t l y ( b y a b o u t 6 5 % ) w h e n f i b e r m a s s f r a c t i o n w a s i n c r e a s e d f r o m 8 % t o 1 6 % . H o w e v e r , fl e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s a t a l l fi b e r c o n t e n t s r e m a i n e d v i r t u a l l y c o n s t a n t w i t h i n c r e a s e d c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s - i n g t i m e . T h e s e r e s u l t s w e r e c o n fi r m e d s t a t i s t i c a l l y a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . T h i s s t u d y s u g g e s t s t h a t h i g h e r c a s t i n g p r e s s u r e o v e r a s u f fi c i e n t l y l o n g p e r i o d i s e s - s e n t i a l t o o b t a i n b e t t e r c o m p o s i t e s a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s ( w i t h t h e p e r i o d o f p r e s s i n g b e - i n g t h e k e y v a r i a b l e ) . 4 . 7 . 6 . 2 P h y s i c a l P r o p e r t i e s T h e e f f e c t s o f p r e s s i n g t i m e a n d p r e s s u r e o n w a t e r a b s o r p t i o n a n d s p e c i fi c g r a v i t y a r e p r e - s e n t e d i n T a b l e 4 . 2 2 a n d F i g u r e 4 . 5 0 . I t c a n b e c o n c l u d e d f r o m t h e t e s t d a t a t h a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s ( 1 6 % w h e n c o m p a r e d t o 8 % ) s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e w a t e r a b s o r p t i o n a n d r e d u c e s p e c i fi c g r a v i t y o f t h e c o m p o s i t e . T h e r e i s a c l e a r r e d u c t i o n i n w a t e r a b s o r p t i o n a n d i n - c r e a s e i n s p e c i fi c g r a v i t y o f t h e c o m p o s i t e w i t h t h e i n c r e a s e i n c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e a t a l l fi b e r c o n t e n t s . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % fi b e r c o n t e n t s h o w e d 1 9 % r e d u c t i o n i n w a t e r a b s o r p t i o n a n d 7 % i n c r e a s e i n s p e c i fi c g r a v i t y w h e n t h e p r e s s i n g t i m e a n d p r e s s u r e w e r e i n c r e a s e d f r o m t h e m i n i m u m t o m a x i m u m l e v e l s . T h e s e r e d u c t i o n i n s p e c i fi c g r a v i t y a n d i n c r e a s e i n s p e c i fi c g r a v i t y w e r e m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 6 % fi b e r c o n t e n t ( 3 7 % a n d 2 6 % , r e s p e c t i v e l y ) . S t a t i s t i c a l s t u d y o f t h e t e s t r e s u l t s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e c o n fi r m e d t h e s i g n i fi c a n t e f f e c t s o f c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e o n S p e - c i fi c g r a v i t y a n d w a t e r a b s o r p t i o n f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 6 % fi b e r c o n t e n t , w h i l e o n l y t h e e f f e c t o f p r e s s i n g t i m e w a s s i g n i fi c a n t f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % fi b e r c o n t e n t . 1 3 1 T a b l e 4 . 2 2 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( a v e r a g e 1 h a l f t h e r a n g e ) F i b e r T y p e C a s t i n g P r e s s i n g ' I ' r m e A b x g c t r i o n S p e c i fi c a n d C o n t e n t P r e s s u r e ( M P a ) ( h r ) ( % ) G r a v r t y 8 % K r a f t 1 . 6 1 3 0 . 4 9 1 1 . 2 1 1 . 3 9 1 1 0 . 0 1 5 ( S S K ) 1 . 6 2 4 2 7 . 3 6 1 0 . 8 9 1 . 4 4 0 1 0 . 0 2 1 3 . 2 1 2 9 . 3 0 1 0 . 9 3 1 . 4 0 3 1 0 . 0 1 9 3 . 2 2 4 2 4 . 7 2 1 0 . 5 4 1 . 5 1 2 1 0 . 0 2 6 1 6 % K r a f t 1 . 6 1 5 3 . 5 6 1 1 . 7 8 1 . 0 3 2 1 0 . 0 1 1 ( S S K ) 1 . 6 2 4 4 1 . 4 9 1 1 . 2 7 1 . 1 8 9 1 0 . 0 1 3 3 . 2 1 4 2 3 6 1 1 . 4 3 1 . 1 8 1 1 0 . 0 1 8 3 . 2 2 4 3 3 . 7 6 1 1 . 0 2 1 . 2 9 7 1 0 . 0 2 0 0 W a t e r A b s o r p t i o n ( % ) a x K r a f t ( s s x ) - r e z K r a f t . ( s s x ) ] : 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l 6 0 s C a s t i n g P r e s s u r e — P r e s s i n g T i m e ( a ) W a t e r A b s o r p t i o n F i g u r e 4 . 5 0 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n W a t e r A b s o r p t i o n a n d S p e c i fi c G r a v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 1 3 2 S p e c i f i c G r a v i t y s \ \ \ \ V a x K r a f t ( s s x ) 2 _ I 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l u 1 6 % K r a f t . ( s s x ) 1 . 6 M P a - 1 h r 1 . 6 M P a - 2 4 h r 3 . 2 M p a — 1 h r 3 . 2 M P a - 2 4 h r C a s t i n g P r e s s u r e — P r e s s i n g T i m e ( b ) S p e c i fi c G r a v i t y F i g u r e 4 . 5 0 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n W a t e r A b s o r p t i o n a n d S p e c i fi c G r a v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 4 . 7 . 7 C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] a n d P o l y e t h - y l e n e P u l p ( P u l P l u s ) [ 4 8 ] . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e , a n d t h e c o m b i n e d ( t o t a l ) fi b e r c o n t e n t w a s k e p t c o n s t a n t 8 % b y m a s s . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 7 . T h e e f f e c t s o f w o o d a n d s y n - t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n b e h a v i o r o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i - a l s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 5 1 . A c o m p a r i s o n o f t h e t e s t r e s u l t s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g d i f f e r e n t c o m b i n a t i o n s o f w o o d a n d s y n t h e t i c fi b e r s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 2 3 a n d F i g u r e 4 . 5 2 . 1 3 3 L o a d ( K N ) 0 . 5 _ _ S y n t h e t i c F i b e r s 0 . 3 * - W o o d F i b e r s 0 . 2 - 0 . l - 0 1 l J l l l L l l l l o 0 . 2 5 0 . 5 0 . 7 5 r 1 . 2 5 1 . 5 1 . 7 5 2 2 . 2 5 2 . 5 2 . 7 5 3 D e f l e c t i o n ( m m ) F i g u r e 4 . 5 1 F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s . T a b l e 4 . 2 3 F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s ( a v e r a g e 1 h a l f t h e r a n g e o f t w o r e p l i c a t i o n s ) . F l e x u r a l S t r e n g t h F l e x u r a l T o u g h n e s s | F i b e r T y p e a n d C o n t e n t ( M P a ) ( N - m m ) 8 % K r a f t P u l p ( S S K ) 9 . 8 0 5 1 1 0 . 9 6 8 5 4 0 . 0 1 1 8 0 . 6 2 8 % P o l y e t h y l e n e P u l p ( P u l P l u s ) 9 . 9 2 3 7 1 0 . 5 3 5 6 0 0 . 0 5 1 9 3 . 8 9 4 % K r a f t P u l p ( S S K ) & 4 % P o l y e t h y l e n e 9 . 8 1 3 7 1 0 . 5 7 4 5 6 2 . 9 0 1 1 0 5 . 1 P u l p ( P u l P l u s ) e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e 1 3 5 C e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c a n d w o o d fi b e r s s h o w c o m p a r a b l e fl e x u r a l s t r e n g t h s . H o w e v e r , c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c fi b e r s s h o w e d a s l i g h t i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s ( b y a b o u t 1 0 % ) . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g e q u a l q u a n t i t i e s o f s y n t h e t i c a n d w o o d fi b e r s a l s o s h o w e d s l i g h t l y b e t t e r fl e x u r a l t o u g h n e s s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t r e s u l t s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t , c o n s i d e r i n g r a n d o m e x p e r - i m e n t a l v a r i a t i o n s , t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s w i t h d i f f e r e n t c o m b i - n a t i o n s o f w o o d a n d s y n t h e t i c fi b e r s w e r e c o m p a r a b l e . 4 . 7 . 8 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e r e s u l t s o f a c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l i n v e s t i g a t i o n o f d i f f e r - e n t p a r a m e t e r s a n d t h e i r e f f e c t s o n w a t e r a b s o r p t i o n , s p e c i fi c g r a v i t y a n d m o i s t u r e m o v e - m e n t . A n e x p e r i m e n t a l p r o g r a m w a s d e v e l o p e d b a s e d o n t h e s t a t i s t i c a l m e t h o d o f f r a c t i o n a l f a c t o r i a l d e s i g n . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e . T h e v a r i a b l e s o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y w e r e : ( 1 ) w o o d fi b e r t y p e ( s o f t w o o d & h a r d w o o d ) ; ( 2 ) fi b e r m a s s c o n t e n t ( 4 % & 8 % ) ; ( 3 ) p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % fl y a s h o r 1 5 % s i l i c a f u m e ) ; a n d ( 4 ) s i l i c a s a n d c o n t e n t ( s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o = 0 . 5 & 1 . 0 ) . T e s t r e s u l t s o n s p e c i fi c g r a v i t y , w a t e r a b s o r p t i o n a n d m o i s t u r e m o v e m e n t a r e p r e s e n t - e d i n T a b l e 4 . 2 4 . 1 3 6 T a b l e 4 . 2 4 S p e c i fi c G r a v i t y , W a t e r A b s o r p t i o n a n d M o i s t u r e M o v e m e n t o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y ( a v e r a g e 1 h a l f t h e r a n g e ) * M i x 1 2 3 4 5 6 7 8 F i b e r T y p e S S K N H K N H K N H K N H K N H K N H K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 8 8 4 8 4 8 4 B i n d e r S F F A S F F A S F F A F A F A B a t c h 1 2 1 1 2 2 1 2 S a n d C o n t e n t ( S / B ) 0 . 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 5 0 . 5 0 . 5 1 . 0 S p e c i fi c G r a v i t y 1 . 2 5 1 0 . 9 2 5 1 . 2 3 3 1 . 3 7 7 1 . 2 2 1 1 . 3 3 8 1 . 0 5 5 1 . 4 0 1 1 0 . 0 2 1 0 . 0 3 1 0 . 0 1 1 0 . 0 0 1 0 . 0 1 1 0 . 0 1 1 0 . 0 1 1 0 . 0 3 W a t e r A b s o r p t i o n 3 3 . 1 5 5 3 . 8 7 3 2 . 5 2 2 6 . 3 7 3 3 . 5 3 2 9 . 1 4 4 5 . 4 0 2 5 . 9 5 ( % ) 1 1 . 3 2 1 2 . 1 6 1 1 . 1 7 1 0 . 8 3 1 1 . 0 2 1 0 . 4 7 1 0 . 8 4 1 0 . 2 5 M o i s t u r e M o v e - 0 . 2 4 2 0 . 4 1 0 0 . 1 3 7 0 . 1 9 8 0 . 3 4 4 0 . 3 7 2 0 . 3 1 2 0 . 1 0 8 m e n t ( % ) 1 0 . 0 4 1 0 . 0 5 1 0 . 0 3 1 0 . 0 3 1 0 . 0 0 1 0 . 0 4 1 0 . 0 4 1 0 . 0 1 M i x 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 F i b e r T y p e S S K S S K N H K N H K S S K S S K S S K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 4 4 4 8 8 4 4 B i n d e r F A S F S F S F F A S F S F F A B a t c h 1 1 1 2 2 2 2 1 S a n d C o n t e n t ( S I B ) 1 . 0 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 0 . 5 S p e c i fi c G r a v i t y 1 . 2 1 1 . 3 0 6 1 . 3 4 2 1 . 4 1 2 1 . 1 0 1 . 2 7 1 . 4 3 5 1 . 3 8 9 1 0 . 0 0 1 0 . 0 2 1 0 . 0 1 1 0 . 0 1 1 0 . 0 4 1 0 . 0 0 1 0 . 0 1 1 0 . 0 4 W a t e r A b s o r p t i o n 3 0 . 3 1 3 1 . 2 8 2 9 . 3 5 2 6 . 0 4 4 2 . 6 4 3 1 . 2 7 2 6 . 2 8 2 7 . 3 7 ( % ) 1 4 . 9 8 1 1 . 3 8 1 1 . 4 6 1 1 . 3 7 1 2 . 3 4 1 0 . 2 7 1 0 . 1 0 1 1 . 8 5 M o i s t u r e M o v e - 0 . 3 7 3 0 . 1 6 7 0 . 2 6 1 0 . 3 1 6 0 . 2 8 3 0 . 4 0 2 0 . 2 5 6 0 . 2 7 8 m e n t ( % ) 1 0 . 0 2 1 0 . 0 3 1 0 . 0 5 1 0 . 0 1 1 0 . 0 3 1 0 . 0 0 1 0 . 0 2 1 0 . 0 3 " ' s e e A p p e n d i x B f o r n o t a t i o n T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m s t a t i s t i c a l fi ' a c t i o n a l f a c t o r i a l a n a l - y s i s o f t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t p a r a m e t e r s c o n s i d e r e d i n t h i s s t u d y . 1 3 7 4 . 7 . 8 . 1 S p e c i f i c G r a v i t y A d d i t i o n o f w o o d fi b e r s t o c e m e n t i t i o u s m a t r i x r e d u c e s t h e s p e c i fi c g r a v i t y o f t h e c o m p o s i t e . F i b e r c o n t e n t h a d a s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e s p e c i fi c g r a v i t y o f t h e c o m p o s i t e ( a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ) ; i n c r e a s i n g t h e fi b e r c o n t e n t f r o m 4 % t o 8 % m a s s f r a c t i o n p r o d u c e d c o m p o s i t e s w i t h l o w e r s p e c i fi c g r a v i t y ( F i g u r e 4 . 5 3 a ) . T y p e o f b i n d e r ( p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h 1 5 % s i l i c a f u m e o r 3 0 % fl y a s h ) a l s o h a d s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n t h e s p e c i fi c g r a v i t y o f t h e c o m p o s i t e s ( a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l ) . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s i l i c a f u m e s h o w e d h i g h e r v a l u e s o f s p e c i fi c g r a v i t y w h e n c o m - p a r e d t o t h o s e c o n t a i n i n g fl y a s h ( F i g u r e 4 . 5 3 b ) . T h e r e w a s a l s o a s t r o n g i n t e r a c t i o n b e - t w e e n fi b e r c o n t e n t a n d b i n d e r , i n d i c a t i n g t h a t t h e b i n d e r t y p e m o d i fi e s t h e e f f e c t s o f fi b e r s o n s p e c i fi c g r a v i t y . T h e o t h e r p a r a m e t e r s c o n s i d e r e d i n t h i s s t u d y ( fi b e r t y p e o r s a n d c o n - t e n t ) d i d n o t s h o w a n y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n s p e c i fi c g r a v i t y . 2 S p e c i f i c G r a v i t y 1 . 5 - B \ I 0 5 " I D d L 0 F i b e r C o n t e n t ( % ) ( a ) F i b e r C o n t e n t F i g u r e 4 . 5 3 E f f e c t s o f F i b e r C o n t e n t a n d B i n d e r o n S p e c i fi c G r a v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 1 3 8 2 S p e c i f i c G r a v i t y 1 . 5 - ‘ 0 . 5 ‘ l T C e m e n t + S i l i c a F u m e C e m e n t + P l y A s h B i n d e r ( b ) B i n d e r T y p e F i g u r e 4 . 5 3 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f F i b e r C o n t e n t a n d B i n d e r o n S p e c i fi c G r a v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 4 . 7 . 8 . 2 W a t e r A b s o r p t i o n F i b e r c o n t e n t a n d b i n d e r t y p e b o t h h a d s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s ( a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ) o n t h e w a t e r a b s o r p t i o n c a p a c i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s - i t e s ( F i g u r e 4 . 5 4 ) . T h e i n c r e a s e i n fi b e r c o n t e n t f r o m 4 % t o 8 % l e d t o a n i n c r e a s e i n t h e w a t e r a b s o r p t i o n o f t h e c o m p o s i t e s . P a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h s i l i c a f u m e p r o - d u c e d c o m p o s i t e s w i t h l o w e r w a t e r a b s o r p t i o n w h e n c o m p a r e d t o t h o s e c o n t a i n i n g fl y a s h . T h e r e w a s a l s o a s t r o n g i n t e r a c t i o n b e t w e e n fi b e r c o n t e n t a n d b i n d e r t y p e . T h e o t h e r p a r a m - e t e r s c o n s i d e r e d i n t h i s s t u d y ( fi b e r t y p e o r s a n d c o n t e n t ) d i d n o t s h o w a n y s i g n i fi c a n t e f - f e c t s o n w a t e r a b s o r p t i o n . 1 3 9 5 0 W a t e r A b s o r p t i o n ( 7 . ) 4 0 " a n d / 2 0 ‘ 1 0 ‘ F i b e r C o n t e n t ( % ) ( a ) F i b e r C o n t e n t s o l a t e r A b s o r p t i o n ( % ) 4 0 " 2 0 - 1 0 ~ l I C e m e n t + S i l i e e F u m e C e m e n t + F l y A s h B i n d e r ( b ) B i n d e r T y p e F i g u r e 4 . 5 4 E f f e c t s o f F i b e r C o n t e n t a n d B i n d e r o n W a t e r A b s o r p t i o n o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . F i g u r e 4 . 5 5 p r e s e n t s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n s p e c i fi c g r a v i t y a n d w a t e r a b s o r p t i o n . A c o r r e l a t i o n c o e f fi c i e n t o f - 0 . 9 6 8 w a s o b t a i n e d f o r t h e r e s u l t s , i n d i c a t i n g a v e r y s t r o n g n e g a t i v e c o r r e l a t i o n b e t w e e n s p e c i fi c g r a v i t y a n d w a t e r a b s o r p t i o n . C o m p o s i t e s w i t h a h i g h e r s p e c i fi c g r a v i t y t e n d t o h a v e a l o w e r w a t e r a b s o r p t i o n c a p a c i t y . 1 4 0 s o l a t e r A b s o r p t i o n ( % ) ‘ 0 I I I r 0 . 9 r 1 . 1 1 . 2 1 . 3 1 . 4 1 . 5 S p e c i f i c G r a v i t y F i g u r e 4 . 5 5 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n S p e c i fi c G r a v i t y a n d W a t e r A b s o r p t i o n . 4 . 7 . 8 . 3 M o i s t u r e M o v e m e n t M o i s t u r e m o v e m e n t i s a s e r v i c e a b i l i t y r e q u i r e m e n t o f c o m p o s i t e s i n a r e a s s u b j e c t e d t o m o i s t u r e c h a n g e s . M o i s t u r e m o v e m e n t i s r e p o r t e d a s p e r c e n t c h a n g e i n l e n g t h b a s e d o n t h e l e n g t h s a t 3 0 % a n d 9 0 % r e l a t i v e h u m i d i t y . F i b e r c o n t e n t h a d s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t ( a d v e r s e ) e f f e c t s , a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi - d e n c e , o n m o i s t u r e m o v e m e n t o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s ( F i g u r e 4 . 5 6 ) . A n i n c r e a s e i n fi b e r c o n t e n t f r o m 4 % t o 8 % i n c r e a s e d t h e m o i s t u r e m o v e m e n t s . T h e r e w a s a l s o a s t r o n g i n t e r a c t i o n b e t w e e n fi b e r c o n t e n t a n d s a n d c o n t e n t ; t h e i n c r e a s e i n m o i s t u r e m o v e m e n t w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t w a s l e s s p r o n o u n c e d a t h i g h e r s a n d c o n t e n t . P a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n ( 1 5 % s i l i c a f u m e o r 3 0 % fl y a s h ) , fi b e r t y p e ( s o f t - w o o d k r a f t o r h a r d w o o d k r a f t ) , a n d s a n d c o n t e n t d i d n o t s h o w a n y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n m o i s t u r e m o v e m e n t s . 1 4 1 o 5 M o i s t u r e M o v e m e n t ( 7 . ) 0 . 4 e 0 . 3 q . / 0 . 2 r 0 . 1 ‘ o , ' 4 3 F i b e r C o n t e n t ( % ) F i g u r e 4 . 5 6 E f f e c t s o f F i b e r C o n t e n t o n M o i s t u r e M o v e m e n t o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . H I C H I G R N S T A T E U N I V . L I B R A R I E S l i l l W I W i l l i l l W i l l I N I i I i “ i l l i l l W l ” W i l i l l 3 1 2 9 3 0 0 8 7 7 3 5 5 2 . H ’ 3 3 ? . ’ N ' a m ' — . - ' a - ; 1 ‘ . . _ * 4 . a 0 fl ' e # : n u - 4 . 1 . ' : " “ . ' ‘ : u - 3 . . “ . j : : 2 v : m " - : 1 , J ‘ a k 3 2 3 ' ' 3 W m I 3 ' l n l 1 . 1 ’ 1 . 1 ‘ . - | : ' I & D ! I n . n a i . ‘ 3 ‘ “ R a ! “ u I . . - - . . 5 ‘ n l ‘ ; : . L - . 3 ' - . - - . ‘ l c ‘ A n l l 5 fl l ‘ ‘ — 3 ‘ - ‘ _ “ ° - : . w A - ~ . - 9 . “ _ I ' I J F e E . b . V ~ . ' ' ; I . " 5 9 : - “ - r ‘ . : 5 . ° = - : m l 4 ; . C ‘ . n - ) - - _ § . ; “ 3 ‘ , A _ - ‘ . ' f . . " ‘ ; 7 8 . fi 2 “ : . f . - " ; , 5 - - 4 * : ? . - - - % a . - 5 - ’ 4 1 | 5 - ' - ~ 5 - “ , . . " . 3 ~ , 1 : ‘ - , 3 ' ‘ 2 — . ° . § ' . . . 3 f . ; . $ ‘ h $ o . ” , 1 a ; " ; . _ ‘ - . ’ ; . ’ . " . A — . , T " . ‘ . " l - 0 : : ‘ ‘ L “ r v - J ' V k « . J . I - : ~ ‘ 1 ‘ " . . o " v b ‘ . . . ' . v . ‘ 1 ' . . ' I . o c ‘ ‘ b ' - . ‘ " I 5 . 0 : O . . - - . : A ‘ “ . . n ' . t l s 0 O - J J J . é Q . : ' ~ ' 5 ' V I ? i . d ” ! h ' l ‘ ‘ : g ‘ “ 1 . . . ? 1 : 1 " } _ . L fl “ . l : l ? " l ‘ ; ' fl a w . . . : . " ‘ v " I . . . ‘ - fl : 9 ; ~ - 0 . . " 3 ’ ‘ g — 7 - 0 : ! “ n g o ‘ I ' . - - . ‘ - o - ' i - - . . t O . , , . ‘ - . . - ' l . - l - c - I ‘ 1 ’ » - I O I - ' a o ‘ I I r . , , I f 0 9 ” . . : j : > ; : Q l - o . - 5 - . 1 - . I . 7 ‘ . “ m “ : W ’ W T E ! ‘ o - - - ' l - ' " . 1 ' 1 " “ ; - ‘ - * ' . - g ! , ‘ t i ‘ . { k fl g r fl m ‘ o “ g i t . . . . - . , ‘ 5 u . ’ 9 1 : , “ I - _ , ‘ 3 - I . ‘ . ' 4 " » o I { : 3 5 . { E l fi n . : _ . I _ q " ; € ' . - ' - " . ' . : . - . - - f . ‘ ’ 1 2 , ) ? 7 - 5 " ' - o ' . ' - . ‘ ) . o . ’ 3 E ? “ s , ~ : 3 - . . - - ° . . o “ 1 1 1 / é ‘ l : 5 “ ; ‘ v ‘ : n - o _ I { i : « ‘ 4 M : 2 ‘ } , ‘ 5 ( ' 1 1 : . - . . . . ‘ ‘ " a r r . ~ z - = ~ : ¢ . . ; f - . " o - ' - " - . x ' u , w 2 1 - . . . s . N } ! - . - - . . , h n ‘ fi f ' - - . . M i c L U I h n i i B g v R a e A n r s R S i Y t t a y t e 3 1 2 9 3 0 0 8 7 7 3 5 6 0 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I L _ i — I C V T P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i e c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e o n e d u e . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E “ $ 3 ? ! [ : J L J - | I : _ | | — I I J M S U i e A n A f f i r m a t i v e A c t i o n / E q u a l O p p o r t u n i t y I n s t i t u t i o n c m m t M O I S T U R E - S E N S I T I V I T Y A N D L O N G - T E R M D U R A B I L I T Y C H A R A C T E R I S T I C S O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S V o l u m e I I B y S h a s h i d h a r a S . R . M a r i k u n t e A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y D e p a r t m e n t o f C i v i l & E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g 1 9 9 2 C H A P T E R 5 M O I S T U R E - S E N S I T I V I T Y O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S 5 . 1 I N T R O D U C T I O N R a p i d d r y i n g o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s m a y i n d u c e t e n s i l e c r a c k s d u e t o n o n - u n i - f o r m d r y i n g ( a n d h e n c e d i f f e r e n c e s i n d r y i n g s h r i n k a g e ) o f t h e s p e c i m e n . T h e c r a c k s d o n o t h a v e m u c h e f f e c t o n c o m p r e s s i v e s t r e n g t h b u t w i l l l o w e r t h e fl e x u r a l a n d t e n s i l e s t r e n g t h s [ 5 2 , 5 3 ] . . I f d r y i n g t a k e s p l a c e v e r y s l o w l y , s o t h a t i n t e r n a l s t r e s s e s c a n b e r e d i s t r i b u t e d a n d a l l e v i a t e d b y c r e e p , a n i n c r e a s e i n s t r e n g t h m a y r e s u l t f r o m d r y i n g . W e t t i n g o f c o n c r e t e m a y l e a d t o l o s s e s i n c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a s a r e s u l t o f t h e d i - l a t i o n o f c e m e n t g e l b y a d s o r b e d w a t e r a n d a l s o b r e a k i n g o f S i - O — S i b o n d s , w h i c h l e a d t o r e d u c t i o n o f t h e c o h e s i o n b e t w e e n s o l i d p a r t i c l e s . C o n v e r s e l y , w h e n t h e w e d g e - a c t i o n o f w a t e r u p o n d r y i n g c e a s e s , a n a p p a r e n t i n c r e a s e i n s t r e n g t h o f t h e s p e c i m e n i s r e c o r d e d . R e - s o a k i n g o f o v e n - d r i e d s p e c i m e n s i n w a t e r r e d u c e s t h e i r s t r e n g t h t o t h e v a l u e o f c o n t i n u o u s - l y w e t - c u r e d s p e c i m e n s , p r o v i d e d t h e y h a v e b e e n h y d r a t e d t o t h e s a m e d e g r e e . T h e v a r i a - t i o n i n s t r e n g t h d u e t o d r y i n g i s t h u s a r e v e r s i b l e p h e n o m e n o n . W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e m u c h m o r e s e n s i t i v e t o m o i s t u r e v a r i - a t i o n s t h a n w o u l d b e e x p e c t e d f r o m t h e a b o v e m o i s t u r e e f f e c t s . C o n s i d e r a b l e d i f f e r e n c e s i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s a r e o b s e r v e d w h e n t h e s p e c i m e n s a r e t e s t - e d a t d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n t e n t s . T h e r e i s a g e n e r a l t e n d e n c y i n fl e x u r a l s t r e n g t h . t o d e - c r e a s e a n d fl e x u r a l t o u g h n e s s t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g m o i s t u r e c o n t e n t i n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s [ 1 3 , 2 4 ] . T h i s h a s b e e n a t t r i b u t e d t o m o i s t u r e e f f e c t s o n t h e i n t e r f a c e z o n e s a n d w o o d f i b e r s [ 2 0 , 4 0 ] . 5 . 2 O B J E C T I V E S T h e m a i n t h r u s t i n t h i s p h a s e o f r e s e a r c h w a s t o a s s e s s t h e m o i s t u r e s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . F l e x u r a l b e h a v i o r o f t h e c o m p o s i t e s s u b j e c t e d 1 4 2 1 4 3 t o d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s w e r e s t u d i e d a n d t h e fi ' a c t u r e s u r f a c e s w e r e o b s e r v e d u n d e r a S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p e i n o r d e r t o a s s e s s t h e f a i l u r e m e c h a n i s m s . F o r t h i s p u r p o s e , t h r e e d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s w e r e s e l e c t e d : t h e s p e c i m e n s a f t e r n o r m a l a i r c u r i n g f o r 2 8 d a y s w e r e a i r - d r i e d , o v e n - d r i e d o r s a t u r a t e d b e f o r e b e i n g t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . A n e f f o r t w a s a l s o m a d e t o m o d i f y t h e m a t r i x t h r o u g h p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( fl y a s h o r s i l i c a f u m e ) a n d l a t e x i n o r d e r t o r e d u c e t h e m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f c o m p o s i t e s . T h e r e s u l t s o b t a i n e d i n t h i s s t u d y w e r e a n a l y z e d s t a t i s t i c a l l y u s i n g t h e a n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n t e c h n i q u e s i n o r d e r t o d e r i v e s t a - t i s t i c a l l y r e l i a b l e c o n c l u s i o n s . 5 . 3 B A C K G R O U N D W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e h i g h l y s e n s i t i v e t o m o i s t u r e v a r i a - t i o n s . C o n s i d e r a b l e d i f f e r e n c e s i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s a r e o b s e r v e d w h e n t h e s p e c i m e n s a r e t e s t e d a t d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n t e n t s . T h e r e i s a g e n e r a l t e n d e n c y i n fl e x u r a l s t r e n g t h t o d e c r e a s e a n d i n fl e x u r a l t o u g h n e s s t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g m o i s t u r e c o n t e n t i n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . C o u t t s ( 1 9 8 4 ) [ 1 3 ] r e p o r t s fl e x u r a l t e s t r e s u l t s f o r w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t a t d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n t e n t s . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d b y s l u r r y - d e w a t e r i n g a n d c o n t a i n e d v a r i o u s a m o u n t s o f s o f t w o o d P . R a d i a t a k r a f t fi b e r s . T h e c o m p o s i t e s ( s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o = 1 ) w e r e e i t h e r a i r c u r e d i n a n a t m o s p h e r e w i t h 5 0 i 5 % r e l a t i v e h u m i d i t y o r a u t o c l a v e d f o r 8 h o u r s a t 0 . 8 6 M P a ( 1 2 4 p s i ) u n d e r s t e a m p r e s s u r e , a n d t h e n e x p o s e d t o a i r u n t i l t h e t e s t a g e . S t a n d a r d p r e t e s t i n g c o n d i t i o n s w e r e e s t a b l i s h e d i n C o u t t s ( 1 9 8 4 ) [ 1 3 ] i n o r d e r t o s t u d y t h e m o i s t u r e e f f e c t s . T h e s a m p l e s w e r e s t o r e d : ( a ) i n t h e l a b - o r a t o r y w i t h r e l a t i v e h u m i d i t y o f 5 0 i 5 % a n d t e m p e r a t u r e o f 2 2 i 2 d e g . C ( 7 2 t 3 d e g . F ) ; ( b ) i n a n o v e n a t 1 1 6 d e g . C ( 2 4 1 d e g . F ) f o r 2 4 h o u r s a n d t h e n c o o l e d i n t h e a t m o - s p h e r e ; a n d ( c ) i n w a t e r f o r 4 8 h o u r s , w i t h e x c e s s w a t e r r e m o v e d w i t h a c l o t h p r i o r t o t e s t - i n g . . T e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t w e t fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t m o r t a r s a m p l e s s h o w e d a b o u t 5 0 % r e d u c t i o n i n fi e x u r a l s t r e n g t h o v e r t h a t o f s p e c i m e n s t e s t e d a t 5 0 % r e l a t i v e h u m i d i t y . O n t h e o t h e r h a n d , e v e n d r y i n g h a s b e e n o b s e r v e d t o s l i g h t l y i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h 1 4 4 o f w o o d fi b e r c e m e n t c o m p o s i t e s . F i g u r e s 5 . 1 ( a ) a n d ( b ) s h o w t h e v a r i a t i o n s i n fl e x u r a l s t r e n g t h a t v a r i o u s fi b e r l o a d i n g s w i t h m o i s t u r e c o n t e n t . F i g u r e 5 . 1 ( b ) i s a n a l t e r n a t i v e r e p r e s e n t a t i o n o f F i g u r e 5 . 1 ( a ) i n w h i c h t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f o v e n d r i e d a n d w e t t e s t e d s a m p l e s a r e g i v e n a s a p e r c e n t a g e o f t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f t h e s a m e c o m p o s i t e s w h e n t e s t e d a t a m b i e n t r e l a t i v e h u m i d i t y a n d t e m p e r a t u r e . R e l a t i v e l y l a r g e v a r i a t i o n s i n t e s t r e s u l t s o f F i g u r e 5 . 1 p a r t l y r e s u l t f r o m t h e f a c t t h a t t h e s e t e s t s c o v e r fi b e r s w i t h d i fi ‘ e r e n t d e g r e e s o f b e a t i n g ( e . g . F r e e n e s s r a n g e d f r o m 7 0 0 - 6 0 C S F ) . F r o m F i g u r e 5 . 1 i t m a y b e c o n c l u d e d t h a t t h e o v e n d r i e d s p e c i m e n s h a v e h i g h e r s t r e n g t h s t h a n t h e r e l a t i v e h u m i d i t y s p e c i m e n s o n l y a t fi b e r c o n t e n t s b e l o w 6 % b y m a s s . T h e o v e n d r i e d a n d r e l a t i v e h u m i d i t y s p e c i m e n s g i v e c o m p a r a b l e fl e x u r a l s t r e n g t h s a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s . T h i s o b s e r v a t i o n i s j u s t i fi e d b y C o u t t s ( 1 9 8 4 ) [ 1 3 ] w h o n o t e s t h a t a t l o w fi b e r c o n t e n t s ( < 6 % ) , t h e n u m b e r o f b o n d s b e t w e e n fi b e r s i s s m a l l b y c o m p a r i s o n w i t h t h e n u m b e r o f fi b e r - t o - m a t r i x b o n d s . I t c o u l d b e i m p l i e d f r o m F i g u r e 5 . 1 t h a t g r e a t e r l o a d s a r e n e e d e d t o b r e a k t h e o v e n - d r i e d fi b e r - t o — m a t r i x b o n d t h a n t h e s a m e b o n d a t r e l a t i v e h u m i d i t y . A s t h e fi b e r c o n t e n t i s i n c r e a s e d ( > 6 % ) t h e r e i s a n i n c r e a s e i n v o i d c o n t e n t a n d g r e a t e r n u m b e r o f fi b e r - t o - fi b e r b o n d s a r e f o r m e d . T h e i n c r e a s e i n fi b e r t o fi b e r b o n d s u s e s u p m o r e o f t h e fi b e r s u r f a c e a r e a a n d r e d u c e s fi b e r — t o - m a t r i x b o n d i n g . T h e i n c r e a s e i n v o i d c o n t e n t a l s o r e d u c e s t h e i n t e r f a c i a l a r e a o f c o n t a c t b e t w e e n fi b e r a n d m a t r i x a n d s o d i m i n i s h e s t h e p o t e n t i a l f o r a g i v e n fi b e r t o b e a b l e t o b o n d t o t h e m a t r i x . H e n c e , a t i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t s t h e r e i s a g e n e r a l o v e r l a p o f fl e x u r a l s t r e n g t h f o r o v e n d r i e d a n d r e l a t i v e h u m i d i t y s a m p l e s . T h e w e t t e s t e d s a m p l e s c o n t i n u e t o d e c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h d u e t o t h e i n c r e a s i n g r o l e o f fi b e r - t o - fi b e r b o n d ( h y d r o g e n b o n d s , w h i c h c o u l d b e d e s t r o y e d i n t h e p r e s e n c e o f m o i s t u r e ) i n c a r r y i n g a n i n c r e a s e d c o m p o n e n t o f t h e l o a d i n t h e c o m p o s i t e . 1 4 5 P e r c e n t a g e 0 ! R H M u t u a l s t r e n g t h O L l l l ' l 1 2 0 : 1 1 ' r r J 1 O 2 4 6 8 0 I 2 1 4 O 2 4 6 0 D 1 2 0 ‘ F i b r e c o m e n t m o y r n o e e ) F ' m w m w m ’ ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h ( b ) P e r c e n t a g e o f R H T e s t e d F l e x u r a l S t r e n g t h s F i g u r e 5 . 1 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n t e n t o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o r t a r s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 1 3 ] . T h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n t e n t o n t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s o f fi b e r r e i n f o r c e d m o r t a r s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 . A t l o w e r fi b e r c o n t e n t s ( < 6 % b y m a s s ) t h e w e t a n d r e l a t i v e h u m i d i t y ( 5 0 % ) t e s t e d s p e c i m e n s g i v e c o m p a r a b l e f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s , w h i l e o v e n d r i e d s a m p l e s g e n e r a l l y g i v e v e r y l o w f r a c t u r e t o u g h n e s s ( n o t i n g t h a t fl e x u r a l s t r e n g t h s i s u s u a l l y h i g h f o r o v e n d r i e d s a m p l e s ) . T h i s h a s b e e n a t t r i b u t e d b y C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 4 ) [ 2 0 ] a n d C o u t t s e t a l . ( 1 9 8 2 ) [ 2 5 ] t o t h e d o m i n a n c e o f fi b e r f r a c t u r e i n d e c i d i n g t h e f a i l u r e m e c h a n i s m o f o v e n d r i e d s a m p l e s w h i l e a c o m b i n a t i o n o f fi b e r p u l l o u t a n d fi b e r f r a c t u r e t e n d s t o o c c u r a s m o i s t u r e c o n t e n t s i n c r e a s e s ( a s i n d i c a t e d b y s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o - s c o p e e x a m i n a t i o n ) . % 1 4 6 4 . 0 5 i 4 2 " 2 6 . , ” / ’ / F i b r e c o n t e n t ( ’ 4 . b y m a s s ) F i g u r e 5 . 2 E fi ' e c t s o f M o i s t u r e C o n t e n t o n t h e F r a c t u r e T o u g h n e s s o f M o r t a r s R e i n f o r c e d w i t h D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 1 3 ] . C o u t t s ( 1 9 8 7 ) [ 2 9 ] h a s r e p o r t e d t h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n t e n t o n c o m p o s i t e s c o n - t a i n i n g E . R e g n a n s ( h a r d w o o d ) fi b e r . T h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n t e n t o n fi e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 3 . W h e n t e s t e d w e t , t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s - i t e s c o n t a i n i n g E . R e g n a n s d r o p s t o a p p r o x i m a t e l y 5 0 % o f t h e d r y t e s t e d s p e c i m e n s . I t i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a t w e t t i n g o f c e m e n t c o m p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g h a r d w o o d fi b e r s d o e s n o t p r o d u c e a s m u c h i n c r e a s e i n f r a c t u r e t o u g h n e s s a s o b t a i n e d t h r o u g h w e t t i n g o f c o m - p o s i t e s i n c o r p o r a t i n g s o f t w o o d fi b e r s ( c o m p a r e F i g u r e 5 . 3 b f o r E . R e g n a n s h a r d w o o d fi b e r s w i t h F i g u r e 5 . 2 f o r P . R a d i a t a s o f t w o o d ) . 1 0 - M u 0 . 8 * - 1 4 7 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) F r a c t u r e T o u g h n e s s ( k J / m ” 2 ) A m o r t a r 2 - 8 " A m o t - r o d s o . D 8 . t h 0 S a t u r a t e d 2 . 4 ~ 2 r - A 2 0 r A 1 . 6 * - A 1 . 2 - 0 . 4 * - 0 l l l l l l o l l l l o 2 4 e e t o 1 2 1 4 o 2 4 e e t o 1 2 1 4 F i b e r C o n t e n t ( ‘ Z b y m a s s ) F i b e r C o n t e n t ( 7 . b y m a s s ) ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h ( b ) F r a c t u r e T o u g h n e s s F i g u r e 5 . 3 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n t e n t o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f A u t o c l a v e d C e m e n t C o m p o s i t e s I n c o r p o r a t i n g D i f f e r e n t M a s s F r a c t i o n s o f E . R e g n a n s ( E u c a l y p t u s ) H a r d w o o d [ 2 9 ] . M i c r o s t r u c t u r a l s t u d i e s o n t h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n t e n t o n t h e f a i l u r e m e c h a n i s m o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s h a v e b e e n r e p o r t e d b y C o u t t s e t a 1 . ( 1 9 8 4 ) [ 2 0 ] . T h e c e m e n t c o m p o s i t e s i n t h i s r e f e r e n c e w e r e r e i n f o r c e d w i t h P . R a d i a t a k r a f t p u l p . T h e s p e c i m e n s w e r e m a n u f a c t u r e d b y s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e a n d w e r e c u r e d i n a n a u t o c l a v e . T h e y w e r e c o n d i t i o n e d i n 3 d i f f e r e n t e n v i r o n m e n t s p r i o r t o t h e fl e x u r e t e s t s : ( 1 ) a t 5 0 i 5 % r e l a t i v e h u m i d i t y a n d 2 2 i 2 d e g . C ( 7 2 i 3 d e g . F ) ; ( 2 ) a t 1 0 0 t o 1 0 5 d e g . C ( 2 1 2 t o 2 2 1 d e g . F ) f o r 2 4 h o u r s a n d t h e n c o o l e d i n a d e s i c c a t o r ; ( 3 ) u n d e r w a t e r f o r 4 8 h o u r s w i t h e x c e s s w a t e r r e m o v e d w i t h a c l o t h p r i o r t o t e s t i n g . A r e l a t i v e l y l o w fi b e r c o n - t e n t ( 2 % b y m a s s ) w a s u s e d i n t h i s s t u d y i n o r d e r t o r e d u c e t h e p o t e n t i a l p r o b l e m s w i t h S E M a n a l y s i s o f s u r f a c e s w i t h h i g h fi b e r c o n t e n t s . T h e f a i l u r e m e c h a n i s m o f t h e o v e n d r i e d s p e c i m e n s w a s d o m i n a t e d b y t h e f r a c t u r e o f fi b e r s ( F i g u r e 5 . 4 a ) , a n d t h e m a t r i x a t t a c h e d t o t h e e x p o s e d p a r t o f t h e fi b e r s u r f a c e s w a s i n d i c a t i v e o f a s t r o n g b o n d i n g b e t w e e n t h e fi b e r s a n d t h e m a t r i x F i g u r e 5 . 4 b ) . T h e w a t e r s a t u r a t e d s p e c i m e n s s h o w e d f a i l u r e m e c h a n i s m s d o m i n a t e d b y fi b e r p u l l o u t , w i t h s o m e t w i s t i n g o f t h e p u l l e d o u t fi b e r s ( F i g u r e 5 . 4 c ) . T h e t w i s t i n g o f fi b e r s u n d e r t e n s i o n 1 4 8 h a s a l s o b e e n r e p o r t e d b y P a g e e t a l . ( 1 9 7 1 ) [ 2 2 ] d u e t o t h e c o l l a p s e o f h o l l o w w o o d fi b e r s u n d e r t e n s i o n . A s s h o w n i n F i g u r e 5 . 4 d , t h e p r o t r u d i n g p a r t s o f fi b e r s a t t h e f r a c t u r e s u r - f a c e o f w a t e r s a t u r a t e d s p e c i m e n s w e r e l a r g e l y d e v o i d o f t h e a d h e r i n g m a t r i x , w h i c h i s i n d i c a t i v e o f w e a k fi b e r - m a t r i x b o n d i n g . T h i s F i g u r e a l s o s h o w s t h a t m a n y o f t h e fi b e r s w e r e b r o k e n , e v e n t h e o n e s w i t h l o n g p r o t r u d i n g s e g m e n t s . I t a l s o s e e m s t h a t t h e c o l l a p s e d k r a f t fi b e r s r e m a i n c o l l a p s e d i n c e m e n t c o m p o s i t e a n d d o n o t s w e l l o p e n d u r i n g f a b r i c a - t i o n . I n t h e c a s e o f c o m p o s i t e s c o n d i t i o n e d a t 5 0 _ + _ - 5 % r e l a t i v e h u m i d i t y ( F i g u r e 5 . 4 e ) , b o t h fi b e r f r a c t u r e a n d fi b e r p u l l o u t a r e o b s e r v e d t o h a v e t a k e n p l a c e . A t a h i g h e r m a g n i fi - c a t i o n i n F i g u r e 5 . 4 f , c o n s i d e r a b l e d a m a g e t o s o m e fi b e r s o f r e l a t i v e l y s h o r t p r o t r u d i n g l e n g t h a n d s o m e p u l l i n g o u t o f fi b e r s c a n b e o b s e r v e d . ( a ) O v e n D r i e d - L o w e r M a g n i fi c a t i o n ( b ) O v e n D r i e d - H i g h e r M a g n i fi c a t i o n ( c ) W a t e r S a t u r a t e d - L o w e r M a g n i fi c a t i o n ( d ) W a t e r S a t u r a t e d - H i g h e r M a g n i fi c a t i o n F i g u r e 5 . 4 T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f F r a c t u r e S u r f a c e s o f C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h 2 % M a s s F r a c t i o n o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 2 0 ] . 1 4 9 T . _ _ _ ’ f 5 5 ' I m a I 2 5 2 ‘ “ + 3 m e ~ . - “ ‘ 5 ‘ . “ - ( e ) P r e c o n d i t i o n e d a t 5 0 i 5 % R H - ( f ) P r e c o n d i t i o n e d a t 5 0 i 5 % R H - L o w e r M a g n i fi c a t i o n H i g h e r M a g n i fi c a t i o n F i g u r e 5 . 4 ( c o n t ’ d ) T y p i c a l S E M M i c r o g r a p h s o f F r a c t u r e S u r f a c e s o f C e m e n t C o m p o s i t e s R e i n f o r c e d w i t h 2 % M a s s F r a c t i o n o f P . R a d i a t a K r a f t P u l p [ 2 0 ] . 5 . 4 E X P E R I M E N T A L D E S I G N I n t h i s p h a s e o f t h e r e s e a r c h , t h e m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w a s a s s e s s e d . F o r t h i s p u r p o s e , t h e f o l l o w i n g t a s k s w e r e p e r f o r m e d r e g a r d i n g t h e m o i s t u r e e f f e c t s o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s : ( a ) a s - s e s s t h e e f f e c t o f fi b e r t y p e a n d c o n t e n t o n m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y ; ( b ) m o d i f y t h e m a t r i x w i t h p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s a n d l a t e x t o e n h a n c e s t a b i l i t y u n d e r m o i s t u r e e f f e c t s ; ( c ) s t u d y t h e e f f e c t s o f b l e a c h i n g o n m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y ; ( d ) m o d i f y t h e p r o c e s s i n g v a r i a b l e s i n m a n u - f a c t u r i n g t o i n d u c e s t a b i l i t y u n d e r m o i s t u r e e f f e c t s ; ( e ) c o m b i n e w o o d f i b e r s w i t h s y n t h e t i c fi b e r s t o r e d u c e m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y ; a n d ( h ) c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l s t u d y o f t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t p a r a m e t e r s s p e c i fi c t o w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s w i t h e m p h a s i s o n m o i s t u r e r e s i s t a n c e . 1 5 0 R e p l i c a t e d t e s t s p e c i m e n s w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x i n o r d e r t o d e r i v e r e l i - a b l e c o n c l u s i o n s t h r o u g h s t a t i s t i c a l a n a l y s e s o f r e s u l t s . T h e d i m e n s i o n s a n d t h e n u m b e r o f s p e c i m e n s d e p e n d o n t h e s p e c i fi c t e s t s p e r f o r m e d . I n c a s e o f p a n e l s , t h e t e s t s p e c i m e n h a d t o b e c u t u s i n g a d i a m o n d s a w t o t h e r e q u i r e d d i m e n s i o n s . 5 . 4 . 1 E f f e c t s o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] a n d M e c h a n i c a l P u l p ( l O O O L ) [ 4 3 ] . T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r t y p e a n d c o n t e n t o n m o i s t u r e r e s i s t a n c e w e r e i n v e s t i g a t e d i n t w o s t a g e s : ( a ) w i t h c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g l o w e r fi b e r c o n - t e n t s ( s 2 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h m o l d i n g m e t h o d ; a n d ( b ) w i t h c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g h i g h e r fi b e r c o n t e n t s ( 2 4 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e fi b e r m a s s f r a c - t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s p h a s e o f t h e s t u d y a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 3 . T h e e x p e r i m e n t a l d e s i g n u s e d i n t h i s s t u d y i s p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 1 . I n t h e m o l d i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r e , w a t e r a n d s u p e r p l a s t i c i z e r c o n t e n t s w e r e v a r i e d i n o r d e r t o a c h i e v e r e a s o n - a b l e f r e s h m i x w o r k a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s r e p r e s e n t e d b y a fl o w ( A S T M C - 2 3 0 ) o f 5 5 % t o 6 5 % a t 1 m i n u t e a f t e r m i x i n g . F i b r o u s m i x t u r e s a l s o c o n t a i n e d a n o n - c h l o r i d e s e t a c c e l e r - a t o r [ 4 5 ] , w h i c h w a s e s s e n t i a l t o k e e p t h e s e t t i n g t i m e o f c o m p o s i t e s w i t h i n a c c e p t a b l e l i m - i t s . I n t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r e , t h i n - s h e e t s p e c i m e n s w e r e f o r m e d f r o m a d i l u t e s l u r r y o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 % s o l i d s . A r e l a t i v e l y s m a l l d o s a g e o f 1 % d i l u t e d fl o c c u l e n t ( fl o c c u l e n t / c e m e n t = 0 . 0 1 ) [ 4 6 ] w a s a d d e d t o a c h i e v e a g g l o m e r a t i o n o f c e m e n t s o l i d s i n t h e s l u r r y , w h i c h h e l p s i n r e d u c i n g t h e a m o u n t o f c e m e n t p a r t i c l e s l o s t t h r o u g h t h e fi l t e r i n g s c r e e n s d u r i n g d e w a t e r i n g . F i b e r m a s s f r a c t i o n i n s l u r r y - d e w a t e r e d c o m p o s i t e s i s d e fi n e d a s t h e r a t i o o f w e i g h t o f fi b e r s t o t h a t o f t h e d r y c o n s t i t u e n t s o f t h e m a t r i x . F r o m e a c h m i x w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d f o r fl e x u r a l t e s t i n g i n t h e h a r d e n e d s t a t e . M o l d e d fl e x u r a l s p e c i m e n s w e r e p r i s m s w i t h 3 8 . 1 m m ( 1 . 5 i n ) s q u a r e c r o s s s e c t i o n s a n d t o t a l l e n g t h o f 1 5 2 . 4 m m ( 6 i n ) , t e s t e d b y 4 - p o i n t l o a d i n g o n a s p a n o f 1 1 4 . 3 m m ( 4 . 