竹纖維對水泥砂漿基本性能的影響分析

王 新

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學院，廣西 南寧 530023）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，水泥砂漿的需求與應用越來越廣，對水泥砂漿的性能要求也越來越高［1］。水泥砂漿作為常規(guī)的建筑材料卻有不足的一面［2］，如抗壓強度低、易開裂、韌性差等。自水泥砂漿出現(xiàn)的200多年中，人們一直在想方設(shè)法改善水泥砂漿的不足，從最初的優(yōu)化配合比設(shè)計到加入各種外加劑以及改變攪拌工藝等，這些方法在一定程度上改善了水泥砂漿的不足，但收到的效果有限。纖維砂漿的出現(xiàn)是水泥砂漿性能改變的重大革命，大量研究結(jié)果表明，纖維的摻入對提高砂漿的韌性、減少和延緩砂漿的裂縫產(chǎn)生方面可起到改善作用［3－4］。但有關(guān)竹纖維對水泥砂漿性能影響的研究很少，竹纖維具有自重輕、韌性好、抗拉強度性能優(yōu)異、加工過程能耗低等優(yōu)點。我國竹資源十分豐富，有“竹子王國”的美譽，豐富的竹資源為竹纖維的發(fā)展提供了強大的資源優(yōu)勢，其綠色環(huán)保的特點也符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略［5］。

本文對不同長度和摻量的竹纖維對水泥砂漿的影響作用進行試驗，分析竹纖維對水泥砂漿基本性能的影響，研究竹纖維對水泥砂漿性能的改善作用。為竹纖維砂漿在工程實踐中的應用和推廣提供參考依據(jù)。

1 試驗

1.1 原材料

（1）水泥：海螺牌32.5的普通硅酸鹽水泥；

（2）砂：普通河砂，細度模數(shù)為2.31，中砂，符合《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ／T70－2009）試驗要求；

（3）水：城市自來水；

（4）竹纖維：細圓柱形，橫斷面直徑為1.5mm。

1.2 試驗方法

拌制水泥砂漿的配合比見表1。試驗按照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ／T70－2009）攪拌砂漿并對砂漿的稠度及保水性進行試驗比對；按照《水泥膠砂強度檢測方法（ISO法）》（GB／T 17671－1999）進行砂漿抗壓、抗折試驗比對。保持竹纖維摻量為2%，采用4種不同長度的纖維（5mm、10mm、15mm、20mm）；保持竹纖維長度為10mm，4種不同摻量的竹纖維（1%、2%、3%、4%）；共制備8組70.7mm×70.7mm×70.7mm的抗壓試 塊、8組40mm×40mm×160mm的抗折試塊及各1組空白對比試塊。24h后拆模并放入養(yǎng)護室進行28d的標準養(yǎng)護。

表1 水泥砂漿的配合比表

2 試驗結(jié)果

2.1 竹纖維摻量與長度對水泥砂漿稠度、保水性的影響

竹纖維對水泥砂漿的稠度影響試驗結(jié)果如圖1、圖2所示。由圖1～2可知，水泥砂漿的稠度值隨著竹纖維摻量的增加而減少。這是由于拌制竹纖維水泥砂漿時摻入干燥的纖維，纖維吸水導致砂漿的稠度隨著竹纖維的增加而降低。所以在工程的實際運用中要考慮竹纖維摻量對拌制水泥砂漿稠度的影響。

圖1 纖維長度對砂漿稠度的影響曲線圖（摻量為2%）

圖2 纖維摻量對砂漿稠度的影響曲線圖（長度為10mm）

竹纖維對水泥砂漿的保水性影響試驗結(jié)果如圖3、圖4所示。由圖3～4可知，水泥砂漿的保水性值隨著竹纖維量的增加而增加。砂漿保水性增加是由于竹纖維吸水，存儲一定的水量，在砂漿受擠壓的過程中竹纖維中的水分隨之排出導致砂漿保水性隨著竹纖維的增加而增加。

圖3 纖維長度對砂漿保水性的影響曲線圖（摻量為2%）

圖4 纖維摻量對砂漿保水性的影響曲線圖（長度為10mm）

竹纖維水泥砂漿保水性計算公式：

式中：W ——保水性（%）；

m1——不下透水片與干燥試模質(zhì)量（g）；

m2——8片濾紙吸水前的質(zhì)量（g）；

m3——試模、不下透水片與砂漿總質(zhì)量（g）；

m4——8片濾紙吸水后的質(zhì)量（g）；

α——砂漿含水率（%）。

2.2 竹纖維摻量與長度對水泥砂漿抗壓強度的影響

將養(yǎng)護28d試件取出，采用WE－300B型液壓式萬能試驗機對竹纖維水泥砂漿試塊進行抗壓強度試驗。竹纖維水泥砂漿的抗壓強度試驗結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 纖維長度對砂漿抗壓強度的影響曲線圖（摻量為2%）

