竹纖維混凝土的力學(xué)性能分析

康春祥 時(shí)國松 白月超 劉子豪 胡國浩 張良樹 吳延順

摘 要：竹子在我國分布廣泛，生長周期短，竹子做成竹纖維的生產(chǎn)過程環(huán)保無污染，成本低廉，且竹纖維力學(xué)性能良好。混凝土抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20，在混凝土中摻入竹纖維制成竹纖維混凝土這種復(fù)合材料，其抗拉強(qiáng)度明顯優(yōu)于混凝土。文章對(duì)竹纖維混凝土進(jìn)行單軸壓、劈拉和彎折試驗(yàn)研究分析，對(duì)比不同纖維直徑試件之間的力學(xué)性能差異。結(jié)果表明，纖維體積摻量相同的條件下，竹纖維混凝土的力學(xué)性能隨纖維直徑的增大而增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：竹纖維;力學(xué)性能;竹纖維混凝土

竹纖維混凝土這種復(fù)合材料是在混凝土中摻入1%體積的竹纖維.竹纖維可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)使混凝土原有裂縫的發(fā)展受到阻止。竹纖維的抗拉強(qiáng)度為1 170 MPa，彈性模量為17 GPa，斷裂延伸率為4.3%，由此可見竹纖維是可以用于建筑領(lǐng)域的。作為天然有機(jī)混凝土的一種，竹纖維混凝土拌合物具有和易性好、便于施工等優(yōu)點(diǎn)，竹纖維混凝土硬化后抗壓強(qiáng)度仍保留了混凝土耐壓的性能，同時(shí)抗拉、抗彎強(qiáng)度有較大提高，因此，竹纖維混凝土這種新型材料具有研究?jī)r(jià)值[1-2]。

文章主要對(duì)不同直徑的竹纖維摻入道混凝土中，混凝土試塊的單軸抗壓、抗彎和抗拉進(jìn)行研究，找出對(duì)混凝土力學(xué)性能影響最大的纖維直徑。

1? ? 實(shí)驗(yàn)概況

1.1? 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)選用3種長度相同、直徑不同的竹纖維，竹纖維直徑為0.5、1.0、1.5 mm，竹纖維長度為40 mm。竹纖維制取過程：去掉毛竹結(jié)節(jié)處，把毛竹劈成條狀，沸煮2 h，取出竹條，用石軸碾壓竹條，最后用鐵刷除去竹條中的糖類等雜質(zhì)，得到竹纖維。

混凝土配置采用金隅牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，粗骨料是經(jīng)人工篩取的粒徑為20 mm的碎石，細(xì)骨料是細(xì)度模數(shù)為2.5的中砂。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，經(jīng)過多次試驗(yàn)確定混凝土基準(zhǔn)配合比：水210 kg，水泥369 kg，中砂850 kg，碎石900 kg。

1.2? 試件制作

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了12組試件，每組3個(gè)試塊。混凝土抗壓試件4組，素混凝土抗壓試件1組，竹纖維直徑為0.5、1.0、1.5 mm的混凝土抗壓試件各1組;素混凝土抗折試件1組，竹纖維直徑為0.5、1.0、1.5 mm的混凝土抗折試件各1組;素混凝土劈裂抗拉試件1組，竹纖維直徑為0.5、1.0、1.5 mm的混凝土劈裂抗拉試件各1組。將稱量好的水泥、石子、砂子、竹纖維在干凈的地板上攪拌均勻，然后加水?dāng)嚢杈鶆颉０阎窭w維混凝土拌和物放入相應(yīng)試模插搗震動(dòng)，然后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)24 h脫模。試塊脫模后放入蒸汽養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)3天，取出試塊進(jìn)行抗壓、抗折、劈裂抗拉試驗(yàn)。

1.3? 試驗(yàn)方法

混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)依據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)試塊進(jìn)行加載。抗壓試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，加載速率為0.5 MPa/s;抗折試件尺寸為100 mm×100 mm×550 mm，加載速率為0.05 MPa/s;劈裂抗拉試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，加載速率為0.05 MPa/s。

2? ? 試驗(yàn)結(jié)果與分析

素混凝土試塊抗壓強(qiáng)度為28.3 MPa，直徑為0.5 mm的竹纖維混凝土抗壓強(qiáng)度為25.2 MPa，直徑為1 mm的竹纖維混凝土抗壓強(qiáng)度為26.1 MPa，直徑為1.5 mm的竹纖維混凝土抗壓強(qiáng)度為27.0 MPa。竹纖維混凝土抗壓強(qiáng)度小于素混凝土抗壓強(qiáng)度主要是由于竹纖維的彈性模量低于混凝土的彈性模量;纖維直徑越大，混凝土抗壓強(qiáng)度越高，主要是由于纖維越細(xì)越容易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)，造成混凝土強(qiáng)度降低。

素混凝土試塊抗折強(qiáng)度為4.3 MPa，直徑為0.5 mm的竹纖維混凝土抗折強(qiáng)度為3.15 MPa，直徑為1 mm的竹纖維混凝土抗折強(qiáng)度為4.14 MPa，直徑為1.5 mm的竹纖維混凝土抗壓強(qiáng)度為3.8 MPa。竹纖維混凝土抗折強(qiáng)度小于素混凝土抗折壓強(qiáng)度主要是由于竹纖維的彈性模量低于混凝土的彈性模量，直徑為0.5 mm的竹纖維混凝土抗折強(qiáng)度過低是由于試塊中出現(xiàn)了竹纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象;在試塊未破壞前，相同荷載下，素混凝土的變形大于竹纖維混凝土的變形，說明竹纖維可以提高混凝土的韌性。

素混凝土試塊劈裂抗拉強(qiáng)度為1.4 MPa，直徑為0.5 mm的竹纖維混凝土抗壓強(qiáng)度為1.58 MPa，直徑為1 mm的竹纖維混凝土抗壓強(qiáng)度為2.01 MPa，直徑為1.5 mm的竹纖維混凝土抗壓強(qiáng)度為1.94 MPa。竹纖維抗拉強(qiáng)度大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土的拉力主要由竹纖維承擔(dān)，因此，竹纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度明顯高于素混凝土的抗拉強(qiáng)度。

3? ? 結(jié)語

竹纖維明顯增強(qiáng)了混凝土的韌性，因此，竹纖維混凝土在實(shí)際工程中日益得到工程界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注;但竹纖維混凝土還存在局限性，有待進(jìn)一步研究和探討。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張昌，黃真，王賢棟，等.竹纖維增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能與計(jì)算方法研究[J].四川建筑材料研究，2015（1）：220-225.

[2]陳翔，李清奇，陽小群.竹纖維混凝土的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].建筑知識(shí)，2009（5）：81-82.