5 i n ) . A n a v e r a g e o f 1 0 s p e c i m e n s w i t h a s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e m a n u f a c — t u r e d f o r t e s t s a t e a c h m o i s t u r e c o n d i t i o n . T h e s p e c i m e n s w e r e s e l e c t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u r a t e l y m e a s u r e v a r i a b i l i t y o f t h e r e s u l t s . T h i n s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x u s i n g s l u r r y - d e w a - t e r i n g m e t h o d a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s . F l e x u r a l s p e c i m e n s ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 . 0 1 5 1 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t o u t f r o m e a c h p a n e l u s i n g a d i a m o n d s a w , a n d a n a v e r a g e o f 3 s p e c - i m e n s w e r e t e s t e d f o r e a c h m o i s t u r e c o n d i t i o n . T a b l e 5 . 1 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f W o o d F i b e r T y p e a n d C o n t e n t ( a ) M o l d i n g M e t h o d F i b e r C o n t e n t M o i s t u r e C o n d i t i o n O v e n D r i e d - O K r a f t ( S S K ) 1 * a : . . 2 i l l 1 | : # M e c h . ( l O O O L ) 1 * * * 2 a n : a : i t ( b ) S l u r r y - D e w a t e r i n g M e t h o d M o i s t u r e C o n d i t i o n 1 F i b e r T y p e F i b e r C o n t e n t A i r D r i e d O v e n D r i e d S a t u r a t e d K r a f t ( S S K ) 4 * * * 6 1 k * I I 8 4 ! I I t 1 0 ’ 1 : i t t 1 2 a t * 1 | 1 4 a : a n : a l l 5 . 4 . 2 M a t r i x M o d i fi c a t i o n T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T h e s a m p l e s c o n t a i n e d a n o p t i m u m fi b e r c o n t e n t ( 2 % f o r m o l d i n g m e t h o d a n d 8 % f o r s l u r r y - d e w a t e r - i n g ) . T h e m a t r i x m o d i fi c a t i o n w a s a c h i e v e d t h r o u g h p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h K r a 8 % f b t y ( W S e S i K g ) h t - i c a F u m e 1 5 % S i l 1 3 ' * | : 2 * 3 : * A 1 5 2 p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s ( 1 5 % s i l i c a f u m e o r 3 0 % fl y a s h ) . I n c a s e o f m o l d i n g t e c h n i q u e i t w a s a l s o c o n s i d e r e d t o m o d i f y t h e m a t r i x b y a S t y r e n e B u t a d i e n e l a t e x p o l y m e r . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 4 . F r o m e a c h m i x w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d f o r fl e x u r a l t e s t i n g i n t h e h a r d e n e d s t a t e . M o l d e d fl e x u r a l s p e c i m e n s w e r e p r i s m s w i t h 3 8 . 1 ( 1 . 5 i n ) s q u a r e c r o s s s e c t i o n s a n d t o t a l l e n g t h o f 1 5 2 . 4 m m ( 6 i n ) , t e s t e d b y 4 - p o i n t l o a d i n g o n a s p a n o f 1 1 4 . 3 m m ( 4 . 5 i n ) . A n a v e r a g e o f 1 0 s p e c i m e n s w i t h a s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e m a n u f a c t u r e d f o r t e s t s a t e a c h m o i s t u r e c o n d i t i o n . T h e s p e c i m e n s w e r e s e l e c t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c - c u r a t e l y m e a s u r e v a r i a b i l i t y o f t h e r e s u l t s . T h i n s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x u s i n g s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s . F l e x u r a l s p e c i m e n s ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t o u t f r o m e a c h p a n e l u s i n g a d i a m o n d s a w , a n d a n a v e r a g e o f 3 s p e c i m e n s w e r e t e s t e d f o r e a c h m o i s t u r e c o n d i t i o n . T a b l e 5 . 2 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n ( a ) M o l d i n g M e t h o d . M o i s t u r e C o n d i t i o n I 1 : 1 3 . 1 3 1 ) : & M a t r i x M o d i fi c a t i o n “ 6 “ A i r D r i e d I O v e n D r i e d I S a t u r a t e d I K r a f t ( S S K ) - * a t : * 2 % b y w a g ! “ 1 5 % S i l i c a F u m e * * * 3 0 % F l y A s h * * * 1 0 % L a t e x * * * ( b ) S l u r r y - D e w a t e r i n g M e t h o d F i b e r ' 1 “ & M o i s t u r e C o n d i t i o n I C o n t e n t M a t r i x M o d i fi c a t i o n A i r D r i e d O v e n D r i e d S a t u r a t e d 3 0 % F l y A s h * * * 1 5 3 5 . 4 . 3 E f f e c t o f B l e a c h i n g T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e u n b l e a c h e d a n d b l e a c h e d S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e m o l d i n g t e c h n i q u e , a n d t h e fi b e r c o n t e n t w a s 2 % b y m a s s . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 5 . T h e e x p e r i m e n t a l d e s i g n i s p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 3 . M o l d e d f l e x u r a l s p e c i m e n s w e r e p r i s m s w i t h 3 8 . 1 s q u a r e c r o s s s e c t i o n s a n d t o t a l l e n g t h o f 1 5 2 . 4 m m , t e s t e d b y 4 - p o i n t l o a d - i n g o n a s p a n o f 1 1 4 . 3 m m . A n a v e r a g e o f 1 0 s p e c i m e n s w i t h a s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e m a n u f a c t u r e d f o r t e s t s a t e a c h m o i s t u r e c o n d i t i o n . T h e s p e c i m e n s w e r e s e l e c t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u r a t e l y m e a s u r e v a r i a b i l i t y o f t h e r e s u l t s . T a b l e 5 . 3 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f B l e a c h i n g M o i s t u r e C o n d i t i o n I F i b e r T y p e & C o n t e n t A i r D r i e d S a t u r a t e d I = ‘ 4 — K r a f t ( S S K ) B l e a c h e d 2 % * * b y W e i g h t K r a f t ( S S K ) U n b l e a c h e d * * 2 % b y W e i g h t 5 . 4 . 4 M o d i f i c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n S l u r r y - D e w a t e r i n g T e c h n i q u e T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T w o d i f f e r e n t fi b e r c o n t e n t s ( 8 % a n d 1 6 % ) w e r e u s e d i n t h i s s t u d y . T h e m a t r i x c o n t a i n e d e q u a l a m o u n t s o f c e m e n t a n d s i l i c a s a n d . T h e p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s c o n s i d e r e d i n t h i s s t u d y w e r e t h e c a s t - i n g p r e s s u r e ( 1 . 6 a n d 3 . 2 M P a , 2 3 2 a n d 4 6 4 p s i ) a n d p r e s s i n g t i m e ( 1 h o u r a n d 2 4 h o u r s ) . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 6 . T h e e x p e r i m e n t a l d e - s i g n i s p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 4 . T w o r e p l i c a t e d t h i n - s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x u s i n g s l u r r y o d e w a t e r i n g m e t h o d . T h r e e s p e c i m e n s f o r fl e x u r a l t e s t i n g ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 . 0 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t u s i n g a d i a m o n d s a w . A n a v e r a g e o f 6 s p e c i m e n s w i t h s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e s e l e c t e d F i b e r C a a o f b f b t y t K r % 8 K 6 r % 1 T t n y e ( W ( y W p n e S e S e t i S i S K g K t & ) h ) g h t C s a u P r e s s r 3 1 1 t . e . . i 6 2 6 3 . 2 n ( g M P a ) P r e s s i ( n h 2 2 2 2 r 4 4 4 4 1 1 1 1 T i m e g ) M D o r i i s e A i r t l t : | : a * a * a * 2 * u r e C o n d t d = t a i t o u i S = a t d e = n t : . : n . : r a * a a a * a a 1 5 4 f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s a n d t e s t e d f o r e a c h m o i s t u r e c o n d i t i o n . T a b l e 5 . 4 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f M o d i fi c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n S l u r r y - D e w a t e r i n g 5 . 4 . 5 C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] a n d P o l y e t h - y l e n e P u l p ( P u l P l u s ) [ 4 8 ] . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d b y s l u r r y - d e w a t e r i n g . a n d t h e c o m b i n e d fi b e r c o n t e n t w a s k e p t a t a n o p t i m u m v a l u e o f 8 % b y m a s s . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 7 . T h e e x p e r i m e n t a l p r o g r a m i s p r e s e n t - e d i n T a b l e 5 . 5 . T w o r e p l i c a t e d t h i n - s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x u s i n g s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d . T h r e e s p e c i m e n s f o r fl e x u r a l t e s t i n g ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 . 0 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t u s i n g a d i a m o n d s a w . A n a v e r a g e o f 6 s p e c i m e n s w i t h s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e s e l e c t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s a n d t e s t e d f o r e a c h m o i s t u r e c o n d i t i o n . 1 5 5 T a b l e 5 . 5 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - E f f e c t o f C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s M o i s t u r e C o n d i t i o n F i b e r T y p e a n d C o n t e n t 8 % K r a f t P u l p ( S S K ) 4 % K r a f t P u l p ( S S K ) + 4 % P o l y e t h y l e n e * * P u l p ( P u l P l u s ) 8 % P o l y e t h y l e n e P u l p ( P u l P l u s ) * a : 5 . 4 . 6 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s A n e x p e r i m e n t a l p r o g r a m w a s d e v e l o p e d b a s e d o n t h e s t a t i s t i c a l m e t h o d o f f r a c t i o n a l f a c t o r i a l d e s i g n . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d b y s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e v a r i a b l e s o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y w e r e : ( 1 ) w o o d fi b e r t y p e ( s o f t w o o d & h a r d w o o d ) ; ( 2 ) fi b e r m a s s c o n t e n t ( 4 % & 8 % ) ; ( 3 ) p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % fl y a s h & 1 5 % s i l i c a f u m e ) ; ( 4 ) m o i s t u r e c o n d i t i o n s ( a i r d r i e d & s a t u r a t e d ) ; a n d ( 5 ) s i l i c a s a n d c o n t e n t ( s i l - i c a s a n d — c e m e n t r a t i o = 0 . 5 & 1 . 0 ) . T h e e x p e r i m e n t a l p r o g r a m i s p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 6 . T w o r e p l i c a t e d t h i n - s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n - u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x u s i n g s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d . T h r e e s p e c i m e n s f o r f l e x u r a l t e s t i n g ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 . 0 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t u s i n g a d i a m o n d s a w . A n a v e r a g e o f 6 s p e c i m e n s w i t h s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e s e l e c t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s a n d t e s t e d f o r e a c h m o i s t u r e c o n d i t i o n . 1 5 6 T a b l e 5 . 6 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y ( s e e A p p e n d i x B f o r n o t a t i o n ) ‘ M i x 7 8 F i b e r T y p e F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 8 8 4 8 4 8 4 B i n d e r S F F A S F F A S F F A F A F A M o i s t u r e C o n d i t i o n A D S A T A D A D S A T S A T A D S A T S a n d C o n t e n t ( S / B ) 0 . 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 5 0 . 5 0 . 5 1 . 0 M i x 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 F i b e r T y p e S S K S S K N H K N H K S S K S S K S S K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 4 4 4 8 8 4 4 B i n d e r F A S F S F S F F A S F S F F A M o i s t u r e C o n d i t i o n A D A D A D S A T S A T S A T S A T A D S a n d C o n t e n t ( S I B ) 1 . 0 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 0 . 5 5 . 5 M A N U F A C T U R I N G P R O C E D U R E W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a t l o w fi b e r m a s s f r a c t i o n s ( 5 2 % ) w e r e m a n u f a c t u r e d t h r o u g h t h e m o l d i n g t e c h n i q u e , a n d a t h i g h fi b e r c o n t e n t s ( > 2 % ) t h r o u g h s l u r r y - d e w a t e r i n g . M o l d i n g m e t h o d o f m i x i n g w a s p e r f o r m e d i n a r e g u l a r m o r t a r m i x e r . A b a t c h - t y p e s l u r r y - d e w a t e r i n g e q u i p m e n t ( s i m u l a t i o n o f t h e H a t s c h e k p r o c e s s ) w a s d e v e l - o p e d f o r u s e i n l a b o r a t o r y . T h e m i x i n g p r o c e d u r e a d o p t e d f o r t h e t w o d i f f e r e n t t e c h n i q u e s a r e d e s c r i b e d i n C h a p t e r 4 . 5 . 6 T E S T P R O C E D U R E S A s e r i e s o f s t a n d a r d m o i s t u r e c o n d i t i o n s f o r f l e x u r a l t e s t i n g w e r e e s t a b l i s h e d f o r t h e 2 8 d a y o l d s p e c i m e n s i n o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n t e n t . S a m p l e s w e r e c o n d i t i o n e d i n t h e f o l l o w i n g e n v i r o n m e n t s : ( a ) i n l a b o r a t o r y w i t h R e l a t i v e H u m i d i t y o f 5 0 1 5 7 _ - _ I ~ _ 1 0 % a n d t e m p e r a t u r e o f 2 2 i 2 d e g . C ( 7 2 i 3 d e g . F ) ; ( b ) i n a n o v e n a t 1 1 6 d e g . C ( 2 4 1 d e g . F ) f o r 2 4 h o u r s a n d t h e n c o o l e d i n t h e l a b o r a t o r y ; a n d ( c ) i n w a t e r f o r 4 8 h o u r s w i t h e x c e s s w a t e r r e m o v e d b y a c l o t h p r i o r t o t e s t i n g . F l e x u r a l t e s t s w e r e p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e S p e c i fi c a t i o n J C I - S F [ 4 9 ] . 5 . 7 T E S T R E S U L T S A N D D I S C U S S I O N S 5 . 7 . 1 E f f e c t s o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t T h e e f f e c t s o f fi b e r c o n t e n t a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n t h e fl e x u r a l b e h a v i o r o f c o m - p o s i t e s w i t h d i f f e r e n t w o o d fi b e r t y p e s w e r e i n v e s t i g a t e d i n t w o s t a g e s : ( a ) f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g l o w fi b e r c o n t e n t s ( < 2 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h m o l d i n g m e t h o d ; a n d ( b ) f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g h i g h fi b e r c o n t e n t s ( > 4 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h s l u r r y - d e w a t e r i n g . W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e t e s t e d f o r t h e i r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e i n t h i s i n v e s t i g a t i o n . A s e r i e s o f s t a n d a r d m o i s t u r e c o n d i t i o n s f o r fl e x u r a l t e s t i n g w e r e e s - t a b l i s h e d f o r t h e 2 8 d a y s o l d s p e c i m e n s i n o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n - t e n t . S a m p l e s w e r e c o n d i t i o n e d i n t h e f o l l o w i n g e n v i r o n m e n t s : ( a ) i n l a b o r a t o r y w i t h R e l a t i v e H u m i d i t y o f 5 0 i 1 0 % a n d t e m p e r a t u r e o f 2 2 - _ t - _ 2 d e g . C ( 7 2 i : 3 d e g . F ) ; ( b ) i n a n o v e n a t 1 1 6 d e g . C ( 2 4 1 d e g . F ) f o r 2 4 h o u r s a n d t h e n c o o l e d i n t h e l a b o r a t o r y ; a n d ( c ) i n w a t e r f o r 4 8 h o u r s w i t h e x c e s s w a t e r r e m o v e d b y a c l o t h p r i o r t o t e s t i n g . F l e x u r a l t e s t s w e r e p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e S p e c i fi c a t i o n J C I - S F 4 . 5 . 7 . 1 . 1 M o l d i n g M e t h o d T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r c o n t e n t a n d t y p e , a n d t h e c o m p o s i t e m o i s t u r e c o n d i t i o n o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c e m e n t b a s e d m a t e r i a l s u s i n g t h e t e s t d a t a g e n e r a t e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n . T h e w o o d fi b e r s u s e d w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t P u l p ( S S K ) [ 4 1 ] a n d M e c h a n i c a l P u l p ( l O O O L ) [ 4 3 ] . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s ] u s e d i n t h i s p h a s e o f t h e s t u d y a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 3 ( a ) , a n d t h e e x - p e r i m e n t a l d e s i g n i s p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 1 . W a t e r a n d s u p e r p l a s t i c i z e r c o n t e n t s w e r e v a r - i e d i n o r d e r t o a c h i e v e r e a s o n a b l e f r e s h m i x w o r k a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s r e p r e s e n t e d b y a fl o w ( A S T M C - 2 3 0 ) o f 5 5 % t o 6 5 % a t 1 m i n u t e a f t e r m i x i n g . F i b r o u s m i x t u r e s a l s o c o n - 0 0 . 0 5 0 . 1 0 t . i 1 o 5 n D e f l e c ( m m ) 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 1 5 8 t a i n e d n o n - c h l o r i d e s e t a c c e l e r a t o r , w h i c h w a s e s s e n t i a l t o k e e p t h e s e t t i n g t i m e o f t h e c o m - p o s i t e s w i t h i n a c c e p t a b l e l i m i t s . T h e r e s u l t s o f t e s t s o n f r e s h m i x p r o p e r t i e s , m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s a r e d i s c u s s e d i n s e c t i o n 4 . 7 . 3 . 1 . T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n b e h a v i o r o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 5 f o r d i f f e r e n t fi b e r t y p e s a n d m o i s t u r e c o n - d i t i o n s . T h e e f f e c t s o f fi b e r m a s s f r a c t i o n o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s f o r d i f f e r e n t fi b e r t y p e s a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e s 5 . 8 a n d 5 . 9 , a n d F i g u r e s 5 . 6 a n d 5 . 7 , r e s p e c t i v e l y . 5 L o a d ( K N ) 1 1 l ( a ) A i r D r i e d K r a f t P u l p F i g u r e 5 . 5 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R a n g e f o r 1 0 C u r v e s ) . - 0 0 . 0 6 L o a d ( K N ) + . - - 5 4 3 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 ) a l P u l p 0 ) ( b 2 . 2 1 A D e i r f D r K r a f i l t e c e F d i 0 t . i 1 o M e n 5 c ( h a n m i m c b e r 1 5 9 5 L o a d ( K N ) 2 % M a c h . F l b e r 1 % M a c h . F i b e r . . 9 - ‘ - - \ . g - ' 0 ‘ . " - \ v 1 5 , 1 5 K r a f t F i b e r P l a i n M o r t a r l l L l 1 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 D e f l e c t i o n ( m m ) ( c ) O v e n D r i e d K r a f t P u l p F i g u r e 5 . 5 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e f l e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R a n g e f o r 1 0 C u r v e s ) . 1 6 0 5 L o a d ( K N ) 2 % M e c h . F i b e r 1 % M a c h . F i b e r P l a i n M o r t a r 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 D e f l e c t i o n ( m m ) ( d ) O v e n D r i e d M e c h a n i c a l P u l p 5 L o a d ( K N ) 1 % K r a f t F i b e r 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 D e f l e c t i o n ( m m ) ( c ) S a t u r a t e d K r a f t P u l p F i g u r e 5 . 5 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R a n g e f o r 1 0 C u r v e s ) . q \ \ f \ , ‘ k ‘ \ ' ' , / / 4 3 2 c ' - h 7 % M G C h . F i b e r 2 5 5 M e c h . F i b e r 1 6 1 5 L o a d ( K N ) P l a i n M o r t a r 1 " . . . — O l l l l 4 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 6 0 . 3 D e f l e c t i o n ( m m ) ( 0 S a t u r a t e d M e c h a n i c a l P u l p F i g u r e 5 . 5 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e f l e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R a n g e f o r 1 0 C u r v e s ) . T a b l e 5 . 8 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( M P a ) F i b e r M o i s t u r e C o n d i t i o n M a s s A i r D r i e d I O v e n D r i e d I S a t u r a t e d C o n t e n t 3 ‘ 1 3 ' 1 ” B a t c h l B a t c h 2 B a t c h ] B a t c h 2 B a t c h l B a t c h 2 P l a i n 3 . 7 7 9 9 4 . 1 2 2 2 4 . 1 0 9 9 5 . 6 2 5 1 4 . 9 9 4 0 6 . 6 0 4 8 5 . 7 5 5 7 3 . 6 1 5 9 2 . 1 2 9 9 4 . 2 3 1 5 6 . 0 5 0 0 5 . 9 6 7 5 4 . 9 4 6 6 4 . 4 9 5 6 4 . 1 3 6 7 4 . 6 6 1 9 6 . 9 6 6 4 5 . 8 2 2 4 3 . 9 1 6 7 3 . 8 6 1 0 4 . 5 6 1 6 4 . 1 3 6 7 5 . 6 3 5 4 5 . 5 6 8 7 3 . 0 1 8 1 2 . 6 2 6 6 4 . 2 4 4 6 4 . 4 8 1 8 4 . 1 3 5 3 5 . 1 7 0 0 M e a n 3 . 9 1 4 6 4 . 2 3 2 2 5 . 6 9 1 8 ( S t . D e v . ) ( 0 . 9 9 8 9 ) _ ( 0 . 8 6 6 2 ) ( 0 . 8 0 9 8 ) 1 6 2 T a b l e 5 . 8 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( M P a ) F i b e r ' M o i s t u r e C o n d i t i o n M a s s . . 7 . A l r D r i e d I O v e n D r i e d I S a t u r a t e d C o n t e n t ” ” 3 1 ” B a t c h ] B a t c h 2 B a t c h l B a t c h 2 B a t c h l B a t c h 2 1 % M e c h . 4 . 3 3 9 0 5 . 1 8 7 1 5 . 6 4 0 1 5 . 6 8 4 2 2 . 7 4 2 2 7 . 8 2 3 7 ( l O O O L ) 4 . 9 1 4 7 4 . 8 6 2 4 4 . 0 0 5 3 5 . 8 5 6 6 5 . 7 5 3 9 9 . 6 2 9 6 5 . 4 3 4 0 4 . 6 2 4 5 3 . 0 0 1 4 4 . 7 5 0 6 4 . 4 0 3 8 8 . 5 7 7 4 5 . 2 1 8 8 4 . 3 3 0 7 4 . 9 7 3 4 3 . 8 0 2 5 5 . 2 4 9 9 5 . 7 5 5 2 3 . 9 5 7 7 4 . 5 1 6 2 4 . 9 7 3 3 4 . 8 0 7 9 4 . 4 0 1 8 4 . 5 2 4 5 M e a n 4 . 7 2 4 5 4 . 7 7 0 6 5 . 8 9 3 9 ( S t . D e v . ) ( 0 . 4 6 5 4 ) ( 0 . 9 2 6 1 ) ( 2 . 1 4 2 9 ) 2 % M e c h . 6 . 3 0 4 8 6 . 9 6 6 7 7 . 3 6 8 7 5 . 5 7 8 1 4 . 7 5 9 6 4 . 2 0 1 1 ( l O O O L ) 8 . 3 3 2 0 5 . 8 3 4 5 7 . 4 8 6 0 6 . 0 8 6 2 3 . 9 1 9 1 3 . 7 8 1 9 7 . 7 0 7 9 6 . 8 3 9 8 7 . 3 8 3 2 7 . 3 4 4 5 3 . 7 5 0 2 4 . 6 9 6 9 7 . 7 2 1 0 6 . 4 5 7 2 8 . 1 5 2 6 6 . 5 9 7 1 4 . 4 3 0 0 2 . 1 8 8 5 7 . 6 5 6 2 6 . 3 8 1 3 8 . 2 4 7 1 5 . 5 6 6 3 4 . 6 3 2 8 4 . 2 3 2 8 M e a n 6 . 9 9 9 4 , 6 . 9 6 0 9 4 . 0 4 7 3 ( S t . D e v . ) ( 0 . 0 9 2 8 ) ( 0 . 1 3 8 2 ) ( 0 . 0 8 1 8 ) _ _ = 1 % K r a f t 9 . 3 8 7 8 8 . 5 9 6 5 9 . 1 9 8 8 6 . 6 4 5 4 8 . 3 6 6 9 5 . 6 8 0 1 ( S S K ) 9 . 3 6 8 6 5 . 7 5 2 3 8 . 8 4 3 3 5 . 0 7 0 3 6 . 2 8 6 5 6 . 3 9 0 3 9 . 1 7 5 4 6 . 4 6 1 8 9 . 3 6 6 5 9 . 1 2 4 5 7 . 5 0 6 1 6 . 2 7 1 4 7 . 6 4 8 4 8 . 3 7 3 1 8 . 9 5 1 2 7 . 3 1 0 2 8 . 1 4 6 9 6 . 2 4 1 1 6 . 8 3 7 2 6 . 3 5 1 1 9 . 9 5 5 0 6 . 9 7 1 3 8 . 3 1 1 2 5 . 6 7 2 6 M e a n 7 . 7 9 4 9 8 . 1 4 3 4 6 . 8 4 8 9 ( S t . D e v . ) ( 1 . 3 6 8 8 ) ( 1 . 5 5 4 4 ) ( 1 . 0 3 8 1 ) 2 % K r a f t 6 . 7 1 5 5 6 . 5 3 0 6 5 . 0 8 8 1 6 . 6 8 8 7 3 . 8 6 7 2 4 . 1 3 8 1 ( S S K ) 6 . 6 5 0 9 4 . 9 8 0 9 6 . 0 6 3 7 8 . 5 2 4 3 3 . 3 9 4 9 3 . 7 2 4 2 6 . 6 9 2 1 7 . 2 7 9 9 6 . 2 7 0 0 7 . 1 8 0 2 3 . 8 7 3 3 3 . 9 6 4 1 7 . 8 5 8 1 6 . 9 4 5 1 8 . 1 9 9 1 7 . 6 8 8 3 3 . 0 8 1 3 3 . 5 9 2 9 6 . 4 3 5 0 6 . 7 4 0 2 5 . 4 3 9 5 5 . 9 7 8 5 3 . 4 5 5 4 3 . 9 3 5 2 M e a n 6 . 6 8 2 5 6 . 7 1 2 1 3 . 7 0 2 9 ( S t . D e v . ) ( 0 . 7 7 2 9 ) ( 1 . 1 5 8 4 ) ( 0 . 3 2 0 4 ) 1 6 3 T a b l e 5 . 9 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( N — m ) F i b e r M o i s t u r e C o n d i t i o n M a s s . . . A l r D r i e d O v e n D r i e d S a t u r a t e d C o n t e n t & W B a t c h 1 B a t c h 2 B a t c h 1 B a t c h 2 B a t c h 1 B a t c h 2 p l a i n 5 1 . 9 7 5 3 3 . 8 9 7 3 5 . 3 9 1 7 1 . 9 7 4 2 2 . 0 3 4 5 9 . 8 8 4 3 5 . 1 5 5 4 1 . 8 0 6 2 2 . 7 1 1 3 8 . 9 8 2 3 4 . 1 2 3 2 9 . 3 7 7 3 5 . 0 2 5 4 0 . 9 0 2 2 7 . 0 0 4 5 4 . 5 7 4 2 3 . 7 2 8 3 5 . 1 5 7 4 1 . 8 0 5 4 5 . 3 2 5 5 3 . 7 8 3 3 3 . 1 0 5 3 5 . 1 5 7 3 4 . 0 1 0 3 9 . 5 4 5 3 2 . 7 5 7 2 9 . 7 1 5 3 4 . 2 3 5 3 5 . 5 0 8 3 4 . 9 1 4 M e a n 4 0 . 0 2 1 4 0 . 1 9 0 3 4 . 6 9 9 ( s t . D e v . ) ( 5 . 9 5 5 8 ) ( 1 5 . 2 5 5 ) ( 1 0 . 2 8 2 ) = _ _ — = — _ — — — — — _ — — — — 1 % M e c h . 5 1 . 0 1 4 9 4 . 0 1 1 5 5 . 3 5 5 5 5 . 8 3 4 5 5 . 5 4 7 9 4 . 4 5 9 ( 1 0 0 0 1 . ) 7 1 . 1 8 3 7 0 . 0 5 3 4 1 . 4 5 7 5 5 . 1 5 5 8 0 . 2 2 2 9 7 . 8 4 9 8 3 . 5 1 2 7 5 . 0 4 2 7 2 . 5 3 9 3 9 . 2 0 7 8 7 . 1 1 5 9 7 . 8 4 9 8 2 . 4 8 2 5 1 . 3 5 3 4 9 . 5 0 2 2 4 . 2 9 3 5 8 . 0 1 9 8 0 . 2 2 2 5 1 . 9 7 5 7 0 . 3 9 2 5 9 . 5 4 5 4 3 . 5 1 4 8 5 . 4 2 0 8 7 . 1 1 5 M e a n 7 2 . 3 0 2 4 9 . 8 5 2 8 4 . 3 9 2 ( S t . D e v . ) ( 1 . 4 0 1 1 ) ( 1 . 5 8 1 8 ) ( 1 . 1 1 8 5 ) a i = 2 % M e c h . 9 0 . 3 9 1 8 0 . 2 2 2 7 3 . 4 4 3 8 9 . 2 5 1 3 1 0 . 7 2 1 1 2 . 9 9 ( l O O O L ) 9 8 . 3 0 0 7 4 . 5 7 3 4 8 . 5 8 5 7 2 . 3 1 3 3 5 2 . 7 0 3 5 0 . 2 7 9 1 . 5 2 1 7 9 . 0 9 2 9 1 . 5 2 1 4 8 . 5 8 5 2 1 5 . 8 1 3 7 0 . 5 0 8 7 . 0 0 2 7 7 . 9 5 2 1 2 9 . 9 4 9 4 . 4 5 9 2 4 9 . 7 1 2 8 2 . 4 7 9 4 . 9 1 1 8 1 . 3 5 2 5 5 . 5 3 4 9 1 . 5 2 1 3 7 2 . 8 5 3 1 0 . 7 2 M e a n 8 5 . 5 3 3 8 0 . 5 1 5 2 9 3 . 8 8 ( S t . D e v . ) ( 0 . 5 5 4 9 ) ( 5 . 2 4 2 7 ) ( 5 0 . 4 8 3 ) 1 % K r a f t 8 7 . 0 0 1 9 7 . 1 7 1 7 3 . 4 4 3 ! 5 3 . 2 7 4 4 5 5 . 4 7 5 1 5 . 2 3 ( S S K ) 9 1 . 5 2 1 7 5 . 7 0 3 5 5 . 5 5 4 5 4 . 2 3 5 5 3 1 . 0 5 2 5 9 . 8 8 1 1 4 . 1 2 8 7 . 0 0 2 7 7 . 9 5 3 8 1 . 3 5 2 5 3 5 . 7 0 2 5 9 . 8 8 7 5 . 9 2 9 9 1 . 5 2 1 5 7 . 7 9 3 5 4 . 4 0 4 4 5 7 . 5 1 4 0 5 . 7 5 9 7 . 1 7 1 8 7 . 0 0 2 8 1 . 3 5 2 5 4 . 4 0 4 5 2 5 . 4 0 3 8 4 . 1 5 M e a n 9 0 . 4 1 4 7 2 . 8 7 8 4 3 3 . 3 1 ’ ( S t . D e v . ) ( 9 . 9 3 1 7 ) ( 1 2 . 0 1 1 ) ( 1 0 5 . 3 2 ) 1 6 4 T a b l e 5 . 9 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( N - m m ) F i b e r M o i s t u r e C o n d i t i o n M a s s A i r D r i e d O v e n D r i e d S a t u r a t e d C o n t e n t 3 ‘ 1 3 ’ 1 " B a t c h 1 B a t c h 2 B a t c h 1 B a t c h 2 B a t c h 1 B a t c h 2 2 % K r a f t 1 8 2 . 5 9 1 6 9 . 8 2 3 5 . 0 2 7 8 4 . 7 4 1 5 0 9 . 5 8 5 3 6 . 7 0 ( S S K ) 1 7 7 . 6 2 1 4 5 . 7 6 7 7 . 3 9 8 1 4 4 . 9 7 5 8 0 . 7 6 5 7 6 . 2 4 1 7 0 . 9 5 1 8 9 . 0 3 3 9 . 6 5 9 9 8 . 5 2 6 5 5 2 . 5 3 4 6 3 . 2 5 1 9 2 . 3 1 1 1 4 . 1 2 1 2 3 . 3 8 1 0 7 . 9 0 4 4 0 . 6 6 5 1 4 . 1 0 1 6 5 . 7 6 1 8 5 . 4 2 6 5 . 9 8 6 7 8 . 4 1 4 5 1 2 . 9 7 5 9 8 . 8 4 M e a n 1 6 9 . 2 6 9 8 5 . 6 0 0 5 2 8 . 5 6 ( S t . D e v . ) ( 2 3 . 2 6 ) ( 3 4 . 6 2 0 ) ( 5 0 . 9 6 9 ) 1 O T T T ~ A M r D r i e d C D O v e n D r i e d 8 ’ - 0 S a t u r a t e d ‘ : 1 3 . 2 t 3 : s - - a ? l E ; 4 1 i 2 L _ , O l 1 1 n r 0 1 5 F i b e r M o s s C o n t e n t ( % ) ( a ) K r a f t P u l p ( S S K ) F i g u r e 5 . 6 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R e g r e s s i o n A n a l y s i s w i t h 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l ) . 1 6 5 1 0 r . . I - I - r A A e r r i a d h 8 — D 0 n u 0 r 1 e d _ 0 S a t u r a t e d A O Q 2 v A 5 6 U ) C ( D ) 5 U ) 5 4 — ~ L . ' 3 P X 2 P L L . r - 2 ~ _ O l l l a l A A 1 a 1 L a a 1 l . L 1 r A O 1 2 3 F i b e r M o s s C o n t e n t ( % ) ( b ) M e c h a n i c a l P u l p ( l O O O L ) F i g u r e 5 . 6 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R e g r e s s i o n A n a l y s i s w i t h 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l ) . 6 0 0 l i i : - A A i r D r i e d 5 0 0 : . 0 c a n D r i e d — : 0 S a t u r a t e d E 4 0 0 - m . t n . a ) C p — I ‘ 5 3 0 0 : - : 3 O r ’ — i - ? 2 0 0 ' . . a r r 0 ) C 1 0 0 - . . . r r . 1 . . . . l . . . . l O O 1 2 3 F i b e r M o s s C o n t e n t ( % ) ( a ) K r a f t P u l p ( S S K ) 5 0 0 T , I r i A A 1 e r 5 0 0 ' — 0 0 ' “ : M 0 1 1 . 4 A I 0 S a t u r a t e d E i m o n Q ) E i - 0 , 5 0 0 — a 3 . O . F - F a . S 2 0 0 e _ X h 2 u . 1 0 0 - _ C O I . l l 1 a 1 1 l 1 P l 1 1 a l 1 L A l 1 O i 2 3 F i b e r M o s s C o n t e n t ( % ) ( b ) M e c h a n i c a l P u l p ( l O O O L ) F i g u r e 5 . 7 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R e g r e s s i o n A n a l y s i s w i t h 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l ) . 1 6 7 T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e , m a s s f r a c t i o n a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . F o r t h e m e c h a n i c a l fi b e r s , t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s i n a i r - d r i e d c o n d i t i o n c o n t i n u e t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r m a s s c o n t e n t u p t o 2 % . T h e c o m p o s i t e w i t h 2 % m e c h a n i c a l fi b e r s h a d 7 9 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l S t r e n g t h a n d 1 1 4 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o v e r t h e p l a i n m a t r i x . F o r t h e k r a f t fi b e r s , t h e fl e x u r a l s t r e n g t h i n a i r - d r i e d c o n d i t i o n i n c r e a s e d a t 1 % fi b e r c o n t e n t a n d t h e n d e c r e a s e d w h e n fi b e r c o n t e n t w a s i n c r e a s e d t o 2 % ; f r a c t u r e t o u g h n e s s , h o w e v e r , i n c r e a s e d c o n t i n u o u s l y w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t . T h e c o m p o s i t e w i t h 1 % k r a f t fi b e r s h a d , o n t h e a v e r a g e , 9 9 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d 1 2 6 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o v e r t h e p l a i n m a t r i x . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n w a s e v e n m o r e s i g n i fi c a n t ( a n a v e r a g e o f 3 2 3 % ) . O v e n d r y i n g o f t h e c o m p o s i t e c a u s e d o n l y a s l i g h t i n c r e a s e i n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s ; p l a i n o v e n d r i e d m o r t a r s p e c i m e n s S h o w e d a p p r o x i m a t e l y 8 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l S t r e n g t h o v e r t h e a i r d r i e d o n e s . W e t t i n g , o n t h e a v e r a g e , r e d u c e d t h e fl e x u r a l s t r e n g t h b y 4 2 % f o r m e c h a n i c a l p u l p a n d b y 4 5 % f o r k r a f t p u l p a t 2 % fi b e r m a s s c o n t e n t w h e n c o m p a r e d w i t h a i r d r i e d o n e s . O v e n d r y i n g o f t h e c o m p o s i t e s r e d u c e d t h e i r f l e x u r a l t o u g h n e s s b y a b o u t 5 0 % f o r k r a f t p u l p a n d 6 % f o r m e c h a n i c a l p u l p a t 2 % fi b e r m a s s c o n t e n t , w h i l e w e t t i n g o f p r o d u c e d a c o n s i d e r a b l e i n c r e a s e i n f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s ( b y 2 1 2 % a b o v e t h a t f o r a i r - d r i e d s p e c - i m e n s i n t h e c a s e o f k r a f t p u l p a n d 2 4 4 % i n t h e c a s e o f m e c h a n i c a l p u l p a t 2 % fi b e r m a s s c o n t e n t ) . F a c t o r i a l a n a l y s e s a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n s w e r e p e r f o r m e d o n t h e t e s t d a t a g e n e r - a t e d f o r p l a i n a n d fi b r o u s c o m p o s i t e s i n o r d e r t o d i s t i n g u i s h t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t f a c t o r s i n v o l v e d . I n t h e d i s c u s s i o n p r e s e n t e d b e l o w , a s i g n i fi c a n t e f f e c t r e p r e s e n t s a c o n fi d e n c e l e v e l b e t w e e n 9 5 t o 9 9 % , a n d a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t r e p r e s e n t s c o n fi d e n c e l e v e l s h i g h e r t h a n 9 9 % . T h e r e s u l t s o f o n e - w a y a n a l y s i s o f v a r i a n c e p e r f o r m e d o n fl e x u r a l s t r e n g t h . a n d t o u g h n e s s o f p l a i n m o r t a r i n d i c a t e d t h a t o v e n d r y i n g p r o d u c e d r e s u l t s s t a t i s t i c a l l y c o m p a - r a b l e t o t h o s e o b t a i n e d w i t h a i r d r y i n g , w h i l e w e t t i n g b y i m m e r s i o n i n w a t e r h a d h i g h l y s i g - n i fi c a n t e f f e c t s , l e a d i n g t o i n c r e a s e d fl e x u r a l s t r e n g t h i n p l a i n m o r t a r s . 1 6 8 E f f e c t o f F i b e r C o n t e n t : F i b e r c o n t e n t , c h a n g i n g f r o m 1 % t o 2 % m a s s f r a c t i o n , w a s o b - s e r v e d t o h a v e h i g h l y S i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fl e x u r a l S t r e n g t h o f w e t S p e c i m e n s w h e r e s t r e n g t h w a s r e d u c e d w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t . F i b e r c o n t e n t ( 1 % v s . 2 % ) d i d n o t h a v e a n y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f a i r o r o v e n d r i e d s p e c i m e n s . T h e e f f e c t o f fi b e r c o n t e n t o n fl e x u r a l t o u g h n e s s w a s h i g h l y s i g n i fi c a n t f o r b o t h t h e k r a f t a n d m e c h a n i c a l p u l p s a t a l l m o i s t u r e c o n t e n t s . E f f e c t o f M o i s t u r e C o n d i t i o n : W e t t i n g o f t h e s p e c i m e n s i n c o r p o r a t i n g 2 % fi b e r c o n t e n t w a s o b s e r v e d t o h a v e h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h ( w h e r e s t r e n g t h w a s r e - d u c e d ) ; a t 1 % fi b e r c o n t e n t , h o w e v e r , t h e e f f e c t o f w e t t i n g w a s n o t s i g n i fi c a n t . O v e n d r y i n g o f t h e s p e c i m e n s d i d n o t h a v e a n y s i g n i fi c a n t e f f e c t a t a l l fi b e r c o n t e n t s . T h e e f f e c t o f m o i s - t u r e c o n d i t i o n o n fl e x m a l t o u g h n e s s w a s h i g h l y S i g n i fi c a n t f o r b o t h t h e k r a f t a n d m e c h a n - i c a l p u l p s a t a l l fi b e r c o n t e n t s ( w h e r e t o u g h n e s s w a s i n c r e a s e d w i t h w e t t i n g a n d r e d u c e d w i t h o v e n d r y i n g ) . E f f e c t o f F i b e r T y p e : F i b e r t y p e ( k r a f t v s . m e c h a n i c a l p u l p ) w a s o b s e r v e d t o h a v e h i g h l y S i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h a t 1 % fi b e r c o n t e n t f o r a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s ( w i t h k r a f t fi b e r s g i v i n g h i g h e r s t r e n g t h ) , w h i l e a t 2 % fi b e r c o n t e n t t h e e f f e c t o f fi b e r t y p e o n fl e x - u r a l s t r e n g t h w a s n o t s i g n i fi c a n t . E f f e c t o f fi b e r t y p e o n fl e x u r a l t o u g h n e s s w a s h i g h l y s i g - n i fi c a n t a t a l l fi b e r c o n t e n t s a n d f o r a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s . 5 . 7 . 1 . 2 S l u r r y - D e w a t e r i n g T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r c o n t e n t a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g h i g h fi b e r c o n t e n t s Q 4 % ) m a n u f a c t u r e d t h r o u g h s l u r r y — d e w a t e r i n g . T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e S o u t h e r n S o f t - w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . O p t i m i z a t i o n w a s a c h i e v e d t h r o u g h fl e x u r a l t e s t i n g o f t h e c o m p o s - i t e c o n t a i n i n g d i f f e r e n t fi b e r c o n t e n t s . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s p h a s e o f t h e s t u d y a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 3 ( b ) a n d t h e e x p e r i m e n t a l d e s i g n u s e d i n t h i s s t u d y i s p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 1 . T h i n - s h e e t s p e c i m e n s w e r e f o r m e d f r o m a d i - l u t e s l u r r y o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 % s o l i d s . A r e l a t i v e l y s m a l l d o s a g e o f 1 % d i l u t e d fl o c c u l e n t ( fl o c c u l e n t / c e m e n t = 0 . 0 0 1 ) [ 4 6 ] w a s a d d e d t o a c h i e v e a g g l o m e r a t i o n o f c e m e n t s o l i d s i n t h e 1 6 9 s l u r r y , w h i c h h e l p s i n r e d u c i n g t h e a m o u n t o f c e m e n t p a r t i c l e s l o s t t h r o u g h t h e fi l t e r i n g s c r e e n s d u r i n g d e w a t e r i n g . F i b e r m a s s f r a c t i o n , i n t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f m a n u - f a c t u r e , i s d e fi n e d a s t h e r a t i o o f fi b e r s t o t h e d r y c o n s t i t u e n t s o f t h e m a t r i x b y w e i g h t . T h e r e s u l t s o f t e s t s o n f r e s h m i x p r o p e r t i e s , a n d h a r d e n e d m a t e r i a l m e c h a n i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s a r e d i s c u s s e d i n s e c t i o n 4 . 7 . 3 . 2 . T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n b e h a v i o r o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 8 f o r d i f f e r e n t fi b e r c o n t e n t s a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n s . T h e e f f e c t s o f fi b e r m a s s f r a c t i o n a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 1 0 , a n d a l s o i n F i g u r e 5 . 9 . E a c h t e s t p o i n t i n t h i s fi g u r e r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e o f t h r e e e x p e r i m e n t s ; r e g r e s s i o n l i n e s w i t h 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l s a r e a l s o p r e s e n t e d . L o a d ( K N ) 0 . 5 o l 1 l A 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 D e f l e c t i o n ( m m ) ( a ) A i r D r i e d F i g u r e 5 . 8 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 1 7 0 L o a d ( K N ) 0 . 8 0 . 5 — 8 5 5 7 2 % 0 . 4 _ 4 2 3 0 . 2 - o J l 1 1 l 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 D e f l e c t i o n ( m m ) ( b ) O v e n D r i e d L o a d ( K N ) 0 . 5 0 . 5 ~ 0 . 4 - 8 % 0 . 2 - 7 2 2 3 — 4 2 5 0 l l l l l 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 D e f l e c t i o n ( m m ) ( c ) S a t u r a t e d F i g u r e 5 . 8 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 1 7 1 T a b l e 5 . 1 0 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S l u r r y - D e w a t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) M o i s t u r e F i b e r M a s s F r a c t i o n ( % ) C o n d i t i o n 1 0 . 8 4 1 1 3 . 8 0 4 1 5 . 4 1 0 1 5 . 1 7 6 1 3 . 7 5 8 1 2 . 3 6 4 1 1 . 0 4 5 1 5 . 3 1 4 1 6 . 7 0 6 1 4 . 6 3 8 1 4 . 5 5 1 1 2 . 5 5 5 M e a n 1 1 . 0 9 5 1 4 . 5 4 4 1 5 . 9 9 4 1 4 . 5 3 7 1 3 . 7 7 8 1 2 . 1 8 4 O v e n D r i e d 1 0 . 8 1 1 1 5 . 4 4 5 1 7 . 2 4 4 1 4 . 6 3 8 1 3 . 8 5 2 1 2 . 1 2 1 1 1 . 1 2 2 1 4 . 0 1 1 1 6 . 5 6 9 1 4 . 8 5 9 1 4 . 6 7 9 1 3 . 0 5 2 1 1 . 4 1 1 1 4 . 4 9 3 1 5 . 8 7 2 1 6 . 1 1 4 1 3 . 5 1 4 1 3 . 4 8 7 M e a n 1 1 . 1 1 5 1 4 . 6 5 0 1 6 . 5 6 2 1 5 . 2 0 3 1 4 . 0 1 3 1 2 . 8 8 6 S a t u r a t e d 6 . 9 7 7 7 9 . 9 2 1 9 9 . 4 2 5 5 8 . 1 2 2 3 8 . 4 0 5 0 6 . 8 6 6 0 8 . 4 8 7 7 8 . 7 4 2 9 9 . 4 3 2 4 8 . 5 7 0 5 7 . 6 0 5 2 6 . 8 3 9 8 7 . 7 8 1 7 9 . 6 7 3 7 9 . 7 4 2 6 8 . 1 3 6 1 6 . 8 8 1 2 7 . 6 5 3 4 M e a n 7 . 7 4 9 2 9 . 4 4 6 1 9 . 5 3 3 7 8 . 2 7 6 1 7 . 6 3 0 7 7 . 1 1 9 8 ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) M o i s t u r e F i b e r M a s s F r a c t i o n ( % ) C o n d i t i o n 2 5 4 7 . 9 3 7 8 . 7 4 8 1 5 . 5 5 1 4 6 8 . 4 1 7 5 6 . 3 2 3 2 2 . 3 2 5 6 0 . 9 4 6 5 . 8 5 8 6 6 . 4 0 1 5 7 0 . 4 1 7 2 0 . 0 2 1 3 4 . 2 2 6 9 6 . 6 M e a n 3 9 4 . 5 6 8 0 7 . 5 7 1 4 6 4 . 4 1 7 8 0 . 2 2 3 0 9 . 5 2 6 0 1 . 8 O v e n D r i e d 2 8 9 . 1 3 6 4 0 . 5 3 1 2 9 2 . 9 1 3 7 3 . 4 2 0 3 3 . 9 2 1 4 5 . 9 3 8 5 . 0 7 6 7 5 . 2 2 1 3 4 1 . 2 1 5 7 1 . 9 1 9 2 0 . 5 2 3 5 7 . 5 3 1 3 . 8 8 7 4 0 . 4 2 1 4 4 3 . 5 1 4 5 8 . 9 1 8 4 5 . 1 2 2 9 0 . 1 M e a n 3 2 9 . 3 6 6 8 5 . 3 9 1 3 5 9 . 2 1 4 6 8 . 1 1 9 3 3 . 2 2 2 6 4 . 5 S a t u r a t e d 5 6 3 . 4 8 1 4 2 1 . 1 1 8 0 0 . 0 2 4 5 5 . 5 3 1 6 1 . 4 4 5 9 4 . 5 6 0 1 . 2 1 1 3 2 8 . 7 1 9 5 4 . 8 2 3 3 4 . 6 3 2 7 2 . 8 4 6 4 5 . 2 6 5 2 . 5 1 1 2 5 4 . 2 1 7 6 8 . 3 2 5 6 8 . 7 3 2 7 7 . 8 4 8 3 6 . 9 M e a n 6 0 5 . 7 3 1 3 3 4 . 9 1 8 4 1 . 0 2 4 5 2 . 9 3 2 3 7 . 4 4 6 9 2 . 2 A D 0 l M O ’ 3 3 . O C “ . 7 ; 3 Q X ‘ 3 ) 5 ( E C 2 5 2 0 F 1 5 ' - 1 0 5 O P — - 2 l 1 h 1 2 6 ) I l i l i D a e r t d i e d e d M O S r v a D n u r r e t 1 8 M o s s r C o n x u r a l S T r n t ( 9 e n g t 1 0 t r 1 t e I r 1 4 1 i 6 a F ( r A 0 0 M O S r v a e t D n u r n l e d e d ) r b , a i D e t F e r r d i e 5 5 4 3 2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O E 3 E p E I : I I ) ) ) , — ) ( ( Q o o 3 5 X G h - — i - _ - 2 1 4 . l 6 L 1 8 r l 0 1 r l 2 1 i _ , - 1 _ l 4 1 1 6 T ‘ 7 4 _ 1 . . 1 5 A 1 4 1 r 4 1 7 2 F i b e r M o s s C o n t e n t ( % ) ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s F i g u r e 5 . 9 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f S l u r r y - D e w a - t e r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( R e g r e s s i o n A n a l y s i s w i t h 9 5 % C o n fi d e n c e I n t e r v a l ) . 1 7 3 T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r m a s s f r a c t i o n a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . F l e x u r a l S t r e n g t h o f a i r - d r i e d c o m p o s i t e s i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t u p t o 8 % b y m a s s , a n d t h e n d e c r e a s e d w h e n fi b e r c o n t e n t w a s f u r t h e r i n c r e a s e d . F r a c t u r e t o u g h n e s s , h o w e v e r , i n c r e a s e d c o n t i n u o u s l y w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t . T h e c o m p o s i t e w i t h 8 % k r a f t fi b e r s h a d , o n t h e a v e r a g e , 4 4 % i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d 4 t i m e s i n - c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o v e r t h e c o m p o s i t e c o n t a i n i n g 4 % fi b e r c o n t e n t . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s a t 1 4 % fi b e r m a s s f r a c t i o n w a s e v e n m o r e S i g n i fi c a n t ( 6 t i m e s ) , w h e r e t h e a v e r a g e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h w a s 9 % o v e r t h e c o m p o s i t e c o n t a i n i n g 4 % fi b e r c o n t e n t . O v e n d r y i n g o f t h e c o m p o s i t e c a u s e d o n l y a s l i g h t i n c r e a s e i n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o v e r t h e a i r d r i e d o n e s . W e t t i n g , o n t h e a v e r a g e , r e d u c e d t h e fl e x u r a l s u e n g t h b y 4 5 % a t 8 % fi b e r m a s s c o n t e n t w h e n c o m p a r e d w i t h t h e a i r d r i e d c o m p o s i t e s . O v e n d r y i n g o f t h e c o m p o s i t e s r e d u c e d t h e i r fl e x u r a l t o u g h n e s s b y a b o u t 1 5 % , w h i l e w e t t i n g p r o d u c e d a c o n s i d e r a b l e i n c r e a s e i n f r a c t u r e t o u g h n e s s v a l u e s ( 2 5 % ) o v e r a i r d r i e d c o m p o s i t e s a t 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . M a x i m u m fl e x u r a l s t r e n g t h s f o r d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s w e r e o b t a i n e d a t 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . F a c t o r i a l a n a l y s e s a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n s w e r e p e r f o r m e d o n t h e t e s t d a t a g e n e r - a t e d f o r p l a i n a n d fi b r o u s c o m p o s i t e s i n o r d e r t o s t a t i s t i c a l l y c o n fi r m t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t f a c t o r s i n v o l v e d . I n t h e d i s c u s s i o n p r e s e n t e d b e l o w , a s i g n i fi c a n t e f f e c t r e p r e s e n t s a c o n fi - d e n c e l e v e l b e t w e e n 9 5 t o 9 9 % , a n d a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t r e p r e s e n t s c o n fi d e n c e l e v e l s h i g h e r t h a n 9 9 % . E f f e c t o f F i b e r C o n t e n t : F i b e r m a s s c o n t e n t h a s h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s . M a x i m u m fl e x u r a l S t r e n g t h s f o r d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s w e r e o b t a i n e d a t 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . F l e x u r a l t o u g h n e s s a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s c o n t i n u e s t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r m a s s f r a c t i o n ; m a x i m u m t o u g h n e s s v a l u e s w e r e o b t a i n e d a t t h e m a x i m u m fi b e r m a s s f r a c t i o n c o n s i d e r e d ( 1 4 % ) . E f f e c t o f M o i s t u r e C o n d i t i o n : O v e n - d r y i n g o f t h e c o m p o s i t e s , w h e n c o m p a r e d w i t h a i r - d r y i n g , h a s n o s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h , b u t h a s s i g n i fi c a n t 1 7 4 ( a d v e r s e ) e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s . W e t t i n g o f t h e c o m p o s i t e s , w h e n c o m p a r e d t o a i r - d r y i n g , h a s h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n fl e x u r a l S t r e n g t h a n d t o u g h n e s s ( w h e r e s t r e n g t h i s r e d u c e d a n d t o u g h n e s s i s i n c r e a s e d ) . T h e r e w e r e a l s o s t r o n g i n t e r a c t i o n s b e t w e e n fi b e r c o n - t e n t a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s . I n o t h e r w o r d s , t h e e fi ' e c t s o f m o i s t u r e o n c o m p o s i t e s a r e d e p e n d e n t o n t h e i r fi b e r c o n t e n t . 5 . 7 . 1 . 3 M i e r o s t r u c t u r a l I n v e s t i g a t i o n T h e fi b e r - t o - m a t r i x i n t e r f a c i a l b o n d i n fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t — b a s e d c o m p o s i t e s c a n b e m e c h a n i c a l o r c h e m i c a l , o r a c o m b i n a t i o n o f b o t h . I n t h e c a s e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s , b o t h m e c h a n i c a l b o n d s a n d c h e m i c a l b o n d s p l a y i m p o r t a n t r o l e s . S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p i c s t u d i e s o f t h e f r a c t u r e d s u r f a c e s o f w o o d fi b e r r e - i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % k r a f t p u l p w e r e c o n d u c t e d w i t h e m p h a s i s p l a c e d o n t h e i n t e r f a c e z o n e b e h a v i o r . T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t f a i l u r e o c c u r s b y t h e d u a l m e c h a n i s m s o f fi b e r f r a c t u r e a n d fi b e r p u l l o u t i n a i r - d r i e d s p e c i m e n s ( F i g u r e 5 . 