竹纤维混凝土的力学性能分析

康春祥 时国松 白月超 刘子豪 胡国浩 张良树 吴延顺

摘 要：竹子在我国分布广泛，生长周期短，竹子做成竹纤维的生产过程环保无污染，成本低廉，且竹纤维力学性能良好。混凝土抗压强度高，抗拉强度是抗压强度的1/10～1/20，在混凝土中掺入竹纤维制成竹纤维混凝土这种复合材料，其抗拉强度明显优于混凝土。文章对竹纤维混凝土进行单轴压、劈拉和弯折试验研究分析，对比不同纤维直径试件之间的力学性能差异。结果表明，纤维体积掺量相同的条件下，竹纤维混凝土的力学性能随纤维直径的增大而增强。

关键词：竹纤维;力学性能;竹纤维混凝土

竹纤维混凝土这种复合材料是在混凝土中摻入1%体积的竹纤维.竹纤维可以提高混凝土的抗拉强度，同时使混凝土原有裂缝的发展受到阻止。竹纤维的抗拉强度为1 170 MPa，弹性模量为17 GPa，断裂延伸率为4.3%，由此可见竹纤维是可以用于建筑领域的。作为天然有机混凝土的一种，竹纤维混凝土拌合物具有和易性好、便于施工等优点，竹纤维混凝土硬化后抗压强度仍保留了混凝土耐压的性能，同时抗拉、抗弯强度有较大提高，因此，竹纤维混凝土这种新型材料具有研究价值[1-2]。

文章主要对不同直径的竹纤维掺入道混凝土中，混凝土试块的单轴抗压、抗弯和抗拉进行研究，找出对混凝土力学性能影响最大的纤维直径。

1    实验概况

1.1  实验材料

本实验选用3种长度相同、直径不同的竹纤维，竹纤维直径为0.5、1.0、1.5 mm，竹纤维长度为40 mm。竹纤维制取过程：去掉毛竹结节处，把毛竹劈成条状，沸煮2 h，取出竹条，用石轴碾压竹条，最后用铁刷除去竹条中的糖类等杂质，得到竹纤维。

混凝土配置采用金隅牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，粗骨料是经人工筛取的粒径为20 mm的碎石，细骨料是细度模数为2.5的中砂。混凝土设计强度为C25，经过多次试验确定混凝土基准配合比：水210 kg，水泥369 kg，中砂850 kg，碎石900 kg。

1.2  试件制作

本试验设计了12组试件，每组3个试块。混凝土抗压试件4组，素混凝土抗压试件1组，竹纤维直径为0.5、1.0、1.5 mm的混凝土抗压试件各1组;素混凝土抗折试件1组，竹纤维直径为0.5、1.0、1.5 mm的混凝土抗折试件各1组;素混凝土劈裂抗拉试件1组，竹纤维直径为0.5、1.0、1.5 mm的混凝土劈裂抗拉试件各1组。将称量好的水泥、石子、砂子、竹纤维在干净的地板上搅拌均匀，然后加水搅拌均匀。把竹纤维混凝土拌和物放入相应试模插捣震动，然后放入标准养护室养护24 h脱模。试块脱模后放入蒸汽养护箱养护3天，取出试块进行抗压、抗折、劈裂抗拉试验。

1.3  试验方法

混凝土力学性能试验依据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验标准》对试块进行加载。抗压试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，加载速率为0.5 MPa/s;抗折试件尺寸为100 mm×100 mm×550 mm，加载速率为0.05 MPa/s;劈裂抗拉试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，加载速率为0.05 MPa/s。

2    试验结果与分析

素混凝土试块抗压强度为28.3 MPa，直径为0.5 mm的竹纤维混凝土抗压强度为25.2 MPa，直径为1 mm的竹纤维混凝土抗压强度为26.1 MPa，直径为1.5 mm的竹纤维混凝土抗压强度为27.0 MPa。竹纤维混凝土抗压强度小于素混凝土抗压强度主要是由于竹纤维的弹性模量低于混凝土的弹性模量;纤维直径越大，混凝土抗压强度越高，主要是由于纤维越细越容易出现结团，造成混凝土强度降低。

素混凝土试块抗折强度为4.3 MPa，直径为0.5 mm的竹纤维混凝土抗折强度为3.15 MPa，直径为1 mm的竹纤维混凝土抗折强度为4.14 MPa，直径为1.5 mm的竹纤维混凝土抗压强度为3.8 MPa。竹纤维混凝土抗折强度小于素混凝土抗折压强度主要是由于竹纤维的弹性模量低于混凝土的弹性模量，直径为0.5 mm的竹纤维混凝土抗折强度过低是由于试块中出现了竹纤维结团现象;在试块未破坏前，相同荷载下，素混凝土的变形大于竹纤维混凝土的变形，说明竹纤维可以提高混凝土的韧性。

素混凝土试块劈裂抗拉强度为1.4 MPa，直径为0.5 mm的竹纤维混凝土抗压强度为1.58 MPa，直径为1 mm的竹纤维混凝土抗压强度为2.01 MPa，直径为1.5 mm的竹纤维混凝土抗压强度为1.94 MPa。竹纤维抗拉强度大于混凝土的抗拉强度，混凝土的拉力主要由竹纤维承担，因此，竹纤维混凝土的抗拉强度明显高于素混凝土的抗拉强度。

3    结语

竹纤维明显增强了混凝土的韧性，因此，竹纤维混凝土在实际工程中日益得到工程界和学术界的关注;但竹纤维混凝土还存在局限性，有待进一步研究和探讨。

[参考文献]

[1]张昌，黄真，王贤栋，等.竹纤维增强混凝土的力学性能与计算方法研究[J].四川建筑材料研究，2015（1）：220-225.

[2]陈翔，李清奇，阳小群.竹纤维混凝土的研究现状和发展趋势[J].建筑知识，2009（5）：81-82.