انجمن علوم و صنایع چوب و کاغذ ایران مجله صنایع چوب و کاغذ ایران 2008-9066 17 1 2026 04 21 Evaluation of Physical and Mechanical Properties of Cement-Based Composites Containing Recycled Paper Fibers ارزیابی ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی چندسازه‌های سیمانی حاوی الیاف کاغذ باطله 113 125 735479 10.22034/ijwp.2025.2075469.1735 FA ولی الله موسوی دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس Journal Article 2025 10 28 Problem definition and Objectives: In recent years, construction engineering has increasingly shifted toward the use of lightweight, durable, and environmentally compatible materials. Cement-based composites, as emerging construction materials, offer considerable potential for development depending on the availability of regional raw materials such as wood, cellulosic fibers, and waste paper. Given the limited wood resources and the growing demand for composite products, the use of fibers recovered from recycled printing-paper waste has been suggested as an economical and environmentally sustainable alternative. Accordingly, waste printing-paper fibers were employed in the present study. One of the major challenges in producing such composites is the inherent incompatibility of lignocellulosic fibers with Portland cement, which restricts the formation of strong and stable interfacial bonding within the composite matrix. Previous studies have shown that the incorporation of calcium chloride can enhance cement hydration and improve fiber–cement compatibility. The combined use of recycled cellulosic fibers with additives such as calcium chloride or nanosilica has also been reported to improve durability, phase cohesion, flexural performance, and reduce thickness swelling in wood–cement composites. Therefore, calcium chloride was utilized in this research to improve the setting behavior of cement in the presence of waste paper fibers. The primary objective of this study was to determine the optimum mixing ratio of recycled printing-paper fibers and cement, together with an appropriate dosage of calcium chloride, in order to enhance the physical and mechanical properties of the resulting composite.<br>Methodology: In this study, cellulosic fibers derived from waste printing paper were used as the reinforcing agent, while Type II Portland cement served as the matrix. Calcium chloride powder was employed as a setting accelerator and to improve the fiber–cement interfacial bonding at two levels (3% and 5% by cement weight). The specimens were prepared with three different fiber-to-cement ratios (30:70, 25:75, and 20:80 by weight) and cured for 28 days. Subsequently, they were tested for physical and mechanical properties according to EN standards. The obtained results were analyzed to evaluate the effects of the mixing ratios and calcium chloride content on the performance of the paper fiber–cement composites.<br>Results: The results showed that increasing the cement content from 70 to 80% led to a decrease in water absorption and thickness swelling, as well as an improvement in the density of the samples measured. In contrast, the effects of 3 and 5% calcium chloride on the physical and mechanical properties of the samples were not independently significant observed. The highest mechanical properties, including modulus of rupture, modulus of elasticity, and internal bond strength, were obtained in the 20:80 cement-to-fiber ratio prepared. The use of calcium chloride in limited amounts contributed to the acceleration of setting and the improvement of fiber–cement bonding facilitated. However, at higher contents, a slight reduction in physical properties was observed due to porosity formation and volumetric stresses induced. Overall, optimizing the cement-to-fiber ratio and controlled application of calcium chloride played a crucial role in enhancing the performance of paper fiber–cement composites achieved.