1 0 a ) . F i g - u r e 5 . 1 0 ( b ) s h o w s t h a t fi b e r f r a c t u r e d o m i n a t e s t h e f a i l u r e m e c h a n i s m o f o v e n - d r i e d s a m - p l e s w h i l e , a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 0 ( c ) , fi b e r p u l l o u t d o m i n a t e s f a i l u r e i n w e t s a m p l e s . H e n c e , o v e n - d r i e d s a m p l e s a r e e x p e c t e d t o b e r e l a t i v e l y s t r o n g b u t b r i t t l e b e c a u s e t h e d i s - s i p a t i o n o f e n e r g y t h r o u g h p u l l o u t i s l o s t b y o v e n - d r y i n g ; w e t s p e c i m e n s , o n t h e o t h e r h a n d , a r e r e l a t i v e l y w e a k b u t t o u g h w i t h c o n s i d e r a b l e e n e r g y a b s o r p t i o n c a p a c i t y a s s o c i a t e d w i t h fi b e r p u l l o u t . A t t h e p H o f t h e c e m e n t ( > 1 2 . 5 ) C - O H , S i - O H , a n d C a - O H b o n d s a r e p r e s e n t i n t h e c o m p o s i t e w h i c h c o n t r i b u t e t o h y d r o g e n b o n d s t a k i n g p l a c e b e t w e e n w o o d fi b e r s a n d m a - t r i x o r b e t w e e n w o o d fi b e r s t h e m s e l v e s . W e t a n d d r y w o o d fi b e r s h a v e a b o u t t h e s a m e t e n - s i l e s t r e n g t h , b u t t h e s t i f f n e s s i s t e n t i m e s g r e a t e r i n d r y c o n d i t i o n [ 2 0 ] . T h u s , a n o v e n - d r i e d c o m p o s i t e h a s s t i f f , c o n t o r t e d fi b e r s l o c k e d i n t o t h e c e m e n t m a t r i x a n d h e l d t o g e t h e r b y a n u m b e r o f h y d r o g e n b o n d s . T h i s s y s t e m w h e n s t r e s s e d c a n l o a d t h e fi b e r s u n t i l f a i l u r e o c - c u r s . A w c t s a m p l e o n t h e o t h e r h a n d h a s s w o l l e n c o n f o r m a b l e fi b e r s . T h e h y d r o g e n b o n d s b e t w e e n fi b e r s a n d m a t r i x o r b e t w e e n t h e fi b e r s t h e m s e l v e s a r e b r o k e n b y i n s e r t i o n o f w a t e r m o l e c u l e s . U n d e r s t r e s s t h i s s y s t e m a l l o w s t h e fi b e r s t o p u l l o u t o f t h e m a t r i x . H o w e v e r , d u e t o s w e l l i n g , c o n s i d e r a b l e f r i c t i o n a l f o r c e s m a y b e p r e s e n t a n d o v e r s u f fi c i e n t fi b e r l e n g t h s , l o n g e r t h a n t h o s e u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n , t h e y c o u l d r e s u l t i n t h e fi b e r s b e i n g l o a d e d t o f a i l u r e . 1 7 5 ( b ) O v e n — D r i e d F i g u r e 5 . 1 0 F r a c t u r e S u r f a c e o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g 2 % K r a f t P u l p ( S S K ) . 1 7 6 ( c ) S a t u r a t e d F i g u r e 5 . 1 0 ( c o n t ’ d ) F r a c t u r e S u r f a c e o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g 2 % K r a f t P u l p ( S S K ) . 5 . 7 . 2 M a t r i x M o d i fi c a t i o n T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t e s t r e s u l t s c o n c e r n e d w i t h t h e e f f e c t s o f m a t r i x m o d i fi c a t i o n a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m - p o s i t e s . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) . T h e s a m p l e s c o n - t a i n e d o p t i m u m fi b e r c o n t e n t s ( 2 % f o r m o l d i n g m e t h o d a n d 8 % f o r s l u r r y d e w a t e r i n g m e t h - o d ) . T h e m a t r i x m o d i fi c a t i o n w a s a c h i e v e d t h r o u g h p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z - z o l a n i c a d m i x t l u e s ( 1 5 % s i l i c a f u m e o r 3 0 % fl y a s h ) . I n t h e c a s e o f m o l d i n g t e c h n i q u e , t h e m a t r i x w a s a l s o m o d i fi e d t h r o u g h t h e a d d i t i o n o f a l a t e x p o l y m e r . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 4 , a n d t h e e x p e r i m e n t a l p r o g r a m i s p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 2 . T h e e f f e c t s o f m a t r i x m o d i fi c a t i o n a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x - u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e s 5 . 1 1 a n d 5 . 1 2 , a n d a l s o i n F i g u r e s 5 . 1 1 a n d 5 . 1 2 , r e s p e c t i v e l y . E a c h t e s t p o i n t i n t h e s e fi g u r e s r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e o f t h r e e e x - p e r i m e n t s ; 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l s a r e a l s o p r e s e n t e d . 1 7 7 T a b l e 5 . 1 1 E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( M P a ) ( 8 ) M o l d e d C o m p o s i t e s M o i s t u r e C o n d i t i o n M a t r i x A i r D r i e d O v e n D r i e d S a t u r a t e d B a t c h 1 B a t c h 2 B a t c h 1 B a t c h 2 B a t c h 1 B a t c h 2 P u r e 5 . 7 1 5 5 5 . 5 3 0 5 5 . 0 8 8 1 5 . 5 8 8 7 3 . 8 5 7 2 4 . 1 3 8 1 C e m e n t 5 . 5 5 0 9 4 . 9 8 0 9 5 . 0 5 3 7 8 . 5 2 4 3 3 . 3 9 4 9 3 . 7 2 4 2 5 . 5 9 2 1 7 . 2 7 9 9 5 . 2 7 0 0 7 . 1 8 0 2 3 . 8 7 3 3 3 . 9 5 4 1 7 . 8 5 8 1 5 . 9 4 5 1 8 . 1 9 9 1 7 . 5 8 8 3 3 . 0 8 1 3 3 . 5 9 2 9 5 . 4 3 5 0 5 . 7 4 0 2 5 . 4 3 9 5 5 . 9 7 8 5 3 . 4 5 5 4 3 . 9 3 5 2 M e a n 6 . 6 8 2 5 6 . 7 1 2 1 3 . 7 0 2 9 ( S t . D e v . ) ( 0 . 7 7 2 9 ) ( 1 . 1 5 8 4 ) ( 0 . 3 2 0 4 ) C e m e n t 9 . 1 1 2 0 7 . 9 9 2 1 9 . 1 0 2 1 8 . 1 0 1 T 5 . 1 0 2 1 5 . 5 5 7 8 & 1 5 % 8 . 0 2 1 3 7 . 1 1 5 2 8 . 2 2 3 3 7 . 1 0 5 2 5 . 9 9 2 5 4 . 5 5 8 7 S i l i c a 9 . 2 5 3 5 8 . 0 2 5 3 9 . 1 1 2 1 8 . 8 7 1 1 5 . 0 3 4 1 4 . 5 5 2 3 F u m e 8 . 7 5 2 1 7 . 1 1 0 2 8 . 4 2 1 0 7 . 2 2 0 3 5 . 0 2 3 1 3 . 9 9 1 2 8 . 8 5 1 2 7 . 0 1 2 0 8 . 5 7 4 0 7 . 1 1 8 9 4 . 3 4 2 5 4 . 0 1 2 3 M e a n 8 . 1 2 5 5 8 . 1 9 4 9 5 . 1 2 7 7 ( S t . D e v . ) ( 0 . 8 5 1 0 ) ( 0 . 7 9 5 3 ) ( 1 . 0 1 9 7 ) C e m e n t 8 . 0 1 2 2 8 . 1 2 0 5 8 . 0 1 2 2 8 . 1 1 0 4 i 5 . 5 2 2 2 5 . 5 5 8 7 & 3 0 % 5 . 5 1 2 2 7 . 1 1 2 1 5 . 8 8 5 5 7 . 1 1 7 3 4 . 8 7 5 5 5 . 3 2 0 1 F l y A s h 7 . 8 9 0 0 8 . 0 1 2 5 7 . 9 8 7 3 8 . 1 0 2 1 3 . 9 7 1 7 4 . 1 1 5 5 5 . 8 1 3 2 8 . 4 5 3 1 5 . 8 1 3 2 8 . 5 7 3 1 4 . 9 9 3 1 3 . 5 7 8 9 5 . 0 0 1 2 7 . 8 9 2 5 5 . 7 5 3 1 7 . 7 9 2 5 5 . 5 2 1 3 4 . 0 1 2 4 M e a n 7 . 4 8 1 9 7 . 5 2 5 8 4 . 7 2 7 1 ( S t . D e v . ) ( 0 . 8 1 4 2 ) ( 0 . 5 7 2 9 ) ( 0 . 7 1 2 2 ) C e m e n t 9 . 3 3 1 7 8 . 1 1 4 9 9 . 4 5 2 1 8 . 3 2 3 2 7 . 0 2 3 1 5 . 9 9 3 7 & 1 0 % 8 . 4 4 1 2 7 . 2 2 5 1 8 . 4 3 2 5 7 . 3 3 7 1 5 . 3 5 0 0 5 . 3 9 8 2 l a t e x 9 . 4 5 5 1 8 . 2 5 1 4 9 . 4 0 2 1 8 . 8 8 5 7 5 . 8 8 3 9 5 . 1 5 5 0 9 . 0 1 5 7 7 . 5 5 7 1 9 . 2 2 1 8 7 . 4 4 5 9 5 . 8 9 4 5 5 . 9 9 8 7 7 . 8 9 1 1 8 . 7 5 2 1 7 . 9 9 2 1 8 . 8 8 7 1 5 . 9 9 8 2 5 . 3 0 4 4 M e a n 8 . 4 0 3 8 8 . 5 3 8 0 5 . 1 0 0 9 ’ ( S t . D e v . ) ( 0 . 7 4 0 9 ) ( 0 . 7 5 5 1 ) ( 0 . 5 8 0 5 ) 1 7 8 T a b l e 5 . 1 1 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( M P a ) ( b ) S l u r r y - D e w a t e r e d C o m p o s i t e s M a t r i x M o i s t u r e C o n d i t i o n P u r e C e m e n t C e m e n t & 1 5 % C e m e n t & 3 0 % S i l i c a F u m e F l y A s h A i r D r i e d 1 5 . 4 1 0 1 9 . 2 9 2 1 8 . 5 9 6 1 6 . 7 0 6 2 0 . 2 2 9 1 7 . 4 4 4 M e a n 1 5 . 9 9 4 1 9 . 3 8 2 1 7 . 9 8 4 O v e n D r i e d 1 7 . 2 4 4 1 9 . 7 4 0 1 7 . 5 8 2 1 6 . 5 6 9 1 9 . 6 8 5 1 8 . 7 6 8 1 5 . 8 7 2 2 0 . 8 3 7 1 7 . 5 7 5 M e a n 1 6 . 5 6 2 2 0 . 0 8 7 1 7 . 9 7 5 S a t u r a t e d 9 . 4 2 5 5 1 3 . 3 2 1 1 2 . 2 2 5 9 . 4 3 2 4 1 3 . 5 5 5 1 3 . 2 5 2 9 . 7 4 2 6 1 4 . 4 9 3 1 2 . 4 8 7 M e a n 9 . 5 3 3 7 1 3 . 7 9 0 1 2 . 6 5 4 1 7 9 T a b l e 5 . 1 2 E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( N - m ) ( a ) M o l d e d C o m p o s i t e s M o i s t u r e C o n d i t i o n M a t r i x A i r D r i e d O v e n D r i e d S a t u r a t e d B a t c h 1 B a t c h 2 B a t c h 1 B a t c h 2 B a t c h 1 B a t c h 2 P u r e 1 8 2 . 5 9 1 6 9 . 8 2 3 5 . 0 2 7 8 4 . 7 4 1 5 0 9 . 5 8 5 3 6 . 7 0 C e m e n t 1 7 7 . 6 2 1 4 5 . 7 6 7 7 . 3 9 8 1 4 4 . 9 7 5 8 0 . 7 6 5 7 6 . 2 4 1 7 0 . 9 5 1 8 9 . 0 3 3 9 . 6 5 9 9 8 . 5 2 6 5 5 2 . 5 3 4 6 3 . 2 5 1 9 2 . 3 1 1 1 4 . 1 2 1 2 3 . 3 8 1 0 7 . 9 0 4 4 0 . 6 6 5 1 4 . 1 0 1 6 5 . 7 6 1 8 5 . 4 2 6 5 . 9 8 6 7 8 . 4 1 4 5 1 2 . 9 7 5 9 8 . 8 4 M e a n 1 6 9 . 2 6 9 8 5 . 6 0 0 5 2 8 . 5 6 ( S t . D e v . ) ( 2 3 . 2 6 ) ( 3 4 . 6 2 0 ) ( 5 0 . 9 6 9 ) C e m e n t 1 6 1 . 7 2 1 2 0 . 3 7 1 0 2 . 1 3 8 3 . 1 2 0 4 1 3 . 9 2 3 6 5 . 4 8 & 1 5 % 1 1 4 . 1 2 1 4 8 . 5 5 1 0 1 . 2 8 7 8 . 6 1 0 4 4 4 . 5 7 4 5 6 . 4 8 S i l i c a 1 5 3 . 1 1 1 3 8 . 7 8 8 7 . 4 7 0 8 9 . 4 3 0 3 6 5 . 9 3 3 8 9 . 1 4 F u m e 1 4 0 . 2 6 1 4 5 . 2 3 9 2 . 0 8 0 1 0 6 . 1 3 3 5 4 . 3 8 4 5 1 . 9 2 1 2 0 . 4 2 1 4 4 . 7 5 1 0 3 . 1 2 9 8 . 1 4 0 4 5 0 . 3 7 4 1 1 . 2 0 M e a n 1 3 8 . 7 3 1 9 4 . 1 5 1 4 1 0 . 2 0 ( S t . D e v . ) ( 1 5 . 6 0 ) ( 9 . 3 6 1 6 ) ( 3 9 . 6 9 1 ) = = = — — — — — C e m e n t 1 4 5 . 2 9 1 7 9 . 3 2 1 1 5 . 1 2 1 2 0 . 6 4 3 7 7 . 1 2 4 5 6 . 2 4 & 3 0 % 1 6 9 . 1 7 1 0 6 . 9 1 7 8 . 3 5 0 1 0 2 . 1 9 4 6 0 . 1 4 4 9 3 . 1 2 F l y A s h 1 6 9 . 1 2 1 7 2 . 9 8 9 3 . 1 2 0 9 8 . 2 1 0 3 4 6 . 2 5 3 7 5 . 1 4 1 6 2 . 0 0 1 5 8 . 2 3 1 0 5 . 1 0 8 9 . 3 3 0 4 7 0 . 1 8 3 9 0 . 1 3 1 5 8 . 1 1 1 4 7 . 2 1 1 0 0 . 2 0 1 1 0 . 4 6 4 2 6 . 1 0 4 6 0 . 2 5 M e a n 1 5 6 . 8 3 4 1 0 1 . 2 7 4 2 5 . 4 6 ( S t . D e v . ) ( 2 0 . 5 9 6 ) ( 1 2 . 5 2 5 ) ( 4 9 . 8 1 0 ) C e m e n t 9 4 6 . 3 1 9 3 5 . 2 3 7 5 4 . 2 4 7 8 0 . 6 4 1 6 0 3 . 1 1 4 6 6 . 3 & 1 0 % 1 0 0 2 . 1 9 7 6 . 3 2 8 1 2 . 1 1 7 2 6 . 1 5 1 6 7 6 . 3 1 5 0 9 . 1 L a t e x 9 5 6 . 1 2 9 1 0 . 9 8 7 2 4 . 1 2 7 0 4 . 3 7 1 5 4 4 . 9 1 5 5 5 . 5 8 7 5 . 3 1 9 9 0 . 2 3 6 8 7 . 6 5 7 7 0 . 3 4 1 4 0 4 . 3 1 4 0 3 . 5 8 9 9 . 1 9 9 7 0 . 1 2 6 9 7 . 3 0 7 4 8 . 6 5 1 5 3 0 . 5 1 5 2 2 . 4 M e a n 9 4 5 . 1 9 3 7 4 0 . 5 5 1 5 2 1 . 5 ‘ ( S t . D e v . ) ( 4 1 . 1 4 9 ) ( 3 9 . 8 9 4 ) ( 8 3 . 8 4 3 ) 1 8 0 T a b l e 5 . 1 2 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M a t r i x M o d i fi c a t i o n a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( N - m ) ( b ) S l u r r y - D e w a t e r e d C o m p o s i t e s M a t r i x M o i s t u r e C o n d i t i o n P u r e C m e n t C e m e n t & 1 5 % C e m e n t & 3 0 % c S i l i c a F u m e F l y A s h m A i r D r i e d 1 3 5 4 . 5 1 1 2 9 . 0 1 1 4 2 . 3 1 4 6 8 . 4 1 3 5 5 . 0 1 3 5 6 . 0 1 5 7 0 . 4 1 2 4 2 . 6 1 3 1 8 . 9 M e a n 1 4 6 4 . 4 1 2 4 2 . 2 1 2 7 2 . 4 O v e n D r i e d 1 2 9 2 . 9 1 0 1 6 . 3 1 0 1 6 . 1 1 3 4 1 . 2 8 7 4 . 8 7 1 1 5 4 . 9 1 4 4 3 . 5 1 1 2 8 . 2 1 2 4 1 . 9 M e a n 1 3 5 9 . 2 1 0 0 6 . 5 1 1 3 7 . 6 S a t u r a t e d 1 8 0 0 . 0 1 3 5 6 . 1 1 4 6 8 . 9 1 9 5 4 . 8 1 4 8 1 . 6 1 4 5 6 . 0 1 7 6 8 . 3 1 5 9 3 . 3 1 5 9 4 . 5 M e a n 1 8 4 1 . 0 1 4 7 7 . 0 1 5 0 6 . 5 1 1 2 0 ‘ 1 9 5 % C a r fi d u l e e I n t e r v a l - r i D c r d i e d e n r v A O s l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l ' r D u t u r a t e d 1 8 3 T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f m a t r i x m o d i fi c a t i o n a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . P o z z o l a n s ( 3 0 % S i l i c a f u m e a n d 1 5 % F l y a s h ) a r e o b s e r v e d t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f a i r d r i e d c o m p o s i t e w h i l e s l i g h t l y r e d u c i n g t o u g h n e s s . T h e s e e f f e c t s a r e m o r e p r o n o u n c e d w i t h s i l i c a f u m e . S i l i c a f u m e a n d fl y a s h i n c r e a s e d fl e x u r a l s t r e n g t h o n t h e a v - e r a g e b y a b o u t 2 0 % a n d 1 2 % , r e s p e c t i v e l y , f o r b o t h m o l d e d a n d s l u r r y - d e w a t e r e d c o m p o s - i t e s . T h e r e d u c t i o n i n fl e x u r a l t o u g h n e s s i n t h e p r e s e n c e o f s i l i c a f u m e w a s a b o u t 2 0 % f o r m o l d e d c o m p o s i t e s a n d 1 5 % f o r S l u r r y - d e w a t e r e d c o m p o s i t e s . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g fl y a s h S h o w e d o n l y m a r g i n a l r e d u c t i o n i n fl e x u r a l t o u g h n e s s ( a b o u t 1 0 % ) . I n t h e p r e s e n c e o f p o z z o l a n s n o s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e w a s o b s e r v e d b e - t w e e n t h e fi e x u r a l b e h a v i o r o f a i r d r i e d a n d o v e n d r i e d c o m p o s i t e s ; w e t t i n g s t i l l h a d h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e ( a d v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s i t i v e e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s ) . H o w e v e r , t h e r e d u c t i o n o f fl e x u r a l s t r e n g t h i n t h e p r e s e n c e o f p o z z o l a n s w a s m u c h l o w e r w h e n c o m p a r e d t o t h a t o f t h e p u r e c e m e n t - b a s e d m a t r i x . P o z - z o l a n s r e d u c e d t h e m o i s t u r e s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s ; w h i l e w i t h o u t p o z z o l a n s w e t t i n g r e d u c e d fl e x u r a l S t r e n g t h b y a n a v e r a g e o f 4 0 % b e l o w t h a t i n a i r - d r i e d c o m p o s i t e s , i n t h e p r e s e n c e o f s i l i c a f u m e o r fl y a s h t h e r e w a s a d r o p o f o n l y 3 0 % i n fl e x u r a l s t r e n g t h u p o n w e t t i n g . T h e a v e r a g e i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w i t h w e t t i n g o f d i f f e r e n t c o m p o s i t e s w e r e c o m p a r a b l e . T h u s t h e p r e s e n c e o f p o z z o l a n s h e l p e d i n i m - p r o v i n g t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d m o i s t u r e s e n s i t i v i t y o f t h e c o m p o s i t e s w i t h o u t l o s i n g d u c - t i l i t y . T h e i m p r o v e d fl e x u r a l p e r f o r m a n c e a n d m o i s t u r e s e n s i t i v i t y a r e a s s o c i a t e d w i t h i m p r o v e d fi b e r - t o - m a t r i x b o n d a n d r e d u c e d p e r m e a b i l i t y o f t h e c o m p o s i t e . M o d i fi c a t i o n o f m a t r i x t h r o u g h l a t e x p o l y m e r ( 1 0 % S t y r e n e B u t a d i e n e b y w e i g h t o f c e m e n t ) i n m o l d e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s S h o w e d s u p e r i o r fl e x u r a l p e r - f o r m a n c e a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l S t r e n g t h o f a i r - d r i e d c o m p o s - i t e s d u e t o p o l y m e r m o d i fi c a t i o n w a s s i g n i fi c a n t ( 2 5 % ) , a n d t h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w a s h i g h l y s i g n i fi c a n t ( a b o u t 5 t i m e s ) . I n t h e p r e s e n c e o f l a t e x n o s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e w a s o b s e r v e d b e t w e e n t h e fl e x u r a l b e h a v i o r o f a i r - d r i e d a n d o v e n - d r i e d c o m p o s i t e s ; w e t t i n g s t i l l h a d h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e ( a d - v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s i t i v e e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s ) . H o w e v e r , t h e r e d u c t i o n o f fl e x u r a l s t r e n g t h i n t h e p r e s e n c e o f l a t e x w a s m u c h l o w e r ( 2 5 % ) w h e n c o m - 1 8 4 p a r e d t o c o r r e s p o n d i n g r e d u c t i o n w i t h t h e p u r e c e m e n t b a s e d m a t r i x ( 4 0 % ) o r e v e n w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % ) . H i g h l y i m p r o v e d m o i s t u r e r e s i s t a n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d c o m p o s i t e s i n t h e p r e s e n c e o f l a t e x a r e m a i n l y d u e t o t h e c o a t i n g o f w o o d fi b e r s w i t h l a t e x p o l y m e r s , d e v e l o p m e n t o f s t r o n g a n d s t a b l e b o n d i n g b e t w e e n fi b e r s a n d m a t r i x , a n d s u b s t a n t i a l l y r e d u c e d p e r m e a b i l i t y o f t h e c o m p o s i t e i t s e l f . 5 . 7 . 3 E f f e c t o f B l e a c h i n g T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t e s t r e s u l t s o n m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e u n b l e a c h e d a n d b l e a c h e d S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s - i n g m o l d i n g t e c h n i q u e a n d t h e fi b e r c o n t e n t w a s 2 % b y m a s s . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 5 . A c o m p a r i s o n o f t h e t e s t r e s u l t s o n m o i s t u r e s e n - s i t i v i t y o f b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s i s p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 1 2 a n d F i g u r e 5 . 1 3 . T a b l e 5 . 1 3 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) M o i s t u r e C o n d i t i o n F i b e r M a s s C o n t e n t & A r r D r i e d S a t u r a t e d T y p e B a t c h l M m 5 . 5 8 2 5 3 . 7 0 2 9 ( S S K ) 5 . 5 5 0 9 4 . 9 8 0 9 ( 0 . 7 7 2 9 ) 3 . 3 9 4 9 3 . 7 2 4 2 ( 0 . 3 2 0 4 ) B l e a c h e d 5 . 5 9 2 1 7 . 2 7 9 9 3 . 8 7 3 3 3 . 9 5 4 1 7 . 8 5 8 1 5 . 9 4 5 1 3 . 0 8 1 3 3 . 5 9 2 9 5 . 4 3 5 0 5 . 7 4 0 2 3 . 4 5 5 4 3 . 9 3 5 2 2 % K r a f t 5 . 4 5 2 0 5 . 1 1 9 0 5 . 5 7 5 4 3 . 4 5 7 2 3 . 9 8 2 2 3 . 3 9 5 3 ( S S K ) 5 . 8 2 1 0 4 . 5 5 3 2 ( 0 . 5 3 7 7 ) 3 . 1 1 0 4 3 . 5 5 8 1 ( 0 . 4 4 7 5 ) U n b l e a c h e d 5 . 2 8 9 4 6 . 1 8 1 3 2 . 9 8 5 5 4 . 1 0 2 0 5 . 1 3 2 4 5 . 3 2 5 7 2 . 5 7 9 8 3 . 5 5 1 4 5 . 8 8 1 2 4 . 8 8 7 5 3 . 1 0 1 0 3 . 3 0 5 0 1 8 5 T a b l e 5 . 1 3 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) M o i s t u r e C o n d i t i o n F i b e r M a s s . . C o n t e n t & A l f D r i e d S a t u r a t e d T y p e M e a n M e a n B a t c h 1 B a t c h 2 ( S t . D e v . ) B a t c h 1 B a t c h 2 ( S t . D e v . ) = = = 2 % K r a f t 1 8 2 . 5 9 1 6 9 . 8 2 1 6 9 . 2 6 9 5 0 9 . 5 8 5 3 6 . 7 0 5 2 8 . 5 6 ( S S K ) 1 7 7 . 6 2 1 4 5 . 7 6 ( 2 3 . 2 6 0 ) 5 8 0 . 7 6 5 7 6 . 2 4 ( 5 0 . 9 6 9 ) B l e a c h e d 1 7 0 . 9 5 1 8 9 . 0 3 5 5 2 . 5 3 4 6 3 . 2 5 1 9 2 . 3 1 1 1 4 . 1 2 4 4 0 . 6 6 5 1 4 . 1 0 1 6 5 . 7 6 1 8 5 . 4 2 5 1 2 . 9 7 5 9 8 . 8 4 2 % K r a f t 1 9 8 . 4 8 1 8 5 . 4 0 2 1 6 . 6 7 5 8 0 . 3 1 5 7 0 . 8 7 5 4 8 . 8 7 ( S S K ) 1 9 9 . 3 6 2 3 6 . 7 8 ( 2 3 . 8 8 6 ) 5 8 1 . 3 2 5 9 0 . 1 6 ( 3 6 . 9 2 2 ) U n b l e a c h e d 2 3 0 . 1 2 2 2 0 . 4 5 5 5 2 . 1 4 4 9 7 . 5 8 2 4 1 . 3 0 2 3 5 . 1 3 4 8 0 . 2 7 5 5 0 . 3 6 1 7 9 . 1 3 2 4 0 . 5 5 5 2 5 . 1 8 5 6 0 . 1 8 o F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) \ \ \ \ \ \ \ \ m D r i e d - S a t u r a t e d I 9 5 % C m fi d e n e e I n t e r v a l B l e a c h e d K r a f t U n b l e a c h e d K r a f t F i b e r T y p e ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h F i g u r e 5 . 1 3 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . 1 8 6 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N — m m ) \ \ \ \ \ \ \ ‘ m D r i e d 9 5 % C m fi d e n e e I n t e r v a l - S a t u r a t e d 6 0 0 - 4 0 0 - F i g u r e 5 . 1 3 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f O r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f b l e a c h i n g a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . A i r - d r i e d C e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d w o o d fi b e r s h o w h i g h e r fl e x u r a l s u ’ e n g t h a n d l o w e r t o u g h n e s s t h a n u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d r e d u c t i o n i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w e r e 1 5 % a n d 3 0 % , r e s p e c t i v e l y , f o r b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . H o w e v e r , t h e y w e r e n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . W e t t i n g h a s a d v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s i t i v e e f f e c t s o n f l e x u r a l t o u g h n e s s f o r b o t h c o m p o s i t e s . W e t t i n g , o n t h e a v e r a g e , r e d u c e d t h e fl e x u r a l s t r e n g t h b y 4 0 % a n d i n c r e a s e d fl e x u r a l t o u g h n e s s b y 3 t i m e s f o r b o t h c o m p o s i t e s . M o i s t u r e h a d h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e fl e x u r a l S t r e n g t h a n d t o u g h n e s s v a l u e s o f c o m p o s i t e s I c o n - t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d c o m p o s i t e s i n t h e w e t s t a t e w e r e c o m p a r a b l e . U n b l e a c h e d w o o d fi b e r s w h i c h c o n t a i n s m a l l a m o u n t s o f l i g n i n d i d n o t s h o w a n y s i g n i fi c a n t c h a n g e i n b e h a v i o r o v e r t h a t o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d fi b e r s a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s . 1 8 7 5 . 7 . 4 M o d i fi c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n S l u r r y - D e w a t e r i n g T e c h n i q u e T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t e s t r e s u l t s o n t h e e f f e c t s o f s l u r r y - d e w a t e r i n g p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s a n d m o i s t u r e c o n t e n t o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s - i t e . I t i s o f t e n s t a t e d t h a t t h e u s e o f p r e s s u r e i n t h e m a n u f a c t u r e o f fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t s i n c r e a s e s t h e s t r e n g t h o f t h e c o m p o s i t e b u t r e d u c e s t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s [ 3 5 , 3 6 , 3 7 ] . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) . T w o d i f f e r e n t fi b e r c o n t e n t s ( 8 % a n d 1 6 % ) w e r e u s e d i n t h i s s t u d y . T h e m a t r i x c o n t a i n e d e q u a l a m o u n t s o f c e m e n t a n d s i l i c a s a n d . T h e p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s c o n s i d e r e d i n t h i s s t u d y w e r e c a s t i n g p r e s s u r e ( 1 . 6 a n d 3 . 2 M P a , 2 3 2 a n d 4 6 4 p s i ) a n d p r e s s i n g t i m e ( 1 h o u r a n d 2 4 h o u r s ) . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 6 . T h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n t e n t , a n d p r e s s i n g t i m e a n d p r e s s u r e o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 1 4 , a n d i n F i g u r e s 5 . 1 4 a n d 5 . 1 5 . T a b l e 5 . 1 4 E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( a v e r a g e : 1 ; h a l f t h e r a n g e o f t w o r e p l i c a t i o n s ) ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) F i b e r T y p e & C a s t i n g P r e s s i n g T i m e M o i s t u r e C o n d i t i o n C o n t e n t P r e s s u r e ( M P a ) ( h r ) A i r D r i e d S a t u r a t e d = ' r L : - — — - 1 K r a f t ( S S K ) 1 . 6 1 7 . 4 7 0 8 i 0 . 2 4 1 5 . 0 6 7 2 1 0 . 2 4 0 8 % b y w e i g h t 2 4 9 . 5 3 4 5 2 0 . 9 5 2 5 . 3 4 5 0 1 . 0 . 4 8 0 3 . 2 1 9 . 3 9 3 8 1 ; 1 . 2 0 2 5 . 3 0 7 9 : 1 ; 0 . 4 8 1 2 4 1 0 . 5 9 6 1 0 . 4 8 1 6 . 2 6 9 0 1 ; 0 . 4 9 3 K r a f t ( S S K ) 1 . 6 1 2 . 8 8 4 9 1 0 . 4 8 1 1 . 4 4 2 4 5 ; 0 . 1 2 3 1 6 % b y w e i g h t 2 4 5 . 4 9 0 3 : 1 ; 0 . 7 2 1 2 . 9 2 3 0 1 0 . 4 5 5 3 . 2 1 5 . 0 4 7 1 i 0 . 7 2 2 2 . 4 0 3 6 _ - + _ - 0 . 1 9 3 2 4 7 . 2 1 1 5 3 ; 1 . 4 4 2 3 . 1 2 4 8 1 0 . 2 4 1 1 8 8 T a b l e 5 . 1 4 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f S l u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s o n t h e M o i s t u r e - S e n s i t i v i t y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( a v e r a g e i h a l f t h e r a n g e o f t w o r e p l i c a t i o n s ) ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) F i b e r T y p e & C a s t i n g P r e s s i n g T i m e M o i s t u r e C o n d i t i o n C o n t e n t P r e s s u r e ( M P a ) ( h r ) A i r D r i e d S a t u r a t e d W 1 W 8 % b y w e i g h t 2 4 4 5 0 . 5 8 i 9 0 . 2 8 5 0 1 . 7 2 1 8 8 . 1 4 3 . 2 1 5 2 1 . 3 1 $ 7 5 . 3 4 5 4 5 . 7 5 _ + _ 1 4 8 . 4 2 4 5 0 4 . 5 1 : 1 ; 1 0 3 . 2 5 8 7 . 4 4 : 1 ; 1 0 1 . 3 K r a f t ( S S K ) 1 . 5 1 8 0 8 . 3 8 i 1 4 5 . 5 9 7 7 . 5 i 1 5 9 . 7 5 1 6 % b y w e i g h t 2 4 9 2 5 . 0 8 2 1 5 1 . 2 1 1 7 5 . 0 1 1 7 0 . 2 3 . 2 1 8 3 1 . 1 9 i 1 4 5 . 1 1 0 8 1 . 4 1 1 7 5 . 2 2 4 9 0 0 . 0 1 i 1 3 8 . 1 1 1 5 8 . 2 1 1 5 9 . 2 1 9 1 T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n d i t i o n s a n d p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f w o o d fi - b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . F l e x u r a l s t r e n g t h o f a i r d r i e d a n d s a t u r a t e d c o m p o s i t e s d r o p p e d s i g n i fi c a n t l y w h e n fi b e r m a s s f r a c t i o n w a s i n c r e a s e d f r o m 8 % t o 1 6 % . F l e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s c o n - t a i n i n g 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n s l i g h t l y i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e ( 4 5 % i n a i r d r i e d c o n d i t i o n a n d 2 6 % i n s a t u r a t e d c o n d i t i o n a t m a x i m u m l e v - e l s o f p r e s s i n g t i m e a n d p r e s s u r e ) . H o w e v e r , s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t d a t a d i d n o t s h o w a n y s i g n i fi c a n t e f f e c t o f c a s t i n g p r e s s u r e o r p r e s s i n g t i m e a t 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n o n fl e x - u r a l s t r e n g t h ( a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ) . T h e e f f e c t s o f c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e w e r e m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 6 % fi b e r c o n t e n t , w h e r e fl e x u r a l s t r e n g t h i n c r e a s e d ( b y m o r e t h a n 2 t i m e s f o r a i r d r i e d a n d s a t u r a t e d c o n d i t i o n ) w i t h i n c r e a s e d c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . H o w e v e r , s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t d a t a s h o w e d o n l y s i g - n i fi c a n t e f f e c t o f p r e s s i n g t i m e o n fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s w i t h 1 6 % fi b e r c o n t e n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . F l e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s i n c r e a s e d s i g n i fi c a n t l y w h e n fi b e r m a s s f r a c t i o n w a s i n c r e a s e d f r o m 8 % t o 1 6 % . H o w e v e r , fl e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s a t a l l fi b e r c o n - t e n t s r e m a i n e d v i r t u a l l y c o n s t a n t w i t h i n c r e a s e d c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . T h e s e r e s u l t s w e r e c o n fi r m e d s t a t i s t i c a l l y a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . W e t t i n g h a d a d v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s i t i v e e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r c o m p o s i t e s a t a l l c o m b i n a t i o n s o f c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . W e t - t i n g , o n t h e a v e r a g e , r e d u c e d fl e x u r a l s t r e n g t h b y 4 5 % a n d i n c r e a s e d fl e x u r a l t o u g h n e s s b y 2 5 % f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % fi b e r c o n t e n t . T h e s e e f f e c t s w e r e e v e n m o r e p r o - n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 6 % fi b e r c o n t e n t , w h e r e fl e x u r a l s t r e n g t h r e d u c e d o n t h e a v e r a g e b y 5 0 % a n d fl e x u r a l t o u g h n e s s i n c r e a s e d b y 2 7 % w i t h w e t t i n g . M o i s t u r e h a d h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s ( a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l ) o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h w o o d fi b e r s . T h e r e w e r e a l s o s t r o n g i n t e r a c t i o n s b e t w e e n p r e s s - i n g t i m e a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x u r a l t o u g h n e s s . I n o t h e r w o r d s , t h e e f f e c t s o f m o i s - t u r e o n c o m p o s i t e s w e r e i n fl u e n c e d b y p r e s s i n g t i m e w h e r e i n c r e a s e d p r e s s i n g t i m e p r o d u c e d b e t t e r s t a b l e c o m p o s i t e s . 0 0 1 2 5 0 . 1 . 5 0 1 7 5 0 . l l 1 2 e 1 . l 5 c 1 . o 5 n 1 i t D e f 1 2 . 7 1 m 1 ( 5 m ) 1 2 5 2 . 1 . 5 2 1 7 5 2 . 3 1 9 2 5 . 7 . 5 C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] a n d P o l y e t h - y l e n e P u l p ( P u l P l u s ) [ 4 8 ] . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e , a n d t h e c o m b i n e d fi b e r c o n t e n t w a s k e p t c o n s t a n t a t 8 % b y m a s s . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . 7 . T h e e f f e c t s o f w o o d a n d s y n - t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n b e h a v i o r a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 6 f o r d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s . A c o m p a r i s o n o f t h e t e s t r e s u l t s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g d i f f e r e n t c o m b i n a t i o n s o f w o o d a n d s y n t h e t i c fi b e r s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 5 . 1 5 a n d F i g u r e 5 . 1 7 . 0 5 L o a d ( K N ) 0 . 4 ~ , _ . S y n t h e t i c F i b e r s 0 . 3 - W o o d F i b e r s — 0 . 1 r ( a ) A i r D r i e d C o n d i t i o n F i g u r e 5 . 1 6 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s . 1 9 3 d K N 0 . 5 L o a ( ) 0 . 3 - 0 . 2 r W o o d F i b e r s 0 . 1 - 1 1 1 1 — — S y n t h e t i c F i b e r s 1 l 1 O 1 l l l 0 0 . 2 5 0 . 5 0 . 7 5 l 1 . 2 5 1 . 5 1 . 7 5 D e f l e c t i o n ( m m ) ( a ) S a t u r a t e d C o n d i t i o n F i g u r e 5 . 1 6 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e - h a v i o r o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s . T a b l e 5 . 1 5 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g S y n t h e t i c a n d W o o d F i b e r s ( a v e r a g e : 1 ; h a l f t h e r a n g e o f t w o r e p l i - 2 2 . 2 5 2 . 5 2 . 7 5 3 c a t i o n s ) F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m ) F i b e r T y p e a n d C o n t e n t S a t u r a t e d 8 % K r a f t P u l p ( S S K ) 9 . 8 0 5 2 5 . 3 5 8 ' 5 4 0 . 0 1 6 7 9 . 7 7 i 0 . 9 6 8 i 1 . 0 8 5 8 : 1 ; 8 0 . 6 2 1 1 5 0 . 4 8 % P o l y e t h y l e n e P u l p 9 . 9 2 3 6 5 . 9 6 3 4 - 6 0 0 . 0 5 7 5 0 . 1 5 ( P u l P l u s ) i 0 . 5 3 5 i 0 . 8 4 1 i 9 3 . 8 9 1 ; 1 5 5 . 2 4 % K r a f t P u l p ( S S K ) & 9 . 8 1 3 6 5 . 4 2 5 3 5 6 2 . 9 0 6 9 5 . 1 8 4 % P o l y e t h y l e n e P u l p _ - 1 _ - 0 . 5 7 4 : t 0 . 5 7 4 ; 1 - _ 1 0 5 . 1 _ - i _ - 1 4 8 . 7 ( P u l P l u s ) l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 1 9 5 T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f m o i s t u r e c o n d i t i o n o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c a n d w o o d fi b e r s . C e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c a n d w o o d fi b e r s s h o w e d c o m p a r a b l e fl e x - u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s i n a i r d r i e d c o n d i t i o n . H o w e v e r , i n s a t u r a t e d c o n d i t i o n , c o m - p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c fi b e r s w h e n c o m p a r e d t o w o o d fi b e r s s h o w e d s l i g h t l y h i g h e r fl e x u r a l s t r e n g t h ( 1 2 % ) a n d t o u g h n e s s ( 7 % ) . W e t t i n g o f t h e c o m p o s i t e s h a d a d v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s i t i v e e f - f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r a l l fi b e r c o m b i n a t i o n s . W e t t i n g , o n t h e a v e r a g e , r e d u c e d t h e fl e x u r a l s t r e n g t h ( o n t h e a v e r a g e b y 5 0 % f o r w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s , b y 4 0 % f o r s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s , a n d b y 4 5 % f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g e q u a l a m o u n t s o f s y n t h e t i c a n d w o o d fi b e r s ) a n d i n c r e a s e d t h e fl e x u r a l t o u g h n e s s ( o n t h e a v e r a g e b y 2 5 % f o r a l l t h e c o m p o s i t e s ) . M o i s t u r e h a d h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s ( a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l ) o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h c o m b i n a t i o n s o f w o o d a n d s y n t h e t i c fi b e r s . I t i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a t t h e s y n t h e t i c fi b e r s u s e d i n t h i s S t u d y ( S p e c i fi c a l l y m a d e f o r s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r i n g c e m e n t c o m p o s i t e s ) w e r e a l s o s e n s i t i v e t o m o i s t u r e e f f e c t s ( a l t h o u g h t o a s l i g h t l y s m a l l e r e x t e n t t h a n w o o d fi b e r s ) . P a r t i a l o r f u l l s u b - s t i t u t i o n o f w o o d fi b e r s w i t h s y n t h e t i c fi b e r s c a n s l i g h t l y r e d u c e t h e s e n s i t i v i t y o f t h e fl e x - u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s t o m o i s t u r e e f f e c t s . 5 . 7 . 6 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e r e s u l t s o f a c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l S t u d y o f d i f f e r e n t p a - r a m e t e r s a n d t h e i r e f f e c t s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . A n e x p e r i m e n t a l p r o g r a m w a s d e v e l - o p e d b a s e d o n t h e s t a t i s t i c a l m e t h o d o f f r a c t i o n a l f a c t o r i a l d e s i g n . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e . T h e v a r i a b l e s o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y w e r e : ( 1 ) w o o d fi b e r t y p e ( s o f t w o o d & h a r d w o o d ) ; ( 2 ) fi b e r m a s s c o n t e n t ( 4 % & 8 % ) ; ( 3 ) p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % fl y a s h o r 1 5 % s i l i c a f u m e ) ; ( 4 ) m o i s t u r e c o n d i t i o n s ( a i r d r i e d & s a t u r a t e d ) ; a n d ( 5 ) s i l i c a s a n d c o n t e n t ( s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o = 0 . 5 & 1 . 0 ) . T a b l e 5 . 6 a n d F i g u r e s 5 . 1 8 a n d 5 . 1 9 p r e s e n t t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t p a - 1 9 6 r a m e t e r s o n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s ( d e fi n e d h e r e a s t h e t o t a l a r e a u n d e r n e a t h t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e ) o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T a b l e 5 . 1 6 E f f e c t s o f M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y ( a v e r a g e : 1 ; h a l f t h e r a n g e o f t w o r e p l i c a t i o n s ) * M i x 1 2 3 4 5 5 7 8 F i b e r T y p e S S K N H K N H K N H K N H K N H K N H K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 8 8 4 8 4 8 4 B i n d e r S F F A S F F A S F F A F A F A M o i s t u r e C o n d i t i o n A D S A T A D A D S A T S A T A D S A T S a n d C o n t e n t ( S I B ) 0 . 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 5 0 . 5 0 . 5 1 . 0 F l e x u r a l S t r e n g t h 9 . 6 4 3 4 . 7 2 8 8 . 7 7 7 7 . 0 5 9 7 . 7 7 6 6 . 1 7 7 8 . 1 5 4 5 . 4 7 1 ( M P a ) $ 0 . 5 4 $ 0 . 4 7 $ 0 . 6 5 $ 0 . 5 3 $ 0 . 4 8 $ 0 . 5 1 $ 0 . 6 2 $ 0 . 3 8 F l e x u r a l T o u g h n e s s 6 4 2 . 0 8 6 2 . 3 6 8 4 . 5 4 0 2 . 8 8 4 2 . 7 5 0 1 . 2 6 4 2 . 1 5 6 7 . 7 ( N - m m ) $ 5 0 . 3 $ 6 3 . 1 $ 5 8 . 9 $ 3 0 . 5 $ 7 2 . 3 $ 5 8 . 4 $ 5 9 . 1 $ 4 9 . 2 M i x I 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 F i b e r T y p e S S K S S K N H K N H K S S K S S K S S K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 4 4 4 8 8 4 4 B i n d e r F A S F S F S F F A S F S F F A M o i s t u r e C o n d i t i o n A D A D A D S A T S A T S A T S A T A D S a n d C o n t e n t ( S I B ) 1 . 0 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 0 . 5 F l e x u r a l S t r e n g t h 8 . 1 5 4 6 . 3 2 3 7 . 7 6 5 5 . 6 4 7 6 . 2 2 1 4 . 9 7 7 6 . 8 8 3 6 . 8 8 2 ( M P a ) $ 0 . 7 2 $ 0 . 5 7 $ 0 . 4 6 $ 0 . 4 7 $ 0 . 5 1 $ 0 . 3 5 $ 0 . 5 9 $ 0 . 5 2 F l e x u r a l T o u g h n e s s 6 7 3 . 1 3 9 2 . 9 3 7 2 . 2 4 9 9 . 9 8 2 8 . 2 8 7 3 . 6 4 9 2 . 8 4 2 2 . 7 ( N - m m ) $ 7 2 . 2 $ 4 7 . 9 $ 4 9 . 5 $ 5 0 . 3 + 6 0 . 1 $ 8 0 . 5 $ 5 3 . 1 $ 4 8 . 2 1 ' s e e A p p e n d i x B f o r n o t a t i o n 1 9 7 F l e x u r a l S t r e n g t h ( u p g ) 1 8 1 0 - 4 S S K 1 " . “ F i b e r T y p e ( 8 ) F i b e r T y p e F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) e ~ / 3 I . F i b e r C o n t e n t ( % ) ( b ) F i b e r C o n t e n t l a F l e x u r a l 8 m m m p . ) 1 0 1 9 ‘ \ - C a l l a “ + S a l e . P u n e ' C e m e n t L n , A e h B i n d e r ( c ) B i n d e r F i g u r e 5 . 1 8 E f f e c t s o f F i b e r T y p e , F i b e r C o n t e n t , B i n d e r , M o i s t u r e C o n d i t i o n a n d S a n d C o n t e n t o n F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 1 9 8 1 2 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 1 0 ‘ 8 ‘ \ I 7 A i r D r i e d S e t u n t e d M o i s t u r e C o n d i t i o n ( d ) M o i s t u r e C o n d i t i o n 1 2 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) a d ‘ \ 1 0 : 5 1 : 0 S a n d - C e m e n t R a t i o ( e ) S a n d C o n t e n t F i g u r e 5 . 1 8 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f F i b e r T y p e , F i b e r C o n t e n t , B i n d e r , M o i s t u r e C o n d i t i o n a n d S a n d C o n t e n t o n F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 1 9 9 s e e F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - r n m ) s o o ~ t o o 4 = — : z o o ~ 0 1 I s s x m u : . F i b e r T y p e ( a ) F i b e r T y p e s o o F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - t n m ) 8 W 4 6 N 1 / 0 r r C s F i b e r C o n t e n t . ( 7 : ) ( b ) F i b e r C o n t e n t s o n F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) C e m e n t + S m e - F u m e C e m e n t L fl y A s h B i n d e r ( c ) B i n d e r F i g u r e 5 . 1 9 E f f e c t s o f F i b e r T y p e , F i b e r C o n t e n t , B i n d e r , M o i s t u r e C o n d i t i o n a n d S a n d C o n t e n t o n F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s - i t e s B a s e d o n F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 2 0 0 s e e F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) 8 0 0 4 ‘ 0 0 - / 2 0 0 - ‘ I I A i r D r i e d S a t u r a t e d M o i s t u r e C o n d i t i o n ( d ) M o i s t u r e C o n d i t i o n s o o F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - r n m ) “ ” 1 I — — l 2 0 0 - ‘ 0 : 5 1 T 0 S a n d - C e m e n t R a t i o ( e ) S a n d C o n t e n t F i g u r e 5 . 1 9 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f F i b e r T y p e , F i b e r C o n t e n t , B i n d e r , M o i s t u r e C o n d i t i o n a n d S a n d C o n t e n t o n F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e , fi b e r m a s s f r a c t i o n , b i n d e r t y p e , s a n d c o n t e n t , a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x - u r a l p e r f o r m a n c e . S t a t i s t i c a l f r a c t i o n a l f a c t o r i a l a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d o n t h e g e n e r a t e d t e s t d a t a i n o r d e r t o e v a l u a t e t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t f a c t o r s i n v o l v e d ( F i g u r e s 5 . 1 8 a n d 5 . 1 9 ) . 2 0 1 F i b e r T y p e : C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s o f t w o o d k r a f t p u l p ( S S K ) a n d h a r d w o o d k r a f t p u l p ( N H K ) p r o d u c e d c o m p a r a b l e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s v a l u e s a t a l l fi b e r c o n t e n t s a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n s . S l i g h t i m p r o v e m e n t s i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s w i t h s o f t - w o o d fi b e r s ( S S K ) w e r e n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . F i b e r C o n t e n t : I n c r e a s i n g t h e fi b e r m a s s f r a c t i o n f r o m 4 % t o 8 % h a d s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi - c a n t e f f e c t s o n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s ; s t r e n g t h i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t . T h e e f f e c t o f fi b e r c o n t e n t o n fl e x u r a l t o u g h n e s s w a s e v e n m o r e s i g n i fi c a n t , w h e r e c o m p o s i t e s w i t h 8 % fi b e r c o n t e n t p r o d u c e d s u b s t a n t i a l l y h i g h e r fl e x u r a l t o u g h n e s s v a l u e s . B i n d e r T y p e : P a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h 1 5 % s i l i c a f u m e w h e n c o m p a r e d t o 3 0 % fl y a s h p r o d u c e d s i g n i fi c a n t l y h i g h e r fl e x u r a l s t r e n g t h s . H o w e v e r , t h e t o u g h n e s s v a l u e s w e r e c o m p a r a b l e . I m p r o v e d fi b e r - t o — m a t r i x b o n d i n g a n d r e d u c e d p e r m e a b i l i t y o f t h e c o m - p o s i t e d u e t o t h e a d d i t i o n o f p o z z o l a n s h e l p i m p r o v e t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e a n d m o i s - t u r e - s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . S a n d C o n t e n t : R e d u c i n g s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o ( i . e . i n c r e a s i n g c e m e n t c o n t e n t ) i m - p r o v e s t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s , a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi - d e n c e , a t a l l fi b e r c o n t e n t s a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n s . H o w e v e r , l o w e r s a n d c o n t e n t s r e d u c e t h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s . M o i s t u r e C o n d i t i o n : W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e s e n s i t i v e t o m o i s t u r e e f f e c t s . W e t t i n g o f t h e c o m p o s i t e h a d s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s , a t 9 5 % l e v e l o f c o n - fi d e n c e , o n fl e x u r a l s t r e n g t h , w h i c h d r o p p e d s h a r p l y u p o n w e t t i n g . O n t h e o t h e r h a n d , t h e r e w e r e s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t i m p r o v e m e n t s i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s u p o n w e t t i n g . T h e s e e f f e c t s w e r e m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n - t a i n i n g 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . T h e i n t e r a c t i o n c u r v e s o b t a i n e d t h r o u g h f r a c t i o n a l f a c t o r i a l a n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t h e r e s u l t s ( F i g u r e 5 . 2 0 ) i n d i c a t e d s t r o n g i n t e r a c t i o n b e t w e e n fi b e r c o n t e n t a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n fl e x u r a l s t r e n g t h ; c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % fi b e r c o n t e n t s h o w e d h i g h e r s t r e n g t h l o s s d u e t o w e t t i n g . T h e i m p r o v e m e n t s i n fl e x u r a l t o u g h n e s s d u e t o w e t t i n g o f t h e c o m p o s i t e s w e r e c o m p a r a b l e . I m p r o v e d fl e x u r a l t o u g h n e s s a n d r e d u c e d fl e x u r a l s t r e n g t h 2 0 2 o f c o m p o s i t e s u p o n w e t t i n g c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e w e a k e n i n g o f fi b e r - t o — m a t r i x b o n d i n t h e p r e s e n c e o f m o i s t u r e , a n d r e d u c e d s t i f f n e s s a n d e x p a n s i o n o f w e t fi b e r s . 1 2 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) ‘ 3 ' 4 % F i b e r C o n t a c t - i K - ” m a n q u e B - K l I M r D r i e d S a t u r a t e d M o i s t u r e C o n d i t i o n ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m r n ) + 4 : fi b e r C o n t e n t + 0 % F i b e r C o n t e n t m q / 2 0 0 ‘ / / / e I 1 A i r D r i e d S a t u r a t e d M o i s t u r e C o n d i t i o n ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s F i g u r e 5 . 