圖6 纖維摻量對砂漿抗壓強度的影響曲線圖（長度為10mm）

由圖5可知，在竹纖維摻量保持2%不變的情況下，當竹纖維長度為5mm時，砂漿的抗壓強度增加5.9%；當竹纖維長度為10mm時，砂漿的強度降低0.63%；當竹纖維長度為15mm時，砂漿的抗壓強度提高14.6%；在竹纖維長度為20mm時，砂漿的抗壓強度值達到最大，提高了17.0%。在此試驗過程中，纖維砂漿的總體抗壓強度平均值大于空白試驗試塊的抗壓值。這是由于纖維摻入并且均勻分布到砂漿中，改善了砂漿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得砂漿在一定的情況下由竹纖維消耗了一部分抗裂性能，從而提升砂漿的抗荷載能力。但當竹纖維長度達到10mm時砂漿的抗壓強度略微低于空白試驗組的抗壓強度，其原因可能是由于攪拌工藝原因，致使纖維在10mm時在砂漿中分布不均，在砂漿內(nèi)部形成孔洞，影響砂漿的抗壓穩(wěn)定性［6－7］。

由圖6可知，在竹纖維長度保持10mm不變的情況下，當竹纖維摻量為1%時，纖維砂漿的抗壓強度提高6.7%；當竹纖維的摻入量依次達到2%、3%、4%時，試件的抗壓強度隨著竹纖維摻量的增加而逐漸降低，分別降低了6.1%、8.0%、11.5%。纖維砂漿總體的抗壓平均值低于空白試驗組的抗壓強度。在竹纖維摻量為1%時，由于纖維摻量少，攪拌過程中纖維均勻分布于砂漿中，提升砂漿的連續(xù)性，增加砂漿的抗壓強度；但隨著竹纖維摻量的增加，在砂漿攪拌過程中出現(xiàn)“纖維抱團”現(xiàn)象，阻礙砂漿連續(xù)性，使砂漿密實度下降，導致砂漿抗壓強度降低。

2.3 竹纖維摻量與長度對水泥砂漿抗折強度的影響

由圖7可知，在竹纖維摻量保持2%不變的情況下，當竹纖維長度為5mm時，砂漿抗壓強度降低4.9%；當纖維長度為10mm、15mm時，砂漿抗壓強度分別降低11.3%、5.1%；在摻入的竹纖維長度達到20mm時，水泥砂漿的抗折強度降低17.7%，達到最低值。由圖8可知，在竹纖維長度保持10mm不變的情況下，當竹纖維摻量為1%、2%時，纖維砂漿的抗折強度分別降低了11.7%和14.4%；當摻量為3%時，纖維砂漿的抗折強度降低9.6%；當摻量為4%時，纖維砂漿的抗折強度下降24.2%，達到最低值?？拐蹚姸戎越档?，可能與竹纖維長度變化這一因素有關(guān)，竹纖維長度過短在砂漿抗折中對砂漿的裂縫產(chǎn)生了約束作用，導致竹纖維的韌性無法發(fā)揮相應的作用，從而使竹纖維水泥砂漿的抗折強度降低。

圖7 纖維長度對砂漿抗折強度的影響曲線圖（摻量為2%）

圖8 纖維摻量對砂漿抗折強度的影響曲線圖（長度為10mm）

3 結(jié)語

（1）在水泥砂漿中摻入竹纖維，對砂漿的稠度與保水性產(chǎn)生一定的影響。砂漿的稠度隨著竹纖維長度或摻量的增加而減??；砂漿的保水性隨著竹纖維長度或摻量的增加而提高。

（2）竹纖維長度和摻量對水泥砂漿的抗壓強度具有較大影響。當纖維長度為15mm、20mm時，砂漿的抗壓強度分別提高了14.6%、17.0%。竹纖維的摻入量達到2%、3%、4%時，抗壓強度分別降低了6.1%、8.0%、11.5%。在竹纖維摻量為1%時，砂漿抗壓強度比空白試驗組的抗壓強度提高6.7%。因此，需要進一步對竹纖維長度與摻量進行研究，發(fā)掘竹纖維摻量與長度對水泥砂漿的影響規(guī)律，為在實際工程運用提供參考。

（3）摻入竹纖維的水泥砂漿抗折強度均降低。纖維長度達到20mm、摻量為4%時，砂漿的抗折強度均為最低值，在工程實踐中的運用需要綜合考慮影響效果。