竹纖維在混凝土中的應(yīng)用前景

康春祥 時國松 白月超 胡國浩 張良樹

【摘 要】依據(jù)竹纖維在混凝土中的應(yīng)用現(xiàn)狀，本文闡述了竹纖維的力學(xué)性能，通過實例說明竹纖維在混凝土中的應(yīng)用是科學(xué)合理的，為進(jìn)一步研究竹纖維混凝土這種復(fù)合材料提供了相關(guān)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】竹纖維;力學(xué)性能;混凝土

纖維混凝土這種復(fù)合材料在工程中的應(yīng)用越來越廣泛，但在滿足性能的要求下還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)性。竹材生長周期短、產(chǎn)量高，是一種理想的可再生資源;其次竹材具有韌性好、強(qiáng)度大、自然耐用等特點。因此竹纖維在混凝土的應(yīng)用具有很好的前景。

1.1竹纖維的力學(xué)性能

依據(jù)GB/T15780-1995《竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法》制作試件。選取生長正常，竹青、竹黃完好的節(jié)間竹條。把竹條劈成尺寸為20mm*20mm*4mm的試件，測試竹材的抗壓強(qiáng)度;把竹材劈成長160mm、寬10mm、高4mm的試件，測試竹材的抗彎強(qiáng)度;把竹材劈成長280mm、寬10mm、高4mm的試件，用作竹材抗拉強(qiáng)度的測試。確保試件的一致性，排除溫度、濕度對試驗結(jié)果的影響，把試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室24小時，養(yǎng)護(hù)室溫度為20±1℃，濕度控制在50%。取出抗拉、抗彎、抗壓試件放到萬能試驗機(jī)上進(jìn)行拉、壓、彎試驗。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，計算并整理出竹材在單向靜荷載作用下的順紋抗拉強(qiáng)度，順紋抗壓強(qiáng)度，玄向抗彎強(qiáng)度見下表：

1.2纖維力學(xué)性能對比

目前，工程上常用的纖維有鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維、丙烯纖維、竹纖維、木纖維等，把它們中的一種或兩種與混凝土混合得到纖維混凝土這種復(fù)合材料。這些纖維的抗拉強(qiáng)度、彈性模量和斷裂延伸率見表1-2[3]。

通過上表可以看出，鋼纖維的抗拉強(qiáng)度是竹纖維的數(shù)倍，彈性模量明顯大于竹纖維;碳纖維的抗拉強(qiáng)度和彈性模量在纖維中是最大的;玻璃纖維的抗拉強(qiáng)度和彈性模量是竹纖維抗拉強(qiáng)度與彈性模量的幾倍;但竹纖維的斷裂延伸率要優(yōu)于鋼纖維、碳纖維和玻璃纖維，因此在纖維摻量相同的條件下，竹纖維混凝土的韌性要好于上述三種纖維混泥土;聚丙烯纖維的斷裂延伸率雖好于竹纖維，但它的抗拉強(qiáng)度較低，因此聚丙烯纖維混凝土的整體性能比竹纖維混凝土要差;木纖維的抗拉強(qiáng)度、彈性模量、斷裂延伸率比竹纖維要好，但木纖維生長周期長，成本高。因此竹纖維與混凝土復(fù)合既滿足力學(xué)性能的要求，也復(fù)合國家倡導(dǎo)的綠色環(huán)保的理念。

2.竹纖維混凝土

竹纖維混凝土就是在混凝土中摻入固定比例和固定長度的竹纖維制成的復(fù)合材料。陳瑞麟等人在1990年對竹纖維混凝土進(jìn)行了力學(xué)性能能的試驗。試驗結(jié)論為：竹纖維可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和延性，但竹纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度略低于混凝土的抗壓強(qiáng)度，扔仍然滿足規(guī)范要求的竹纖維混凝土強(qiáng)度[1]。羅浩鵬等人對竹纖維混凝土的動態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了研究，通過試驗說明：高應(yīng)變率壓、拉兩種應(yīng)力狀態(tài)下竹纖維均能有效改善混凝土脆性破壞特點，破損式樣完整性好，混凝土韌性高[2]。近年來許多學(xué)者對竹纖維進(jìn)行了研究，劉玉瑩等人對竹纖維增強(qiáng)水泥砂漿性能進(jìn)行了研究、陳翔等人對竹纖維混泥土板進(jìn)行了研究，研究結(jié)果說明竹纖維能改善水泥沙漿和混凝土板的一些力學(xué)性能。因此竹纖維混泥土的力學(xué)性能的研究空間還很大。

3.總結(jié)與前景展望

竹纖維混凝土力學(xué)性能的提高適合大胯超高結(jié)構(gòu)要求的發(fā)展理念，同時竹纖維價格低廉，復(fù)合工程經(jīng)濟(jì)性的要求，因此竹纖維混凝土在工程上的應(yīng)用前景非常廣闊，但竹纖維混凝土還存在以下問題：對竹纖維進(jìn)行堿處理在一定程度上可以延緩竹纖維的劣化速率，但效果不理想;竹纖維混凝土在干濕循環(huán)境下使用時，耐久性會降低。隨著學(xué)者們對竹纖維混凝土的進(jìn)一步的研究，一定能夠譜寫出土木工程領(lǐng)域新的篇章[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳瑞麟.增加民.竹纖維混凝土主要力學(xué)性能的試驗研究[J].自然科學(xué)報，1990（4）：377-381，431.

[2]羅皓鵬.仰濤.巫緒濤.竹纖維混凝土的動態(tài)力學(xué)性能研究[J].安徽水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2019（9）：6-10.

[3]周鑫.王均.李論.木質(zhì)纖維和竹纖維在混泥土中的應(yīng)用前景[J].山西建筑，2014（3）：120-122.

作者簡介：

康春祥（1988—），男，漢族，河北省黃驊人，工學(xué)學(xué)士，北京交通大學(xué)海濱學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，講師，研究方向：土木工程材料。

北京交通大學(xué)海濱學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項目;項目編號201914202031