2 0 I n t e r a c t i o n o f F i b e r C o n t e n t a n d M o i s t u r e C o n d i t i o n o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . C H A P T E R 6 L O N G - T E R M D U R A B I T Y C H A R A C T E R I S T I C S O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S 6 . 1 I N T R O D U C T I O N I t i s i m p o r t a n t t o e n s u r e t h a t t h e i m p r o v e m e n t s a c h i e v e d i n t h e p r o p e r t i e s o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l t h r o u g h w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t w o u l d b e r e t a i n e d o v e r a l o n g p e r i o d o f t i m e i n t h e a c t u a l e x p o s u r e c o n d i t i o n s . I n p a r t i c u l a r , o n e s h o u l d b e c a r e f u l a b o u t t h e a f fi n - i t y o f w o o d fi b e r s f o r m o i s t u r e , t h e i r d u r a b i l i t y i n t h e a l k a l i n e e n v i r o n m e n t o f c e m e n t , a n d t h e p o s s i b i l i t y o f b i o l o g i c a l a t t a c k s o n w o o d s . A s f a r a s t h e b i o l o g i c a l a t t a c k s a r e c o n - c e r n e d , i t i s w o r t h m e n t i o n i n g t h a t n o e v i d e n c e i s a v a i l a b l e t o i n d i c a t e t h a t n a t u r a l fi b e r s c a n b e d e c o m p o s e d b i o l o g i c a l l y w h e n u s e d i n c e m e n t m a t e r i a l s [ 1 4 ] . V a r i o u s d u r a b i l i t y t e s t m e t h o d s t h a t d e a l w i t h t h e p a r t i c u l a r i t i e s o f w o o d fi b e r s u s e d i n c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s h a v e n o t b e e n u s e d b y p a s t i n v e s t i g a t o r s . T h i s m a k e s i t d i f fi c u l t t o c o m p a r e t h e r e s u l t s r e p o r t e d b y d i f f e r e n t i n v e s t i g a t o r s a n d t o a r r i v e a t g e n e r a l c o n c l u - s i o n s . 6 . 2 O B J E C T I V E S T h e m a i n t h r u s t i n t h i s p h a s e o f t h e r e s e a r c h w a s t o a s s e s s t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g , w e t t i n g a n d d r y i n g , a n d a l s o t o h o t w a t e r i m m e r s i o n , a n d o u t d o o r e x p o s u r e i n M i c h i g a n . A f t e r a g e i n g , t h e s p e c i m e n s w e r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r - m a n c e , e x c e p t f o r f r e e z e - t h a w d u r a b i l i t y t e s t s i n w h i c h c a s e t h e s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o n o n - d e s t r u c t i v e t e s t i n g t o o b t a i n t h e i r r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . T h e r e s u l t s o b t a i n e d i n t h i s s t u d y w e r e a n a l y z e d s t a t i s t i c a l l y u s i n g a n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n t e c h n i q u e s i n o r d e r t o d e r i v e s t a t i s t i c a l l y r e l i a b l e c o n c l u s i o n s . S t a t i s - t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w e r e a l s o u s e d t o p r e d i c t t h e b e h a v i o r o f t h e c o m p o s i t e b e y o n d 2 0 3 2 0 4 t h e t e s t i n g p e r i o d . 6 . 3 B A C K G R O U N D 6 . 3 . 1 M e c h a n i s m s o f D e t e r i o r a t i o n K r a f t p u l p i s t h e d o m i n a n t w o o d fi b e r u s e d i n c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s . T h e s e fi b e r s h a v e m i n i m u m l i g n i n c o n t e n t a n d , n o t i n g t h e s u s c e p t i b i l i t y o f l i g n i n t o a l k a l i n e a t t a c k , h a v e b e e n u s e d i n a p p l i c a t i o n s i n v o l v i n g o u t s i d e e x p o s u r e . D i f f e r e n t w e a t h e r i n g c o n d i - t i o n s a c t u a l l y i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f t h e c o m p o s i t e . H o w e v e r , t h e w e a t h e r e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s a r e m o r e b r i t t l e t h a n t h e o r i g i - n a l c o m p o s i t e s [ 3 8 , 3 9 , 5 4 ] . M e c h a n i c a l p u l p s w h i c h c o n t a i n h i g h e r l i g n i n a n d h e m i c e l l u l o s e c o n t e n t s t h a n k r a f t p u l p s m a y r e q u i r e a t t e n t i o n a s f a r a s p o t e n t i a l d i s s o l v i n g o f l i g n i n i n t h e a l k a l i n e c e m e n t e n v i r o n m e n t i s c o n c e r n e d . M u c h o f t h e a v a i l a b l e t e s t d a t a o n l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f w o o d fi b e r c e m e n t c o m p o s i t e s d e a l s w i t h t h e u s e o f n a t u r a l fi b e r s ( e . g . s i s a l ) i n c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s . I n t h i s c a s e , u n l e s s m e a s u r e s a r e t a k e n t o r e d u c e t h e a l k a l i n i t y o f c e m e n t m a t r i x o r t o p r o t e c t t h e n a t u r a l fi b e r s , t h e r e p e a t e d a c t i o n o f w e t t i n g a n d d r y i n g r e s u l t s i n t h e t r a n s p o r t o f a l k a l i n e p o r e w a t e r t o t h e fi b e r s a n d t h e r e m o v a l o f n e u t r a l i z e d p o r e w a t e r ( w h i c h w o u l d b e p r o d u c e d i n t h e v i c i n i t y o f fi b e r s ) a s w e l l a s t h e d e c o m p o s e d p r o d u c t s f r o m t h e fi b e r s , c a u s i n g d e c o m p o s i t i o n o f s o m e n a t u r a l fi b e r s l i k e s i s a l [ 1 4 ] . T h i s c a n l e a d t o t h e e m b r i t t l e m e n t o f n a t u r a l fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . R e p e a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g i s a k e y f a c t o r a c c e l e r a t i n g t h i s d e t e r i o r a t i o n p r o c e s s o f n a t u r a l fi b e r s , a n d i t d e p e n d s o n t h e t e m p e r a t u r e a n d h u m i d i t y h i s t o r y i n t h e v i c i n i t y o f t h e c e m e n t p r o d u c t . I n t e r i o r e x p o s u r e c o n d i t i o n s o r c o n t i n u o u s i m m e r s i o n i n w a t e r a t a m b i e n t t e m p e r a t u r e s c a n n o t p r o d u c e c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g . T w o y e a r s o f e x p o s u r e i n s u c h c o n d i t i o n s d i d n o t l e a d t o a n y e m b r i t t l e m e n t o f s i s a l r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s i n t e s t r e s u l t s r e p o r t e d b y G r a m ( 1 9 8 3 ) [ 1 4 ] . A d e s c r i p t i o n o f t h e m e c h a n i s m s l e a d i n g t o t h e e m b r i t t l e m e n t o f n a t u r a l fi b e r r e i n - f o r c e d c o n c r e t e u n d e r t h e a c t i o n o f r e p e a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g ( r a i n - h e a t ) i s p r e s e n t e d i n G r a m ( 1 9 8 3 ) [ 1 4 ] . A c c o r d i n g t o t h i s d e s c r i p t i o n , t h e a l k a l i n e p o r e w a t e r i n c o n c r e t e r e a c t s 2 0 5 w i t h t h e l i g n i n a n d h e m i c e l l u l o s e e x i s t i n g i n t h e m i d d l e l a m e l l a e c a u s i n g d e c o m p o s i t i o n o f t h e s e c o n s t i t u e n t s o f fi b e r s . T h i s l e a d s t o t h e w e a k e n i n g o f t h e l i n k b e t w e e n i n d i v i d u a l fi b e r c e l l s i n n a t u r a l fi b e r s ( F i g u r e 6 . 1 ) . E x t e r n a l c h a n g e s i n m o i s t u r e a n d t e m p e r a t u r e w h i c h c a n p r o v i d e a s u p p l y o f w a t e r t o a n d r e m o v a l o f w a t e r f r o m c o n c r e t e p o r e s g e n e r a t e t h e m o i s t u r e m o v e m e n t s n e e d e d f o r a l k a l i n e p o r e w a t e r t o r e a c h a n d p r o g r e s s i v e l y d e c o m - p o s e t h e n a t u r a l fi b e r s , l e a d i n g t o t h e e m b r i t t l e m e n t o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l . F i g u r e 6 . 1 S c h e m a t i c S k e t c h o f t h e D e c o m p o s i t i o n o f N a t u r a l ( S i s a l ) F i b e r s i n t h e A l k a l i n e P o r e W a t e r o f C o n c r e t e [ 1 4 ] . W o o d fi b e r s , e s p e c i a l l y k r a f t fi b e r s , c o n t a i n n e g l i g i b l e a m o u n t s o f l i g n i n a n d t h u s t h e y c a n w i t h s t a n d t h e a l k a l i n e p o r e w a t e r a t t a c k b e t t e r t h a n n a t u r a l fi b e r s . T h e r e d u c e d t o u g h n e s s a c c o m p a n i e d w i t h t h e s t r e n g t h g a i n i n t h e s e c o m p o s i t e s w i t h a g e i n g m a y b e a s s o c i a t e d w i t h t h e p e t r i fi c a t i o n p r o c e s s ( fi l l i n g o f t h e c o r e o f t h e fi b e r w i t h h y d r a t i o n p r o d u c t s ) a n d t h e c o n s e q u e n t c h a n g e s i n fi b e r f a i l u r e m o d e [ 5 5 , 5 6 , 5 7 , 5 8 , 5 9 ] . T h e fi l l i n g o f fi b e r c o r e s a n d p o s s i b l y c e l l w a l l p o r e s w i t h h y d r a t i o n p r o d u c t s i s e x p e c t e d t o r e s u l t i n a n i n c r e a s e i n t h e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s . I n a d d i t i o n t o t h a t , i t s e e m s t h a t t h e p e t r i fi e d fi b e r s a r e m o r e s t a b l e d i m e n s i o n a l l y a n d n o s e p a r a t i o n a n d d e b o n d i n g b e t w e e n t h e fi b e r s a n d t h e m a t r i x c o u l d b e o b s e r v e d . I n s h o r t , t h i s p e t r i fi c a t i o n p r o c e s s i n c r e a s e s t h e s t i f f n e s s , s t r e n g t h a n d b o n d s t r e n g t h s o f fi b e r s , b u t r e d u c e s t h e i r d u e t i l i t y ; t h e s e c o n d i t i o n s l e a d t o i m p r o v e d s t i f f n e s s a n d s t r e n g t h o f i n c r e a s e d b r i t t l e n e s s o f t h e c o m p o s i t e . 2 0 6 6 . 3 . 2 E x p e r i m e n t a l R e s u l t s - N a t u r a l F i b e r s G r a m ( 1 9 8 3 ) [ 1 4 ] h a s r e p o r t e d t e s t r e s u l t s o n t h e d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f s i s a l a n d c o i r r e i n f o r c e d m o r t a r s , i n w h i c h a t y p i c a l m a t r i x h a d 1 : 2 : O . 5 , b i n d e r : a g g r e g a t e : w a t e r p r o p o r t i o n s . F i b e r c o n t e n t r a n g e d f r o m 0 . 5 - 4 % b y v o l u m e . T e s t s w e r e p e r f o r m e d f o r n a t u r a l a g e i n g a n d a l s o f o r a c c e l e r a t e d a g e i n g . I n o r d e r t o r e p r o d u c e e n v i r o n m e n t a l c o n d i - t i o n s s i m u l a t i n g t h e a l k a l i n e p o r e w a t e r a t t a c k o n n a t u r a l fi b e r s ( e . g . t r o p i c a l c o n d i t i o n s i n v o l v i n g r e p e a t e d e x p o s u r e t o r a i n a n d s u n s h i n e ) , a n a c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g t e s t e q u i p m e n t w a s d e v e l o p e d ( F i g u r e 6 . 2 ) . T h e p a n e l s p e c i m e n s u s e d i n t h i s “ c l i m a t e b o x ” m e a s u r e 1 0 m m i n t h i c l m e s s a n d a r e s u b j e c t e d t o h a l f - c y c l e s o f m o i s t e n i n g a n d c o o l i n g b y s p r a y i n g t h e m w i t h w a t e r , f o l l o w e d b y h a l f c y c l e s o f h e a t i n g w i t h t h e t e m p e r a t u r e r e a c h - i n g 1 0 5 d e g . C ( 2 2 1 d e g . F ) a n d m a i n t a i n e d a t t h i s l e v e l f o r a s u f fi c i e n t l y l o n g p e r i o d s o t h a t t h e c a p i l l a r y p o r e s y s t e m i n t h e s p e c i m e n d r i e s o u t . 5 fl - , . - — i » . r e a 4 F i g u r e 6 . 2 C B I C l i m a t e B o x [ 1 4 ] . A s a r e s u l t o f t h e a b o v e w e t t i n g - d r y i n g c y c l e , t h e c a p i l l a r y p o r e s y s t e m o f s p e c i - m e n s i s b o t h fi l l e d w i t h a n d e m p t i e d o f w a t e r d u r i n g t h e c o n d i t i o n i n g c y c l e t h a t l a s t s a b o u t 6 h o u r s . T h i s m e a n s t h a t t h e fi b e r s e m b e d d e d i n s p e c i m e n s c o m e i n c o n t a c t w i t h t h e a l k a - l i n e p o r e w a t e r o f t h e c o n c r e t e d u r i n g t h e m o i s t e n i n g p h a s e , a n d t h a t a n y d e c o m p o s i t i o n p r o d u c t s w h i c h a r e f o r m e d a s a r e s u l t o f t h e r e a c t i o n b e t w e e n t h e fi b e r c o m p o n e n t s a n d > I J § 2 0 7 t h e p o r e w a t e r c a n b e t r a n s p o r t e d a w a y f r o m t h e fi b e r d u r i n g t h e d r y i n g p h a s e . F i g u r e 6 . 3 ( a ) p r e s e n t s t h e r e d u c t i o n i n fl e x u r a l s t r e n g t h o f s p e c i m e n s i n c o r p o r a t i n g s i s a l fi b e r s d u e t o a g e i n g u n d e r r e p e a t e d w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s . C o n s i d e r a b l e d e c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h i s o b s e r v e d a s t h e n u m b e r o f c y c l e s i n c r e a s e s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e a t t a c k o n n a t u r a l fi b e r s b y t h e a l k a l i n e p o r e w a t e r o f c o n c r e t e . T h e a l k a l i n i t y O f p o r e w a t e r i n t h e m a t r i x c a n b e r e d u c e d a n d t h e s t r e n g t h o f t h e c o m p o s i t e c a n b e i m p r o v e d b y r e p l a c i n g p a r t o f t h e c e m e n t w i t h s i l i c a f u m e . T h e p H v a l u e f o r t h e p o r e w a t e r r e d u c e s f r o m 1 3 . 2 f o r a m a t r i x w i t h o r d i n a r y P o r t l a n d c e m e n t t o 1 2 . 0 f o r a m a t r i x i n w h i c h 3 3 % o f P o r t l a n d c e m e n t b y w e i g h t i s s u b s t i t u t e d w i t h s i l i c a f u m e . F i g u r e 6 . 3 ( b ) s h o w s t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f s p e c i m e n s r e i n f o r c e d w i t h s i s a l fi b e r s a f t e r 0 a n d 1 2 0 c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g a s a f u n c t i o n o f t h e p e r c e n t a g e o f c e m e n t b y w e i g h t s u b s t i t u t e d w i t h s i l i c a f u m e . S p e c i m e n s i n w h i c h u p t o 2 0 % o f P o r t l a n d c e m e n t w a s r e p l a c e d w i t h s i l i c a f u m e s h o w c o m p a r a t i v e l y i n s i g n i fi c a n t d r o p s i n s t r e n g t h a f t e r 1 2 0 w e t t i n g d r y i n g c y c l e s w h e n c o m p a r e d w i t h s p e c i m e n s w i t h o u t s i l i c a f u m e . A d r a m a t i c i m p r o v e m e n t i s o b t a i n e d w h e n 3 0 — 5 0 % o f t h e c e m e n t i s r e p l a c e d w i t h s i l i c a f u m e . H e n c e , a n e fi ‘ e c t i v e a p p r o a c h t o r e d u c i n g t h e a l k a l i n e a t t a c k a n d t h u s e n h a n c i n g t h e d u r a b i l i t y o f n a t u r a l fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s i s t h r o u g h r e d u c i n g t h e a l k a l i n i t y o f c o n c r e t e p o r e w a t e r b y t h e u s e o f s i l i c a f u m e [ 1 4 , 6 0 , 6 1 ] . s o F l e x u r a l S t r e n g t h ( N / m m n z l A 2 5 ‘ 1 5 1 1 0 " A O 1 j ; 0 2 O 4 0 1 4 0 . 0 s o . 8 0 A q u i n o C y c l e s ( a ) P u r e C e m e n t F i g u r e 6 . 3 F l e x u r a l S t r e n g t h o f C o m p o s i t e R e i n f o r c e d w i t h S i s a l F i b e r s A f t e r W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s [ 1 4 ] . 0 2 a S i l i c F u m e - B s i o n d e r R a t 4 l 0 o ( i t ) s o s o 2 0 8 s o F l e x u r a l S t r e n g t h ( N / m m n 2 ) b o C y c l e s + 1 2 0 C y c l e s 4 0 ‘ A 3 0 ‘ W 2 0 ‘ 1 0 ‘ 0 4 o 1 0 ( b ) W i t h S i l i c a F u m e F i g u r e 6 . 3 ( c o n t ’ d ) F l e x u r a l S t r e n g t h o f C o m p o s i t e R e i n f o r c e d w i t h S i s a l F i b e r s A f t e r W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s [ 1 4 ] . 6 . 3 . 3 E x p e r i m e n t a l R e s u l t s - P r o c e s s e d F i b e r s E a r l i e r d u r a b i l i t y t e s t r e s u l t s w i t h p r o c e s s e d w o o d fi b e r s ( p a p e r p u l p ) s u g g e s t t h a t w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s m a y b e p r o n e t o d e g r a d a t i o n i n c e r t a i n e x p o s u r e c o n d i - t i o n s . F o u r p o t e n t i a l a g e i n g m e c h a n i s m s w e r e i n v e s t i g a t e d b y S h a n n a n ( 1 9 8 3 ) [ 3 9 ] a n d S h a r m a n , e t a l . ( 1 9 8 6 ) [ 3 8 ] f o r a u t o c l a v e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t s h e e t s . T h e a g e - i n g m e c h a n i s m s c o n s i d e r e d w e r e c a r b o n a t i o n , m i c r o b i o l o g i c a l a t t a c k , m o i s t u r e s t r e s s i n g o f w o o d fi b e r s , a n d i n c r e a s e i n fi b e r - t o - m a t r i x b o n d , a c t i n g i n d e p e n d e n t l y o r t o g e t h e r . C a r b o n a t i o n i s a n i m p o r t a n t a g e i n g m e c h a n i s m i n a s b e s t o s c e m e n t , c a u s i n g e m b r i t - t l e m e n t . I n t h e c a s e o f w o o d fi b e r s , h o w e v e r , c a r b o n a t i o n m a y i n c r e a s e s u s c e p t i b i l i t y t o m i c r o b i o l o g i c a l a t t a c k b y r e d u c i n g t h e a l k a l i n i t y o f t h e c e m e n t p o r e w a t e r , a n d / o r i n c r e a s - i n g t h e b o n d i n g o f c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s t o w o o d fi b e r s . T h e r a t e a n d e x t e n t o f c a r b o n - a t i o n d e p e n d s o n t h e p h y s i c a l c o n d i t i o n s o f t h e s h e e t ( e . g . p o r o s i t y ) a n d l o c a l c l i m a t i c c o n d i t i o n s ( r e l a t i v e h u m i d i t y a n d t e m p e r a t u r e ) . M i c r o b i o l o g i c a l a t t a c k o n w o o d fi b e r s i n c e m e n t p r o d u c t s w a s s t u d i e d b y M a n s u r a n d A z i z ( 1 9 8 2 ) [ 6 2 ] , w h o f o u n d i t t o b e u n l i k e l y 2 0 9 i n t h e h i g h l y a l k a l i n e e n v i r o n m e n t o f c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s . L o n g - t e r m d r o p i n t h e p H o f c e m e n t p r o d u c t s a f t e r w e a t h e r i n g a n d c a r b o n a t i o n e f f e c t s , h o w e v e r , m a y h a v e a d v e r s e e f f e c t s o n r e s i s t a n c e t o b i o l o g i c a l a t t a c k . U n d e r n a t u r a l w e a t h e r i n g , w o o d fi b e r s m a y b e e x p o s e d t o m o i s t u r e c y c l i n g , c a r b o n - a t i o n , a n d f u n g a l a t t a c k . T h e b e h a v i o r o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s h a s b e e n i n v e s t i g a t e d u n d e r v a r i o u s a c c e l e r a t e d a g e i n g e f f e c t s , i n c l u d i n g ( 1 ) h o t w a t e r s o a k , ( 2 ) m o i s t u r e c y c l i n g , ( 3 ) c a r b o n a t i o n , a n d ( 4 ) f u n g a l c e l l a r e x p o s u r e . C o m p r e h e n s i v e a g e - i n g t e s t d a t a h a v e b e e n r e p o r t e d b y S h a r m a n e t a l . ( 1 9 8 6 ) [ 3 8 ] f o r a u t o c l a v e d c e m e n t s h e e t s c o n s i s t i n g o f 8 % k r a f t p u l p ( P . R a d i a t a ) , 4 6 % c e m e n t , a n d 4 6 % s i l i c a s a n d , a n d a l s o b y o t h e r i n v e s t i g a t o r s . T h e r e s u l t s a r e p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g . 6 . 3 . 3 . 1 H o t W a t e r S o a k H o t w a t e r s o a k t e s t s h a v e b e e n u s e d t o a c c e l e r a t e t h e a g e i n g p r o c e s s a n d t h e s u b s e - q u e n t s t r e n g t h l o s s o f g l a s s fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . I n t h e c a s e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s , t h i s t e s t h a s b e e n u s e d t o i n v e s t i g a t e a n y a g e i n g e f f e c t s o n fi b e r s o r t h e i r b o n d t o c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s . E f f e c t s o f 3 5 0 d a y s o f i m m e r s i o n i n 5 0 d e g . C ( 1 2 2 d e g . F ) w a t e r o n v a r i o u s a s p e c t s o f t h e e n g i n e e r i n g p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 1 . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t c h a n g e s i n m a t e r i a l p r o p e r t i e s i n w a r m w a t e r s o a k o c c u r r e d d o m i n a n t l y i n t h e fi r s t 2 0 d a y s o f i m m e r - s i o n ; t h e r e a f t e r , t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s s t a y e d p r a c t i c a l l y c o n s t a n t . T h e s e t e s t r e s u l t s i n d i - c a t e t h a t w a r m w a t e r i m m e r s i o n , a s a n a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g c o n d i t i o n , c a u s e s a n i n c r e a s e i n e l a s t i c m o d u l u s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s ; o t h e r e fi ‘ e c t s o f a c c e l e r a t e d a g e i n g u n d e r w a r m w a t e r d o n o t s e e m t o b e s i g n i fi c a n t . 2 1 0 T a b l e 6 . 1 W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s - H o t W a t e r ( 5 0 d e g . C , 1 2 2 d e g . F ) S o a k T e s t ( s e e A p p e n d i x B f o r n o t a t i o n [ 3 8 ] M o d u l u s o f T e n s i l e S t r e n g t h I n t e r n a l “ 3 : “ : ° f M e c h a n i c a l R u p t u r e ( M P a ) ( M P a ) B o n d I c y r s c d T e s t M e t h o d S t r e n g t h M D C D M D I C D ( M P a ) t : — — _ _ _ _ - — = : . - 0 M e a n 1 8 . 6 1 0 . 3 4 . 3 8 7 . 9 8 0 . 2 0 4 S D . 0 . 6 0 . 2 0 . 1 6 0 . 1 4 0 . 0 5 6 3 5 0 M e a n 1 9 . 2 1 2 . 1 5 . 3 0 9 . 0 6 0 . 3 1 4 S D . 0 . 9 1 . 2 0 . 2 9 0 . 2 0 0 . 1 4 0 I m p a c t . M o d u l u s o f M o i s t u r e . . N u m b e r o f M e c h a n i c a l S t r e n g z t h M o v e m e n t ( % ) E l a s t r c r t y D a y s T e s t M e t h o d ( U I m ) ( 6 P 8 ) I m m e r s e d M D C D M D C D M D C D 0 M e a n 3 . 9 7 2 . 4 6 0 . 3 0 2 0 . 2 8 3 7 . 9 2 3 . 8 8 S D . 0 . 5 3 0 . 1 2 0 . 0 0 8 0 . 0 0 5 0 . 3 3 0 . 7 0 3 5 0 M e a n 3 . 5 0 3 . 4 5 0 . 2 3 5 0 . 2 2 4 9 . 7 9 8 . 1 5 S D . 0 . 5 0 0 . 8 8 0 . 0 0 9 0 . 0 1 2 0 . 3 3 0 . 3 5 H a r p e r ( 1 9 8 2 ) [ 6 ] h a s o b s e r v e d s i m i l a r e f f e c t s o f w a r m w a t e r i m m e r s i o n o n w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s , i m p l y i n g t h a t d e g r a d a t i o n o f w o o d fi b e r s u n d e r w e a t h e r i n g e f f e c t s i s u n l i k e l y . T h i s c a n b e e x p l a i n e d b y t h e f a c t t h a t l i g n i n , w h i c h i s t h e w o o d fi b e r c o n s t i t u e n t m o s t s u s c e p t i b l e t o a l k a l i a t t a c k , i s t o t a l l y r e m o v e d d u r i n g t h e k r a f t p u l p i n g p r o c e s s ( n o t i n g t h a t k r a f t p u l p i s t h e m a i n w o o d fi b e r u s e d i n c e m e n t c o m p o s i t e s ) . T h e f a c t t h a t m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t s h e e t s r e m a i n e d m u c h t h e s a m e t h r o u g h o u t e x p o s u r e i n d i c a t e d t h a t t h e r e w a s n o m a j o r c h a n g e i n t h e n a t u r e o f fi b e r — t o - c e m e n t b o n d . F a i l u r e i n m e c h a n i c a l t e s t i n g w a s p r e d o m i n a n t l y b y fi b e r p u l l o u t . 2 1 1 6 . 3 . 3 . 2 A c c e l e r a t e d W e t t i n g a n d D r y i n g R e p e a t e d w e t t i n g - d r y i n g t e s t s a r e w i d e l y u s e d f o r a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g o f p a r t i c l e b o a r d s . S h a r m a n e t . a 1 ( 1 9 8 6 ) [ 3 8 ] h a v e r e p o r t e d t e s t r e s u l t s o n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t s h e e t s s u b j e c t e d t o 1 0 , 2 0 , 3 5 a n d 5 0 c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g . T h e t e s t r e s u l t s s h o w e d o n l y a s m a l l i n c r e a s e i n m o d u l u s o f e l a s t i c i t y u p t o 1 0 c y c l e s w i t h n o f u r t h e r c h a n g e s a f t e r 1 0 c y c l e s . A s l i g h t r e d u c t i o n i n i m p a c t r e s i s t a n c e w a s a l s o o b s e r v e d . R e c e n t s t u d i e s o n r e p e a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g a r e r e p o r t e d b y A k e r s e t a l . [ 5 4 ] . I n t h i s s t u d y e fi ‘ e c t s o f n a t u r a l v e r s u s a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g c o n d i t i o n s o n t h e a g e i n g b e h a v - i o r o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e a l s o i n v e s t i g a t e d . T w o p r o d u c t s m a n u f a c t u r e d o n a s t a n d a r d H a t s c h e k m a c h i n e w e r e u s e d i n t h i s s t u d y . T h e y w e r e : ( 1 ) 8 % w o o d fi b e r s i n a P o r t l a n d c e m e n t - b a s e d m a t r i x a n d c u r e d a t a m b i e n t t e m p e r a t u r e a n d r e l a - t i v e h u m i d i t y ; a n d ( 2 ) 8 % w o o d fi b e r s i n a P o r t l a n d c e m e n t a n d s i l i c a b a s e d m a t r i x a n d a u t o c l a v e d . T h e d i m e n s i o n s o f t h e fl a t s h e e t p r o d u c t s w e r e 6 0 0 x 4 0 0 x 6 m m ( 2 4 x 1 6 i n x 0 . 2 3 i n ) f o r n a t u r a l w e a t h e r i n g a n d 2 0 0 x 1 0 0 x 6 m m ( 8 x 4 x 0 . 2 3 i n ) f o r a c c e l e r a t e d a g e - i n g t e s t s . T h e P o r t l a n d c e m e n t - b a s e d a n d P o r t l a n d s i l i c a — b a s e d p r o d u c t s w e r e e x p o s e d t o n a t u r a l w e a t h e r i n g f o r 5 a n d 4 y e a r s , r e s p e c t i v e l y . S i m i l a r p r o d u c t s w e r e a l s o s u b j e c t e d t o a c c e l e r a t e d t e s t s . T h e a c c e l e r a t e d t e s t i n v o l v e d r e p e a t e d c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g , w i t h e a c h c y c l e c o n s i s t i n g o f t h e f o l l o w i n g s t e p s o v e r a 2 4 - h o u r t i m e p e r i o d : ( a ) 9 h o u r s s u b m e r s i o n u n d e r w a t e r a t 2 0 d e g . C ( 6 8 d e g . F ) ; ( b ) 3 h o u r s i n a i r a t 2 0 d e g . C ( 6 8 d e g . F ) ; ( c ) 9 h o u r i n f r a - r e d r a d i a t i o n a t 8 0 d e g . C ( 1 7 6 d e g . F ) i n a i r , a n d ( d ) 3 h o u r s c o o l i n g d o w n t o 2 0 d e g . C ( 6 8 d e g . F ) i n a i r . T h e n a t u r a l a n d a c c e l e r a t e d a g e i n g e f f e c t s o n w o o d fi b e r - c e m e n t c o m - p o s i t e s a r e d i s c u s s e d i n t h e f o l l o w i n g . T h e t e s t r e s u l t s o n s p e c i m e n s e x p o s e d t o n a t u r a l w e a t h e r i n g ( F i g u r e 6 . 4 ) s h o w e d a g e n e r a l i n c r e a s e i n s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s . T h i s i n c r e a s e i n s t r e n g t h i s a s s o c i a t e d w i t h a n i n c r e a s e i n d e n s i t y f r o m 1 7 5 0 t o 1 8 7 0 k g / m 3 ( 1 0 9 t o 1 1 7 l b / f t 3 ) o v e r a p e r i o d o f 5 y e a r s f o r P o r t l a n d - b a s e d ( a i r c u r e d ) s p e c i m e n s a n d f r o m 1 6 1 0 t o 1 7 9 0 k g / m 3 ( 1 0 0 1 1 2 l b / f t 3 ) o v e r a p e r i o d o f 4 y e a r s f o r P o r t l a n d c e m e n t / s i l i c a - b a s e d ( a u t o c l a v e d ) s p e c i m e n s . T h e p r o d u c t s w e r e f o u n d t o b e w e l l c a r b o n a t e d a t t h e e n d o f t h e n a t u r a l w e a t h e r i n g t e s t p e r i o d . 2 1 2 s o F l e x u r a l S t r e n g t h ( N / m m ” 2 ) A A i r - O w e d M o r t a r D A u t o c l a v e d M o r t a r 1 0 J l l I 4 o r 2 a 4 5 8 Y e a r s o f E x p o s u r e t o N a t u r a l W e a t h e r i n g ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h a s E l a s t i c M o d u l u s ( K N / m m ” 2 ) A A r r - a m t : m 0 A u t o c l a v e d M o r t a r 0 r 2 a 4 s 8 Y e a r s o f E x p o s u r e t o N a t u r a l W e a t h e r i n g ( b ) E l a s t i c M o d u l u s F i g u r e 6 . 4 F l e x u r a l S t r e n g t h a n d Y o u n g ’ s M o d u l u s o f A i r C u r e d a n d A u t o c l a v e d P r o d u c t s E x p o s e d t o N a t u r a l W e a t h e r i n g [ 5 4 ] . T h e d e g r e e o f p o l y m e r i z a t i o n o f w o o d fi b e r s i n t h e n a t u r a l l y a g e d p r o d u c t s w a s f o u n d t o d e c r e a s e w i t h a g e b y a b o u t 2 0 % f o r a i r c u r e d p r o d u c t s a n d 3 5 % f o r a u t o c l a v e d p r o d u c t s . T h i s i s i n c o n t r a s t t o t h e t e n d e n c y i n s t r e n g t h t o i n c r e a s e w i t h a g e . T h u s , t h e w e a k e n i n g e f f e c t s w h i c h m i g h t h a v e b e e n e x p e c t e d u p o n r e d u c t i o n i n t h e d e g r e e o f p o l y - m e r i z a t i o n a r e a p p a r e n t l y m o r e t h a n c o m p e n s a t e d f o r b y o t h e r p r o c e s s e s , i n c l u d i n g t h e 2 1 3 i m p r o v e m e n t i n fi b e r - t o - m a t r i x b o n d i n g a n d o v e r a l l d e n s i fi c a t i o n o f t h e c o m p o s i t e u n d e r a g e i n g e f f e c t s . T h e n a t u r a l l y a g e d s p e c i m e n s w e r e f o u n d t o b e b r i t t l e . T h e e m b r i t t l e m e n t o f t h e s e c o m p o s i t e s m a y h a v e b e e n d u e t o t h e i n c r e a s e i n fi b e r - t o - m a t r i x b o n d , w h i c h r e s u l t s i n fi b e r r u p t u r e r a t h e r t h a n p u l l o u t d o m i n a t i n g f a i l u r e a t f r a c t u r e s u r f a c e s ; t h i s a g e i n g e fi ' e c t r e d u c e s t h e f r i c t i o n a l e n e r g y a b s o r p t i o n a s s o c i a t e d w i t h fi b e r p u l l o u t . T h e s p e c i m e n s s u b - j e c t e d t o a c c e l e r a t e d a g e i n g ( u p t o 3 m o n t h s ) i n a m b i e n t e n v i r o n m e n t ( w i t h m i n i m a l c a r - b o n a t i o n e f f e c t s ) s h o w e d d r o p s i n fl e x u r a l s t r e n g t h ( 1 6 . 4 t o 1 2 . 3 M P a , 2 . 3 8 t o 1 . 7 8 k s i ) a n d t e n s i l e s t r e n g t h ( 7 t o 2 . 6 M P a , 1 . 0 2 t o 0 . 3 8 k s i ) . T h i s i s i n c o n t r a s t t o t h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h s h o w n b y n a t u r a l l y a g e d c o m p o s i t e s . T h e i n c r e a s e i n e l a s t i c m o d u l u s a n d t h e d r o p i n d e g r e e o f p o l y m e r i z a t i o n w e r e , h o w e v e r , c o m p a r a b l e . O b s e r v a t i o n o f t h e f r a c t u r e d s u r f a c e s o f c o m p o s i t e s a f t e r a c c e l e r a t e d a g e i n g i n a m b i e n t e n v i r o n m e n t i n d i c a t e d i n v a r i a b l y b r o k e n fi b e r s w i t h t h e i r h o l l o w n a t u r e c l e a r l y s h o w n [ 5 5 ] . I n m o s t c a s e s t h e m a t r i x a r o u n d t h e fi b e r s w a s q u i t e d e n s e ( F i g u r e 6 . 5 ) . I t w a s t y p i c a l t o o b s e r v e d e b o n d i n g b e t w e e n w o o d fi b e r s a n d t h e s u r r o u n d i n g m a t r i x . F i g u r e 6 . 5 S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o g r a p h s o f F r a c t u r e d S u r f a c e s A f t e r A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g i n A m b i e n t E n v i r o n m e n t [ 5 5 ] . T e n s i l e S t r e n g t h ( M P a ) 1 0 a C g 2 o U A b r o D A o A D A l o t s a e ( X b y 1 o s w e i g h t ) t o 1 t u m o S i e C r a e t r b o n n g t h o A c l C n a s l i ( a ) T e B o n d S t r e n g t h ( M P a ) v v V n t e r n v C a l V a l 0 0 0 0 0 . . 5 . . m 0 2 . 4 : 1 o ( b ) I - - - o I . . - c i u l 0 m 1 B o C n s a o t e e n a r b o n d S t r s o s o ( Z b y w e i g h t ) g t h n t e r n a l 2 1 4 6 . 3 . 3 . 3 C a r b o n a t i o n C a r b o n a t i o n o f t h e m a t r i x b y a t m o s p h e r i c c a r b o n d i o x i d e h a s b e e n o b s e r v e d t o c a u s e l o s s o f s t r e n g t h i n a s b e s t o s c e m e n t c o m p o s i t e s . S i n c e w o o d fi b e r c e m e n t s h e e t s w i l l a l s o u n d e r g o c a r b o n a t i o n i n e v e r y d a y u s e , i t i s d e s i r a b l e t o a c c o u n t f o r t h i s p r o c e s s i n a n y a c c e l e r a t e d a g e i n g t e s t s o n w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s . S h a r m a n e t a 1 . ( 1 9 8 6 ) [ 3 8 ] h a v e c o n d u c t e d c a r b o n a t i o n t e s t s o n a u t o c l a v e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e s p e c i m e n s w e r e s t o r e d i n a t a n k ( R H 6 5 % a n d t e m p e r a t u r e 2 0 d e g . C , 6 8 d e g . F ) w h i c h w a s s u p p l i e d w i t h c a r b o n d i o x i d e a t a r a t e o f 4 0 c m 3 / m i n ( 2 . 5 i n 3 / r n i n ) . T h e e x t e n t o f c a r b o n a t i o n w a s a s s e s s e d b y t h e m e a s u r e m e n t o f C a C O 3 c o n t e n t , w h i c h r e a c h e d l e v e l s r a n g i n g f r o m 3 6 t o 4 1 % , w h e n t h e a b s o r p t i o n o f 0 0 2 v i r t u a l l y c e a s e d . T h e s i g n i fi c a n t c h a n g e s n o t e d i n t h e p r o p e r t i e s o f c a r b o n a t e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t s h e e t s w e r e i n c r e a s e d t e n s i l e s t r e n g t h , i n t e r n a l b o n d a n d m o i s t u r e m o v e m e n t ( F i g u r e 6 . 6 ) . A n i n c r e a s e i n m o d u l u s o f r u p t u r e w a s a l s o o b s e r v e d , a n d t h e fl e x u r a l s t i f f n e s s s h o w e d a s i m i l a r i n c r e a s e . I t i s w o r t h m e n t i o n i n g t h a t t h e i n c r e a s e i n m o i s t u r e m o v e m e n t s e e m s t o b e t h e o n l y p o t e n t i a l l y d e l e t e r i o u s e f f e c t o f c a r b o n a t i o n o b s e r v e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n . F i g u r e 6 . 6 E fi ' e c t s o f C a r b o n a t i o n o n W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t S h e e t s [ 3 8 ] . 0 . 1 - t o p l a n e o f s h e e t 2 1 5 0 ‘ M o i s t u r e M o v e m e n t ( % ) 0 . 6 - A L o a d p e r p e n d i c u l u 0 . 4 - R R R t o p r i n c i p l e f i b e r 8 d i r e c t i o n I 0 . 3 - U L o a d p a r a l l e l t o p r i n c i p l e f i b e r 0 . 2 - d i r e c t i o n V L o a d p e r p e n d i c u l a r o t o s o s o 4 0 C a l c i u m C a r b o n a t e ( 7 5 b y w e i g h t ) ( c ) M o i s t u r e M o v e m e n t F i g u r e 6 . 6 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f C a r b o n a t i o n o n W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t S h e e t s [ 3 8 ] . A k e r s e t a 1 . [ 5 4 ] i n m o r e r e c e n t s t u d i e s o n c a r b o n a t i o n e f f e c t s , s u b j e c t e d w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s t o a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g c o n d i t i o n s w h i c h a l s o i n v o l v e d e x p o s u r e t o a c a r b o n d i o x i d e r i c h e n v i r o n m e n t . T w o c o m p o s i t e s ( a i r c u r e d c e m e n t - b a s e d a n d a u t o - c l a v e d P o r t l a n d c e m e n t a n d s i l i c a b a s e d m a t r i c e s ) w e r e s u b j e c t e d t o t h e f o l l o w i n g a c c e l e r - . a t e d w e a t h e r i n g c y c l e s . ( a ) 8 h o u r s s u b m e r s i o n u n d e r w a t e r a t 2 0 d e g . C ( 6 8 d e g . F ) ( b ) 1 h o u r i n o v e n a t 8 0 d e g . C ( 1 7 6 d e g . F ) ( c ) 5 h o u r s i n o v e n a t 2 0 d e g . C ( 6 8 d e g . F ) i n a s a t u r a t e d C 0 2 e n v i r o n m e n t ( d ) 9 h o u r i n o v e n a t 8 0 d e g . C ( 1 7 6 d e g . F ) ( e ) 1 h o u r c o o l i n g d o w n fi - o m 8 0 d e g . C t o 2 0 d e g . C ( 1 7 6 t o 6 8 d e g . F ) T h e t e s t c y c l e s c h o s e n w e r e o p t i m i z e d b y t r i a l a n d e r r o r e x p e r i m e n t s b a s e d o n t h e d e g r e e o f c a r b o n a t i o n a n d w a t e r p e n e t r a t i o n i n t o t h e p r o d u c t s . T a b l e 6 . 2 s h o w s t h e t e s t r e s u l t s o n t h e a g e i n g o f c o m p o s i t e s s u b j e c t e d t o n a t u r a l w e a t h e r i n g a n d a c c e l e r a t e d a g e i n g t e s t s . T h e r e s u l t s s u g g e s t t h a t t h e d e v e l o p m e n t o f m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w h e n e x p o s e d t o C 0 2 r i c h a c c e l e r a t e d t e s t s i m u l a t e s m o r e 2 1 6 c l o s e l y t h e b e h a v i o r i n n a t u r a l w e a t h e r i n g . A c c e l e r a t e d a g e i n g i n a 0 0 2 r i c h e n v i r o n m e n t a n d n a t u r a l w e a t h e r i n g b o t h l e d t o a n i n c r e a s e i n s t r e n g t h a n d e l a s t i c m o d u l u s . A l s o , t h e i n c r e a s e i n t h e d e g r e e o f c a r b o n a t i o n i n a C 0 2 e n v i r o n m e n t c o m p a r e s f a v o r a b l y w i t h t h e n a t u r a l l y w e a t h e r e d p r o d u c t s . T h e i n c r e a s e i n d e n s i t y o f t h e p r o d u c t w i t h a g e m a y b e a s s o - c i a t e d w i t h c a r b o n a t i o n o f t h e m a t r i x . T a b l e 6 . 2 P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r - C e m e n t P r o d u c t s E x p o s e d t o D i f f e r e n t A g e i n g C o n d i t i o n s [ 5 4 ] ( a ) A i r C u r e d C e m e n t B a s e d M a t r i x F l e x u r a l T 8 0 5 1 1 8 S t r a r n a t C 0 ; T y p e 0 1 s t r e n g t h E - m o d u l u s S t r e n g t h l a r l u r e c o n t e n t O P D e n s r t y a g e r n g N 1 m r ‘ n 2 k N i m m ’ N . m m 2 % ° / o 1 1 m m ) k g / m J N o n - 1 6 4 1 0 9 7 0 2 8 0 1 6 5 5 8 1 1 7 7 0 a g e d 1 ' 0 9 : 1 3 : 0 2 : 0 7 0 £ 0 1 2 : 6 0 : 2 0 A c c e l e r a t e d 3 9 9 ° : 1 2 . 3 1 4 . 8 2 . 5 0 0 4 4 8 5 4 3 0 1 7 8 0 m ° m s : 1 1 : 1 2 : 0 9 : 0 0 1 : 0 1 6 : 5 0 : 1 0 a m b r e n t e n w r o n m e n t A c c e l e r a t e d 3 9 9 ‘ ” 2 3 . 9 1 8 9 7 2 0 0 5 5 7 1 4 3 5 1 8 0 0 m m m s : 2 2 : 1 4 : 1 3 : 0 0 1 : 0 0 5 : 8 0 : 1 0 C 0 2 " C h e n v r r o n m e n t N a t u r a l 2 5 . 1 1 8 0 7 4 O 0 5 9 7 2 4 9 1 1 8 3 0 w e a t h e r r n g : 1 6 : 0 9 : 0 9 : 0 0 1 : 0 1 0 : 5 0 : 4 0 ( b ) A u t o c l a v e d C e m e n t a n d S i l i c a B a s e d M a t r i x F l e x u r a l T e n s d e S t r a t n a t C 0 ; T y p e o f s t r e n g t h E - m o d u l u s s t r e n g t h l a 1 l u r e c o n t e n t D P D e n s u y a g e r n g N / m m 2 l t N / r n r r ' t 2 N / m n n 2 ° / o ° / o ( l r b r e l I t g / r r t 3 N o n - 2 3 0 1 3 . 2 1 0 . 1 0 0 7 1 3 0 7 3 0 1 6 1 0 a g e d : 1 3 : 1 5 : 1 3 : 0 0 2 : 0 0 6 : 5 0 : 2 0 A c c e l e r a t e d 3 9 9 6 3 2 0 2 1 3 5 7 8 0 0 5 1 5 2 5 3 0 1 7 0 0 m o m h s : 1 8 : 1 8 : 1 2 : 0 0 1 : 0 2 1 : 2 0 : 3 0 a m b t e n t e h v r r o n m e n l A c c e l e r a t e d 3 9 9 ‘ ” 2 5 . 6 1 3 . 1 1 1 2 0 0 5 1 0 7 5 0 4 1 7 9 0 ' “ ° “ " ‘ 5 : 1 3 : 1 1 : 1 3 : 0 0 2 : 0 2 2 : 6 0 : 1 0 C O : n c h e n w r o n m e n l N a t u r a l 2 7 2 1 8 5 1 2 2 0 0 4 1 1 8 4 7 5 1 7 9 0 w e a t h e n n g : 1 4 : 0 3 : 1 l : 0 0 1 : 0 0 8 : 4 0 : 2 0 W i t h r e s p e c t t o w o o d fi b e r p r o p e r t i e s , t h e r e i s a b r e a k d o w n i n t h e m o l e c u l a r c h a i n o f t h e fi b e r s w i t h a g e , w h i c h m a y b e d i r e c t l y c o r r e l a t e d w i t h t h e d e c r e a s e i n d e g r e e o f p o l y - 2 1 7 m e r i z a t i o n ( s e e T a b l e 6 . 2 ) . T h e d r o p i n d e g r e e o f p o l y m e r i z a t i o n s h o u l d l o g i c a l l y r e s u l t i n a d r o p i n t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e w o o d fi b e r s ; h o w e v e r , o t h e r f a c t o r s s u c h a s c a r b o n a t i o n , w h i c h t e n d t o i n c r e a s e t h e s t r e n g t h a n d e l a s t i c m o d u l u s o f t h e c o m p o s i t e o v e r s h a d o w a n y n e g a t i v e e f f e c t s o f t h e d a m a g e t o w o o d fi b e r s . T h e m o d e o f f r a c t u r e a f t e r a g e i n g w a s b r i t t l e w i t h m o s t o f t h e fi b e r s b e i n g b r o k e n a t t h e f r a c t u r e d p l a n e ( F i g u r e 6 . 7 ) . V e r y f r e q u e n t l y , t h e c i r c u l a r c r o s s s e c t i o n o f t h e b r o k e n fi b e r w a s fi l l e d u p w i t h d e n s e h y d r a t i o n p r o d u c t s a n d t h e r e w a s n o p e r i m e t e r d e b o n d i n g . T h i s m i c r o s t r u c t u r e i s r e f e r r e d t o a s “ b r i t t l e p e t r i fi e d . ” F i g u r e 6 . 7 B r i t t l e F r a c t u r e i n a C o m p o s i t e A f t e r A c c e l e r a t e d A g e i n g i n a 0 0 2 R i c h E n v i r o n m e n t . [ 5 5 ] I t i s s u g g e s t e d t h a t t h e i n c r e a s e i n s t r e n g t h a n d r i g i d i t y o f t h e p e t r i fi e d fi b e r s , a n d t h e i n c r e a s e i n t h e i r b o n d s t r e n g t h ( d u e t o m a t r i x d e n s i fi c a t i o n a n d e l i m i n a t i o n o f s h r i n k a g e - d e b o n d i n g f r o m t h e s u r r o u n d i n g m a t r i x ) c a n a c c o u n t f o r t h e i n c r e a s e i n s t r e n g t h a n d e l a s — t i c m o d u l u s o f t h e c o m p o s i t e u p o n a g e i n g . I _ N a t u r a l l y a g e d c o m p o s i t e s p r o d u c e d m i c r o s t r u c t u r a l f e a t u r e s a t f a i l u r e s u r f a c e s s i m - i l a r t o t h o s e o f c o m p o s i t e s s u b j e c t e d t o a c c e l e r a t e d a g e i n g i n a c a r b o n d i o x i d e r i c h e n v i - 2 1 8 r o n m e n t . T h i s s u g g e s t s t h a t p e u i fi c a t i o n t a k e s p l a c e m o r e r e a d i l y u n d e r c a r b o n a t i n g c o n d i t i o n s , p r o b a b l y d u e t o t h e l o w e r p H a n d g r e a t e r s o l u b i l i t y o f t h e h y d r a t i o n p r o d u c t s . 6 . 4 E X P E R I M E N T A L D E S I G N I n t h i s p h a s e o f t h e r e s e a r c h , t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e - m e n t c o m p o s i t e s w a s a s s e s s e d . T h e s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z — i n g a n d t h a w i n g , w e t t i n g a n d d r y i n g , h o t w a t e r i m m e r s i o n , a n d o u t d o o r e x p o s u r e . A f t e r a g e i n g , t h e s p e c i m e n s w e r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e , e x c e p t f o r f r e e z e - t h a w d u r a b i l - i t y i n w h i c h c a s e t h e s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o n o n - d e s t r u c t i v e t e s t i n g t o o b t a i n t h e i r r e l - a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . T h e f o l l o w i n g s t e p s w e r e t a k e n a t t h i s s t a g e t o s t u d y t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s : ( a ) a s s e s s t h e e f f e c t o f fi b e r t y p e a n d c o n t e n t o n d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s ; ( b ) s t u d y t h e e f f e c t o f b l e a c h i n g o n d u r a b i l i t y ; a n d ( c ) p e r f o r m a c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l s t u d y o n t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t p a r a m e t e r s s p e c i fi c t o w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s o n l o n g - t e r m d u r a b i l i t y . R e p l i c a t e d t e s t s p e c i m e n s w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x i n o r d e r t o d e r i v e r e l i - a b l e c o n c l u s i o n s t h r o u g h s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f r e s u l t s . T h e d i m e n s i o n s a n d t h e n u m b e r o f s p e c i m e n s d e p e n d o n t h e s p e c i fi c t e s t p e r f o r m e d . I n c a s e o f p a n e l s , t h e t e s t s p e c i m e n h a s t o b e c u t u s i n g a d i a m o n d s a w t o t h e r e q u i r e d d i m e n s i o n . 6 . 4 . 1 E f f e c t s o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] , N o r t h e r n H a r d w o o d K r a f t ( N H K ) [ 4 2 ] a n d M e c h a n i c a l P u l p s ( l O O O L ) [ 4 3 ] . W o o d fi b e r r e - i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g l o w e r fi b e r c o n t e n t s ( _ < _ 2 % ) w e r e m a n u f a c t u r e d t h r o u g h t h e m o l d i n g m e t h o d . T h e fi b e r m a s s f r a c t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s p h a s e o f t h e s t u d y a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 3 ( a ) . T h e e x p e r i m e n t a l d e s i g n u s e d i n t h i s s t u d y i s p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 3 . I n t h e m o l d i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r e , w a t e r a n d s u p e r - p l a s t i c i z e r c o n t e n t s w e r e v a r i e d i n o r d e r t o a c h i e v e r e a s o n a b l e f r e s h m i x w o r k a b i l i t y c h a r - a c t e r i s t i c s r e p r e s e n t e d b y a fl o w ( A S T M C - 2 3 0 ) o f 5 5 % t o 6 5 % a t 1 m i n u t e a f t e r m i x i n g . F i b r o u s m i x t u r e s a l s o c o n t a i n e d a n o n - c h l o r i d e s e t a c c e l e r a t o r , w h i c h w a s e s s e n t i a l t o k e e p 2 1 9 t h e s e t t i n g t i m e o f t h e c o m p o s i t e s w i t h i n a c c e p t a b l e l i m i t s . M o l d e d t h i n - s h e e t p a n e l s p e c i - m e n s ( 2 8 0 x 4 0 0 x 1 0 m m , 1 1 x 1 6 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x f o r a c c e l - e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g a n d n a t u r a l a g e i n g t e s t s . F l e x u r a l s p e c i m e n s ( 3 8 . 1 x 1 5 2 . 4 x 1 0 m m , 1 . 5 x 6 . 0 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t o u t f r o m e a c h p a n e l u s i n g a d i a m o n d s a w f o r fl e x u r a l t e s t - i n g . A n a v e r a g e o f 1 0 fl e x u r a l s p e c i m e n s w e r e t e s t e d f o r e a c h a g e i n g c y c l e . T h e s p e c i m e n s f o r fi e e z e - t h a w t e s t i n g w e r e p r i s m s w i t h 7 6 . 