竹纤维在混凝土中的应用前景

康春祥 时国松 白月超 胡国浩 张良树

【摘 要】依据竹纤维在混凝土中的应用现状，本文阐述了竹纤维的力学性能，通过实例说明竹纤维在混凝土中的应用是科学合理的，为进一步研究竹纤维混凝土这种复合材料提供了相关依据。

【关键词】竹纤维;力学性能;混凝土

纤维混凝土这种复合材料在工程中的应用越来越广泛，但在满足性能的要求下还要考虑材料的经济性。竹材生长周期短、产量高，是一种理想的可再生资源;其次竹材具有韧性好、强度大、自然耐用等特点。因此竹纤维在混凝土的应用具有很好的前景。

1.1竹纤维的力学性能

依據GB/T15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》制作试件。选取生长正常，竹青、竹黄完好的节间竹条。把竹条劈成尺寸为20mm*20mm*4mm的试件，测试竹材的抗压强度;把竹材劈成长160mm、宽10mm、高4mm的试件，测试竹材的抗弯强度;把竹材劈成长280mm、宽10mm、高4mm的试件，用作竹材抗拉强度的测试。确保试件的一致性，排除温度、湿度对试验结果的影响，把试件放入标准养护室24小时，养护室温度为20±1℃，湿度控制在50%。取出抗拉、抗弯、抗压试件放到万能试验机上进行拉、压、弯试验。

根据试验数据，计算并整理出竹材在单向静荷载作用下的顺纹抗拉强度，顺纹抗压强度，玄向抗弯强度见下表：

1.2纤维力学性能对比

目前，工程上常用的纤维有钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、丙烯纤维、竹纤维、木纤维等，把它们中的一种或两种与混凝土混合得到纤维混凝土这种复合材料。这些纤维的抗拉强度、弹性模量和断裂延伸率见表1-2[3]。

通过上表可以看出，钢纤维的抗拉强度是竹纤维的数倍，弹性模量明显大于竹纤维;碳纤维的抗拉强度和弹性模量在纤维中是最大的;玻璃纤维的抗拉强度和弹性模量是竹纤维抗拉强度与弹性模量的几倍;但竹纤维的断裂延伸率要优于钢纤维、碳纤维和玻璃纤维，因此在纤维掺量相同的条件下，竹纤维混凝土的韧性要好于上述三种纤维混泥土;聚丙烯纤维的断裂延伸率虽好于竹纤维，但它的抗拉强度较低，因此聚丙烯纤维混凝土的整体性能比竹纤维混凝土要差;木纤维的抗拉强度、弹性模量、断裂延伸率比竹纤维要好，但木纤维生长周期长，成本高。因此竹纤维与混凝土复合既满足力学性能的要求，也复合国家倡导的绿色环保的理念。

2.竹纤维混凝土

竹纤维混凝土就是在混凝土中掺入固定比例和固定长度的竹纤维制成的复合材料。陈瑞麟等人在1990年对竹纤维混凝土进行了力学性能能的试验。试验结论为：竹纤维可以提高混凝土的抗拉强度和延性，但竹纤维混凝土的抗压强度略低于混凝土的抗压强度，扔仍然满足规范要求的竹纤维混凝土强度[1]。罗浩鹏等人对竹纤维混凝土的动态力学性能进行了研究，通过试验说明：高应变率压、拉两种应力状态下竹纤维均能有效改善混凝土脆性破坏特点，破损式样完整性好，混凝土韧性高[2]。近年来许多学者对竹纤维进行了研究，刘玉莹等人对竹纤维增强水泥砂浆性能进行了研究、陈翔等人对竹纤维混泥土板进行了研究，研究结果说明竹纤维能改善水泥沙浆和混凝土板的一些力学性能。因此竹纤维混泥土的力学性能的研究空间还很大。

3.总结与前景展望

竹纤维混凝土力学性能的提高适合大胯超高结构要求的发展理念，同时竹纤维价格低廉，复合工程经济性的要求，因此竹纤维混凝土在工程上的应用前景非常广阔，但竹纤维混凝土还存在以下问题：对竹纤维进行碱处理在一定程度上可以延缓竹纤维的劣化速率，但效果不理想;竹纤维混凝土在干湿循环境下使用时，耐久性会降低。随着学者们对竹纤维混凝土的进一步的研究，一定能够谱写出土木工程领域新的篇章[3]。

参考文献：

[1]陈瑞麟.增加民.竹纤维混凝土主要力学性能的试验研究[J].自然科学报，1990（4）：377-381，431.

[2]罗皓鹏.仰涛.巫绪涛.竹纤维混凝土的动态力学性能研究[J].安徽水利电力职业技术学院学报，2019（9）：6-10.

[3]周鑫.王均.李论.木质纤维和竹纤维在混泥土中的应用前景[J].山西建筑，2014（3）：120-122.

作者简介：

康春祥（1988—），男，汉族，河北省黄骅人，工学学士，北京交通大学海滨学院土木建筑工程学院，讲师，研究方向：土木工程材料。

北京交通大学海滨学院大学生科技创新项目;项目编号201914202031