<br>Conclusion: The mixing ratio of recycled printing-paper fibers and cement plays a decisive role in improving the physical and mechanical properties of cement-based composites, as demonstrated in this study. An increase in the cement content to 80% led to higher density and enhanced mechanical strength, while water absorption and thickness swelling decreased. In contrast, raising the fiber content to 30% resulted in greater water absorption and thickness swelling, a phenomenon attributable to the porous structure of the fibers that provided additional capillary pathways for moisture penetration. The incorporation of 3% calcium chloride accelerated the hydration process and strengthened the fiber–cement interfacial bonding, whereas increasing its level to 5% caused a relative decline in both physical and mechanical properties because of salt crystallization and increased porosity. A significant interaction effect between cement and calcium chloride was observed only for internal bonding. The optimal performance was obtained in the formulation containing 20% fibers, 80% cement, and 3% calcium chloride. Overall, the use of recycled printing-paper fibers as a sustainable and environmentally compatible substitute has the potential to enhance composite performance and reduce the environmental impacts of building materials. بیان مساله و اهداف: در سال‌های اخیر، مهندسی ساختمان به‌سوی استفاده از مصالح سبک، مقاوم و سازگار با محیط‌زیست رفته است. چندسازه‌های پایه سیمان به‌عنوان مواد نوین ساختمانی، بسته به نوع مواد اولیه‌ی در دسترس مانند چوب، الیاف سلولزی و کاغذ باطله، در هر منطقه قابلیت توسعه دارند. با توجه به محدودیت منابع چوبی و افزایش تقاضا برای محصولات مرکب، استفاده از الیاف حاصل از بازیافت کاغذهای تحریری باطله به‌عنوان جایگزینی اقتصادی و زیست‌پذیر پیشنهاد می‌شود. از این‌رو در این تحقیق نیز از الیاف کاغذ تحریری باطله استفاده شد. یکی از چالش‌های اساسی در این چند‌سازه‌ها، ناسازگاری الیاف با سیمان پرتلند و ضعف در ایجاد پیوند مؤثر میان اجزاست. نتایج مطالعات پیشین نشان داده‌اند که افزودن کلرید کلسیم موجب بهبود گیرایی سیمان با الیاف شده است. استفاده‌ی هم‌زمان از الیاف سلولزی بازیافتی و افزودنی‌هایی مانند کلرید کلسیم یا نانوسیلیس، دوام و پیوستگی فازی در ساختار سیمانی را تقویت می‌کند و سبب افزایش مقاومت خمشی و کاهش واکشیدگی ضخامت در چندسازه‌های چوب-سیمان می‌شود. در این تحقیق نیز به منظور بهبود گیرایی سیمان با الیاف کاغذ باطله از کلرید کلسیم استفاده شد. تعیین نسبت بهینه‌ی اختلاط الیاف کاغذ تحریری باطله با سیمان همراه با کلرید کلسیم برای بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی چندسازه‌ تولیدی را می‌توان هدف اصلی پژوهش برشمرد.<br>مواد و روش‌ها: در این پژوهش، الیاف سلولزی حاصل از پسماند کاغذهای تحریری به‌ عنوان تقویت‌کننده و سیمان پرتلند نوع دوم به‌عنوان ماتریس به کار رفت. پودر کلرید کلسیم برای تسریع گیرایی و بهبود پیوستگی الیاف با سیمان در دو سطح ۳ و ۵ درصد استفاده شد. نمونه‌ها با سه نسبت وزنی مختلف الیاف به سیمان (۳۰:۷۰، ۲۵:۷۵ و ۲۰:۸۰) ساخته و پس از آماده‌سازی ۲۸ روزه تحت آزمون‌های فیزیکی و مکانیکی بر اساس استانداردهای EN قرار گرفتند. نتایج به‌منظور ارزیابی تأثیر نسبت اختلاط و میزان کلرید کلسیم بر خواص فیزیکی و مکانیکی چندسازه‌های الیاف کاغذ–سیمان مورد تحلیل قرار گرفت.<br>نتایج: نتایج نشان داد افزایش درصد سیمان از 70 به 80 درصد موجب کاهش جذب آب و واکشیدگی ضخامت و بهبود دانسیته نمونه‌ها گردید، در حالی‌که اثر 3 و 5 درصد کلرید کلسیم بر خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه‌ها به‌طور مستقل معنی‌دار نبود. بیشترین مقاومت مکانیکی (مدول گسیختگی، مدول الاستیسیته و چسبندگی داخلی) در نسبت 20/80 سیمان به الیاف مشاهده شد. استفاده از کلرید کلسیم در مقادیر محدود باعث تسریع گیرایی و بهبود پیوند الیاف و سیمان شد، اما در درصدهای بالاتر به‌دلیل ایجاد تخلخل و تنش‌های حجمی، کاهش جزئی در خواص فیزیکی مشاهده گردید. در مجموع، تنظیم نسبت بهینه‌ی سیمان به الیاف و مصرف کنترل ‌شده‌ی کلرید کلسیم در بهبود عملکرد چندسازه‌های الیاف کاغذ–سیمان نقش اساسی دارد.<br>نتیجه‌گیری: نسبت اختلاط الیاف کاغذ تحریری باطله و سیمان نقش تعیینکنندهای در بهبود ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی چندسازههای پایه سیمان دارد. با افزایش درصد سیمان به 80 درصد، دانسیته و استحکام مکانیکی افزایش و در مقابل، جذب آب و واکشیدگی ضخامت کاهش یافت، در حالی که افزایش درصد الیاف به 30 درصد به دلیل ساختار متخلخل الیاف باعث افزایش مسیرهای موئینه برای نفوذ آب، باعث بالا رفتن میزان جذب آب و واکشیدگی ضخامت نمونهها شد. افزودن ۳ درصد کلرید کلسیم موجب تسریع فرآیند هیدراسیون و بهبود پیوند الیاف با سیمان شد، در حالی که افزایش آن به ۵ درصد به‌دلیل تبلور نمک‌ها و افزایش تخلخل، موجب کاهش نسبی خواص فیزیکی و مکانیکی گردید. اثر متقابل سیمان و کلرید کلسیم تنها بر چسبندگی داخلی معنی‌دار بود. بهترین عملکرد در ترکیب ۲۰ درصد الیاف، ۸۰ درصد سیمان و ۳ درصد کلرید کلسیم مشاهده شد. به‌طور کلی، استفاده از الیاف بازیافتی کاغذ تحریری به‌عنوان جایگزینی پایدار و ‌سازگار با محیط زیست می‌تواند به بهبود عملکرد و کاهش اثرات مخرب مصالح ساختمانی در محیط زیست کمک کند. https://www.ijwp.ir/article_735479_4bf85e35cc412582c3ceb5553ad3a5da.pdf