2 x 1 0 1 . 6 m m ( 3 x 4 i n ) c r o s s s e c t i o n a n d l e n g t h o f 4 0 6 . 4 m m ( 1 6 i n ) . A n a v e r a g e o f 2 s p e c i m e n s f r o m e a c h m i x w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d f r e e z i n g a n d t h a w i n g c y c l e s , a n d w e r e t e s t e d f o r f u n d a m e n t a l t r a n s v e r s e f r e q u e n c y o v e r a s p a n o f 1 9 6 . 3 m m ( 7 . 7 2 8 i n ) a t r e g u l a r i n t e r v a l s . T a b l e 6 . 3 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r L o n g - T e n n D u r a b i l i t y - E f f e c t o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t ( a ) R e p e a t e d W e t t i n g a n d D r y i n g F i b e r M a s s N u m b e r o f W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s F i b e r T y p e F r a c t i o n ( % ) - 0 K r a f t ( N H K ) l * * : 1 : 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 | : a l l i t i t t * K r a f t ( S S K ) 2 * * * * * * M e c h . ( l O O O L ) 2 * * * * * * ( b ) O u t d o o r E x p o s u r e t o N a t u r a l W e a t h e r i n g F i b e r M a s s O u t d o o r E x p o s u r e ( N u m b e r o f M o n t h s ) F i b e r T y p e F r a c t i o n ' ( % ) K r a f t ( N H K ) 1 1 1 : 1 1 : s 1 1 : ' 1 ‘ 2 1 1 : 1 1 : 1 1 : : 1 1 " ‘ V K r a f t ( S S K ) 2 * * * * 7 ‘ M e c h . ( l O O O L ) 2 * * * * * 2 2 0 T a b l e 6 . 3 ( c o n t ’ d ) E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r L o n g - T e r m D u r a b i l i t y — E f f e c t o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t ( c ) R e p e a t e d F r e e z i n g a n d T h a w i n g N u m b e r o f F r e e z i n g - T h a w i n g C y c l e s F i b e r M a s s F i b e r T y p e F r a c t i o n 0 2 0 4 0 6 O 8 0 l 1 0 0 1 2 0 I 1 4 0 ( % ) 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 I 2 6 0 2 8 0 3 0 0 - 0 1 1 : 1 1 : 1 1 : 1 1 : : 1 - 1 1 : 1 1 : 1 1 : 3 | ! 1 1 ¢ 1 | : : 1 : i t t 1 1 i l l K r a f t ( N H K ) 1 I I : : 1 ! * i l l 3 1 : i t i t i t : 1 : l l ! 1 . : I l r 1 | ! i t 1 1 * 2 * : 1 ! i t * t t t * t l t i t ! 1 1 ! 1 | : 4 ! i t i t * K r a f t ( S S K ) 2 1 1 : 1 ! 1 | : * I t 1 ! * I I I 1 | : 1 1 : 1 1 : 1 1 ! i t I ! I I t M e c h . ( l O O O L ) 2 * * * * * * * * 1 | : I l l i l l 1 1 i t t 1 ! 4 ! 6 . 4 . 2 E f f e c t o f B l e a c h i n g T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e u n b l e a c h e d a n d b l e a c h e d S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d b y t h e m o l d i n g t e c h n i q u e , a n d t h e fi b e r c o n t e n t w a s 2 % b y m a s s . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s s t u d y a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 5 . T h e e x p e r i m e n t a l d e s i g n i s p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 4 . M o l d e d t h i n - s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 2 8 0 x 4 0 0 x 1 0 m m , 1 1 x 1 6 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e d f r o m e a c h m i x f o r a c c e l e r a t e d w e t t i n g — d r y i n g a n d n a t u r a l a g e i n g t e s t s . F l e x u r a l s p e c i m e n s ( 3 8 . 1 x 1 5 2 . 4 x 1 0 m m , 1 . 5 x 6 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t o u t f r o m e a c h p a n e l u s i n g a d i a m o n d s a w f o r fl e x u r a l t e s t i n g . A n a v e r a g e o f 1 0 fl e x u r a l s p e c i m e n s w e r e t e s t e d f o r e a c h a g e i n g c y c l e . T h e s p e c i m e n s f o r f r e e z e - t h a w t e s t i n g w e r e p r i s m s w i t h 7 6 . 2 x 1 0 1 . 6 m m ( 3 x 4 i n ) c r o s s s e c t i o n s a n d a l e n g t h o f 4 0 6 . 4 m m ( 1 6 i n ) . T w o s p e c i m e n s f r o m e a c h m i x w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d f r e e z i n g a n d t h a w i n g c y c l e s , a n d w e r e t e s t e d f o r f u n d a m e n t a l t r a n s v e r s e f r e q u e n c y o v e r a s p a n o f 1 9 6 . 3 m m ( 7 . 7 2 8 i n ) a t r e g u l a r i n t e r v a l s . 2 2 1 T a b l e 6 . 4 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r L o n g - T e r m D u r a b i l i t y - E f f e c t o f B l e a c h i n g ( a ) A c c e l e r a t e d W e t t i n g a n d D r y i n g F i b e r M a s s N u m b e r o f W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s F i b e r T y p e F r a c t i o n ( % ) 0 1 2 2 4 3 0 6 0 1 2 0 K r a f t ( S S K ) B l e a c h e d 2 * * * a s ! 1 1 : 1 1 1 K r a f t ( S S K ) U n b l e a c h e d 2 * * t 1 1 : 1 1 - 1 1 - ( b ) O u t d o o r E x p o s u r e t o N a t u r a l W e a t h e r i n g F i b e r M a s s O u t d o o r E x p o s u r e ( N u m b e r o f M o n t h s ) I F i b e r T y p e F r a c t i o n ( % ) K r a f t ( S S K ) B l e a c h e d 2 I K r a f t ( S S K ) U n b l e a c h e d 2 ( c ) R e p e a t e d F r e e z i n g a n d T h a w i n g N u m b e r o f F r e e z i n g - T h a w i n g C y c l e s F i b e r M a s s ~ F i b e r T y p e F r a c t i o n 0 I 2 0 r 4 0 I 6 0 I 8 0 I 1 0 0 I 1 2 0 I 1 4 0 ( % ) 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 K r a f t ( S S K ) 2 * * ' 1 - = 1 : : 1 : 1 1 : 1 1 : a B l e a c h e d * * t t : 1 : : 1 : 1 1 1 1 1 : K r a f t ( S S K ) 2 * * * * 1 1 1 1 1 : 1 1 : 1 1 - U n b l e a c h e d * : 1 ! : 1 : 1 | : I t 1 | : I l l 4 | 6 . 4 . 3 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s A n e x p e r i m e n t a l p r o g r a m w a s d e v e l o p e d b a s e d o n t h e s t a t i s t i c a l m e t h o d o f f r a c t i o n a l f a c t o r i a l d e s i g n . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d b y s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e v a r i a b l e s o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y w e r e : ( 1 ) w o o d fi b e r t y p e ( s o f t w o o d & h a r d w o o d ) ; ( 2 ) fi b e r m a s s c o n t e n t ( 4 % & 8 % ) ; ( 3 ) p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % fl y a s h & 1 5 % s i l i c a f u m e ) ; ( 4 ) a g e i n g c o n d i t i o n ( a g e d & u n a g e d ) ; a n d ( 5 ) s i l i c a s a n d c o n t e n t ( s i l i c a s a n d - 2 2 2 c e m e n t r a t i o = 0 . 5 & 1 . 0 ) . T h e e x p e r i m e n t a l p r o g r a m i s p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 5 . I n s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r e , t h i n — s h e e t s p e c i m e n s w e r e f o r m e d f r o m a d i l u t e s l u r r y o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 % s o l i d s . A r e l a t i v e l y s m a l l d o s a g e o f 1 % d i l u t e d fi o c c u l e n t ( fl o c c u - l e n t / c e m e n t = 0 . 0 1 ) w a s a d d e d t o a c h i e v e a g g l o m e r a t i o n o f c e m e n t s o l i d s i n t h e s l u r r y , w h i c h h e l p s i n r e d u c i n g t h e a m o u n t o f c e m e n t p a r t i c l e s l o s t t h r o u g h t h e fi l t e r i n g s c r e e n s d u r i n g d e w a t e r i n g . F i b e r m a s s f r a c t i o n i n t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r e i s d e fi n e d a s t h e r a t i o o f fi b e r s t o t h e d r y c o n s t i t u e n t s o f t h e m a t r i x b y w e i g h t . T h i n s h e e t p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e m a n u f a c t u r e b y s l u r r y - d e w a t e r i n g f o r a c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g a n d h o t w a t e r i m m e r s i o n t e s t s . T w o r e p l i c a t e d p a n e l s p e c i m e n s w e r e m a n u f a c t u r e d h o u r e a c h m i x . S p e c i m e n s f o r fl e x u r a l t e s t i n g ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 . 0 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t u s i n g a d i a m o n d s a w . A n a v e r a g e o f 6 s p e c i m e n s w i t h s p e c i fi c m i x d e s i g n w e r e s e l e c t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u r a t e l y m e a s u r e t h e v a r i a b i l i t y o f r e s u l t s . T a b l e 6 . 5 E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r L o n g - T e r m D u r a b i l i t y - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y ( s e e A p p e n d i x B f o r n o t a t i o n ) ( a ) W e t t i n g - D r y i n g M i x 1 2 3 4 5 6 7 8 F i b e r T y p e S S K N H K N H K N H K N H K N H K N H K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 8 8 4 8 4 8 4 B i n d e r S F F A S F F A S F F A F A F A W e t - D r y C y c l e s 0 2 5 0 0 2 5 2 5 0 2 5 S a n d C o n t e n t ( S I B ) 0 . 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 5 0 . 5 0 . 5 1 . 0 M i x 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 F i b e r T y p e S S K S S K N H K N H K S S K S S K S S K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 4 4 4 8 8 4 4 B i n d e r F A S F S F S F F A S F S F F A W e t - D r y C y c l e s 0 0 0 2 5 2 5 2 5 2 5 0 S a n d C o n t e n t ( S I B ) 1 . 0 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 0 . 5 2 2 3 T a b l e 6 . 5 ( c o n t ’ d ) E x p e r i m e n t a l D e s i g n f o r L o n g - T e r m D u r a b i l i t y - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y ( s e e A p p e n d i x B f o r n o t a t i o n ) ( b ) H o t W a t e r S o a k F i b e r T y p e _ s § I _ < N H K N H K N H K N H K N H t K N H K _ S — S K _ F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 8 8 4 8 4 8 4 B i n d e r S F F A S F F A S F F A F A F A H o t W a t e r ( d a y s ) 5 5 0 5 5 5 5 0 0 5 5 0 S a n d C o n t e n t ( S I B ) 0 . 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 5 0 . 5 0 . 5 1 . 0 M i x 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 F i b e r T y p e S S K S S K N H K N H K S S K S S K S S K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 4 4 4 8 8 4 4 B i n d e r F A S F S F S F F A S F S F F A H o t W a t e r ( d a y s ) 5 5 5 5 5 5 0 0 0 0 5 5 S a n d C o n t e n t ( S I B ) 1 . 0 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 0 . 5 6 . 5 M A N U F A C T U R I N G P R O C E D U R E W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a t l o w e r fi b e r c o n t e n t s ( 5 2 % ) w e r e m a n - u f a c t u r e d t h r o u g h t h e m o l d i n g t e c h n i q u e , a n d a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s ( > 2 % ) t h r o u g h s l u r - r y - d e w a t c r i n g . I n t h e m o l d i n g m e t h o d , m i x i n g w a s p e r f o r m e d i n a r e g u l a r m o r t a r m i x e r . A b a t c h - t y p e s l u r r y - d e w a t e r i n g e q u i p m e n t ( s i m u l a t i o n o f t h e H a t s c h e k p r o c e s s ) w a s d e v e l - o p e d f o r u s e i n l a b o r a t o r y . T h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e d u r e s a d o p t e d f o r t h e t w o d i f f e r e n t t e c h n i q u e s a r e d e s c r i b e d i n C h a p t e r 4 . 6 . 6 T E S T P R O C E D U R E S 6 . 6 . 1 A c c e l e r a t e d W e t t i n g a n d D r y i n g A n a c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g t e s t p r o c e d u r e w a s d e v e l o p e d i n o r d e r t o s t u d y t h e a g e i n g b e h a v i o r o f w o o d fi b e r s u n d e r t h e e n v i r o n m e n t a l e f f e c t s s t i m u l a t i n g t h e a l k a l i n e 2 2 4 p o r e w a t e r a t t a c k o n w o o d fi b e r s ( e . g . , c o n d i t i o n s i n v o l v i n g r e p e a t e d e x p o s u r e t o r a i n a n d s u n s h i n e ) . F o r t h i s p u r p o s e , a n a c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g t e s t c h a m b e r ( F i g u r e 6 . 8 ) w a s d e v e l o p e d . T h e 1 0 m m ( 0 . 4 i n ) t h i c k p a n e l s p e c i m e n s a r e s u b j e c t e d i n t h e c l i m a t e b o x t o m o i s t u r e b y s p r a y i n g f o r 1 / 2 h o u r u n t i l t h e c a p i l l a r y p o r e s a r e fi l l e d w i t h p o r e w a t e r ; t h e p a n e l s a r e t h e n h e a t e d t o r e a c h 8 2 d e g . C ( 1 8 0 d e g . F ) a n d t h e t e m p e r a t u r e i s m a i n t a i n e d a t t h i s l e v e l f o r a s u f fi c i e n t l y l o n g p e r i o d ( 5 1 / 2 h o u r s ) t o d r y o u t t h e c a p i l l a r y p o r e s y s t e m . U n d e r t h e s e c o n d i t i o n s , t h e fi b e r s c o m e i n t o c o n t a c t w i t h t h e a l k a l i n e p o r e w a t e r o f c e m e n t d u r i n g t h e m o i s t e n i n g p h a s e ; t h e d e c o m p o s i t i o n p r o d u c t s w h i c h a r e f o r m e d a s a r e s u l t o f t h e r e a c t i o n b e t w e e n t h e fi b e r c o m p o n e n t s a n d t h e p o r e w a t e r a r e t h e n t r a n s p o r t e d a w a y f r o m t h e fi b e r d u r i n g t h e d r y i n g p h a s e . F i g u r e 6 . 8 A c c e l e r a t e d W e t t i n g — D r y i n g T e s t E q u i p m e n t . S i x p a n e l s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o t h i s a c c e l e r a t e d a g e i n g t e s t . A f t e r 0 , 1 2 , 2 4 , 3 0 , 6 0 a n d 1 2 0 c y c l e s , a p a n e l s p e c i m e n w a s t a k e n o u t a n d a m i n i m u m o f t e n fl e x u r a l s p e c - i m e n s ( 3 8 . 1 x 1 5 2 . 4 x 1 0 m m , 1 . 5 x 6 . 0 x 0 . 4 i n ) w e r e c u t o u t u s i n g a d i a m o n d s a w . F l e x u r a l t e s t s w e r e t h e n p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e S p e c i fi c a t i o n J C I - S F ( J a p a n e s e C o n - c r e t e I n s t i t u t e , 1 9 8 4 ) [ 4 9 ] . R e c e n t l y A S T M h a s d e v e l o p e d a s t a n d a r d t e s t m e t h o d f o r a c c e l e r a t e d w e t t i n g a n d 2 2 5 d r y i n g o n t h i n c e m e n t p r o d u c t s ( A S T M C 1 1 8 5 ) . T h i s t e s t m e t h o d s u g g e s t s a s p r a y i n g c y c l e o f 2 h o u r s a n d 5 5 m i n u t e s a t 3 0 d e g . C ( 8 6 d e g . F ) , a n d a h e a t i n g c y c l e o f 2 h o u r s a n d 5 5 m i n u t e s a t 6 0 1 5 d e g . C ( 1 4 0 1 9 d e g . F ) , w i t h a p a u s e o f 5 m i n u t e s b e t w e e n e a c h c y c l e . T h i s t e s t i n g m e t h o d w a s a d o p t e d f o r a c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l s t u d y o f v a r i o u s p a r a m e - t e r s i n v o l v e d i n s l u r r y - d c w a t e r e d c o m p o s i t e s . T w o r e p l i c a t e d p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e s u b j e c t e d t o 2 5 c y c l e s o f a c c e l e r a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g . S p e c i m e n s f o r f l e x u r a l t e s t i n g ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t u s i n g a d i a m o n d s a w . A n a v e r a g e o f 6 s p e c i m e n s f o r e a c h m i x d e s i g n w e r e s e l e c t e d f r o m t w o d i f - f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u r a t e l y m e a s u r e t h e v a r i a b i l i t y o f r e s u l t s . F l e x u r a l t e s t s w e r e p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e S p e c i fi c a t i o n J C I - S F ( J a p a n e s e C o n c r e t e I n s t i t u t e , 1 9 8 4 ) [ 4 9 ] . T e s t r e s u l t s o n a g e d s p e c i m e n s w e r e c o m p a r e d w i t h t h o s e o n u n a g e d s p e c i - m e n s . 6 . 6 . 2 F r e e z i n g a n d T h a w i n g I n o r d e r t o a s s e s s t h e r e s i s t a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s t o f r e e z - i n g a n d t h a w i n g t h e s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g i n w a t e r ( A S T M C - 6 6 6 ) . A n a v e r a g e o f t w o s p e c i m e n s f o r e a c h m i x w e r e s u b j e c t e d t o a m a x i m u m o f 3 0 0 c y c l e s a n d t e s t e d f o r f u n d a m e n t a l t r a n s v e r s e f r e q u e n c y o v e r a s p a n o f 1 9 6 . 3 m m ( 7 . 7 2 8 i n ) a t a r e g u l a r i n t e r v a l o f 2 0 f r e e z e - t h a w c y c l e s ( F i g u r e 5 . 9 ) . E a c h f r e e z e i n g a n d t h a w i n g c y c l e c o n s i s t s o f a l t e r n a t e l y l o w e r i n g t h e t e m p e r a t u r e o f t h e s p e c i m e n s f r o m 4 . 4 d e g . C t o - 1 7 . 8 d e g . C ( 4 0 t o 0 d e g . F ) i n 3 3 / 4 h o u r a n d r a i s i n g i t f r o m - l 7 . 8 d e g . C t o 4 . 4 d e g . C ( 0 t o 4 0 d e g . F ) i n 1 1 / 4 h o u r . O n e f r e e z e - t h a w c y c l e r e q u i r e s 5 h o u r s f o r c o m p l e t i o n , i n w h i c h 2 5 % o f t h e t i m e i s u s e d f o r t h a w i n g . T h e fi e e z e - t h a w d a m a g e w a s a s s e s s e d t h r o u g h m e a s u r e m e n t o f t h e f u n d a m e n t a l t r a n s v e r s e f r e q u e n c y o f s p e c i m e n s w h e n s i m p l y s u p p o r t e d o n a s p a n o f 1 9 6 . 3 m m ( 7 . 7 2 8 i n ) , f r o m w h i c h t h e r e l a t i v e d y n a m i c m o d - u l u s o f e l a s t i c i t y ( P l ) w a s d e r i v e d u s i n g t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n : P k = ( n 1 ) 2 / ( n ) 2 x 1 0 0 W h e r e n = f u n d a m e n t a l t r a n s v e r s e f r e q u e n c y a t 0 f r e e z e - t h a w c y c l e s ; r 1 1 = f u n d a m e n t a l t r a n s v e r s e f r e q u e n c y a t k f r e e z e - t h a w c y c l e s 2 2 6 F i g u r e 6 . 9 T e s t S e t - U p f o r M e a s u r e m e n t o f F u n d a m e n t a l T r a n s v e r s e F r e q u e n c y . 6 . 6 . 3 H o t W a t e r S o a k H o t w a t e r s o a k t e s t ( A S T M C 1 1 8 5 ) i n v e s t i g a t e s t h e l o n g - t e r m c h e m i c a l i n t e r a c t i o n o f c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s . I n t h i s m e t h o d o f t e s t i n g w e t a n d e l e v a t e d t e m p e r a t u r e c o n d i t i o n s a r e u s e d t o a c c e l e r a t e t h e r e s u l t s . T h e t e s t s p e c i m e n s a r e s a t u r a t e d i n w a t e r w i t h a n e x c e s s o f l i m e a n d m a i n t a i n e d a t 6 0 1 2 d e g . C ( 1 4 0 1 4 d e g . F ) f o r 5 6 1 2 d a y s a n d a r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . T w o r e p l i c a t e d p a n e l s p e c i m e n s ( 1 2 5 x 1 2 5 x 1 0 m m , 0 . 4 m m ) w e r e s o a k e d i n h o t w a t e r . S p e c i m e n s f o r fl e x u r a l t e s t i n g ( 3 8 . 1 x 1 2 5 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e t h e n c u t u s i n g a d i a m o n d s a w . A n a v e r a g e o f 6 s p e c i m e n s f o r e a c h m i x d e s i g n w e r e s e l e c t e d f r o m t w o d i f f e r e n t b a t c h e s i n o r d e r t o a c c u r a t e l y m e a s u r e t h e v a r i a b i l i t y o f r e s u l t s . F l e x u r a l t e s t s w e r e p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e S p e c i fi c a t i o n J C I - S F ( J a p a n e s e C o n c r e t e I n s t i t u t e , 1 9 8 4 ) [ 4 9 ] . T h e t e s t r e s u l t s o n a g e d s p e c i m e n s w e r e c o m p a r e d w i t h t h o s e o f s a t u r a t e d u n a g e d s p e c i m e n s . 6 . 6 . 4 N a t u r a l W e a t h e r i n g I n o r d e r t o a s s e s s t h e e f f e c t o f n a t u r a l w e a t h e r i n g o n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s , t h e s p e c i m e n s w e r e e x p o s e d t o t h e r e l a t i v e l y h a r s h n a t u r a l e n v i r o n m e n t o f 2 2 7 M i c h i g a n . F i v e p a n e l s p e c i m e n s w e r e e x p o s e d t o M i c h i g a n c l i m a t e , a n d a f t e r e a c h e x p o - s u r e p e r i o d o f 0 , 3 , 6 , 9 a n d 1 2 m o n t h s a p a n e l s p e c i m e n w a s t a k e n o u t a n d m i n i m u m o f t e n fl e x u r a l s p e c i m e n s ( 3 8 . 1 x 1 5 2 . 4 x 1 0 m m , 1 . 5 x 5 x 0 . 4 i n ) w e r e c u t o u t u s i n g a d i a m o n d s a w . F l e x u r a l t e s t s w e r e t h e n p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e S p e c i fi c a t i o n J C I - S F ( J a p a n e s e C o n c r e t e I n s t i t u t e , 1 9 8 4 ) . 6 . 7 T E S T R E S U L T S A N D D I S C U S S I O N S 6 . 7 . 1 E f f e c t s o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e t e s t r e s u l t s o n l o n g - t e r m d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f w o o d fi b e r r e i n f o r C e d c e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g d i f f e r e n t w o o d fi b e r t y p e s a n d c o n t e n t s . W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d c y c l e s o f w e t t i n g - d r y i n g , fi e e z i n g - t h a w i n g , a n d a l s o t o o u t d o o r e x p o s u r e . T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h i s i n v e s - t i g a t i o n w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] , N o r t h e m H a r d w o o d K r a f t ( N H K ) [ 4 2 ] , a n d M e c h a n i c a l P u l p ( l O O O L ) [ 4 3 ] . W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g l o w e r . fi b e r c o n t e n t s ( 5 2 % ) w e r e m a n u f a c t u r e d t h r o u g h t h e m o l d i n g m e t h o d . T h e fi b e r m a s s fi ' a c t i o n s a n d m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s u s e d i n t h i s p h a s e o f t h e s t u d y a r e i n t r o d u c e d i n T a b l e 4 . 3 ( a ) . T h e e x p e r i m e n t a l d e s i g n u s e d i n t h i s s t u d y i s p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 3 . S t a t i s - t i c a l a n a l y s e s o f t h e t e s t d a t a w e r e p e r f o r m e d i n t w o s t a g e s . A n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l - t i p l e c o m p a r i s o n t e c h n i q u e s w e r e u s e d i n o r d e r t o d e r i v e r e l i a b l e c o n c l u s i o n s r e g a r d i n g t h e d i f f e r e n c e s i n c o m p o s i t e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a t d i f f e r e n t a g e i n g s t a g e s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e - r i e s t e c h n i q u e s w e r e t h e n u s e d t o p r e d i c t t h e t r e n d s i n t h e b e h a v i o r o f t h e c o m p o s i t e b e y o n d t h e t e s t i n g p e r i o d . 6 . 7 . 1 . 1 A c c e l e r a t e d W e t t i n g - D r y i n g A c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g t e s t s w e r e p e r f o r m e d t o s t u d y t h e a g e i n g b e h a v i o r o f t h i n - s h e e t w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s . F l e x u r a l t e s t s w e r e p e r f o r m e d o n c o m p o s i t e s s u b j e c t e d t o 0 , 1 2 , 2 4 , 3 0 , 6 0 a n d 1 2 0 c y c l e s o f a c c e l e r a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g . T h e e fi ‘ e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n b e h a v i o r o f c e m e n t - b a s e d m a - t e r i a l s a r e s h o w n i n F i g u r e s 6 . 1 0 ( a ) a n d ( b ) b e f o r e a n d a f t e r a c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g 0 . 2 5 7 _ K r a f t F i b e r s 2 2 8 t e s t s , r e s p e c t i v e l y . T e s t r e s u l t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h f o r p l a i n m a t r i x a n d w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d c o m p o s i t e s a f t e r d i f f e r e n t w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 6 a n d F i g - u r e 6 . 1 1 . L o a d ( K N ) 0 . 3 0 . 2 r 0 . 1 5 P _ M e c h . F i b e r s 0 . 1 - P l a i n M o r t a r 0 . 0 5 - o l I i 1 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 8 D e f l e c t l o n ( m m ) ( a ) U n a g e d ( 0 c y c l e s o f w e t t i n g - d r y i n g ) L o a d ( K N ) 0 . 3 0 . 2 5 " K r a f t F i b e r s 0 . 2 ' 0 . 1 6 - M e c h . F i b e r s P l a i n M o r t a r O . 1 0 . 0 5 o 1 1 1 L l O 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 D e f l e c t l o n ( m m ) ( b ) A g e d ( 1 2 0 c y c l e s o f w e t t i n g - d r y i n g ) F i g u r e 6 . 1 0 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 2 2 9 T a b l e 6 . 6 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( M P a , a v e r a g e o f 1 0 t e s t s 1 s t a n d a r d d e v i a t i o n ) W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s P l a i n 1 . 8 6 9 2 2 . 7 7 5 2 2 . 9 2 2 1 2 . 9 4 6 2 4 . 2 2 1 1 3 . 8 2 6 0 1 0 . 8 5 1 1 1 . 0 2 7 1 1 . 2 1 2 1 0 . 8 7 5 1 4 . 1 4 2 1 1 . 9 1 1 1 % K r a f t 5 . 5 6 5 6 5 . 6 0 3 6 5 . 6 8 7 8 6 . 1 1 8 6 6 . 1 0 4 1 6 . 3 3 5 1 ( N H K ) 1 1 . 2 4 3 1 1 . 2 6 6 1 1 . 9 2 4 1 1 . 2 2 5 1 0 . 9 6 3 1 0 . 7 2 7 2 % K r a f t 5 . 2 1 1 2 5 . 2 6 9 8 5 . 4 0 1 5 5 . 4 0 5 0 5 . 5 1 8 1 5 . 7 8 6 9 ( N H K ) 1 1 . 2 9 3 1 0 . 4 1 2 1 1 . 2 4 3 1 0 . 8 6 6 1 1 . 2 5 6 1 1 . 7 5 3 2 % K r a f t 5 . 4 7 2 6 5 . 5 7 6 7 5 . 5 5 2 5 5 . 7 7 8 0 5 . 9 3 0 4 6 . 1 0 2 8 ( S S K ) 1 0 . 6 0 9 1 1 . 0 8 0 1 0 . 8 0 1 1 1 . 4 4 8 1 1 . 3 2 9 1 1 . 5 4 6 2 % M e c h . 4 . 0 9 7 7 4 . 0 9 3 6 4 . 2 0 0 4 4 . 2 4 3 9 4 . 4 9 5 5 5 . 0 1 2 7 ( l O O O L ) 1 1 . 2 2 2 1 1 . 2 1 5 1 0 . 6 5 0 1 0 . 6 5 2 1 1 . 2 5 5 1 1 . 2 9 2 1 0 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 3 1 — T e s t D a t a o I . . . ‘ _ , P l ' . 8 9 c 1 l l A a s K r a f t ( s s x i 0 2 : K u r t ( N H K ) V a : M e c h . ( 1 0 0 0 1 . ) _ L l l 4 0 8 0 1 0 0 1 2 0 N o . o f W e t t i n g a n d D r y i n g C y c l e s ( 8 ) E f f e c t o f F i b e r T y p e 1 4 0 1 8 0 1 8 0 F i g u r e 6 . 1 1 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . D 1 1 1 5 K r a f t ( N H K ) B N o . o f W e t t i n g ( a n b ) E f d f D r e c t y o i f n F g i b e y C r c C l o w / M r " T e s t D a t a fl e a s n t e n t 2 3 0 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 1 2 A P l a i n M o r t a r 1 0 e 0 1 x K r a f t ( m m A v 2 1 : K r a f t ( 1 1 1 1 1 : ) . o ~ ' " s o . . . m e . 0 0 . 0 . 0 T i m e - S e r i e s 3 i 4 " " ” 6 2 9 5 K r a l t ( N H K ) - / 8 A A A V \ — P l a i n M o r t a r 3 A A o 1 I 1 0 2 0 4 0 0 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 F i g u r e 6 . 1 1 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e a n d c o n t e n t o n f l e x u r a l s t r e n g t h o f t h e c o m p o s i t e u n d e r r e p e a t e d c y c l e s o f w e t - t i n g a n d d r y i n g . T h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f u n a g e d a n d a g e d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g s t r e n g t h s o f p l a i n m o r t a r . T h e i m p r o v e m e n t i n s t r e n g t h d u e t o fi b e r a d d i t i o n w a s m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t fi b e r s a t a l l a g e i n g c o n d i t i o n s . T h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f u n a g e d fi b r o u s c o m p o s i t e s a t 2 % fi b e r m a s s fi a c t i o n , w h e n c o m p a r e d w i t h t h e u n a g e d s t r e n g t h o f p l a i n m o r t a r , w e r e a b o u t 3 t i m e s h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( S S K a n d N H K ) a n d 2 t i m e s h i g h e r f o r m e c h a n i c a l p u l p ( l O O O L ) . A f - t e r a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g ( 1 2 0 c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g ) fi b r o u s c o m p o s i t e s s t i l l m a i n - t a i n e d h i g h e r s t r e n g t h o v e r p l a i n m o r t a r . T h e fl e x u r a l s t r e n g t h s o f a g e d fi b r o u s c o m p o s i t e s a t 2 % fi b e r c o n t e n t , w h e n c o m p a r e d w i t h t h e p l a i n m o r t a r s t r e n g t h , w e r e 6 0 % h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( S S K ) , 5 0 % h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( N H K ) , a n d 3 0 % h i g h e r f o r m e c h a n i c a l p u l p ( l O O O L ) . ’ W e t t i n g - d r y i n g c y c l e s t e n d t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f b o t h p l a i n a n d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h a f t e r 1 2 0 c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g w a s s l i g h t l y h i g h e r f o r p l a i n c e m e n t m o r t a r ( 1 0 0 % i n c r e a s e ) 2 3 1 t h a n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s ( 1 2 % i n c r e a s e f o r k r a f t p u l p S S K , 1 1 % f o r k r a f t p u l p N H K a n d 2 2 % f o r m e c h a n i c a l p u l p 1 0 0 0 L ) . A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t e s t r e s u l t s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t , c o n s i d e r i n g t h e r a n d o m e x p e r i m e n t a l v a r i a t i o n s , t h e i n c r e a s e i n t h e f l e x u r a l s t r e n g t h o f p l a i n a n d fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s u n - d e r r e p e a t e d w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s w a s n o t s i g n i fi c a n t . S t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d i n - c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h w i t h i n c r e a s e d n u m b e r s o f w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s f o r p l a i n m o r t a r a s w e l l a s fi b r o u s c o m p o s i t e s ( s e e F i g u r e 6 . 1 1 ) . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 % m a s s f r a c t i o n o f k r a f t p u l p ( N H K ) s h o w e d h i g h e r a v e r a g e fl e x u r a l s t r e n g t h a t a l l a g e s w h e n c o m p a r e d t o c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % fi b e r m a s s f r a c - t i o n . F i b e r c o n t e n t ( 1 % v s . 2 % ) , h o w e v e r , d i d n o t s h o w a n y s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t ( a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ) o n fl e x u r a l s t r e n g t h w h e n r a n d o m e x p e r i m e n t a l v a r i a t i o n s a r e a c c o u n t e d f o r . T e s t r e s u l t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r p l a i n m a t r i x a n d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s - i t e s a t d i f f e r e n t w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 7 a n d F i g u r e 6 . 1 2 . T a b l e 6 . 7 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( N - m m , a v e r a g e o f 1 0 t e s t s 1 s t a n d a r d d e v i a t i o n ) F i b e r W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s T y p e & C o n t e n t 0 2 4 3 0 P l a i n $ 2 . 1 4 7 1 3 . 3 4 4 1 2 . 9 2 6 1 1 . 9 2 1 1 1 . 7 0 6 1 1 . 8 6 4 1 % K r a f t 6 0 . 2 2 3 5 8 . 6 4 1 5 6 . 7 2 0 4 1 . 0 1 5 3 6 . 9 4 7 3 6 . 6 7 6 ( N H K ) 1 2 0 . 9 3 1 2 4 . 2 7 1 3 9 . 5 8 1 1 7 . 8 1 1 1 3 . 1 1 1 1 3 . 5 1 2 % K r a f t 7 3 . 8 9 5 3 9 . 0 9 4 3 0 . 5 0 7 2 1 . 6 9 4 2 0 . 9 0 3 2 1 . 5 8 1 ( N H K ) 1 2 7 . 9 5 1 1 3 . 9 7 1 2 1 . 3 7 1 7 . 5 8 2 1 8 . 5 8 7 1 1 2 . 3 5 2 % K r a f t 6 8 . 0 1 9 3 4 . 4 6 2 3 4 . 0 1 0 2 9 . 6 0 3 1 8 . 0 7 8 1 4 . 2 3 6 ( S S K ) 1 2 9 . 3 9 1 1 4 . 0 3 1 1 6 . 5 5 1 1 4 . 2 3 1 1 2 . 4 3 1 7 . 6 8 3 2 % M e c h . 9 . 1 5 2 1 8 . 4 7 4 2 7 . 6 8 3 3 7 . 1 1 8 3 6 . 6 6 6 3 6 . 4 4 0 4 ( l O O O L ) 1 3 . 0 8 5 1 2 . 3 3 9 1 2 . 8 5 9 1 2 . 8 7 0 1 5 . 3 1 0 1 2 . 8 7 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) 0 2 0 4 0 o N o . 6 t 0 t i n g 8 0 a n d f W e 1 D 0 0 r y i n 2 0 1 g 1 4 C y c l e 0 s 1 6 0 1 8 0 F i g u r e 6 . 1 2 E W f f o e o c t s d F o i f b e A r c R c e e i l e r a t e d n f o r c e d W C e e a t h e m e n r t i C n o g m o o p n s t t e h e i s . F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d 2 3 2 1 4 0 Q 1 2 0 - A 2 : : K r a f t ( 8 8 1 : ) 0 2 x K r a f t . ( N r r x ) V 1 0 0 _ D 2 7 : M e c h . ( 1 0 0 0 1 ) T u , D , “ A 8 . . . . . . . . . . . . . . . . 8 0 b D T i m e - S e r i e s 1 . A A 2 9 1 6 K r a f t ( S S K ) P r e d i c t i o n 6 ° ' a 2 % K r a f t ( N H K ) D g C l 4 0 - . / 2 % M e c h . ( l O O O L ) 2 ° - ” i : / " c . . - 1 . ; h ' 1 5 " ( a ) E f f e c t o f F i b e r T y p e 1 4 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) v A P l a i n M o r t a r 1 2 0 h D D 1 : : t t n r t ( m m ) c ] D V 2 : : K r a f t . ( N H K ) T e s t D a t s 1 0 0 - v v 6 . . . . . . . . . . . . . . . . 8 0 - V v T i m e - S e r i e s P r e d i c t i o n . , 1 : 1 1 : 1 6 ° ’ 2 - 5 B 1 % K r a f t ( N H K ) v B / — a 4 0 _ V ; - _ / ‘ 2 % K r a f t ( N H K ) T — v ‘ . ~ - - ~ - . : 1 \ 2 0 _ D ” r u m - - - “ ' 3 P l a i n M o r t a r ‘ - W / _ ‘ - ‘ 0 1 - - 0 2 0 4 o 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 N o . o f W e t t i n g a n d D r y i n g C y c l e s ( b ) E f f e c t o f F i b e r C o n t e n t 2 3 3 T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e a n d c o n t e n t o n t h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s d u e t o a c c e l e r a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g . T h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f u n a g e d a n d a g e d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e o f p l a i n m o r t a r . T h e i m p r o v e m e n t i n fl e x u r a l t o u g h n e s s d u e t o fi b e r a d d i t i o n w a s m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t fi b e r s . T h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f u n a g e d fi b r o u s c o m p o s i t e s a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n , w h e n c o m p a r e d w i t h t h e p l a i n m o r t a r , w a s a b o u t 2 4 t i m e s h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( S S K ) , 2 6 t i m e s h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( N H K ) a n d 3 t i m e s h i g h e r f o r m e c h a n i c a l p u l p ( l O O O L ) . A f t e r a g e i n g ( 1 2 0 c y c l e s o f w e t - t i n g a n d d r y i n g ) fi b r o u s c o m p o s i t e s s t i l l h a d h i g h e r fl e x u r a l t o u g h n e s s v a l u e s w h e n c o m - p a r e d t o p l a i n m o r t a r . T h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f a g e d fi b r o u s c o m p o s i t e s ( a f t e r 1 2 0 c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g ) w e r e a b o u t 9 t i m e s h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( S S K ) , 1 4 t i m e s h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( N H K ) , a n d 4 t i m e s h i g h e r f o r m e c h a n i c a l p u l p ( l O O O L ) t h a n t h a t o f p l a i n m a t r i x a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . A c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s c a u s e d a d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s i n b o t h p l a i n a n d fi b r o u s s p e c i m e n s . T h e r e d u c t i o n i n fl e x u r a l t o u g h n e s s a f t e r 1 2 0 c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g w a s s l i g h t l y h i g h e r f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % k r a f t p u l p ( 7 9 % f o r k r a f t p u l p S S K a n d 7 1 % f o r k r a f t p u l p N H K , c o m p a r e d t o u n a g e d s p e c i m e n s ) t h a n p l a i n c e m e n t m o r - t a r a n d c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % m e c h a n i c a l p u l p ( 4 4 % f o r p l a i n m o r t a r a n d 3 0 % f o r m e - c h a n i c a l p u l p 1 0 0 0 L , c o m p a r e d t o u n a g e d s p e c i m e n ) . A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t h e t e s t d a t a a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e c o n fi r m e d s i g n i fi c a n t d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o n l y f o r c o m - p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t fi b e r s . I n t h i s c a s e , i t w a s a l s o n o t e d t h a t , a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi - d e n c e , t h e i n i t i a l 1 2 c y c l e s o f w e t t i n g - d r y i n g c a u s e d s i g n i fi c a n t d r o p s i n fl e x u r a l t o u g h n e s s ; s u b s e q u e n t c y c l e s c a u s e d o n l y g r a d u a l d r o p s i n t o u g h n e s s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t a c c u r a t e v a l u e s o f t o u g h n e s s f o r p l a i n m a t r i x a n d c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g m e c h a n i c a l p u l p c o u l d n o t b e o b t a i n e d d u e t o t h e v e r y l o w t o u g h n e s s v a l u e s o f t h e s e c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e - r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d d e c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w i t h i n c r e a s e d n u m b e r s o f w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s . C o m p o s i t e c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n o f k r a f t p u l p ( N H K ) s h o w e d h i g h e r fl e x u r a l t o u g h n e s s w h e n c o m p a r e d t o c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 % fi b e r m a s s f r a c t i o n b e f o r e a g e i n g . H o w e v e r , fl e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n d r o p p e d s e v e r e l y 2 3 4 ( 7 0 % ) w i t h a g e i n g c o m p a r e d t o c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 % fi b e r m a s s f r a c t i o n ( 4 0 % d r o p ) . F i b e r c o n t e n t w a s f o u n d t o h a v e s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e a g e i n g e f f e c t s o n fl e x - u r a l t o u g h n e s s . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w i t h a g e i n g o b s e r v e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n i s i n c o n t r a s t w i t h t h e a g e i n g b e h a v i o r o f w o o d fi b e r s t h e m s e l v e s . W o o d fi b e r s t y p i c a l l y s h o w a d r o p i n t e n s i l e s t r e n g t h w i t h a g e i n g d u e t o t h e r e d u c t i o n i n t h e d e g r e e o f p o l y m e r i z a t i o n [ 5 4 ] . H o w e v e r , t h e i n c r e a s e i n s t r e n g t h a n d r e - d u c t i o n i n t o u g h n e s s o b s e r v e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n a r e d u e t o o t h e r p r o p e r t i e s o f t h e c e m e n t c o m p o s i t e . I n o r d e r t o s t u d y t h e m e c h a n i s m s o f a g e i n g i n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s , s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p i c s t u d i e s w e r e p e r f o r m e d o n t h e f r a c t u r e s u r f a c e s o f a g e d a n d u n a g e d s p e c i m e n s . T h e d o m i n a n t m o d e o f f r a c t u r e i n a g e d c o m p o s i t e w a s fi b e r f r a c t u r e ( F i g u r e 6 . 1 3 b ) , w h i l e u n a g e d s p e c i m e n s s h o w e d a c o m b i n a t i o n o f fi b e r p u l l o u t a n d fi b e r fi a c t u r e ( F i g u r e 6 . 1 3 a ) , a n d t h e m a t r i x a r o u n d fi b e r s i n u n a g e d s p e c i m e n s w a s r e l a t i v e l y p o r o u s . A f t e r a g e i n g , t h e h o l l o w fi b e r s w e r e o f t e n f o u n d t o b e fi l l e d w i t h d e n s e c a r b o n a t i o n a n d h y d r a t i o n p r o d u c t s , a n d s h o w e d l i t t l e o r n o d e b o n d i n g f r o m t h e m a t r i x . T h i s m i c r o s t r u c t u r e i s o f t e n r e f e r r e d t o a s b r i t t l e p e t r i fi e d , a n d c a r b o n a t i o n o f t h e m a t r i x h a s b e e n s u g g e s t e d t o a c c e l e r a t e t h e f o r m a t i o n o f t h i s m i c r o s t r u c t u r e ( B e n t u r e t . a l . 1 9 8 9 ) [ 5 5 ] . P e t r i fi c a t i o n m a k e s fi b e r s s t r o n g e r a n d s t i f f e r b u t m o r e b r i t t l e ; t h e s e c h a n g e s t o g e t h e r w i t h t h e d e n s e n i n g o f i n t e r f a c e z o n e s a n d e x c e s s i v e fi b e r - t o - m a t r i x b o n d i n g c a n i l l u s t r a t e t h e i n - c r e a s e d s t r e n g t h a n d e m b r i t t l e m e n t o f t h e c o m p o s i t e w i t h a g e i n g . P e t r i fi e d fi b e r s w i t h e x - c e s s b o n d i n g t e n d t o r u p t u r e r a t h e r t h a n p u l l o u t a t f r a c t u r e s u r f a c e s , t h u s e l i m i n a t i n g t h e d e s i r a b l e t o u g h n e s s c h a r a c t e r i s t i c s a s s o c i a t e d w i t h f r i c t i o n a l e n e r g y d i s s i p a t i o n d u r i n g fi - b e r p u l l o u t . 2 3 5 0 0 0 0 0 9 ( b ) A g e d ( 1 2 0 c y c l e s o f w e t t i n g - d r y i n g ) F i g u r e 6 . 1 3 S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o g r a p h s o f t h e F r a c t u r e d S u r f a c e o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g 2 % K r a f t P u l p ( S S K ) . 2 3 6 6 . 7 . 1 . 2 A g e i n g U n d e r F r e e z e - T h a w C y c l e s : W o o d f i b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g i n w a t e r , a n d w e r e t e s t e d f o r t h e i r f u n d a m e n t a l t r a n s v e r s e f r e q u e n c y ( t o m e a s u r e d y n a m i c m o d u l u s ) a t r e g u l a r i n t e r v a l s . T h e r e s i s t a n c e o f p l a i n a n d fi b r o u s s p e c i m e n s t o r a p i d l y r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 8 a n d F i g u r e 6 . 1 4 . T h e R e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f t h e m a t e r i a l i s p r e s e n t e d a s a f u n c t i o n o f t h e n u m b e r o f r e p e a t e d f r e e z e - t h a w c y c l e s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e s p e c i m e n s t e s t e d h e r e w e r e n o t a i r - e n t r a i n e d . T a b l e 6 . 8 E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( % , a v e r a g e 1 h a l f t h e r a n g e ) N u m b e r o f F r e e z i n g - T h a w i n g C y c l e s F i b e r 1 ” ” 0 I 2 0 4 0 5 0 8 0 1 0 0 1 2 0 I 1 4 0 & C o n t e n t 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 P l a i n 1 0 0 9 9 . 3 2 0 9 8 . 0 6 3 1 0 1 . 0 7 1 0 0 . 4 9 9 7 . 0 0 6 9 4 . 5 3 0 9 2 . 1 7 9 1 0 . 1 3 1 0 . 2 5 1 0 . 6 5 1 0 . 7 6 1 1 . 1 2 1 1 . 3 9 1 2 . 0 1 9 1 . 8 9 8 8 8 . 2 0 5 8 4 . 9 4 5 8 2 . 5 0 1 8 0 . 3 2 5 7 8 . 3 2 4 7 6 . 5 5 2 7 6 . 1 6 9 1 2 . 4 1 $ 2 . 6 6 1 2 . 9 8 1 3 . 2 2 1 3 . 5 3 1 4 . 0 1 1 4 . 1 5 1 4 . 2 3 1 % K r a f t 1 0 0 1 0 2 . 9 6 1 0 3 . 2 8 1 0 4 . 9 9 1 0 5 . 7 5 1 0 7 . 2 1 1 0 7 . 3 2 1 0 7 . 8 6 ( N H K ) 1 0 . 3 0 1 0 . 0 3 1 0 . 1 8 1 0 . 2 8 1 0 . 3 3 1 0 . 1 1 1 0 . 1 0 1 0 8 . 4 1 1 0 7 . 8 1 1 0 9 . 2 8 1 1 0 . 8 2 1 0 9 . 1 2 1 0 9 . 0 1 1 0 9 . 0 6 1 0 8 . 5 9 1 0 . 0 1 1 0 . 0 5 1 0 . 5 3 1 0 . 4 1 1 0 . 2 6 1 0 . 9 2 1 0 . 4 2 1 0 . 8 7 2 % K r a f t 1 0 0 1 0 0 . 0 0 1 0 1 . 0 7 9 9 . 8 2 6 1 0 0 . 3 0 1 0 0 . 5 3 1 0 1 . 1 9 1 0 0 . 9 5 ( N H K ) 1 0 . 2 4 1 0 . 4 8 1 0 . 4 1 1 0 . 1 8 1 0 . 1 9 1 0 . 2 5 1 0 . 2 5 1 0 0 . 7 1 1 0 0 . 9 7 1 0 2 . 2 3 1 0 0 . 9 9 1 0 1 . 7 2 1 0 0 . 0 7 1 0 1 . 1 7 1 0 0 . 4 0 1 0 . 1 2 1 0 . 8 5 1 0 . 3 1 1 2 . 6 2 1 2 . 2 0 1 2 . 0 1 1 3 . 6 7 1 1 . 3 5 ’ V ‘ J ' 2 3 7 T a b l e 6 . 8 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( % , a v e r a g e 1 h a l f t h e r a n g e ) N u m b e r o f F r e e z i n g - T h a w i n g C y c l e s P M “ | I l | | . & C o n t e n t 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 2 % K r a f t 1 0 0 1 0 0 . 0 6 1 0 0 . 1 2 9 9 . 8 8 3 1 0 0 . 3 0 1 0 0 . 2 9 1 0 0 . 7 0 1 0 0 . 5 9 ( S S K ) 1 0 . 0 6 1 0 . 4 7 1 0 . 1 2 1 0 . 0 0 1 0 . 2 9 1 0 . 1 2 1 0 . 1 2 1 0 0 . 4 1 1 0 0 . 5 3 1 0 0 . 7 5 1 0 0 . 9 5 1 0 0 . 7 6 1 0 0 . 8 6 1 0 0 . 4 1 1 0 0 . 5 2 1 0 . 2 3 1 0 . 2 4 1 0 . 3 5 1 0 . 1 7 1 0 . 7 0 1 0 . 0 6 1 0 . 2 5 2 % M e c h . . 1 0 0 1 0 2 . 8 0 1 0 4 . 1 2 1 0 6 . 9 8 1 0 8 . 5 2 ( l O O O L ) 1 0 . 6 0 1 0 . 3 5 1 0 . 8 3 1 0 . 5 1 1 0 . 8 6 1 0 . 8 5 1 0 . 7 8 1 0 9 . 4 0 1 0 9 . 2 0 1 0 9 . 8 7 1 1 0 . 1 4 1 1 0 . 3 4 1 0 9 . 3 3 1 0 9 . 3 7 1 0 7 . 7 6 1 0 . 9 9 1 0 . 9 2 1 0 . 7 9 1 0 . 7 9 1 0 . 2 3 1 0 . 6 5 1 0 . 7 4 1 0 . 8 4 1 2 0 R e l . D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y ( % ) - A - 2 % r u n ( 3 3 1 : ) 1 1 5 - - B - 2 2 K u r t ( N H K ) - 6 - 2 x M e c h . ( 1 0 0 0 1 . ) 1 1 0 T e n D a n 1 0 5 W P r e d i c t i o n 1 0 0 ‘ - 9 5 b 9 0 l J l l L l l l 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 N o . o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g C y c l e s ( a ) E f f e c t o f F i b e r T y p e F i g u r e 6 . 1 4 E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 2 3 8 R e l . D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y ( % ) 1 2 0 - ' ' - - - - , 2 = = = = ‘ “ " ” N R \ T a n a n I a - - A . 1 m : : ~ — . ; _ . . . : r ¢ — ‘ . ‘ ° . ‘ . ‘ . ‘ ~ ° - — ~ M - . . “ . . . . . . . . . . . . . . . : A A T i m e - S e r i e s A ‘ P ‘ l - c m 8 0 - ‘ = - 1 A A . 6 0 - “ A " P l a i n M o r t a r - B - 1 % K r a f t ( N H K ) - < > - 2 % K r a f t ( N H K ) 4 0 l l l l l l l l o 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 N o . o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g C y c l e s ( b ) E f f e c t o f F i b e r C o n t e n t F i g u r e 6 . 1 4 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r a d d i t i o n o n r e s i s t a n c e t o f r e e z i n g a n d t h a w i n g . T h e r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f p l a i n c e m e n t i t i o u s m a u i c e s d e c r e a s e d u n d e r r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g . T h e a v e r a g e d r o p i n r e l a t i v e d y n a m i c m o d - u l u s w a s 2 5 % a f t e r 3 0 0 c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g , a n d i t w a s f o u n d t o b e s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f fi b r o u s c o m p o s - i t e s i n c r e a s e d s l i g h t l y u n d e r r e p e a t e d f r e e z e - t h a w c y c l e s . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 % fi b e r c o n t e n t ( F i g u r e 6 . 1 4 a ) s h o w e d h i g h e r v a l u e s o f r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y a t a l l c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g . H o w e v e r , t h e i n c r e a s e i n d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y w a s n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n o f ' s o f t — w o o d a n d h a r d w o o d k r a f t fi b e r s ( F i g u r e 6 . 1 4 b ) s h o w e d a s l i g h t i n c r e a s e w i t h a g e i n g , w h i c h w a s n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t . H o w e v e r , c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n o f m e c h a n i c a l p u l p s h o w e d s i g n i fi c a n t i n c r e a s e i n r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . 2 3 9 M u c h o f t h e i n c r e a s e w a s f o u n d i n e a r l i e r c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g , w h i l e l a t e r c y c l e s s h o w e d a g r a d u a l d e c r e a s e i n r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . T h e i n c r e a s e d r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f fi b r o u s c o m p o s i t e s c o u l d b e p a r t l y d u e t o t h e d e n s i fi c a t i o n o f t h e c o m - p o s i t e ( i . e . p e u i f i c a t i o n o f w o o d fi b e r s w i t h a g e i n g ) . I n a n y c a s e , w o o d fi b e r s a t r e l a t i v e l y l o w m a s s f r a c t i o n s w e r e f o u n d t o e f f e c t i v e l y e n h a n c e t h e r e s i s t a n c e o f n o n - a i r — e n t r a i n e d c e - m e n t i t i o u s m a t r i c e s t o f r e e z e - t h a w a t t a c k . S t a t i s t i c a l t i m e s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d a n a l m o s t c o n - s t a n t r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y f o r fi b r o u s c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t p u l p w i t h c o n t i n u e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g . I n t h e c a s e o f t h e p l a i n m a t r i x a n d fi b r o u s c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g m e c h a n i c a l p u l p , h o w e v e r , t h e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y s h o w e d a t e n d e n c y t o d r o p w i t h c o n t i n u e d f r e e z e - t h a w c y c l e s ( s e e F i g u r e 6 . 1 4 ) . 6 . 7 . 1 . 3 N a t u r a l W e a t h e r i n g T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t e s t r e s u l t s o n t h e p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s u n d e r n a t u r a l w e a t h e r i n g . T h e s p e c i m e n s w e r e e x p o s e d t o t h e r e l a t i v e l y h a r s h n a t u r a l e n v i r o n m e n t o f M i c h i g a n f o r o n e y e a r a n d w e r e t e s t e d f o r t h e i r fl e x u r a l p e r f o r - m a n c e a t r e g u l a r i n t e r v a l s o f t h r e e m o n t h s . T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n b e h a v i o r o f c e m e n t - b a s e d m a t e r i a l s a r e s h o w n i n F i g u r e s 6 . 1 5 ( a ) a n d ( b ) b e f o r e a n d a f t e r e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g , r e s p e c t i v e l y . T e s t r e s u l t s o n fl e x - u r a l s t r e n g t h f o r p l a i n m a t r i x a n d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s a t d i f f e r e n t a g e s o f n a t - u r a l w e a t h e r i n g a r e p r e s e n t e d i n T a b l e s 6 . 9 a n d F i g u r e 6 . 1 6 . 0 . 2 5 0 0 . . . . 1 0 0 0 2 5 5 1 o — - - _ r O _ K r a f t F i b e r s _ M e c h . F r b e r s n M o r t a r P l a 0 i 1 . 1 l . 2 0 l . 3 0 J . 0 4 l . 5 0 ~ 0 . 6 L o a d ( K N ) 0 . 3 D e f l e c t l o n ( m m ) ( a ) U n a g e d L o a d ( K N ) 0 . 3 0 . 2 5 * ' K r a f t F i b e r s — — 0 . 2 - 0 . 1 5 . . M G C h . F i b e r s 0 . 1 P l a i n M o r t a r 0 . 0 5 o l l l l l o 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 0 D e f l e c t l o n ( m m ) ( b ) A g e d F i g u r e 6 . 1 5 E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l L o a d - D e fl e c t i o n B e h a v i o r o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . E x p o s u r e t o N a t u r a l W e 1 a 2 t h e r i 1 n 5 g 1 n 8 t ( M o h s ) 2 1 2 4 1 T a b l e 6 . 9 E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( M P a , a v e r a g e o f 1 0 t e s r s 1 s t a n d a r d d e v i a t i o n ) F i b e r T y p e O u t d o o r E x p o s u r e ( N u m b e r o f M o n t h s ) I & C o n t e n t 0 3 6 9 1 2 = = P l a i n 1 . 8 6 9 2 2 . 1 7 1 0 2 . 4 5 4 1 2 . 7 0 5 6 2 . 9 2 1 6 1 0 . 8 5 1 1 0 . 9 0 1 1 0 . 9 0 8 1 1 . 3 5 1 1 0 . 8 6 7 1 % K r a f t 5 . 5 6 5 6 5 . 5 8 1 2 5 . 6 5 3 1 5 . 7 5 1 9 5 . 8 4 3 8 ( N H K ) 1 1 . 2 4 3 1 1 . 8 8 8 1 1 . 2 7 7 1 0 . 6 6 0 1 1 . 1 7 0 2 % K r a f t 5 . 2 1 1 2 5 . 2 5 3 5 5 . 3 5 8 6 5 . 3 8 1 2 5 . 4 1 9 6 ( N H K ) 1 1 . 2 9 3 1 1 . 2 0 9 1 0 . 4 1 9 1 1 . 6 3 0 1 0 . 8 6 8 2 % K r a f t 5 . 4 7 2 6 5 . 4 7 6 7 5 . 5 3 3 2 5 . 6 5 1 8 5 . 7 1 8 9 ( S S K ) 1 0 . 6 0 9 1 0 . 7 9 0 1 1 . 0 7 2 1 1 . 4 3 2 1 1 . 4 3 3 2 % M e c h . 4 . 0 9 7 7 4 . 0 9 8 1 4 . 1 8 0 8 4 . 3 5 7 6 4 . 5 0 7 4 ( 1 0 0 0 L ) 1 1 . 2 2 2 1 0 . 6 3 4 2 1 1 . 2 4 1 1 1 . 2 1 6 1 0 . 6 9 2 8 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 9 8 3 g A 3 g 2 1 1 5 K r a f t ( S S K ) . A 0 g r 2 f — ' 1 0 a n j v , ” 2 : 3 5 T ? . ' . ‘ . U ‘ i t " . < l - . . - 4 ' g g g 8 2 % m m ( 1 0 0 0 1 . ) 1 1 s . g a v a 5 P r e d i c t i o n 2 _ A 2 : K r a f t ( 8 8 x ) 0 2 x K r a f t ( m m V 2 : l o c h . ( 1 0 0 0 1 . ) 0 1 1 1 1 J 1 1 1 3 ( a ) E f f e c t o f F i b e r T y p e F i g u r e 6 . 1 6 E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 2 4 2 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 1 0 A D A P l a i n M o r t a r D 1 : K u r t ( N H K ) T e a m 8 - 1 % K r a f f t ( N H K ) C ) V 2 : K r a f t ( N H K ) W v v ( : 1 v V g = C l fi n e - S e r i e s : 1 E : V _ _ 1 . . P r e d i c t i o n 6 ' s 3 ; ~ — - — ~ - - ~ ~ “ * : ' " ‘ % ‘ i — i f , g : v 2 % K r a f t ( N H K ) 4 . v E A X a 6 W T ? “ ' n r t a r 2 _ g g A A a t o A 8 8 A A A o l 1 1 l 1 1 l 1 O 3 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 E x p o s u r e t o N a t u r a l W e a t h e r i n g ( M o n t h s ) ( b ) E f f e c t o f F i b e r C o n t e n t F i g u r e 6 . 1 6 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e a n d c o n t e n t o n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s s u b j e c t e d t o n a t u r a l w e a t h - e r i n g . T h e fl e x u r a l s t r e n g t h s o f u n a g e d a n d a g e d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e o f p l a i n m o r t a r . T h e i m p r o v e m e n t i n s t r e n g t h d u e t o fi b e r a d d i t i o n w a s m o r e p r o n o u n c e d a t a l l a g e s i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t fi b e r s . T h e fl e x - u r a l s t r e n g t h o f u n a g e d fi b r o u s c o m p o s i t e s a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n , w h e n c o m p a r e d w i t h t h a t o f p l a i n m a t r i x , w a s a b o u t 3 t i m e s h i g h e r f o r k r a f t p u l p s ( S S K a n d N H K ) a n d 2 t i m e s h i g h e r f o r t h e m e c h a n i c a l p u l p ( l O O O L ) . A f t e r o n e y e a r o f e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g , f i b r o u s c o m p o s i t e s s t i l l m a i n t a i n e d h i g h e r s t r e n g t h o v e r p l a i n m o r t a r . T h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f fi b r o u s c o m p o s i t e s w i t h 2 % fi b e r c o n t e n t s w h e n c o m p a r e d w i t h t h a t o f p l a i n m a t r i x , a f - t e r o n e y e a r o f e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g w e r e 9 5 % h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( S S K ) , 8 5 % h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( N H K ) , a n d 5 4 % h i g h e r f o r m e c h a n i c a l p u l p ( 1 0 0 0 L ) . 2 4 3 N a t u r a l a g e i n g t e n d s t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f b o t h p l a i n a n d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e a g e i n g o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g d i f f e r e n t w o o d fi b e r t y p e s a n d c o n t e n t s w e r e s i m i l a r . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h a f t e r o n e y e a r o f e x - p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g w a s h i g h e r f o r p l a i n m o r t a r ( 5 6 % o v e r u n a g e d s p e c i m e n ) t h a n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s ( 4 % f o r k r a f t p u l p s N H K a n d S S K , a n d 1 0 % f o r t h e m e c h a n i c a l p u l p 1 0 0 0 L ) . A n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n o f t e s t r e s u l t s a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t , c o n s i d e r i n g t h e r a n d o m e x p e r i m e n t a l e r - r o r s , c h a n g e s i n fl e x u r a l s t r e n g t h o f p l a i n a n d fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s w i t h e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g w e r e n o t s i g n i fi c a n t . I t s h o u l d b e n o t e d h e r e t h a t e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g f o r o n l y o n e y e a r m a y n o t b e s u f fi c i e n t t o d e r i v e r e l i a b l e c o n c l u s i o n s ; s t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h w i t h i n c r e a s e d e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g f o r p l a i n m o r t a r a s w e l l a s fi b r o u s c o m p o s i t e s . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 % m a s s f r a c t i o n o f k r a f t p u l p ( N H K ) s h o w e d s l i g h t l y h i g h e r s t r e n g t h a t a l l a g e s w h e n c o m p a r e d w i t h c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . H o w e v e r , fi b e r c o n t e n t d i d n o t s h o w a n y s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h a t d i f f e r e n t a g e s . T e s t r e s u l t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r p l a i n m a t r i x a n d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s - i t e s e x p o s e d t o n a t u r a l w e a t h e r i n g a r e p r e s e n t e d i n T a b l e s 6 . 1 0 a n d F i g u r e 6 . 1 7 . 2 4 4 T a b l e 6 . 1 0 E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s ( N - m , a v e r a g e o f 1 0 t e s t s 1 s t a n d a r d d e v i a t i o n ) F i b e r T y p e [ O u t d o o r E x p o s u r e ( N u m b e r o f M o n t h s ) & C o n t e n t I 0 3 6 9 1 2 P l a i n 2 . 8 2 4 7 2 . 8 3 1 7 2 . 3 0 5 1 1 . 8 3 2 3 1 . 6 5 1 8 1 2 . 1 4 7 1 2 . 3 0 2 1 2 . 3 5 2 1 1 . 5 2 3 1 1 . 6 6 2 1 % K r a f t 6 0 . 2 2 3 5 8 . 7 0 5 5 4 . 1 0 4 4 5 . 3 1 5 4 2 . 1 0 4 ( N H K ) 1 2 0 . 9 3 1 1 9 . 1 1 1 2 2 . 3 9 1 1 6 . 6 9 1 1 4 . 9 4 2 % K r a f t 7 3 . 8 9 5 5 3 . 1 3 5 3 9 . 1 2 3 3 0 . 0 7 8 2 9 . 1 0 6 ( N H K ) 1 2 7 . 9 5 1 1 8 . 2 4 1 1 3 . 9 8 1 1 7 . 2 1 1 1 1 . 9 6 2 % K r a f t 6 8 . 0 1 9 4 8 . 1 0 4 4 0 . 3 8 7 3 3 . 1 2 3 3 1 . 8 8 6 ( S S K ) 1 2 9 . 3 9 1 2 4 . 3 8 1 1 6 . 4 4 1 1 7 . 8 8 1 2 1 . 9 1 2 % M e c h . 9 . 1 5 2 1 8 . 5 3 4 5 7 . 7 2 3 0 6 . 9 6 2 3 6 . 6 5 1 3 ( 1 0 0 0 L ) 1 3 . 0 8 5 1 3 . 2 3 1 1 2 . 1 3 1 1 3 . 1 0 2 1 5 . 2 9 8 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - r n m ) 9 A 2 : r u n ( s s x ) ‘ 2 0 P D 2 : K u r t ( N H K ) V 2 % M e c h . ( 1 0 0 0 1 . ) 1 0 0 - 0 3 2 % K r a f t ( N H K ) T e s t D a u 0 0 - a / 6 0 - E . A T u n e - S e r i e s . 2 % K r a l t ( S S K ) P m ‘ 0 _ g , i 2 % M e c h . m o o n 8 2 0 ~ v A o . f . , . . . 0 3 a 0 1 2 1 5 r e 2 1 E x p o s u r e t o N a t u r a l W e a t h e r i n g ( M o n t h s ) ( a ) E f f e c t o f F i b e r T y p e F i g u r e 6 . 1 7 E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . 2 4 5 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N — r n m ) 1 4 0 V A P l a i n M o r t a r 1 ‘ 2 0 b D 1 % K r a f t ( N H K ) [ : 1 V 2 2 K r a f t ( N H K ) 1 0 0 r V T u r b a n V a 8 0 _ v E ] 2 % K r a f t ( N H K ) - 1 . . . , , , , , , , , D E ] T i m e - S e r i e s 6 0 _ U 1 % K r a f t ( N H K ) P r e d i c t i o n 4 0 L . V 5 2 0 — , - - : ‘ _ “ ” ' “ ' * ‘ - - - - _ A P l a i n M o r t a f “ “ “ “ “ “ “ 0 E + i + 4 1 . . 0 3 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 E x p o s u r e t o N a t u r a l W e a t h e r i n g ( M o n t h s ) ( b ) E f f e c t o f F i b e r C o n t e n t F i g u r e 6 . 1 7 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f M o l d e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s . T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e a n d c o n t e n t o n fl e x u r a l t o u g h n e s s o f t h e c o m p o s i t e s u b j e c t e d t o n a t u r a l w e a t h - e r i n g . T h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f u n a g e d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w a s s i g n i fi - c a n t l y h i g h e r t h a n t h a t o f p l a n e m o r t a r . T h e i m p r o v e m e n t i n f l e x u r a l t o u g h n e s s d u e t o fi b e r a d d i t i o n w a s m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t fi b e r s . T h e fl e x u r a l t o u g h - n e s s o f u n a g e d fi b r o u s c o m p o s i t e s a t 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n , w h e n c o m p a r e d w i t h t h a t o f p l a i n m a t r i x , w e r e a b o u t 2 4 t i m e s h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( S S K ) , 2 6 t i m e s h i g h e r f o r k r a f t p u l p ( N H K ) a n d 3 t i m e s h i g h e r f o r m e c h a n i c a l p u l p ( 1 0 0 0 L ) . A f t e r o n e y e a r o f e x p o s u r e t o n a t - u r a l w e a t h e r i n g , fi b r o u s c o m p o s i t e s s t i l l h a d h i g h e r fl e x u r a l t o u g h n e s s v a l u e s c o m p a r e d t o p l a i n m o r t a r . T h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s w i t h 2 % fi b e r c o n t e n t , w h e n c o m p a r e d w i t h t h a t o f p l a i n m a t r i x , a f t e r o n e y e a r o f e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g w a s a b o u t 1 9 t i m e s f o r k r a f t p u l p ( S S K ) , 1 8 t i m e s f o r k r a f t p u l p ( N H K ) , a n d 4 t i m e s f o r m e c h a n i c a l p u l p ( 1 0 0 0 L ) . ' E x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g c a u s e d a m a j o r d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r b o t h 2 4 6 p l a i n a n d fi b r o u s c o m p o s i t e s . T h e r e d u c t i o n i n fl e x u r a l t o u g h n e s s a f t e r o n e y e a r o f n a t u r a l e x p o s u r e w a s s l i g h t l y h i g h e r f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % k r a f t p u l p ( 5 3 % d r o p f o r k r a f t p u l p S S K a n d 6 0 % f o r k r a f t p u l p N H K ) t h a n p l a i n c e m e n t m o r t a r a n d c o m p o s i t e s c o n t a i n - i n g 2 % m e c h a n i c a l p u l p ( 4 2 % d r o p f o r p l a i n c e m e n t m o r t a r a n d 2 8 % f o r m e c h a n i c a l p u l p 1 0 0 0 L ) . A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t e s t d a t a a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e c o n fi r m e d s i g n i fi c a n t d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r p l a i n m o r t a r a n d fi b r o u s c o m p o s i t e s . A c c u r a t e v a l u e s o f t o u g h n e s s f o r p l a i n m a t r i x a n d c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g m e c h a n i c a l p u l p c o u l d n o t b e o b - t a i n e d d u e t o v e r y l o w t o u g h n e s s v a l u e s o f t h e s e c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d d e c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o f p l a i n m o r t a r a n d fi b r o u s c o m p o s i t e s w i t h i n c r e a s e d e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g . C o m p o s i t e c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n o f k r a f t p u l p ( N H K ) s h o w e d h i g h e r fl e x u r a l t o u g h n e s s v a l u e s w h e n c o m p a r e d t o c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 % fi b e r m a s s f r a c t i o n b e f o r e a g e i n g . H o w e v e r , fl e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n d r o p p e d m o r e s e v e r e l y ( 6 0 % ) w i t h a g e i n g c o m p a r e d t o c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 1 % fi b e r m a s s f r a c - t i o n ( 3 0 % d r o p ) . F i b e r c o n t e n t w a s f o u n d t o h a v e s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n t h e a g e i n g e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s . T h e t r e n d s o b s e r v e d i n t h i s s t u d y u n d e r e x p o s u r e t o n a t u r a l a g e i n g a r e i n c l o s e c o m - p a r i s o n w i t h t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g ( w e t t i n g a n d d r y i n g t e s t s ) . 6 . 7 . 2 E f f e c t o f B l e a c h i n g T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t e s t r e s u l t s o n t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e u n b l e a c h e d a n d b l e a c h e d S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) [ 4 1 ] . U n b l e a c h e d w o o d fi b e r s c o n t a i n s m a l l a m o u n t s o f l i g n i n w h i c h a r e s u s c e p t i b l e t o a l k a l i n e a t t a c k . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g m o l d i n g t e c h n i q u e a n d t h e fi b e r c o n t e n t w a s 2 % b y m a s s . T h e m a t r i x m i x p r o p o r t i o n s a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 5 . T h e e x p e r i m e n t a l d e s i g n u s e d i n t h i s s t u d y i s p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 4 . S t a t i s t i c a l a n a l y s e s o f t h e t e s t d a t a w e r e p e r f o r m e d i n t w o s t a g e s . A n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n t e c h n i q u e s w e r e u s e d i n o r d e r t o d e r i v e r e l i a b l e c o n c l u s i o n s r e g a r d i n g t h e d i f f e r e n c e s i n c o m p o s i t e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a t d i f f e r e n t a g e i n g s t a g e s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s t e c h n i q u e s w e r e t h e n u s e d t o p r e d i c t t h e t r e n d s i n t h e b e h a v i o r o f t h e c o m p o s i t e b e y o n d t h e t e s t i n g p e r i o d . 2 4 7 6 . 7 . 2 . 1 A c c e l e r a t e d W e t t i n g - D r y i n g A c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g t e s t s w e r e p e r f o r m e d t o s t u d y t h e a g e i n g b e h a v i o r o f t h i n - s h e e t w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g u n b l e a c h e d a n d b l e a c h e d k r a f t p u l p ( S S K ) . F l e x u r a l t e s t s w e r e p e r f o r m e d o n c o m p o s i t e s s u b j e c t e d t o 0 , 1 2 , 2 4 , 3 0 , 6 0 a n d 1 2 0 c y c l e s o f a c c e l e r a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g . T h e e f f e c t s o f b l e a c h i n g o f fi b e r s o n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s a f t e r d i f f e r e n t w e t - t i n g - d r y i n g c y c l e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e s 6 . 1 1 a n d F i g u r e 6 . 1 8 . T a b l e 6 . 1 1 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s ( a v e r a g e 1 s t a n d a r d d e v i a t i o n ) ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) F i b e r T y p e W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s 2 % K r a f t 5 . 5 7 6 7 5 . 5 5 2 5 5 . 7 7 8 0 ( S S K ) 1 0 . 6 0 9 1 1 . 0 8 0 1 0 . 8 0 1 1 1 . 4 4 8 1 1 . 3 2 9 1 1 . 5 4 6 B l e a c h e d 2 % K r a f t 5 . 0 1 3 5 5 . 1 7 7 3 5 . 2 1 0 5 5 . 2 6 9 3 5 . 4 9 8 6 5 . 6 9 8 6 ( S S K ) 1 1 . 2 4 4 1 0 . 4 0 5 1 1 . 2 7 8 1 0 . 8 4 4 1 1 . 2 5 1 1 1 . 7 2 6 U n b l e a c h e d ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m ) F i b e r . 1 , W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s - & C ° m ° m 2 4 3 0 6 0 1 2 0 2 % K r a f t 3 4 . 0 1 0 2 9 . 6 0 3 1 8 . 0 7 8 1 4 . 2 3 6 1 ( S S K ) 1 2 9 . 3 9 1 1 4 . 0 3 1 1 6 . 5 5 1 1 4 . 2 3 1 1 2 . 4 3 1 7 . 6 8 3 B l e a c h e d 2 % K r a f t 7 8 . 8 9 5 4 3 . 1 2 9 3 6 . 5 0 7 3 0 . 6 3 2 1 8 . 8 1 2 1 7 . 4 8 4 ( S S K ) 1 2 9 . 8 4 1 1 5 . 4 1 1 2 5 . 5 7 1 1 0 . 7 1 1 7 . 7 2 8 1 1 0 . 0 1 U n b l e a c h e d . 2 4 8 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) T e s t D a t a T a n k - S e r i e s T e s t D a t a 1 0 A A E g 0 A g 2 B l e a c h e d K r a f t Q A D A a , _ 1 . . . . - . ” - 6 _ , 3 - ‘ _ - A - . . 4 r . 2 . — A B l e a c h e d K r a f t U U n b l e a c h e d K r a f t o 1 l L 1 l l 1 l l 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 N o . o f W e t t i n g a n d D r y i n g C y c l e s ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h ” 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) A D A B l e a c h e d K r a f t 1 ‘ 2 0 t D U n b l e a c h e d K r a f t 1 0 0 r - 8 0 - 6 0 - 4 0 - 2 0 - 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 N o . o f W e t t i n g a n d D r y i n g C y c l e s ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s F i g u r e 6 . 1 8 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . 2 4 9 T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a o n t h e fl e x u r a l p e r f o r - m a n c e o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s d u e t o a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g . T h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f u n a g e d a n d a g e d c e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d w o o d fi b e r s w a s h i g h e r ( b y 9 % a n d 7 % , r e s p e c t i v e l y ) t h a n t h a t o f c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n - f o r c e d w i t h b l e a c h e d w o o d fi b e r s a t t h e s a m e a g e . W e t t i n g - d r y i n g c y c l e s t e n d t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h d u e t o a g e i n g ( a f t e r 1 2 0 c y c l e s o f a c - c e l e r a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g ) w a s 1 1 % a n d 1 3 % f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s , r e s p e c t i v e l y . A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t e s t r e s u l t s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t , c o n s i d e r i n g t h e r a n d o m e x p e r i m e n t a l e r r o r s , c h a n g e s i n fl e x u r a l s t r e n g t h o f b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s w i t h w e t - t i n g - d r y i n g c y c l e s w e r e n o t s i g n i fi c a n t . S t a t i s t i c a l t i m e — s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e - c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h f o r b o t h c o m p o s i t e s w i t h i n c r e a s e d n u m b e r s o f w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s . T h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f u n a g e d a n d a g e d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e h i g h e r ( b y 1 6 % a n d 2 3 % , r e s p e c t i v e l y ) t h a n t h o s e o f b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . A c c e l e r a t e d w e t t i n g — d r y i n g c y c l e s c a u s e d a s e v e r e d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b r o u s c o m p o s i t e s . T h e r e d u c t i o n i n fl e x u r a l t o u g h n e s s d u e t o a g e i n g ( 1 2 0 c y c l e s o f a c c e l e r a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g ) w a s 8 0 % a n d 7 8 % , r e s p e c t i v e l y , f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s . A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t e s t d a t a a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e c o n fi r m e d s i g n i fi c a n t d r o p s i n t h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f b o t h c o m p o s i t e s . I n t h i s c a s e , i t w a s a l s o n o t e d t h a t , a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e , t h e i n i t i a l 1 2 c y c l e s o f w e t t i n g - d r y i n g c a u s e d s i g n i fi c a n t d r o p s i n f l e x u r a l t o u g h n e s s ; c o n s e q u e n t c y c l e s c a u s e d o n l y g r a d u a l d r o p s i n t o u g h n e s s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e - r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d d e c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r b o t h c o m p o s i t e s w i t h i n c r e a s e d n u m b e r s o f w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s . C o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s , w h i c h c o n t a i n s m a l l a m o u n t s o f l i g n i n , p r o d u c e d c o m p a r a b l e r e s u l t s w i t h t h o s e o f c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h b l e a c h e d fi b e r s a t a l l a g e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g . B l e a c h i n g o f fi b e r s c o u l d n o t m i t i g a t e t h e m e c h a - n i s m s o f a g e i n g i n w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s . 2 5 0 6 . 7 . 2 . 2 A g e i n g U n d e r F r e e z e - T h a w C y c l e s W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z - i n g a n d t h a w i n g i n w a t e r , a n d w e r e t e s t e d f o r t h e i r f u n d a m e n t a l t r a n s v e r s e f r e q u e n c y a t r e g - u l a r i n t e r . T h e r e s i s t a n c e o f b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b r o u s c o m p o s i t e s t o r a p i d l y r e p e a t - e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 1 2 a n d F i g u r e 6 . 1 9 . T h e r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f t h e m a t e r i a l i s p r e s e n t e d a s a f u n c t i o n o f t h e n u m b e r o f r e p e a t e d f r e e z e - t h a w c y c l e s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e s p e c i m e n s t e s t e d h e r e w e r e n o t a i r - e n t r a i n e d T a b l e 6 . 1 2 E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c - i t y o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s ( % , a v - e r a g e 1 h a l f t h e r a n g e ) N u m b e r o f F r e e z i n g - T h a w i n g C y c l e s F i b e r T y p e * & C o m c m o I 2 0 4 o 6 0 I 8 0 I 1 0 0 I 1 2 0 I 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 2 % K r a f t 1 0 0 1 0 0 . 0 6 1 0 0 . 1 2 9 9 . 8 8 3 1 0 0 . 3 0 1 0 0 . 2 9 1 0 0 . 7 0 1 0 0 . 5 9 ( S S K ) 1 0 . 0 6 1 0 . 4 7 1 0 . 1 2 1 0 . 0 0 1 0 . 2 9 1 0 . 1 2 1 0 . 1 2 3 1 m m “ 1 0 0 . 4 1 1 0 0 . 5 3 1 0 0 . 7 5 1 0 0 . 9 5 1 0 0 . 7 6 1 0 0 . 8 6 1 0 0 . 4 1 1 0 0 . 5 2 1 0 . 1 2 1 0 . 2 3 1 0 . 2 4 1 0 . 3 5 1 0 . 1 7 1 0 . 7 0 1 0 . 0 6 1 0 . 2 5 2 % K r a f t 1 0 0 1 0 0 . 9 6 1 0 1 . 2 8 1 0 1 . 6 5 1 0 1 . 7 5 1 0 2 . 0 1 1 0 1 . 7 2 1 0 1 . 8 6 ( S S K ) 1 0 . 2 7 1 0 . 3 2 1 0 . 2 9 1 0 . 1 8 1 0 . 3 2 1 0 . 2 6 1 0 . 3 1 ” n u m b “ 1 0 1 . 8 1 1 0 1 . 4 1 1 0 0 . 9 5 1 0 0 . 5 8 1 0 0 . 2 5 1 0 0 . 0 5 9 9 . 8 2 5 9 9 . 5 9 5 1 0 . 2 4 1 0 . 2 6 1 0 . 3 0 1 0 . 2 5 1 0 . 2 3 1 0 . 1 9 1 0 . 2 5 1 0 . 3 1 T h e r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s i n c r e a s e d s l i g h t l y u n d e r r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g . M u c h o f t h e i n c r e a s e w a s f o u n d a t e a r l i e r c y c l e s , w h i l e l a t e r c y c l e s s h o w e d g r a d u a l d e c r e a s e i n r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . T h e b e h a v i o r o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g u n b l e a c h e d a n d 2 5 1 b l e a c h e d fi b e r s d u e t o f r e e z i n g a n d t h a w i n g w e r e c o m p a r a b l e . S t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l - y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d a s l i g h t d r o p i n r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s - t i c i t y f o r b o r h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b r o u s c o m p o s i t e s w i t h c o n t i n u e d c y c l e s o f f r e e z - i n g a n d t h a w i n g . T h e i n c r e a s e d r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f fi b r o u s c o m p o s - i t e s m a y b e p a r t l y a t t r i b u t e d t o t h e d e n s i fi c a t i o n o f t h e m a t r i x i n t h e i n t e r f a c e z o n e s a n d p e t r i fi c a t i o n o f w o o d fi b e r s w i t h a g e i n g . R e l . D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y ( % ) 1 1 0 - A - 2 % K r a f t B l e a c h e d - B - 2 % K r a f t U n b l e a c h e d T e s t D a t a 1 0 5 T u n e - S e r i e s P r e d i c u ' o n 9 5 r - 9 0 l J l J 1 l l l 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 N o . o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g C y c l e s F i g u r e 6 . 1 9 E f f e c t s o f F r e e z i n g a n d T h a w i n g o n t h e R e l a t i v e D y n a m i c M o d u l u s o f E l a s t i c i t y o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . 6 . 7 . 2 . 3 N a t u r a l W e a t h e r i n g T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t e s t r e s u l t s o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s u n d e r t h e e f f e c t s o f n a t u r a l w e a t h e r i n g . T h e c o m p o s i t e s w e r e e x p o s e d t o t h e r e l a t i v e l y h a r s h n a t u r a l e n v i r o n m e n t o f M i c h i g a n f o r o n e y e a r a n d w e r e t e s t e d f o r t h e i r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e a t r e g u l a r i n t e r v a l s o f 3 m o n t h s . T e s t r e s u l t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n - b l e a c h e d w o o d fi b e r s a t d i f f e r e n t a g e s o f n a t u r a l w e a t h e r i n g a r e p r e s e n t e d i n T a b l e s 6 . 1 3 a n d F i g u r e 6 . 2 0 . ' 2 5 2 T a b l e 6 . 1 3 E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s ( a v e r a g e o f 1 0 t e s t s 1 s t a n - d a r d d e v i a t i o n ) . ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) F i b e r T . O u t d o o r E x p o s u r e ( N u m b e r o f M o n t h s ) & C o n t e n t 0 3 6 9 1 2 = % = = 2 % K r a f t 5 . 4 7 2 6 5 . 4 7 6 7 5 . 5 3 3 2 5 . 6 5 1 8 5 . 7 1 8 9 ( S S K ) 1 0 . 6 0 9 1 0 . 7 9 0 1 1 . 0 7 1 1 1 . 4 3 1 7 1 1 . 4 3 3 2 B l e a c h e d 2 % K r a f t 5 . 0 1 3 5 5 . 0 1 8 5 5 . 1 0 3 1 5 . 2 3 1 9 5 . 2 8 4 0 ( S S K ) 1 1 . 2 4 4 1 0 . 8 0 4 1 1 . 2 5 2 1 1 . 5 8 4 6 1 1 . 2 0 2 U n b l e a c h e d ( a ) F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m ) O u t d o o r E x p o s u r e ( N u m b e r o f M o n t h s ) F i b e r T y p e & C o n t e n t 3 6 9 2 % K r a f t ( S S K ) 1 2 9 . 3 9 1 2 4 . 3 8 1 1 6 . 4 4 1 1 7 . 8 8 1 2 1 . 9 1 B l e a c h e d 2 % K r a f t 7 8 . 8 9 5 5 1 . 2 3 0 4 2 . 1 0 8 3 4 . 0 0 3 3 2 . 5 7 2 ( S S K ) 1 2 9 . 8 4 1 1 7 . 9 1 1 1 5 . 0 5 1 1 2 . 1 5 1 1 3 . 3 8 U n b l e a c h e d 2 5 3 8 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) T e s t D a t a T u r b a n T i m e - S e r i e s : 1 A A A g B l e a c h e d K r a f t 6 ~ 9 E A S / E _ _ , _ - - _ - _ - E \ - a - U n b l e a c h e d K r a f t a A D a 4 1 - D U A e A 1 3 A ' 3 c 1 2 . — A B l e a c h e d K r a f t U U n b l e a c h e d K r a f t o l l l I 1 l l l o 3 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 E x p o s u r e t o N a t u r a l W e a t h e r i n g ( M o n t h s ) ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h 1 4 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) A D A B l e a c h e d K r a f t 1 2 0 h D U n b l e a c h e d K r a f t 1 0 0 e E a B l e a c h e d K r a f t 8 0 - C l 6 0 - 4 0 c 2 0 - o l 1 F i g u r e 6 . 2 0 E f f e c t s o f N a t u r a l W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f C o m p o s i t e s C o n t a i n i n g B l e a c h e d a n d U n b l e a c h e d W o o d F i b e r s . 3 6 9 1 2 1 5 1 6 2 1 E x p o s u r e t o N a t u r a l W e a t h e r i n g ( M o n t h s ) ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s 2 5 4 T h e fl e x u r a l s t r e n g t h s o f u n a g e d a n d a g e d b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e o n t h e a v e r a g e , h i g h e r ( b y 9 % a n d 8 % , r e s p e c t i v e l y ) t h a n t h o s e o f u n - b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . E x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g t e n d s t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e i n c r e a s e s i n fl e x u r a l s t r e n g t h w i t h a g e i n g f o r c o m p o s - i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s w e r e c o m p a r a b l e ( a b o u t 3 % i n - c r e a s e ) . A n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n o f t e s t r e s u l t s a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v - e l d i d n o t i n d i c a t e a n y s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o f a g e i n g o n fl e x u r a l s t r e n g t h . I t s h o u l d b e n o t e d h e r e t h a t e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g f o r o n l y o n e y e a r m a y n o t b e s u f fi c i e n t t o d e r i v e r e l i a b l e c o n c l u s i o n s o n a g e i n g e f f e c t s . H o w e v e r , s t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h f o r b o t h c o m p o s i t e s w i t h i n c r e a s e d e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g . T h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f u n a g e d a n d a g e d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e h i g h e r ( b y 1 6 % a n d 2 0 % , r e s p e c t i v e l y ) t h a n t h o s e o f b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . A c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s c a u s e d a d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b r o u s c o m p o s i t e s . T h e r e d u c t i o n i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w i t h a g e i n g f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s w e r e c o m p a r a b l e ( a p p r o x i m a t e l y 5 5 % d r o p ) . A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t h e t o u g h n e s s t e s t d a t a a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e c o n fi r m e d t h e s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o f b o t h c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d d e c r e a s e i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w i t h i n c r e a s e d e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g . T h e t r e n d s o b s e r v e d i n t h i s s t u d y u n d e r e x p o s u r e t o n a t u r a l a g e i n g a r e i n c l o s e c o m - p a r i s o n w i t h t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n a c c e l e r a t e d w e t t i n g a n d d r y i n g t e s t s . 6 . 7 . 3 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s T h i s s e c t i o n p r e s e n t s t h e t e s t r e s u l t s o f a c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l s t u d y o f d i f f e r e n t p a r a m e t e r s a n d t h e i r e f f e c t s o n a g e i n g . A n e x p e r i m e n t a l p r o g r a m w a s d e v e l o p e d b a s e d o n t h e s t a t i s t i c a l m e t h o d o f f r a c t i o n a l f a c t o r i a l d e s i g n . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e . T h e v a r i a b l e s o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y w e r e : ( 1 ) 2 5 5 w o o d fi b e r t y p e ( s o f t w o o d & h a r d w o o d ) ; ( 2 ) fi b e r m a s s c o n t e n t ( 4 % & 8 % ) ; ( 3 ) p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % fl y a s h & 1 5 % s i l i c a f u m e ) ; a n d ( 4 ) s i l i c a s a n d c o n t e n t ( s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o = 0 . 5 & 1 . 0 ) . W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m - p o s i t e s w e r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e b e f o r e a n d a f t e r a g e i n g . 6 . 7 . 3 . 1 A c c e l e r a t e d W e t t i n g - D r y i n g A c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g t e s t s w e r e p e r f o r m e d t o s t u d y t h e a g e i n g b e h a v i o r o f t h i n - s h e e t w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . F l e x u r a l t e s t s w e r e p e r f o r m e d o n u n - a g e d ( 0 c y c l e s ) a n d a g e d c o m p o s i t e s s u b j e c t e d t o 2 5 c y c l e s o f a c c e l e r a t e d w e t t i n g a n d d r y - i n g . T h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e , fi b e r m a s s f r a c t i o n , b i n d e r t y p e , a n d a g e i n g o n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 1 4 . S t a t i s t i c a l f r a c t i o n a l f a c t o r i a l a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d o n t h e g e n e r a t e d t e s t d a t a i n o r d e r t o d i s t i n g u i s h t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t f a c t o r s i n v o l v e d . 2 5 6 T a b l e 6 . 1 4 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y ( a v e r a g e 1 h a l f t h e r a n g e o f t w o r e p l i c a t i o n s ) * F i b e r T y p e F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 8 8 4 8 4 8 4 B i n d e r S F F A S F F A S F F A F A F A W e t - D r y C y c l e s 0 2 5 0 0 2 5 2 5 0 2 5 S a n d C o n t e n t ( S I B ) 0 . 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 5 0 . 5 0 . 5 1 . 0 F l e x u r a l S t r e n g t h 1 0 . 6 1 8 . 7 3 8 9 . 6 5 4 7 . 7 6 5 9 . 4 2 2 8 . 2 2 4 8 . 9 7 0 6 . 3 2 2 ( M P a ) 1 0 . 5 4 1 0 . 6 5 1 0 . 6 5 1 0 . 5 3 1 0 . 7 2 1 0 . 8 2 1 0 . 6 2 1 0 . 4 9 F l e x u r a l T o u g h n e s s 4 1 7 . 3 2 5 9 . 2 4 4 4 . 9 2 6 1 . 8 2 5 9 . 1 1 6 1 . 4 4 1 7 . 3 1 8 2 . 2 ( N - m m ) 1 5 0 . 3 1 4 2 . 7 1 5 8 . 9 1 3 0 . 5 1 3 8 . 3 1 4 9 . 5 1 5 9 . 1 1 4 5 . 7 M i x 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 F i b e r T y p e S S K S S K N H K N H K S S K S S K S S K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 4 4 4 8 8 4 4 B i n d e r F A S F S F S F F A S F S F F A W e t - D r y C y c l e s 0 0 0 2 5 2 5 2 5 2 5 0 S a n d C o n t e n t ( S / B ) 1 . 0 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 0 . 5 F l e x u r a l S t r e n g t h 8 . 9 7 0 6 . 9 5 6 8 . 5 4 1 7 . 5 9 7 1 0 . 4 0 1 . 0 8 7 6 . 9 8 5 7 . 5 7 0 ( M P a ) 1 0 . 7 2 1 0 . 5 7 1 0 . 4 6 1 0 . 5 7 1 0 . 6 1 1 0 . 3 5 1 0 . 6 2 1 0 . 5 2 F l e x u r a l T o u g h n e s s 4 3 7 . 5 2 5 5 . 4 2 4 1 . 9 1 6 7 . 8 2 4 8 . 3 2 6 5 . 4 1 6 5 . 5 2 7 4 . 8 ( N - m m ) 1 7 2 . 2 1 4 7 . 9 1 4 9 . 5 1 4 5 . 9 1 5 0 . 3 1 4 8 . 5 1 5 1 . 0 1 4 8 . 2 * s e e A p p e n d i x B f o r n o t a t i o n T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s o f a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s o f t w o o d k r a f t p u l p ( S S K ) a n d h a r d w o o d k r a f t p u l p ( N H K ) p r o d u c e d c o m p a r a b l e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s . F i b e r c o n t e n t , c h a n g i n g f r o m 4 % t o 8 % , i n c r e a s e d b o t h fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s s i g n i fi c a n t l y . P a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e - m e n t w i t h s i l i c a f u m e w h e n c o m p a r e d t o fl y a s h p r o d u c e d h i g h e r fl e x u r a l s t r e n g t h s ; t o u g h - 2 5 7 n e s s v a l u e s , h o w e v e r , w e r e c o m p a r a b l e . R e d u c e d s a n d c o n t e n t s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e d t h e fl e x u r a l s t r e n g t h , w h e r e a s t o u g h n e s s w a s r e d u c e d a t l o w e r s a n d c o n t e n t s . A c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g s l i g h t l y i m p r o v e s t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f w o o d fi b e r r e - i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a t a l l fi b e r c o n t e n t s ( F i g u r e 6 . 2 1 a ) . H o w e v e r , t h e i n c r e a s e w a s n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e r e w e r e s i g n i fi c a n t e f f e c t s o f a g e i n g o n fl e x u r a l t o u g h n e s s ( F i g u r e 6 . 2 1 b ) , w h e r e t o u g h n e s s r e d u c e d c o n s i d e r a b l y w i t h a g e i n g ( 2 5 c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g ) . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t a g e i n g l e a d s t o p e t r i fi c a - t i o n ( fi l l i n g ) o f fi b e r s w i t h c e m e n t h y d r a t i o n / c a r b o n a t i o n . 1 4 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 1 2 e 1 0 ~ r — I a . 1 a . . ‘ . l 2 4 0 r fl 0 2 5 W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h 0 0 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) b o o - I 4 0 0 ‘ 3 0 0 . . \ 2 0 0 - 1 1 0 0 ‘ 0 ‘ . 1 0 2 6 W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s F i g u r e 6 . 2 1 E f f e c t s o f A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n - t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 2 5 8 T h e i n t e r a c t i o n c u r v e s o b t a i n e d t h r o u g h f r a c t i o n a l f a c t o r i a l a n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t h e r e s u l t s a r e p r e s e n t e d i n F i g r u e 6 . 2 2 f o r fl e x u r a l s t r e n g t h a n d F i g u r e 6 . 2 3 f o r fl e x u r a l t o u g h n e s s . E a c h c u r v e r e p r e s e n t s t h e t r e n d i n a g e i n g e f f e c t s a t t w o d i f f e r e n t l e v e l s o f a s p e - c i fi c v a r i a b l e . S i m i l a r s l o p e s o f t h e t r e n d s w o u l d i n d i c a t e w e a k i n t e r a c t i o n b e t w e e n a g e i n g a n d t h e v a r i a b l e w h i l e d i f f e r e n t s l o p e s a r e i n d i c a t i v e o f d i f f e r e n t a g e i n g p e r f o r m a n c e s a t d i f f e r e n t l e v e l s o f t h e v a r i a b l e . 1 4 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) + u 1 2 ' + 1 0 1 1 0 - 5 £ 8 W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ( a ) F i b e r T y p e 1 4 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) ‘ + c s fi b e r C o n t e n t 1 2 + a s fi b e r c o n t e n t 1 0 - g m a - H — a B - r ‘ - 1 2 . 1 o I U 0 a s W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ( b ) F i b e r C o n t e n t F i g u r e 6 . 2 2 I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 2 5 9 1 4 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 1 2 + C s n s n t + 8 m e a m + c o u n t r y “ . 1 0 4 L 4 0 4 A “ 6 - 1 6 ' 1 2 - 1 0 r r 0 2 5 W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ( c ) B i n d e r 1 4 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) + S a n d / O m e n ! I 0 . 6 1 2 ‘ + B a n d / C o n a n t I 1 . 0 1 0 ‘ ' 1 1 ; q 0 2 5 W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ( d ) S a n d C o n t e n t F i g u r e 6 . 2 2 ( c o n t ’ d ) I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . z m d - l O \ I 5 2 2 6 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) + 3 ! 5 0 0 « + 1 1 1 1 : 4 0 0 1 3 0 0 ~ \ 2 0 0 « 1 0 0 ‘ 2 5 W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ° - 4 ( a ) F i b e r T y p e s o c F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) + 4 : fi b e r C o n t e n t 5 0 0 - + a s n b c C o n t e n t 4 0 0 a 3 0 0 . 1 0 0 - W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ( b ) F i b e r C o n t e n t F i g u r e 6 . 2 3 I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 2 6 1 0 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) + C o n a n t + S i l i c a M e 6 0 0 - ‘ + fl u e n t i t fl y A s h m . 1 3 0 0 4 \ 2 0 0 - l o o - 0 . r 0 2 5 W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ( 0 ) B i n d e r ” 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) + S a n d / C a n e s ! - 0 . 5 5 0 0 - + s a n d / C e m e n t - 1 . 0 4 0 0 i 3 0 0 . \ 2 0 0 - 1 0 0 ~ 0 . r o 2 6 W e t t i n g - D r y i n g C y c l e s ( d ) S a n d C o n t e n t F i g u r e 6 . 2 3 ( c o n t ’ d ) I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d A c c e l e r a t e d W e a t h e r i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . S t a t i s t i c a l a n a l y s e s i n d i c a t e d t h a t o n l y fi b e r c o n t e n t ( F i g u r e 6 . 3 3 b ) i n f l u e n c e d t h e a g - i n g e f f e c t o n fl e x u r a l t o u g h n e s s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e a d v e r s e e f f e c t s o f a g e i n g o n fl e x u r a l t o u g h n e s s w e r e r e d u c e d a t l o w e r fi b e r c o n t e n t s . I 6 . 7 . 3 . 1 H o t W a t e r S o a k T h i n - s h e e t w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w e r e s u b j e c t e d t o h o t w a t e r s o a k f o r 5 5 d a y s i n o r d e r t o s t u d y t h e i r a g e i n g b e h a v i o r . F l e x u r a l t e s t s w e r e t h e n p e r f o r m e d 2 6 2 o n s a t u r a t e d u n a g e d a n d a g e d c o m p o s i t e s . T h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e , fi b e r m a s s f r a c t i o n , b i n d e r t y p e , a n d a g e i n g o n t h e s a t u r a t e d fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f w o o d fi b e r r e - i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 1 5 . S t a t i s t i c a l f r a c t i o n a l f a c t o r i a l a n a l - y s i s w a s p e r f o r m e d o n t h e g e n e r a t e d t e s t d a t a i n o r d e r t o e v a l u a t e t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t f a c t o r s i n v o l v e d . T a b l e 6 . 1 5 E f f e c t s o f H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s - C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y ( a v e r a g e 1 h a l f t h e r a n g e o f t w o r e p l i c a t i o n s ) * I M i x 1 2 3 4 5 6 7 8 F i b e r T y p e S S K N H K N H K N H K N H K N H K N H K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 8 8 4 8 4 8 4 B i n d e r S F F A S F F A S F F A F A F A H o t W a t e r ( d a y s ) 5 5 0 5 5 5 5 0 0 5 5 0 S a n d C o n t e n t ( S / B ) 0 . 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 5 0 . 5 0 . 5 1 . 0 F l e x u r a l S t r e n g t h 8 . 1 0 2 5 . 2 0 1 7 . 4 1 7 5 . 9 9 2 8 . 5 5 4 6 . 7 9 4 6 . 8 5 6 6 . 0 1 8 ( M P a ) 1 0 . 5 3 1 0 . 4 7 1 0 . 6 9 1 0 . 6 3 1 0 . 4 8 1 0 . 5 1 1 0 . 5 1 1 0 . 3 8 F l e x u r a l T o u g h n e s s 3 3 0 . 6 5 6 1 . 2 3 4 6 . 3 2 0 5 . 7 5 4 7 . 8 3 2 5 . 8 3 0 7 . 9 3 6 9 . 0 ( N - m m ) 1 6 1 . 2 1 6 3 . 1 1 4 9 . 9 1 4 3 . 4 1 7 2 . 3 1 5 8 . 4 1 4 7 . 2 1 4 9 . 2 M i x 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 F i b e r T y p e S S K S S K N H K N H K S S K S S K S S K S S K F i b e r C o n t e n t ( % ) 8 4 4 4 8 8 4 4 B i n d e r F A S F S F S F F A S F S F F A H o t W a t e r ( d a y s ) 5 5 5 5 5 5 0 0 0 0 5 5 S a n d C o n t e n t ( S / B ) 1 . 0 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 1 . 0 0 . 5 0 . 5 F l e x u r a l S t r e n g t h 7 . 9 9 2 6 . 4 7 5 6 . 5 7 4 6 . 2 1 2 6 . 8 4 4 5 . 4 7 5 7 . 5 7 1 6 . 3 8 0 ( M P a ) 1 0 . 6 2 1 0 . 6 0 1 0 . 5 6 1 0 . 4 7 1 0 . 5 1 1 0 . 3 5 1 0 . 5 9 1 0 . 6 2 F l e x u r a l T o u g h n e s s 3 2 6 . 6 2 0 3 . 4 1 9 4 . 4 3 2 4 . 9 5 3 8 . 4 5 6 7 . 9 3 2 0 . 4 2 0 7 . 3 ( N — m m ) 1 6 2 . 6 1 4 9 . 5 1 4 5 . 5 1 5 0 . 3 1 6 0 . 1 1 8 0 . 5 1 5 3 . 1 1 4 2 . 6 " ' s e e A p p e n d r x ’ B f o r n o t a t i o n T h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d e r i v e d f r o m t h e t e s t d a t a r e g a r d i n g t h e e f f e c t s 0 r o o H t W a t e r S o a k ( N o . d a y r 5 5 s ) 2 6 3 o f h o t w a t e r s o a k o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e i n s a t u r a t e d c o n d i t i o n . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s o f t w o o d k r a f t p u l p ( S S K ) a n d h a r d w o o d k r a f t p u l p ( N H K ) p r o d u c e d c o m p a r a b l e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s ( a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ) . F i b e r c o n t e n t , c h a n g i n g f r o m 4 % t o 8 % i n c r e a s e d b o t h fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s s i g n i fi - c a n t l y . P a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h s i l i c a f u m e w h e n c o m p a r e d t o fl y a s h p r o d u c e d h i g h e r fl e x u r a l s t r e n g t h s ; t o u g h n e s s v a l u e s w e r e , h o w e v e r , c o m p a r a b l e . R e d u c e d s a n d c o n - t e n t s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e d fl e x u r a l s t r e n g t h , w h e r e a s t o u g h n e s s w a s r e d u c e d . H o t w a t e r s o a k i n g o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s s l i g h t l y i m p r o v e d fl e x u r a l s t r e n g t h a t a l l fi b e r c o n t e n t s ( F i g u r e 6 . 2 4 3 ) . H o w e v e r , t h e i n c r e a s e w a s n o t s t a t i s - t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e r e w e r e s i g n i fi c a n t e f f e c t s o f a g e i n g o n fl e x u r a l t o u g h n e s s ( F i g u r e 6 . 2 4 b ) , w h e r e t o u g h n e s s w a s c o n s i d e r a b l y r e d u c e d w i t h a g e i n g ( h o t w a t e r s o a k i n g f o r 5 5 d a y s ) . T h e t r e n d s o b s e r v e d h e r e a r e i n c o m p a r i s o n w i t h t h o s e o b - t a i n e d i n a c c e l e r a t e d ( w e t t i n g - d r y i n g ) w e a t h e r i n g . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t a g e i n g c a u s e s d e n s i fi c a t i o n o f t h e i n t e r f a c e s a n d p e t r i fi c a t i o n o f w o o d fi b e r s , t h u s i m p r o v i n g t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d r e d u c i n g t h e t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s . 1 2 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) 1 0 ‘ ( a ) F l e x u r a l S t r e n g t h F i g u r e 6 . 2 4 E f f e c t s o f H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 0 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m m ) G O O - r 4 0 0 - \ 2 0 0 - 0 r r 0 6 5 H o t W a t e r S o a k ( N o . d a y s ) ( b ) F l e x u r a l T o u g h n e s s F i g u r e 6 . 2 4 ( c o n t ’ d ) E f f e c t s o f H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l P e r f o r m a n c e o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . T h e i n t e r a c t i o n c u r v e s o b t a i n e d t h r o u g h f r a c t i o n a l f a c t o r i a l a n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t h e r e s u l t s a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 6 . 2 5 f o r fl e x u r a l s t r e n g t h a n d F i g u r e 6 . 2 6 f o r fl e x u r a l t o u g h n e s s . E a c h c u r v e r e p r e s e n t s t h e t r e n d i n a g e i n g e f f e c t s a t t w o d i f f e r e n t l e v e l s o f a s p e - c i fi c v a r i a b l e . S i m i l a r s l o p e s o f t h e t r e n d s w o u l d i n d i c a t e w e a k i n t e r a c t i o n b e t w e e n a g e i n g a n d t h e v a r i a b l e w h i l e d i f f e r e n t s l o p e s a r e i n d i c a t i v e o f d i f f e r e n t a g e i n g p e r f o r m a n c e s a t d i f f e r e n t l e v e l s o f t h e v a r i a b l e . 2 6 5 F l e x u r a l S t r e n g t h ( U P I ) l s 4 ' I . 1 0 " - I - ' - 0 - 1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . . — a P , fi r . 0 - 1 1 4 ‘ . I a Y T 0 s o H o t W a t e r S o a k ( N o . d a y s ) ( 2 ) F i b e r T y p e 1 2 F l e x u r a l S t r e n g t h ( l t P a ) + « l a c e - a u n t 1 0 1 + s a m e - a u n t 0 1 0 fl 0 H o t W a t e r S o a k ( N o . d a y s ) ( b ) F i b e r C o n t e n t F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) h 4 / ‘ T T / 1 ' 1 2 + c u e - u n c a n - 1 0 ‘ + m o m s - h 1 H : — : 1 s ~ * " ’ ‘ 4 2 4 o r r o ‘ a s H o t W a t e r S o a k ( N o . d a y s ) ( c ) B i n d e r F i g u r e 6 . 2 5 I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 0 5 5 H o t W a t e r S o a k ( N o . d a y s ) 1 2 F l e x u r a l S t r e n g t h ( M P a ) + S a n d / C u n t I 0 . 6 1 ° ' 4 “ S a n d / C o n a n t I 1 . 0 . - f > r ~ ( ( 1 ) S a n d C o n t e n t F i g u r e 6 . 2 5 ( c o n t ’ d ) I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l S t r e n g t h o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - r n m ) 8 0 0 - I - m + m 8 0 0 - 1 4 0 0 - \ 2 0 0 - 1 0 , 1 0 5 5 H o t W a t e r S o a k ( N o . d a y s ) ( a ) F i b e r T y p e F i g u r e 6 . 2 6 I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 2 6 7 0 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - m r n ) + 4 2 ” . “ + 0 3 m m 0 0 0 « 4 & 4 \ . 2 0 0 ‘ 5 i s H o t W a t e r S o a k ( N o . d a y s ) ( b ) F i b e r C o n t e n t 0 0 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - r n r n ) + H e l i c a l - s + G a n - t o n y fl B N 5 . e r \ : 2 W 4 V l ' 0 5 5 H o t W a t e r S o a k ( N o . d a y s ) ( c ) B i n d e r 0 0 0 F l e x u r a l T o u g h n e s s ( N - r n r n ) + s a w e d - a n t - 0 . 0 + I n s / C u n t I 1 . 0 8 0 0 1 4 0 0 d \ 2 m - 1 1 ' 1 6 ' 6 H o t W a t e r S o a k ( N o . d a y s ) ( 1 1 ) S a n d C o n t e n t F i g u r e 6 . 2 6 ( c o n t ’ d ) I n t e r a c t i o n o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d H o t W a t e r S o a k i n g o n t h e F l e x u r a l T o u g h n e s s o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s B a s e d o n F r a c t i o n a l F a c t o r i a l A n a l y s i s o f V a r i a n c e . 2 6 8 S t a t i s t i c a l a n a l y s e s i n d i c a t e d t h a t o n l y fi b e r c o n t e n t ( F i g u r e 6 . 2 5 b ) a n d s a n d c o n t e n t ( F i g u r e 6 . 2 5 d ) i n fl u e n c e d t h e a g i n g e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . C o m p o s i t e s w i t h h i g h e r fi b e r c o n t e n t a n d h i g h e r s a n d c o n t e n t p r o d u c e d a m o r e p o s i t i v e e f - f e c t o f a g e i n g i n h o t w a t e r o n fl e x u r a l s t r e n g t h . A s f a r a s fl e x u r a l t o u g h n e s s w a s c o n c e r n e d , a g e i n g e f f e c t s i n h o t w a t e r s h o w e d s t a - t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t i n t e r a c t i o n s ( a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ) w i t h fi b e r c o n t e n t a n d b i n d e r t y p e . T h e a d v e r s e e f f e c t s o f a g e i n g o n f l e x u r a l t o u g h n e s s w e r e r e d u c e d a t l o w e r fi b e r c o n - t e n t s a n d i n t h e p r e s e n c e o f s i l i c a f u m e . C H A P T E R 7 S U M M A R Y A N D C O N C L U S I O N S A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e m e c h a n i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r - t i e s , m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y , a n d l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m - p o s i t e s . T h e r e s e a r c h w a s c o n d u c t e d i n t h r e e p h a s e s c o n c e r n e d w i t h : ( 1 ) fi b e r c h a r a c t e r i z a — t i o n a n d m e c h a n i c a l / p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s ; ( 2 ) m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s ; a n d ( 3 ) l o n g - t e r m d u r a — b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . C o m p r e h e n s i v e s e t s o f r e p l i c a t e d e x p e r i m e n t a l d a t a w e r e g e n e r a t e d i n t h i s s t u d y a n d w e r e a n a l y z e d s t a t i s t i c a l l y u s i n g t h e a n a l y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n t e c h - n i q u e s i n o r d e r t o d e r i v e s t a t i s t i c a l l y r e l i a b l e c o n c l u s i o n s . S t a t i s t i c a l t i m e — s e r i e s a n a l y s i s w a s a l s o u s e d i n d u r a b i l i t y s t u d i e s t o p r e d i c t t h e l o n g - t e r m b e h a v i o r o f c o m p o s i t e s b e y o n d t h e t e s t i n g p e r i o d . A s u m m a r y o f t h e a c t i v i t i e s r e l a t e d t o t h e s e p h a s e s t o g e t h e r w i t h t h e c o r r e s p o n d i n g c o n c l u s i o n s a r e g i v e n b e l o w . I n t h e s e d i s c u s s i o n s , a s i g n i fi c a n t e f f e c t r e p r e s e n t s a c o n fi - d e n c e l e v e l b e t w e e n 9 5 t o 9 9 % , a n d a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t r e p r e s e n t s c o n fi d e n c e l e v e l s h i g h e r t h a n 9 9 % . 7 . 1 F I B E R C H A R A C T E R I Z A T I O N A N D M E C H A N I C A L / P H Y S I C A L P R O P E R T I E S O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S T h e m a i n e m p h a s i s i n t h i s p h a s e o f t h e r e s e a r c h w a s t o e s t a b l i s h t h e r e i n f o r c i n g a c - t i o n o f w o o d fi b e r s i n c e m e n t m a t r i x . I n o r d e r t o a c h i e v e t h i s o b j e c t i v e , t h e f o l l o w i n g s t e p s w e r e t a k e n : ( a ) s e l e c t i o n a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f d i f f e r e n t w o o d fi b e r t y p e s ; ( b ) a s s e s s m e n t o f t h e m e c h a n i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s ; ( c ) o p t i m i z a - t i o n o f t h e fi b e r m a s s f r a c t i o n i n d i f f e r e n t m a n u f a c t u r i n g c o n d i t i o n s ; ( 1 1 ) m o d i fi c a t i o n o f t h e m a t r i x w i t h p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s a n d l a t e x ; ( e ) I n v e s t i g a t i o n o f t h e b l e a c h i n g e f f e c t s ; ( 1 ) 2 6 9 2 7 0 m o d i fi c a t i o n o f t h e p r o c e s s i n g ( m a n u f a c t u r i n g ) p a r a m e t e r s ; ( g ) c o m b i n a t i o n o f w o o d fi b e r s w i t h s y n t h e t i c fi b e r s ; a n d ( h ) c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l i n v e s t i g a t i o n o f t h e e f f e c t s o f d i f - f e r e n t p a r a m e t e r s r e l e v a n t t o w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s . 7 . 1 . 1 C h a r a c t e r i z a t i o n o f D i f f e r e n t W o o d F i b e r T y p e s A v a r i e t y o f c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e w o o d fi b e r t y p e s w e r e s e l e c t e d a n d c h a r a c t e r - i z e d f o r c e m e n t a p p l i c a t i o n s . T h e w o o d fi b e r s s e l e c t e d f o r t h i s i n v e s t i g a t i o n w e r e : S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) , N o r t h e r n H a r d w o o d K r a f t ( N H K ) , a n d M e c h a n i c a l P u l p ( 1 0 0 0 L ) . T h e fi n d i n g s o f t h i s p h a s e o f r e s e a r c h a r e s i l m m a r i z e d b e l o w : - R e l a t i v e l y l a r g e v a r i a t i o n s i n fi b e r l e n g t h s w e r e o b s e r v e d f o r a l l fi b e r t y p e s . T h i s v a r i - a t i o n i s a p a r t i c u l a r i t y o f w o o d fi b e r s . - H i g h m o i s t u r e c o n t e n t a n d r e g a i n v a l u e s ( o f t h e o r d e r o f 8 % ) w e r e o b s e r v e d f o r a l l t h e fi b e r t y p e s . - H i g h w a t e r s o l u b i l i t y o f m e c h a n i c a l p u l p ( l O O O L ) o b s e r v e d i s a c o n c e r n d u r i n g t h e h y - d r a t i o n p r o c e s s o f c e m e n t i t i o u s m a t r i x . - K r a f t fi b e r s w e r e o b s e r v e d t o b e r e s i s t a n t t o a l k a l i a t t a c k u n d e r e x t e n d e d e x p o s u r e t o t h e a l k a l i n e p o r e w a t e r o f c e m e n t a n d s o m e c o m p a r a b l e s o l u t i o n s . 7 . 1 . 2 M e c h a n i c a l a n d P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f M o l d e d W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s T h e e f f e c t s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e f r e s h m i x a n d h a r d e n e d m a t e r i a l p r o p - e r t i e s o f t h e c o m p o s i t e w e r e a s s e s s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n . T h e w o o d fi b e r s u s e d w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) , N o r t h e r n H a r d w o o d K r a f t ( N H K ) , a n d M e c h a n i c a l P u l p ( 1 0 0 0 L ) . T h e m a t r i x u s e d i n t h i s s t u d y w a s n e a t c e m e n t p a s t e , a n d t h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d b y t h e m o l d i n g m e t h o d . T h e fi b e r m a s s fi ' a c t i o n s w e r e 0 % , 1 % a n d 2 % . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : 2 7 1 - W o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t l e a d s t o i n c r e a s e d w a t e r r e q u i r e m e n t , s e t t i n g t i m e a n d a i r c o n t e n t o f c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s . - H i g h l y s i g n i fi c a n t i m p r o v e m e n t s ( u p t o 5 0 0 % a t a fi b e r m a s s f r a c t i o n o f 2 % ) i n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f c e m e n t c a n b e r e a c h e d b y t h e u s e o f k r a f t p u l p s . T h e i n c r e a s e i n f r a c t u r e t o u g h n e s s i s e v e n m o r e s i g n i fi c a n t . M e c h a n i c a l p u l p s a r e l e s s e f f e c t i v e t h a n k r a f t p u l p s i n i n c r e a s i n g fl e x u r a l s t r e n g t h a n d f r a c t u r e t o u g h n e s s . - T h e r e i s a g r a d u a l t e n d e n c y f o r t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c e m e n t i - t i o u s c o m p o s i t e s t o d r o p w i t h i n c r e a s i n g w o o d fi b e r c o n t e n t . - H i g h l y s i g n i fi c a n t i m p r o v e m e n t s i n t h e i m p a c t r e s i s t a n c e o f c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s c a n b e r e a c h e d t h r o u g h r e i n f o r c e m e n t o f t h e m a t e r i a l w i t h l a ' a f t p u l p . S o m e i m p r o v e - m e n t s i n i m p a c t r e s i s t a n c e c a n a l s o b e a c h i e v e d b y m e c h a n i c a l p u l p s . — W o o d fi b e r r e i n f o r c e m e n t r e s u l t s i n a d e c r e a s e i n s p e c i fi c g r a v i t y a n d i n c r e a s e i n w a t e r a b s o r p t i o n o f c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s . 7 . 1 . 3 O p t i m i z a t i o n o f F i b e r C o n t e n t i n M o l d i n g a n d S I u r r y - D e w a t e r i n g P r o c e s s e s A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o o p t i m i z e t h e fi b e r m a s s f r a c t i o n i n d i f f e r e n t m a n u f a c t u r i n g p r e c e s s e s . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g l o w e r fi b e r c o n t e n t s ( < 2 % ) w e r e m a n u - f a c t u r e d t h r o u g h t h e m o l d i n g m e t h o d ; c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g h i g h e r fi b e r c o n t e n t s ( > 4 % ) w e r e m a n u f a c t u r e d b y s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h e m o l d i n g m e t h o d w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) a n d M e c h a n i c a l P u l p ( l O O O L ) , a n d o n l y S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) w a s u s e d i n s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e m a t r i x c o n t a i n e d e q u a l a m o u n t s o f c e m e n t a n d s i l i c a s a n d . T h e c o m p o s i t e s w e r e t e s t e d f o r t h e i r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - I n t h e m o l d i n g m e t h o d , a d d i t i o n o f 1 % m a s s f r a c t i o n o f fi b e r s t o p l a i n c e m e n t m a t r i x h a s a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h . H o w e v e r , fi b e r c o n t e n t , c h a n g i n g 2 7 2 f r o m 1 % t o 2 % m a s s f r a c t i o n d o e s n o t s h o w a n y . s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h . T h e e f f e c t o f fi b e r c o n t e n t o n fl e x u r a l t o u g h n e s s i s h i g h l y s i g n i fi c a n t . - I n t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d , fi b e r m a s s c o n t e n t h a s h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s . M a x i m u m fl e x u r a l s t r e n g t h w a s o b t a i n e d a t 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . F l e x u r a l t o u g h n e s s c o n t i n u e s t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r m a s s f r a c t i o n ; m a x i m u m t o u g h n e s s v a l u e s w e r e o b t a i n e d a t t h e m a x i m u m fi b e r m a s s f r a c — t i o n c o n s i d e r e d ( 1 4 % ) . - F i b e r t y p e ( k r a f t v s . m e c h a n i c a l p u l p ) , i n m o l d i n g m e t h o d , h a d a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f - f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h a t 1 % fi b e r c o n t e n t ( w i t h k r a f t fi b e r s g i v i n g h i g h e r s t r e n g t h ) , w h i l e a t 2 % fi b e r c o n t e n t t h e e f f e c t o f fi b e r t y p e o n fl e x u r a l s t r e n g t h w a s n o t s i g n i fi - c a n t . E f f e c t o f fi b e r t y p e o n fl e x u r a l t o u g h n e s s w a s h i g h l y s i g n i fi c a n t a t a l l fi b e r c o n - t e n t s ( w i t h k r a f t fi b e r s p r o d u c i n g h i g h e r t o u g h n e s s v a l u e s ) . - I n c r e a s i n g w o o d fi b e r c o n t e n t r e s u l t s i n r e d u c t i o n s i n s p e c i fi c g r a v i t y a n d i n c r e a s e i n w a t e r a b s o r p t i o n o f c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s . 7 . 1 . 4 M a t r i x M o d i fi c a t i o n A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e e f f e c t s o f m o d i fi c a t i o n o f m a t r i x m i x c o n s t i t u e n t s t h r o u g h p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s ( 1 5 % s i l i c a f u m e o r 3 0 % f l y a s h ) a n d l a t e x ( 1 0 % ) o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) . T h e s a m p l e s c o n t a i n e d a n o p t i m u m fi b e r c o n t e n t o f 2 % i n t h e m o l d i n g m e t h o d a n d 8 % i n s l u n ' y - d e w a t e r i n g . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - A d d i t i o n o f p o z z o l a n s ( s i l i c a f u m e a n d fl y a s h ) l e d t o i n c r e a s e d fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s w h i l e s l i g h t l y r e d u c i n g fl e x u r a l t o u g h n e s s . T h e s e e f f e c t s w e r e m e r e p r o - n o u n c e d w i t h s i l i c a f u m e . - M o d i fi c a t i o n o f t h e m a t r i x w i t h l a t e x p o l y m e r ( 1 0 % S t y r e n e B u t a d i e n e b y w e i g h t o f 2 7 3 c e m e n t ) i n t h e m o l d e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s s h o w e d h i g h l y s i g - n i fi c a n t i m p r o v e m e n t i n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . 7 . 1 . 5 E f f e c t o f B l e a c h i n g A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e f l e x u r a l p e r f o r m a n c e o f m o l d e d c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) a n d t h e c o m - p o s i t e s c o n t a i n e d a n o p t i m u m fi b e r c o n t e n t o f 2 % . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - C e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d w o o d fi b e r s h o w h i g h e r fl e x u r a l s t r e n g t h a n d l o w e r t o u g h n e s s t h a n u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . H o w e v e r , t h e e f f e c t s w e r e n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . 7 . 1 . 6 M o d i f i c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n t h e S l u r r y - D e w a t e r i n g T e c h n i q u e A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e e f f e c t s o f t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % a n d 1 6 % fi b e r c o n t e n t s . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) . T h e p r o - c e s s i n g p a r a m e t e r s s t u d i e d w e r e c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . T h e t e s t r e s u l t s i n d i - c a t e d t h a t : j - F l e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s d r o p s . a n d fl e x u r a l t o u g h n e s s i n c r e a s e s s i g n i fi c a n t l y ( a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l ) w h e n fi b e r m a s s f r a c t i o n i s i n c r e a s e d f r o m 8 % t o 1 6 % . - F l e x u r a l s u e n g t h o f c o m p o s i t e s i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s e d c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . T h e s e e f f e c t s a r e m o r e p r o n o u n c e d a t h i g h e r fi b e r c o n t e n t s . H o w e v e r , s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t d a t a s h o w e d o n l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o f p r e s s i n g t i m e o n fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s w i t h 1 6 % fi b e r c o n t e n t , a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . ' - F l e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s a t a l l fi b e r c o n t e n t s r e m a i n s v i r t u a l l y c o n s t a n t w i t h i n c r e a s e d c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . T h e s e r e s u l t s w e r e c o n fi r m e d s t a t i s t i c a l - 2 7 4 1 y a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . - H i g h e r fi b e r c o n t e n t s ( 1 6 % w h e n c o m p a r e d t o 8 % ) s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e w a t e r a b - s o r p t i o n a n d r e d u c e s p e c i fi c g r a v i t y o f t h e c o m p o s i t e . T h e r e i s a c l e a r r e d u c t i o n i n w a - t e r a b s o r p t i o n a n d i n c r e a s e i n s p e c i fi c g r a v i t y o f t h e c o m p o s i t e w i t h t h e i n c r e a s e i n c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e a t a l l fi b e r c o n t e n t s . 7 . 1 . 7 C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s - i t e s c o n t a i n i n g c o m b i n a t i o n s o f s y n t h e t i c a n d w o o d fi b e r s . T h e w o o d fi b e r u s e d w a s S o u t h - e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) , w h i c h w a s c o m b i n e d w i t h P o l y e t h y l e n e P u l p ( P u l P l u s ) . T h e c o m b i n e d fi b e r c o n t e n t w a s k e p t c o n s t a n t a t 8 % . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - C e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c v s . w o o d fi b e r s s h o w c o m p a r a b l e fl e x u r a l s t r e n g t h . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c fi b e r s h a v e s l i g h t l y b e t t e r fl e x u r a l t o u g h - n e s s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t r e s u l t s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e , h o w e v e r , i n d i - c a t e d t h a t , c o n s i d e r i n g r a n d o m e x p e r i m e n t a l v a r i a t i o n s , t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s w i t h d i f f e r e n t c o m b i n a t i o n s o f w o o d a n d s y n t h e t i c fi b e r s w e r e c o m p a r a b l e . 7 . 1 . 8 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s A n e x p e r i m e n t a l s t u d y b a s e d o n t h e s t a t i s t i c a l m e t h o d o f f r a c t i o n a l f a c t o r i a l d e s i g n w a s c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t v a r i a b l e s o n s p e c i fi c g r a v i t y , w a t e r a b - s o r p t i o n , a n d m o i s t u r e m o v e m e n t T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e s l u r r y - d e - w a t e r i n g t e c h n i q u e . T h e v a r i a b l e s o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y w e r e : ( 1 ) w o o d fi b e r t y p e ( s o f t - w o o d & h a r d w o o d ) ; ( 2 ) fi b e r m a s s c o n t e n t ( 4 % & 8 % ) ; ( 3 ) p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % f l y a s h o r 1 5 % s i l i c a f u m e ) ; a n d ( 4 ) s i l i c a s a n d c o n t e n t ( s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o = 0 . 5 & 1 . 0 ) . T e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - F i b e r c o n t e n t h a s s i g n i fi c a n t e f f e c t ( a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l ) o n s p e c i fi c g r a v i t y , w a t e r 2 7 5 a b s o r p t i o n , a n d m o i s t u r e m o v e m e n t . F i b e r c o n t e n t , w h e n i n c r e a s e d f r o m 4 % t o 8 % r e - d u c e s s p e c i fi c g r a v i t y , a n d i n c r e a s e s w a t e r a b s o r p t i o n a n d m o i s t u r e m o v e m e n t . - P a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h s i l i c a f u m e w h e n c o m p a r e d w i t h fl y a s h s i g n i fi c a n t — l y i n c r e a s e s s p e c i fi c g r a v i t y a n d r e d u c e s w a t e r a b s o r p t i o n . - F i b e r t y p e a n d s a n d c o n t e n t d o n o t h a v e s i g n i fi c a n t e f f e c t o n s p e c i fi c g r a v i t y , w a t e r a b - s o r p t i o n a n d m o i s t u r e m o v e m e n t . - A v e r y s t r o n g n e g a t i v e c o r r e l a t i o n b e t w e e n s p e c i fi c g r a v i t y a n d w a t e r a b s o r p t i o n w a s o b s e r v e d , w h i c h i n d i c a t e s t h a t c o m p o s i t e s w i t h a h i g h e r s p e c i fi c g r a v i t y t e n d t o h a v e a l o w e r w a t e r a b s o r p t i o n c a p a c i t y . S i m i l a r r e s u l t s w e r e p r o d u c e d f o r t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t p a r a m e t e r s o n fl e x u r a l p e r - f o r m a n c e a t d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s , t o b e d i s c u s s e d n e x t . 7 . 2 M O I S T U R E - S E N S I T I V I T Y O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S I n t h i s p h a s e o f r e s e a r c h , t h e m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w a s a s s e s s e d . F o r t h i s p u r p o s e , t h e f o l l o w i n g t a s k s w e r e p e r f o r m e d r e g a r d i n g m o i s t u r e e f f e c t s o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s : ( 2 ) a s s e s s t h e e f f e c t o f fi b e r t y p e a n d c o n t e n t o n m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y ; ( b ) m o d i f y t h e m a t r i x w i t h p o z - z o l a n i c a d m i x t u r e s a n d l a t e x t o e n h a n c e s t a b i l i t y u n d e r m o i s t u r e e f f e c t s ; ( c ) s t u d y t h e e f - f e c t s o f b l e a c h i n g o n m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y ; ( d ) m o d i f y t h e p r o c e s s i n g v a r i a b l e s i n m a n u f a c - t u r i n g t o i n d u c e s t a b i l i t y u n d e r m o i s t u r e e f f e c t s ; ( e ) c o m b i n e w o o d fi b e r s w i t h s y n t h e t i c fi - b e r s t o r e d u c e m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y ; a n d ( h ) c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l s t u d y o f t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t p a r a m e t e r s r e l e v a n t t o w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s w i t h e m p h a s i s o n m o i s t u r e r e s i s t a n c e . 2 7 6 7 . 2 . 1 E f f e c t s o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t A l l e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f w o o d fi - b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s t h r o u g h t h e a s s e s s m e n t o f m o i s t u r e e f f e c t s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g l o w e r fi b e r c o n t e n t s ( < 2 % ) w e r e m a n u f a c t u r e d t h r o u g h t h e m o l d i n g m e t h o d ; c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g h i g h e r fi b e r c o n t e n t s ( > 4 % ) w e r e m a n u f a c t u r e d t h r o u g h s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h e m o l d i n g m e t h o d w e r e S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) a n d . M e c h a n i c a l P u l p ( 1 0 0 0 L ) , a n d o n l y S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) w a s u s e d i n s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e m a t r i x c o n t a i n e d e q u a l a m o u n t s ( b y w e i g h t ) o f c e m e n t a n d s i l i c a s a n d . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - I n t h e m o l d i n g m e t h o d , fi b e r c o n t e n t , c h a n g i n g f r o m 1 % t o 2 % m a s s f r a c t i o n , h a s a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f w e t s p e c i m e n s w h e r e s t r e n g t h i s r e - d u c e d w i t h i n c r e a s i n g fi b e r c o n t e n t . F i b e r c o n t e n t ( 1 % v s . 2 % ) d o e s n o t h a v e a n y s i g - n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f a i r o r o v e n d r i e d s p e c i m e n s . T h e e f f e c t o f fi - b e r c o n t e n t o n fl e x u r a l t o u g h n e s s i s h i g h l y s i g n i fi c a n t f o r b o t h t h e k r a f t a n d m e c h a n i - c a l p u l p s a t a l l m o i s t u r e c o n t e n t s . - I n t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d , fi b e r m a s s c o n t e n t h a s h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s . M a x i m u m fl e x u r a l s t r e n g t h s f o r d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s w a s o b t a i n e d a t 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . F l e x u r a l t o u g h n e s s a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s c e n t i n u e s t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g fi b e r m a s s f r a c t i o n ; m a x i m u m t o u g h n e s s v a l u e s a r e o b t a i n e d a t t h e m a x i m u m fi b e r m a s s f r a c t i o n c o n s i d e r e d ( 1 4 % ) . - F i b e r t y p e ( k r a f t v s . m e c h a n i c a l p u l p ) , i n m o l d i n g m e t h o d , h a s a h i g h l y s i g n i fi c a n t e f - f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h a t 1 % fi b e r c o n t e n t f o r a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s ( w i t h k r a f t fi - b e r s g i v i n g h i g h e r s t r e n g t h ) , w h i l e a t 2 % fi b e r c o n t e n t t h e e f f e c t o f fi b e r t y p e o n fl e x - u r a l s t r e n g t h i s n o t s i g n i fi c a n t . E f f e c t o f fi b e r t y p e o n fl e x u r a l t o u g h n e s s i s h i g h l y s i g - n i fi c a n t a t a l l fi b e r c o n t e n t s a n d f o r a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s . - O v e n - d r y i n g o f t h e c o m p o s i t e s , w h e n c o m p a r e d w i t h a i r - d r y i n g , h a s n o s t a t i s t i c a l l y . 2 7 7 s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h , b u t h a s s i g n i fi c a n t ( a d v e r s e ) e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s . W e t t i n g o f t h e c o m p o s i t e s , w h e n c o m p a r e d t o a i r — d r y i n g , h a s h i g h l y s i g n i f - i c a n t e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s ( w h e r e s t r e n g t h i s r e d u c e d a n d t o u g h - n e s s i s i n c r e a s e d ) . T h e r e a r e a l s o s t r o n g i n t e r a c t i o n s b e t w e e n fi b e r c o n t e n t a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n a s f a r a s t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s a r e c o n c e r n e d . I n o t h e r w o r d s , t h e e f f e c t s o f m o i s t u r e o n c o m p o s i t e s a r e d e p e n d e n t o n t h e i r fi b e r c o n t e n t . - M i e r o s t r u c t u r a l s t u d i e s i n d i c a t e d t h a t w e t t i n g l e a d s t o i n c r e a s e d t e n d e n c y t o w a r d s fi - b e r p u l l o u t r a t h e r t h a n r u p t u r e o f fi b e r s a t f a i l u r e s u r f a c e s , w h i l e o v e n d r y i n g p r o m o t e s fi b e r r u p t u r e . T h i s m a y i l l u s t r a t e w h y i n c r e a s e d m o i s t u r e c o n d i t i o n t e n d s t o p r o d u c e h i g h e r fl e x u r a l t o u g h n e s s a n d l o w e r fl e x u r a l s t r e n g t h i n w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . 7 . 2 . 2 M a t r i x M o d i f i c a t i o n A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e e f f e c t o f m o d i fi c a t i o n o f m a t r i x m i x c o n s t i t u e n t s t h r o u g h p o z z o l a n i c a d m i x t u r e s ( 1 5 % s i l i c a f u m e o r 3 0 % fl y a s h ) a n d l a t e x ( 1 0 % ) o n m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) . T h e s a m p l e s c o n t a i n e d o p t i m u m fi b e r c o n t e n t s o f 2 % i n t h e m o l d i n g m e t h o d a n d 8 % i n s l u r r y - d e w a t e r i n g . T h e c o m p o s i t e s w e r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e i n d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - A d d i t i o n o f p o z z o l a n s ( s i l i c a f u m e a n d fl y a s h ) l e a d s t o i n c r e a s e d fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s w h i l e s l i g h t l y r e d u c i n g fl e x u r a l t o u g h n e s s a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s . T h e s e e f f e c t s w e r e c o n fi r m e d s t a t i s t i c a l l y a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ; t h e y w e r e m o r e p r o - n o u n c e d w i t h s i l i c a f u m e a n d a t t h e s a t u r a t e d c o n d i t i o n . - I n t h e p r e s e n c e o f p o z z o l a n s n o s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e i s o b s e r v e d i n t h e fl e x u r a l b e h a v i o r o f a i r d r i e d a n d o v e n d r i e d c o m p o s i t e s ; w e t t i n g c a u s e s a d v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s i t i v e e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s v a l u e s , a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e p r e s e n c e o f p o z z o l a n s l e a d s t o r e d u c e d m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y i _ . 2 7 8 o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . - M o d i fi c a t i o n o f m a t r i x t h r o u g h l a t e x p o l y m e r ( 1 0 % S t y r e n e B u t a d i e n e b y w e i g h t o f c e m e n t ) i n m o l d e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s l e a d s t o h i g h l y s i g n i fi - c a n t i m p r o v e m e n t s i n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s . - I n t h e p r e s e n c e o f l a t e x n o s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e i s o b s e r v e d b e t w e e n t h e fl e x u r a l b e h a v i o r o f a i r d r i e d a n d o v e n d r i e d c o m p o s i t e s ; w e t t i n g s t i l l h a s h i g h l y s i g - n i fi c a n t e f f e c t s o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e ( a d v e r s e e fi ' e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s i - t i v e e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s ) . H i g h l y i m p r o v e d m o i s t u r e r e s i s t a n c e c h a r a c t e r i s - t i c s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s a r e o b s e r v e d i n t h e p r e s e n c e o f l a t e x . 7 . 2 . 3 E f f e c t o f B l e a c h i n g A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y o f m o l d e d c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) a n d t h e c o m - p o s i t e s c o n t a i n e d a n o p t i m u m fi b e r c o n t e n t o f 2 % . T h e c o m p o s i t e s w e r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e i n d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - C e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d w o o d fi b e r s h o w h i g h e r fl e x u r a l s t r e n g t h a n d l o w e r t o u g h n e s s t h a n u n b l e a c h e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a t a l l m o i s t u r e c o n t e n t s . H o w e v e r , t h e s e d i f f e r e n c e s a r e n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . - M o i s t u r e s t i l l h a s h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e ( a d v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s i t i v e e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s ) . T h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s v a l u e s o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d c o m p o s i t e s i n t h e w e t s t a t e a r e c o m p a r a b l e . 2 7 9 7 . 2 . 4 M o d i fi c a t i o n o f P r o c e s s i n g P a r a m e t e r s i n t h e S l u r r y - D e w a t e r i n g T e c h n i q u e A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e e f f e c t s o f t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % a n d 1 6 % fi b e r c o n t e n t . T h e fi b e r u s e d i n t h i s s t u d y w a s S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) . T h e p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s s t u d i e d w e r e c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - F l e x u r a l s t r e n g t h o f a i r d r i e d a n d s a t u r a t e d c o m p o s i t e s d r o p s s i g n i fi c a n t l y ( a t 9 5 % c o n - fi d e n c e l e v e l ) w h e n fi b e r m a s s f r a c t i o n i s i n c r e a s e d f r o m 8 % t o 1 6 % . F l e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s s l i g h t l y i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t d a t a s h o w e d o n l y s i g n i fi c a n t e f - f e c t o f p r e s s i n g t i m e o n fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s w i t h 1 6 % fi b e r c o n t e n t , a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . - F l e x u r a l t o u g h n e s s o f a i r d r i e d a n d s a t u r a t e d c o m p o s i t e s i n c r e a s e s s i g n i fi c a n t l y ( a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l ) w h e n fi b e r m a s s f r a c t i o n i s i n c r e a s e d f r o m 8 % t o 1 6 % . F l e x u r a l t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s a t a l l fi b e r c o n t e n t s r e m a i n s v i r t u a l l y c o n s t a n t w i t h i n c r e a s e d c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . - M o i s t u r e h a s s i g n i fi c a n t e f f e c t s ( a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l ) o n t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e ( a d v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s i t i v e e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s ) f o r c o m p o s i t e s w i t h a l l c o m b i n a t i o n s o f c a s t i n g p r e s s u r e a n d p r e s s i n g t i m e . T h e r e a r e a l s o s t r o n g i n t e r a c t i o n s b e t w e e n p r e s s i n g t i m e a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n i n d e t e r m i n i n g fl e x - u r a l t o u g h n e s s . I n o t h e r w o r d s , t h e e f f e c t s o f m o i s t u r e o n c o m p o s i t e s a r e i n fl u e n c e d b y p r e s s i n g t i m e w h e r e i n c r e a s e d p r e s s i n g t i m e p r o d u c e d b e t t e r s t a b l e c o m p o s i t e s u n d e r v a r i a b l e m o i s t u r e c o n d i t i o n s . 7 . 2 . 5 C o m b i n a t i o n w i t h S y n t h e t i c F i b e r s A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s - i t e s c o n t a i n i n g c o m b i n a t i o n s o f s y n t h e t i c a n d w o o d fi b e r s . T h e w o o d fi b e r u s e d w a s S o u t h - 2 8 0 c m S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) a n d t h e s y n t h e t i c fi b e r w a s P o l y e t h y l e n e P u l p ( P u l P l u s ) . T h e c o m b i n e d fi b e r c o n t e n t w a s k e p t c o n s t a n t a t 8 % . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - C e m e n t c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c a n d W o o d fi b e r s s h o w c o m p a r a b l e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s i n a i r d r i e d c o n d i t i o n s . H o w e v e r , i n s a t u r a t e d c o n d i t i o n , c o m — p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c fi b e r s , w h e n c o m p a r e d t o w o o d fi b e r s , s h o w h i g h e r fl e x - u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t r e s u l t s a t 9 5 % l e v e l o f c o n - fi d e n c e , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t , c o n s i d e r i n g r a n d o m e x p e r i m e n t a l v a r i a t i o n s , t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s w i t h d i f f e r e n t c o m b i n a t i o n s o f w o o d a n d s y n t h e t i c fi b e r s a t a l l m o i s t u r e c o n d i t i o n s a r e c o m p a r a b l e . - M o i s t u r e h a s h i g h l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s ( a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l ) o n t h e fl e x u r a l p e r — f o r m a n c e o f c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h d i f f e r e n t c o m b i n a t i o n s o f w o o d a n d s y n t h e t i c fi b e r s . W e t t i n g o f t h e c o m p o s i t e s s t i l l h a s a d v e r s e e f f e c t s o n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d p o s - i t i v e e f f e c t s o n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r b o t h w o o d fi b e r a n d s y n t h e t i c fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s y n t h e t i c fi b e r s , w h e n c o m p a r e d w i t h w o o d fi b e r s , s h o w s s l i g h t l y i m p r o v e d m o i s t u r e - s e n s i t i v i t y . - S y n t h e t i c fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y ( s p e c i fi c a l l y m a d e f o r t h e s l u r r y - d e w a t e r i n g m e t h o d o f m a n u f a c t u r i n g c e m e n t c o m p o s i t e s ) a r e a l s o s e n s i t i v e t o m o i s t u r e e f f e c t s ( a l t h o u g h t o a s l i g h t l y s m a l l e r e x t e n t t h a n w o o d fi b e r s ) . P a r t i a l o r f u l l s u b s t i t u t i o n o f w o o d fi b e r s w i t h s y n t h e t i c fi b e r s c a n s l i g h t l y r e d u c e t h e s e n s i t i v i t y o f t h e f l e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f c o m p o s i t e s t o m o i s t u r e e f f e c t s . 7 . 2 . 6 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s A n e x p e r i m e n t a l s t u d y b a s e d o n t h e s t a t i s t i c a l m e t h o d o f f r a c t i o n a l f a c t o r i a l d e s i g n w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s - i t e s u n d e r d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n d i t i o n s . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e s l u r - r y - d e w a t e r i n g t e c h n i q u e . T h e v a r i a b l e s o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y w e r e : ( 1 ) w o o d fi b e r t y p e ( s o f t w o o d & h a r d w o o d ) ; ( 2 ) fi b e r m a s s c o n t e n t ( 4 % . & 8 % ) ; ( 3 ) p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e - m e n t w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % fl y a s h o r 1 5 % s i l i c a f u m e ) ; ( 4 ) m o i s t u r e c o n d i t i o n ( a i r d r i e d & 2 8 1 s a t u r a t e d ) ; a n d ( 5 ) s i l i c a s a n d c o n t e n t ( s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o = 0 . 5 & 1 . 0 ) . T e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : — C o m p o s i t e s c o n t a i n i n g s o f t w o o d k r a f t p u l p ( S S K ) a n d h a r d w o o d k r a f t p u l p ( N H K ) p r o d u c e c o m p a r a b l e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s . F i b e r c o n t e n t , c h a n g i n g f r o m 4 % t o 8 % i n c r e a s e s b o t h fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s s i g n i fi c a n t l y ( a t 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l ) . P a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h s i l i c a f u m e , w h e n c o m p a r e d t o fl y a s h , p r o - d u c e s h i g h e r fl e x u r a l s u e n g t h s ; h o w e v e r , t h e i r t o u g h n e s s v a l u e s a r e c o m p a r a b l e . R e - d u c e d s a n d c o n t e n t s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e s fl e x u r a l s t r e n g t h , w h e r e a s t o u g h n e s s i s r e d u c e d . - W o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e s e n s i t i v e t o m o i s t u r e e f f e c t s . W e t t i n g o f t h e c o m p o s i t e h a s s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t e f f e c t s , a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e , o n fl e x - u r a l s t r e n g t h , w h i c h d r o p s s h a r p l y u p o n w e t t i n g . O n t h e o t h e r h a n d , t h e r e a r e s t a t i s t i - c a l l y s i g n i fi c a n t i m p r o v e m e n t s i n t h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e - m e n t c o m p o s i t e s u p o n w e t t i n g . T h e s e e f f e c t s a r e m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n - t a i n i n g 8 % fi b e r m a s s f r a c t i o n . - T h e i n t e r a c t i o n c u r v e s o b t a i n e d t h r o u g h f r a c t i o n a l f a c t o r i a l a n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t h e r e s u l t s i n d i c a t e d s t r o n g i n t e r a c t i o n b e t w e e n fi b e r c o n t e n t a n d m o i s t u r e c o n d i t i o n i n d e - c i d i n g fl e x u r a l s t r e n g t h ; c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 8 % fi b e r c o n t e n t s h o w h i g h e r s t r e n g t h l o s s d u e t o w e t t i n g . T h e i m p r o v e m e n t s i n fl e x u r a l t o u g h n e s s d u e t o w e t t i n g o f t h e c o m - p o s i t e s a r e c o m p a r a b l e . I m p r o v e d fl e x u r a l t o u g h n e s s a n d r e d u c e d fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s u p o n w e t t i n g c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e w e a k e n i n g o f fi b e r - t o — m a t r i x b o n d i n t h e p r e s e n c e o f m o i s t u r e , a n d r e d u c e d s t i f f n e s s a n d e x p a n s i o n o f w e t fi b e r s . 7 . 3 L O N G - T E R M D U R A B I L I T Y C H A R A C T E R I S T I C S O F W O O D F I B E R R E I N F O R C E D C E M E N T C O M P O S I T E S ' I n t h i s p h a s e o f t h e r e s e a r c h , t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e - m e n t c o m p o s i t e s w a s a s s e s s e d . T h e s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z - 2 8 2 i n g a n d t h a w i n g , w e t t i n g a n d d r y i n g , h o t w a t e r i m m e r s i o n , a n d o u t d o o r e x p o s u r e . A f t e r a g e i n g , t h e s p e c i m e n s w e r e t e s t e d f o r fl e x u r a l p e r f o r m a n c e , e x c e p t f o r f r e e z e - t h a w d u r a b i l - i t y i n w h i c h c a s e t h e s p e c i m e n s w e r e s u b j e é t e d t o n o n - d e s t r u c t i v e t e s t i n g i n o r d e r t o o b t a i n t h e i r r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . T h e f o l l o w i n g s t e p s w e r e t a k e n a t t h i s s t a g e t o s t u d y t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f w o o d fi b e r - c e m e n t c o m p o s i t e s : ( a ) a s s e s s t h e e f f e c t s o f fi b e r t y p e a n d c o n t e n t o n d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s ; ( b ) s t u d y t h e e f f e c t o f b l e a c h i n g o n d u - r a b i l i t y ; a n d ( c ) p e r f o r m a c o m p r e h e n s i v e s t a t i s t i c a l s t u d y o n t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t p a r a m - e t e r s r e l e v a n t t o w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s o n l o n g - t e r m d u r a b i l i t y . 7 . 3 . 1 E f f e c t s o f F i b e r T y p e a n d C o n t e n t A l l e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f w o o d fi - b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e w o o d fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e S o u t h e r n S o f t - w o o d K r a f t ( S S K ) , N o r t h e r n H a r d w o o d K r a f t ( N H K ) , a n d M e c h a n i c a l P u l p ( 1 0 0 0 L ) . T h e m a t r i x c o n t a i n e d e q u a l a m o u n t s ( b y w e i g h t ) o f c e m e n t a n d s i l i c a s a n d , a n d t h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d b y t h e m o l d i n g m e t h o d . ( < 2 % fi b e r c o n t e n t ) . T h e t e s t d a t a p r o d u c e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n i n d i c a t e t h a t : 7 . 3 . 1 . 1 A c c e l e r a t e d W e t t i n g - D r y i n g - T h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f u n a g e d a n d a g e d m o l d e d w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m - p o s i t e s ( 2 % fi b e r m a s s f r a c t i o n ) a r e s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g s t r e n g t h s o f p l a i n m o r t a r . T h e i m p r o v e m e n t i n s t r e n g t h d u e t o fi b e r a d d i t i o n i s m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t fi b e r s a t a l l a g e i n g c o n d i t i o n s . - W e t t i n g - d r y i n g c y c l e s t e n d t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f b o t h p l a i n a n d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t e s t r e s u l t s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t t h e i n c r e a s e i n t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f p l a i n a n d fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s u n d e r r e p e a t e d w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s i s n o t s i g - n i fi c a n t . - T h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f u n a g e d a n d a g e d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e o f p l a i n m o r t a r . A c c e l e r a t e d w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s 2 8 3 c a u s e a d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s i n b o t h p l a i n a n d fi b r o u s s p e c i m e n s . A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t h e t e s t d a t a a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e c o n fi r m e d a s i g n i fi - c a n t d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s o n l y f o r c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t fi b e r s . I n t h i s c a s e , i t w a s a l s o n o t e d t h a t , a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e , t h e i n i t i a l 1 2 c y c l e s o f w e t - t i n g — d r y i n g c a u s e s i g n i fi c a n t d r o p s i n fl e x u r a l t o u g h n e s s ; s u b s e q u e n t c y c l e s c a u s e o n l y g r a d u a l d r o p s i n t o u g h n e s s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t a c c u r a t e v a l u e s o f t o u g h n e s s f o r p l a i n m a t r i x a n d c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g m e c h a n i c a l p u l p c o u l d n o t b e o b t a i n e d d u e t o t h e v e r y l o w t o u g h n e s s v a l u e s o f t h e s e m a t e r i a l s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d i m p r o v e m e n t i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w i t h i n c r e a s e d n u m - b e r o f w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s . M i e r o s t r u c t u r a l s t u d i e s i n d i c a t e d t h a t t h e d o m i n a n t m o d e o f f r a c t u r e i n a g e d c o m p o s i t e i s fi b e r f r a c t u r e , w h i l e u n a g e d s p e c i m e n s s h o w a c o m b i n a t i o n o f fi b e r p u l l o u t a n d fi b e r f r a c t u r e . I n t h e c a s e o f a g e d c o m p o s i t e s , p e t r i fi c a t i o n o f fi b e r s a n d d e n s e n i n g o f i n t e r - f a c e z o n e s c a u s e t e n d e n c i e s t o w a r d i n c r e a s e d s t r e n g t h a n d e m b r i t t l e m e n t w i t h a g e i n g . P e t r i fi e d fi b e r s w i t h e x c e s s b o n d i n g t e n d t o r u p t u r e r a t h e r t h a n p u l l o u t a t f r a c t u r e s u r - f a c e s , t h u s e l i m i n a t i n g t h e d e s i r a b l e t o u g h n e s s c h a r a c t e r i s t i c s a s s o c i a t e d w i t h f r i c t i o n - a l e n e r g y d i s s i p a t i o n d u r i n g fi b e r p u l l o u t . 7 . 3 . 1 . 2 F r e e z i n g a n d T h a w i n g T h e r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f p l a i n c e m e n t i t i o u s m a t r i c e s d e c r e a s e s u n d e r r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g ; t h i s e f f e c t w a s f o u n d t o b e s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l i o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n o f s o f t w o o d a n d h a r d w o o d k r a f t fi b e r s s h o w a s l i g h t i n c r e a s e w i t h a g e i n g , w h i c h i s n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t . H o w e v e r , c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g 2 % m a s s f r a c t i o n o f m e c h a n i c a l p u l p s h o w s i g n i fi c a n t i n c r e a s e i n r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . M u c h o f t h e i n - c r e a s e w a s f o u n d i n e a r l i e r c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g , w h i l e l a t e r c y c l e s c a u s e a 2 8 4 g r a d u a l d e c r e a s e i n r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . S t a t i s t i c a l t i m e s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d a n a l m o s t c o n s t a n t r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y f o r fi b r o u s c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t p u l p w i t h c o n t i n u e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g . I n t h e c a s e o f t h e p l a i n m a t r i x a n d fi - b r o u s c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g m e c h a n i c a l p u l p , h o w e v e r , t h e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s - t i c i t y s h o w s a t e n d e n c y t o d r o p w i t h c o n t i n u e d f r e e z e - t h a w c y c l e s . 7 . 3 . 1 . 3 N a t u r a l W e a t h e r i n g : T h e fl e x u r a l s t r e n g t h s o f u n a g e d a n d a g e d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a r e s i g - n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e o f p l a i n m o r t a r . T h e i m p r o v e m e n t i n s t r e n g t h d u e t o fi b e r a d d i t i o n i s m o r e p r o n o u n c e d a t a l l a g e s i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t fi b e r s . N a t u r a l a g e i n g t e n d s t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f b o t h p l a i n a n d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t e s t r e s u l t s a t 9 5 % c o n fi - d e n c e l e v e l , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t c h a n g e s i n fl e x u r a l s t r e n g t h o f p l a i n a n d fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s w i t h e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g a r e n o t s i g n i fi c a n t . T h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f u n a g e d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s i s s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h a t o f p l a i n m o r t a r . T h e i m p r o v e m e n t i n fl e x u r a l t o u g h n e s s d u e t o fi b e r a d d i t i o n i s m o r e p r o n o u n c e d i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g k r a f t fi b e r s . E x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g c a u s e s a m a j o r d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r b o t h p l a i n a n d fi b r o u s c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e t e s t d a t a a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi - d e n c e c o n fi r m e d a s i g n i fi c a n t d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r p l a i n m o r t a r a n d fi b r o u s c o m p o s i t e s . A c c u r a t e v a l u e s o f t o u g h n e s s f o r p l a i n m a t r i x a n d c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g m e c h a n i c a l p u l p c o u l d n o t b e o b t a i n e d d u e t o t h e v e r y l o w t o u g h n e s s v a l u e s o f t h e s e m a t e r i a l s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d i m p r o v e m e n t i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w i t h c o n t i n u e d n a t u - r a l w e a t h e r i n g . 2 8 5 I t s h o u l d b e n o t e d h e r e t h a t e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g f o r o n l y o n e y e a r m a y n o t b e s u f fi c i e n t t o d e r i v e r e l i a b l e c o n c l u s i o n s . H o w e v e r , t h e t r e n d s o b s e r v e d i n t h i s s t u d y u n d e r e x p o s u r e t o n a t u r a l a g e i n g a r e i n c l o s e c o m p a r i s o n w i t h t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g ( w e t t i n g a n d d r y i n g ) t e s t s . 7 . 3 . 2 E f f e c t o f B l e a c h i n g A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c o n d u c t e d t o a s s e s s t h e l o n g - t e r m d u r a b i l i t y o f m o l d e d c e m e n t c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s . T h e fi b e r s u s e d i n t h i s s t u d y w a s b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t ( S S K ) , a n d t h e c o m - p o s i t e s c o n t a i n e d a n o p t i m u m fi b e r c o n t e n t o f 2 % . T h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : 7 . 3 . 2 . 1 A c c e l e r a t e d W e t t i n g - D r y i n g C o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s , w h i c h c o n t a i n s m a l l a m o u n t s o f l i g n i n , p r o d u c e r e s u l t s c o m p a r a b l e t o t h o s e o f c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h b l e a c h e d fi b e r s a t a l l a g e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g . W e t t i n g - d r y i n g c y c l e s t e n d t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t e s t r e s u l t s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t t h e i n c r e a s e i n fl e x u r a l s t r e n g t h u n d e r r e p e a t e d w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s w a s n o t s i g n i fi c a n t . A c c e l e r a t e d w e t t i n g — d r y i n g c y c l e s c a u s e d a s e v e r e d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s i n b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s . A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t h e t e s t d a t a a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e c o n fi r m e d t h e s i g n i fi c a n t d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d i m p r o v e m e n t i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w i t h i n c r e a s e d n u m - b e r s o f w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s f o r b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b e r s . 2 8 6 7 . 3 . 2 . 2 F r e e z i n g a n d T h a w i n g T h e b e h a v i o r o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g u n b l e a c h e d a n d b l e a c h e d fi b e r s u n d e r r e p e a t e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g a r e c o m p a r a b l e . T h e r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g u n b l e a c h e d a n d b l e a c h e d fi - b e r s s h o w s a s l i g h t i n c r e a s e w i t h a g e i n g , w h i c h i s n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t . M u c h o f t h e i n c r e a s e t a k e p l a c e i n e a r l i e r c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g , w h i l e l a t e r c y c l e s c a u s e a g r a d u a l d e c r e a s e i n r e l a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . S t a t i s t i c a l t i m e s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d a s l i g h t d r o p i n r e l - a t i v e d y n a m i c m o d u l u s o f e l a s t i c i t y f o r b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b r o u s c o m p o s - i t e s w i t h c o n t i n u e d c y c l e s o f f r e e z i n g a n d t h a w i n g . 7 . 3 . 2 . 3 N a t u r a l W e a t h e r i n g C o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h u n b l e a c h e d w o o d fi b e r s p r o d u c e r e s u l t s c o m p a r a b l e t o t h o s e o f c o m p o s i t e s r e i n f o r c e d w i t h b l e a c h e d fi b e r s w h e n e x p o s e d t o n a t t u a l w e a t h e r - i n g . N a t u r a l a g e i n g t e n d s t o i n c r e a s e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t e s t r e s u l t s a t 9 5 % c o n - fi d e n c e l e v e l , h o w e v e r , i n d i c a t e d t h a t c h a n g e s i n fl e x u r a l s t r e n g t h a r e n o t s i g n i fi c a n t . E x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g c a u s e s a m a j o r d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r b o t h b l e a c h e d a n d u n b l e a c h e d fi b r o u s c e m e n t c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t e s t d a t a a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e c o n fi r m e d t h e s i g n i fi c a n t d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r b o t h c o m p o s i t e s . S t a t i s t i c a l t i m e - s e r i e s a n a l y s i s w i t h r e g r e s s i o n f o r e c a s t i n g p r e d i c t e d c o n t i n u e d i m p r o v e m e n t i n fl e x u r a l s t r e n g t h a n d d r o p i n fl e x u r a l t o u g h n e s s w i t h i n c r e a s e d n u m - b e r s o f w e t t i n g - d r y i n g c y c l e s . I t s h o u l d b e n o t e d h e r e t h a t e x p o s u r e t o n a t u r a l w e a t h e r i n g f o r o n l y o n e y e a r m a y n o t 2 8 7 b e s u f fi c i e n t t o d e r i v e r e l i a b l e c o n c l u s i o n s . H o w e v e r , t h e t r e n d s o b s e r v e d i n t h i s s t u d y u n d e r e x p o s u r e t o n a t u r a l a g e i n g a r e i n c l o s e c o m p a r i s o n w i t h t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g ( w e t t i n g a n d d r y i n g t e s t s ) . 7 . 3 . 3 C o m p r e h e n s i v e S t a t i s t i c a l S t u d y o f D i f f e r e n t P a r a m e t e r s a n d t h e i r E f f e c t s A n e x p e r i m e n t a l s t u d y b a s e d o n t h e s t a t i s t i c a l m e t h o d o f f r a c t i o n a l f a c t o r i a l d e s i g n w a s c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t s o f a g e i n g o n fl e x u r a l p e r f o r m a n c e o f w o o d fi b e r r e - i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s . T h e c o m p o s i t e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e s l u r r y - d e w a t e r - i n g t e c h n i q u e . T h e v a r i a b l e s o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y w e r e : ( 1 ) w o o d fi b e r t y p e ( s o f t w o o d & h a r d w o o d ) ; ( 2 ) fi b e r m a s s c o n t e n t ( 4 % a 8 % ) ; ( 3 ) p a r t i a l s u b s t i t u t i o n o f c e m e n t w i t h p o z z o l a n s ( 3 0 % fl y a s h o r 1 5 % s i l i c a f u m e ) ; ( 4 ) a g e i n g ( a g e d & u n a g e d ) ; a n d ( 5 ) s i l i c a s a n d c o n t e n t ( s i l i c a s a n d - c e m e n t r a t i o = 0 . 5 & 1 . 0 ) . T e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t : - A c c e l e r a t e d w e t t i n g — d r y i n g s l i g h t l y i m p r o v e s t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f w o o d fi b e r r e i n - f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s a t a l l fi b e r c o n t e n t s . H o w e v e r , t h e i n c r e a s e i s n o t s t a t i s t i c a l - l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e r e a r e s i g n i fi c a n t e f f e c t s o f a g e i n g o n fl e x u r a l t o u g h n e s s , w h e r e t o u g h n e s s r e d u c e s c o n s i d e r a b l y w i t h a g e i n g ( 2 5 c y c l e s o f w e t t i n g a n d d r y i n g ) . - A n a l y s i s o f t h e i n t e r a c t i o n o f d i f f e r e n t v a r i a b l e s w i t h a c c e l e r a t e d w e a t h e r i n g e f f e c t s i n d i c a t e d t h a t o n l y fi b e r c o n t e n t i n fl u e n c e s t h e ‘ a g i n g e f f e c t o n fl e x u r a l t o u g h n e s s a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e a d v e r s e e f f e c t s o f a g e i n g o n fl e x u r a l t o u g h n e s s w e r e r e - d u c e d a t l o w e r fi b e r c o n t e n t s . - H o t w a t e r s o a k i n g o f w o o d fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t c o m p o s i t e s s l i g h t l y i m p r o v e s fl e x - u r a l s t r e n g t h a t a l l fi b e r c o n t e n t s . H o w e v e r , t h e i n c r e a s e i s n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . T h e r e a r e s i g n i fi c a n t e f f e c t s o f a g e i n g o n fl e x u r a l t o u g h - n e s s , w h e r e t o u g h n e s s i s c o n s i d e r a b l y r e d u c e d w i t h a g e i n g ( h o t w a t e r s o a k i n g f o r 5 5 d a y s ) . — I n t e r a c t i o n o f d i f f e r e n t v a r i a b l e s w i t h h o t w a t e r s o a k i n g i n d i c a t e d t h a t o n l y fi b e r c o n - 2 8 8 t e n t a n d s a n d c o n t e n t i n fl u e n c e t h e a g i n g e f f e c t o n fl e x u r a l s t r e n g t h a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e . C o m p o s i t e s w i t h h i g h e r fi b e r c o n t e n t a n d h i g h e r s a n d c o n t e n t p r o d u c e a m o r e p o s i t i v e e f f e c t o f a g e i n g i n h o t w a t e r o n fl e x u r a l s t r e n g t h . A s f a r a s fl e x u r a l t o u g h n e s s i s c o n c e r n e d , a g e i n g e f f e c t s i n h o t w a t e r s h o w s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t i n t e r - a c t i o n s ( a t 9 5 % l e v e l o f c o n fi d e n c e ) w i t h fi b e r c o n t e n t a n d b i n d e r t y p e . T h e a d v e r s e e f f e c t s o f a g e i n g o n fl e x u r a l t o u g h n e s s a r e r e d u c e d a t l o w e r fi b e r c o n t e n t s a n d i n t h e p r e s e n c e o f s i l i c a f u m e . A P P E N D I X A S T A N D A R D S P E C I F I C A T I O N S T h e f o l l o w i n g s t a n d a r d S p e c i fi c a t i o n s w e r e ) u s e d i n t h i s s t u d y : 1 . A S T M C 2 3 0 2 . A S T M C 1 1 8 5 3 . A S T M C 6 6 6 4 . A S T M C 4 0 3 5 . A S T M C 1 8 5 6 . A S T M D 1 3 4 8 7 . J C I S F 4 8 . J C I S F 5 9 . T A P P I 2 0 7 S p e c i fi c a t i o n f o r F l o w T a b l e f o r U s e i n T e s t s o f H y d r a u l i c C e m e n t ( A m e r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s ) S t a n d a r d T e s t M e t h o d s f o r S a m p l i n g a n d T e s t i n g N o n - A s b e s t o s F i b e r - C e m e n t F l a t S h e e t , R o o fi n g a n d S i d i n g S h i n g l e s , a n d C l a p - b o a r d s ( A m e r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s ) T e s t M e t h o d f o r R e s i s t a n c e o f C o n c r e t e t o R a p i d F r e e z i n g a n d T h a w i n g ( A m e r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s ) T e s t M e t h o d f o r T i m e o f S e t t i n g o f C o n c r e t e M i x t u r e s b y P e n e t r a - t i o n R e s i s t a n c e ( A m e r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s ) T e s t M e t h o d f o r A i r C o n t e n t o f H y d r a u l i c C e m e n t M o r t a r ( A m e r i - c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s ) T e s t M e t h o d s f o r M o i s t u r e i n C e l l u l o s e ( A m e r i c a n S o c i e t y f o r T e s t - i n g a n d M a t e r i a l s ) M e t h o d o f T e s t s f o r F l e x u r a l S t r e n g t h a n d F l e x u r a l T o u g h n e s s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e ( J a p a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ) M e t h o d o f T e s t s f o r C o m p r e s s i v e S t r e n g t h a n d C o m p r e s s i v e T o u g h n e s s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e ( J a p a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ) W a t e r S o l u b i l i t y o f P u l p ( T e c h n i c a l A s s o c i a t i o n o f t h e P u l p a n d P a p e r I n d u s t r y ) 2 8 9 A P P E N D I X B N O T A T I O N T h e f o l l o w i n g s y m b o l s w e r e u s e d i n t h i s s t u d y : 1 0 0 0 L 1 0 0 0 L o n g A D A i r D r i e d A S T M A m e r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s C D C r o s s D i r e c t i o n C E D E D C h l o r i n e - E x t r a c t i o n - C h l o r i n e - D i o x i d e - E x u ' a c t i o n - C h l o r i n e - D i o x i d e C S F C a n a d i a n S t a n d a r d F r e e n e s s C — S - H C a l c i u m S i l i c a t e H y d r a t e E . G r a n d i s E u c a l y p t u s G r a n d i s E . R e g n a n s E u c a l y p t u s R e g n a n s E . S a l i g n a E u c a l y p t u s S a l i g n a F A F l y A s h J C I - S F J a p a n e s e C o n c r e t e I n s t i t u t e S t a n d a r d s f o r T e s t M e t h o d s o f F i b e r R e i n - f o r c e d C o n c r e t e M D M a c h i n e D i r e c t i o n N H K N o r t h e r n H a r d w o o d K r a f t P . R a d i a t a P i n u s R a d i a t a R H R e l a t i v e H u m i d i t y S A T S a t u r a t e d S E M S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o g r a p h s S F S i l i c a F u m e S S K S o u t h e r n S o f t w o o d K r a f t S t . D e v . S t a n d a r d D e v i a t i o n T A P P I T e c h n i c a l A s s o c i a t i o n o f t h e P u l p a n d P a p e r I n d u s t r y 2 9 0 1 0 . l l . B I B L I O G R A P H Y C o u t t s , R . S . P . , “ S t i c k s a n d S t o n e s , ” F o r e s t P r o d u c t s N e w s l e t t e r , C S I R O D i v i s i o n o f C h e m i c a l a n d W o o d T e c h n o l o g y ( A u s t r a l i a ) , V o l . 2 , N o . 1 , J a n . 1 9 8 8 , p p . 1 - 4 . C o u t t s , R . S . P . , “ W o o d F i b e r s I n I n o r g a n i c M a u i c e s , ” C h e m i s t r y I n A u s t r a l i a , V o l . 5 0 , N o . 5 , M a y 1 9 8 3 . P P . 1 4 3 - 1 4 8 . C o u t t s , R . S . P . a n d M i c h e l l , A . S . , “ W o o d P u l p F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s , ” J o u r n a l o f A p p l i e d P o l y m e r S c i e n c e : A p p l i e d P o l y m e r S y m p o s i u m 3 7 , J o h n W i l e y & S o n s , I n c . , 1 9 8 3 . P P . 8 2 9 - 8 4 4 . N e w - A W o o d - F i b e r C e m e n t B u i l d i n g B o a r d , C S I R O I n d u s t r i a l R e s e a r c h N e w s 1 4 6 , A u s t r a l i a , M a y 1 9 8 1 , p p . 1 - 4 . S t u d i n k a , J . B . , “ A s b e s t o s S u b s t i t u t i o n i n t h e F i b e r C e m e n t I n d u s t r y , ” T h e I n t e m a - t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i g h t w e i g h t C o n c r e t e , V o l . 1 1 , N o . 2 , M a y 1 9 8 9 . P P . 7 3 - 7 8 . H a r p e r , S . , “ D e v e l o p i n g A s b e s t o s - F r e e C a l c i u m S i l i c a t e B u i l d i n g B o a r d s , ” C o m p o s - i t e s , A p r . 1 9 8 2 , p p . 1 2 3 - 1 2 8 . S i n h a , U . N . , D u t t a , S . N . , C h a l i h a , H P . a n d I y e n g a r , M . S . , “ P o s s i b i l i t i e s o f R e p l a c i n g A s b e s t o s i n A s b e s t o s C e m e n t S h e e t s b y C e l l u l o s e P u l p , ” I n d i a n C o n c r e t e J o u r n a l , A u g . 1 9 7 5 , p p . 2 2 8 - 2 3 2 . V i n s o n , K . D . a n d D a n i e l , J . I . , “ S p e c i a l t y C e l l u l o s e F i b e r s f o r C e m e n t R e i n f o r c e m e n t , ” T h i n S e c t i o n F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e a n d F e r r o c e m e n t , P u b l i c a t i o n S P - 1 2 4 , A m e r - i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e , D e t r o i t , M i c h i g a n , 1 9 9 0 , p p . 1 - 1 8 . D a n i e l , J . 1 . a n d S h a h , S . P . , “ T h i n P r e c a s t F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t P a n e l s , ” P r o c e e d - i n g s o f t h e S e s s i o n s a t S t r u c t u r e s C o n g r e s s 1 9 8 7 , M a t e r i a l s a n d M e m b e r B e h a v i o r , A S C E , A u g . 1 9 8 7 , p p . 3 7 4 - 3 8 8 . E t e r l i n e , H i g h P e r f o r m a n c e F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t P a n e l s , E t e r n i t , I n c . , B l a n d o n , P e n n s y l v a n i a . H a r d i fl e x , F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t S h e e t s , J a m e s H a r d i e B u i l d i n g P r o d u c t s , I n c . , M i s s i o n V i e j o , C a l i f o r n i a . 2 9 1 1 2 . 1 3 . 1 4 . 1 5 . 1 6 . 1 7 . 1 8 . 1 9 . 2 0 . 2 1 . 2 2 . 2 3 . 2 4 . 2 5 . 2 6 . 2 9 2 V e r s a c e m H D a n d M P , F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t S h e e t s , B N Z M a t e r i a l s , I n c . , L i t t l e - t o n , C o l o r a d o . C o u t t s , R . S . P . , “ A u t o c l a v e d B e a t e n W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s , ” C o m p o s i t e s , V o l . 1 5 , N o . 2 , A p r i l 1 9 8 4 , p p . 1 3 9 - 1 4 3 . G r a m , H . E . , “ D u r a b i l i t y o f N a t u r a l F i b e r s I n C o n c r e t e , ” S w e d i s h C e m e n t a n d C o n - c r e t e R e s e a r c h I n s t i t u t e , S t o c k h o l m , 1 9 8 3 , 2 5 5 p p . S u c h s l a n d , O . a n d W o o d s o n , G . E . , “ F i b e r b o a r d M a n u f a c t u r i n g P r a c t i c e s I n t h e U n i t e d S t a t e s , ” U n i t e d S t a t e s D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e , F o r e s t S e r v i c e , A g r i c u l t u r e H a n d - b o o k N o . 6 4 0 , 1 9 8 6 . P P 1 3 - 8 7 . K o c u r e k , M . J . a n d S t e v e n s , C . F . B . , “ P u l p a n d P a p e r M a n u f a c t u r e , V o l . 1 : P r o p e r t i e s o f F i b r o u s R a w M a t e r i a l s a n d T h e i r P r e p a r a t i o n f o r P u l p i n g , ” J o i n t T e x t b o o k C o m m i t t e e o f t h e P a p e r I n d u s t r y , A t l a n t a , G e o r g i a , 1 9 8 3 , p p 1 - 5 4 . N i s s a n , A . H . , “ P a p e r , ” P u l p i n g a n d P a p e r M a k i n g , p p . 3 3 5 - 3 5 4 . D a v i s , G . W . , C a m p b e l l , M D . a n d C o u t t s , R . S . P . , “ A S . E . M . S t u d y o f W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s , ” H o l z f o r s c h u n g ( B e r l i n ) , V o l . 3 5 , 1 9 8 1 , p p . 2 0 1 - 2 0 4 . C o u t t s , R . S . P . , “ H i g h Y i e l d W o o d P u l p s A s R e i n f o r c e m e n t F o r C e m e n t P r o d u c t s , ” A p p i t a , V o l . 3 9 , N o . 1 , J a n . 1 9 8 6 , p p . 3 1 - 3 5 . C o u t t s , R . S . P . a n d K i g h t l y , P . , “ B o n d i n g I n W o o d F i b e r - C e m e n t C o m p o s i t e s , ” J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e , V o l . 1 9 , 1 9 8 4 , p p . 3 3 5 5 - 3 3 5 9 . T A P P I 2 2 7 , F r e e n e s s o f P u l p , T A P P I S t a n d a r d s , T e c h n i c a l A s s o c i a t i o n o f P u l p a n d P a p e r I n d u s t r y , 1 9 5 8 . P a g e , D . H . , E l - H o s s e i n y , F . a n d \ V r n k l e r , K . , “ B e h a v i o r o f S i n g l e W o o d F i b e r U n d e r A x i a l T e n s i l e S t r a i n , ” N a t u r e , V o l . 2 2 9 , J a n . 1 9 7 1 , p p . 2 5 2 - 2 5 3 . P e d e r s e n , N . , “ C o m m e r c i a l D e v e l o p m e n t o f A l t e r n a t i v e s T o A s b e s t o s S h e e t P r o d u c t s B a s e d O n S h o r t F i b e r s , ” F i b r o u s C o n c r e t e , P r o c e e d i n g s o f t h e S y m p o s i u m O n F i b r o u s C o n c r e t e H e l d I n L o n d o n O n 1 6 t h A p r i l 1 9 8 0 , T h e C o n c r e t e S o c i e t y , C o n c r e t e I n t e r - n a t i o n a l 1 9 8 0 , T h e C o n s t r u c t i o n P r e s s , L a n c a s t e r , L o n d o n , N e w Y o r k , p p . 1 8 9 - 1 9 3 . C o u t t s , R . S . P . a n d R i d i k a s , V . , “ R e fi n e d W o o d F i b e r - C e m e n t P r o d u c t s , ” A p p i t a , V o l . 3 5 , N o . 5 , M a r c h 1 9 8 2 , p p . 3 9 5 - 4 0 0 . C o u t t s , R . S . P . a n d K i g h t l y , P . , “ M i c r o s t r u c t u r e o f A u t o c l a v e d R e fi n e d W o o d - F i b e r C e m e n t M o r t a r s , ” J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e , V o l . 1 7 , 1 9 8 2 , p p . 1 8 0 1 - 1 8 0 6 . C o u t t s , R . S . P . , “ F i b e r - M a u i x I n t e r f a c e I n A i r - C u r e d W o o d - P u l p F i b e r - C e m e n t C o m - p o s i t e s , ” J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e L e t t e r s V o l . 6 , 1 9 8 7 , p p . 1 4 0 - 1 4 2 . 2 7 . 2 8 . 2 9 . 3 0 . 3 1 . 3 2 . 3 3 . 3 4 . 3 5 . 3 6 . 3 7 . 3 8 . 3 9 . 4 0 . 2 9 3 C o u t t s , R . S . P . a n d C a m p b e l l , M . D . , “ C o u p l i n g A g e n t s I n W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s , ” C o m p o s i t e s , V o l . 1 0 , N o . 4 , C o t . 1 9 7 9 , p p . 2 2 8 - 2 3 2 . C a m p b e l l , M D . a n d C o u t t s , R . S . P . , “ W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s , ” J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e , V o l . 1 5 , 1 9 8 0 , p p . 1 9 6 2 - 1 9 7 0 . C o u t t s , R . S . P . , “ E u c a l y p t u s W o o d F i b e r - R e i n f o r c e d C e m e n t , “ J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e L e t t e r , V o l . 6 , 1 9 8 7 , p p . 9 5 5 - 9 5 7 . C o u t t s , R . S . P . a n d W a r d e n , P . G . , “ A i r - C u r e d A b a c a R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s , ” T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i g h t w e i g h t C o n c r e t e , V o l . 9 , N 0 . 2 , M a y 1 9 8 7 ’ p p - 6 9 ‘ 7 3 . D a n i e l , J . I . a n d A n d e r s o n , E . D . , “ A c r y l i c F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s , ” P r o - c e e d i n g s , T h i r d R I L E M l n t e m a t i o n a l S y m p o s i u m o n D e v e l o p m e n t s i n F i b e r R e i n - f o r c e d C e m e n t a n d C o n c r e t e , V o l . 1 , J u l . 1 9 8 6 . C o u t t s , R . S . P . , “ A i r - C u r e d W o o d P u l p , F i b e r / C e m e n t M o r t a r s , ” C o m p o s i t e s , V o l . 1 8 , N o . 4 , S e p t . 1 9 8 7 . P P . 3 2 5 - 3 2 8 . C o u t t s , R . S . P . , “ F l a x F i b e r s A s a R e i n f o r c e m e n t I n C e m e n t M o r t a r s , ” T h e I n t e m a - t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i g h t - W e i g h t A g g r e g a t e s , V o l . 5 , N o . 4 , N o v . 1 9 8 3 , p p . 2 5 7 - 2 6 2 . A n d o n i a n , R . , M a i , Y . M . a n d C o t t e r e l l , B . , “ S n - e n g t h a n d F r a c t u r e P r o p e r t i e s o f C e l l u - l o s e F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s , ” T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s , V o l . 1 , N o . 3 , 1 9 7 9 , p p . 1 5 1 - 1 5 8 . C o u t t s , R . S . P . a n d W a r d e n , P . G . , “ T h e E f f e c t o f C a s t i n g P r e s s u r e o n t h e P r o p e r t i e s o f W o o d F i b e r - R e i n f o r c e d P l a s t e r , ” J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e L e t t e r s , V o l . 7 , 1 9 8 8 , p p . 9 1 8 - 9 2 1 . C o u t t s , R . S . P . W a r d , J . V . , “ M i c r o s t r u c t u r e o f W o o d - F i b e r - P l a s t e r C o m p o s i t e s , ” J o u r - n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e L e t t e r s , V o l . 6 , 1 9 8 7 , p p . 5 6 2 - 5 6 4 . C o u t t s , R . S . P . a n d W a r d e n , P . G . , “ E f f e c t o f C o m p a c t i o n o n t h e P r o p e r t i e s o f A i r - C u r e d W o o d F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t , ” C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s , V o l . 1 2 , 1 9 9 0 , p p . 1 5 1 - 1 5 6 . S h a r m a n , W . R . a n d V a u t i e r , B . P . , “ A c c e l e r a t e d D u r a b i l i t y T e s t i n g o f A u t o c l a v e d W o o d - F i b e r - R e i n f o r c e d C e m e n t - S h e e t C o m p o s i t e s , ” D u r a b i l i t y o f B u i l d i n g M a t e r i - a l s , V o l . 3 , 1 9 8 6 . p p . 2 5 5 - 2 7 5 . S h a n n a n , W . R . , “ D u r a b i l i t y o f F i b e r - C o n c r e t e S h e e t C l a d d i n g s , ” N e w Z e a l a n d C o n - c r e t e C o n s t r u c t i o n , A u g . 1 9 8 3 , p p . 3 - 7 . M o r r i s s e y , F . E . , C o u t t s , R . S . P . a n d G r o s s m a n , P . U . A . , “ B o n d B e t w e e n C e l l u l o s e 4 1 . 4 2 . 4 3 . 4 5 . 4 6 . 4 7 . 4 8 . 4 9 . 5 0 . 5 1 . 5 2 . 5 3 . 5 4 . 5 5 . 5 6 . 2 9 4 F i b e r s a n d C e m e n t , ” T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i g h t - w e i g h t C o n c r e t e , V o l . 7 , 1 9 8 5 , p p . 7 3 - 8 0 . P a p e r G r a d e W o o d P u l p H P - l 1 , P r o c t e r a n d G a m b l e C e l l u l o s e , M e m p h i s , T e n n e s s e e . G r a n d e P r a i r i e H a r d w o o d , P r o c t e r a n d G a m b l e C e l l u l o s e , M e m p h i s , T e n n e s s e e . T e c h n i c a l S h e e t o n W o o d F i b e r s , A m e r i c a n F i l l e r s a n d A b r a s i v e s , I n c . , B a n g o r , M i c h - i g a n . D a r a c e m - I O O S u p e r p l a s t i c i z e r , G r a c e C o n s t r u c t i o n P r o d u c t s , C a m b r i d g e , M a s s a c h u - s e t t s . D a r a s e t N o n - C o r r o s i v e N o n - C h l o r i d e A c c e l e r a t o r , G r a c e C o n s t r u c t i o n P r o d u c t s , C a m b r i d g e , M a s s a c h u s e t t s . N A L C L E A R 9 7 0 8 P U L V F l o c c u l e n t , N a l c o C h e m i c a l C o m p a n y , N a p e r v i l l e , I l l i n o i s . B A S F S t y r o f a n 1 1 8 6 P o l y m e r , B A S F C a n a d a I n c . , S a r n i a , O n t a r i o . P u l P l u s P o l y e t h y l e n e P u l p @ 3 8 5 0 , o n P o n t C o m p a n y , W i l m i n g t o n , D e l a w a r e . J C I S t a n d a r d s f o r T e s t M e t h o d s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e , J a p a n C o n c r e t e I n s t i - t u t e , 1 9 8 4 , T o k y o , J a p a n . A C 1 C o m m i t t e e 5 4 4 , “ M e a s u r e m e n t o f P r o p e r t i e s o f F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e , ” A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e M a t e r i a l s J o u r n a l , V o l . 8 5 , N o . 6 , 1 9 8 8 , p p . 5 8 3 - 5 9 2 M a i , Y . W . , H a k e e m , M . I . a n d C o t t e r e l l , B . , “ E f f e c t s o f W a t e r a n d B l e a c h i n g o n t h e M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f C e l l u l o s e F i b e r C e m e n t s , ” J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e , V o l . 1 8 , 1 9 8 3 , p p . 2 1 5 6 - 2 1 6 2 . N e v i l l e , A . M . , “ P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e , ” J o h n \ V r l e y a n d S o n s , I n c . , N e w Y o r k , N e w Y o r k , 1 9 6 3 , p p . 4 0 9 - 4 1 5 . M i n d e s s , S . a n d Y o u n g , J . F . , “ C o n c r e t e , ” P r e n t i c e - H a l l , E n g l e w o o d C l i f f s , N e w J e r s e y , 1 9 8 1 , 4 2 2 - 4 2 5 . A k e r s , S . A . S a n d S t u d i n k a , J . B . , “ A g e i n g B e h a v i o r o f C e l l u l o s e F i b e r C e m e n t C o m - p o s i t e s i n N a t u r a l W e a t h e r i n g a n d A c c e l e r a t e d T e s t s , ” T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i g h t W e i g h t C o n c r e t e , V o l . 1 1 , N o . 2 , M a y 1 9 8 9 , p p . 9 3 - 9 7 . B e n t u r , A . a n d A k e r s , S . A . S . , “ T h e M i c r o s t r u c t u r e a n d A g e i n g o f C e l l u l o s e F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s i t e s C u r e d i n a N o r m a l E n v i r o n m e n t , ” T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i g h t W e i g h t C o n c r e t e , V o l . 1 1 , N o . 2 , M a y 1 9 8 9 , p p . 9 9 - 1 0 9 . B e n t u r , A . a n d A k e r s , S . A . S . , “ T h e M i c r o s t r u c t u r e a n d A g e i n g o f C e l l u l o s e F i b e r V ‘ 5 7 . 5 8 . 5 9 . 6 1 . 6 2 . 2 9 5 R e i n f o r c e d A u t o c l a v e d C e m e n t C o m p o s i t e s C u r e d i n a N o r m a l E n v i r o n m e n t , ” T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i g h t W e i g h t C o n c r e t e , V o l . 1 1 , N o . 2 , M a y 1 9 8 9 , p p . 1 1 1 - 1 1 5 . A k e r s , S . A . S . , C r a w f o r d , D . , S c h u l t e s t , K . a n d G e r n e k a , D . A . , “ M i c r o m e c h a n i c a l S t u d i e s o f F r e s h a n d W e a t h e r e d F i b e r C e m e n t C o m p o s i t e s , P a r t 1 : D r y T e s t i n g , ” T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i g h t w e i g h t C o n c r e t e , V o l . 1 1 , N o . 2 , M a y 1 9 8 9 , p p . 1 1 7 - 1 2 4 . T a i t , R B . a n d A k e r s , S . A . S . , “ M i c r o m e c h a n i c a l S t u d i e s o f F r e s h a n d W e a t h e r e d F i b e r C e m e n t C o m p o s i t e s , P a r t 2 : W e t T e s t i n g , ” T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m - p o s i t e s a n d L i g h t w e i g h t C o n c r e t e , V o l . 1 1 , N o . 2 , M a y 1 9 8 9 , p p . 1 2 5 - 1 3 1 . P r i r i e B . J . , G l a s s e r , F . P . , S c h m i t t - H e n c o , C . a n d A k e r s , S . A . S . , “ D u r a b i l i t y S t u d i e s a n d C h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e M a t r i x a n d F i b e r - C e m e n t I n t e r f a c e o f A s b e s t o s - F r e e F i b e r - C e m e n t P r o d u c t s , C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s , V o l . 1 2 , 1 9 9 0 , p p . 2 3 3 - 2 4 4 . R a d j y , F . F . , S e l l e v o l d , E . J . , M o e l l , S . M . a n d D a n i e l s s e n , T . , “ U s e o f M i c r o s i l i c a A d d i - t i v e s i n A s b e s t o s F r e e F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t s , ” P r o c e e d i n g s , T h i r d R I L E M I n t e r - n a t i o n a l S y m p o s i u m o n D e v e l o p m e n t s i n F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t a n d C o n c r e t e , V o l . 1 , J u l . 1 9 8 6 . B e n t u r , A . , “ S i l i c a F u m e T r e a t m e n t s a s M e a n s f o r I m p r o v i n g D u r a b i l i t y o f G l a s s F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t s , ” J o u r n a l s o f M a t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g , V o l . 1 , N o . 3 , A u g . 1 9 8 9 . p p . 1 6 7 - 1 8 3 . M a n s u r , M A . a n d A z i z , M A . “ A S t u d y o f J u t e F i b e r R e i n f o r c e d C e m e n t C o m p o s - i t e s , ” I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i g h t w e i g h t C o n c r e t e , V o l . 4 , N o . 2 , 1 9 8 2 , p p . 7 5 - 8 2 .