竹纖維對(duì)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(xué)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(yīng)用越來(lái)越廣，對(duì)水泥砂漿的性能要求也越來(lái)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(qiáng)度低、易開(kāi)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(jì)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(duì)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(duì)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(qiáng)度性能優(yōu)異、加工過(guò)程能耗低等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)竹資源十分豐富，有“竹子王國(guó)”的美譽(yù)，豐富的竹資源為竹纖維的發(fā)展提供了強(qiáng)大的資源優(yōu)勢(shì)，其綠色環(huán)保的特點(diǎn)也符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略［5］。

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

1 試驗(yàn)

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(xì)度模數(shù)為2.31，中砂，符合《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ／T70－2009）試驗(yàn)要求；

（3）水：城市自來(lái)水；

（4）竹纖維：細(xì)圓柱形，橫斷面直徑為1.5mm。

1.2 試驗(yàn)方法

拌制水泥砂漿的配合比見(jiàn)表1。試驗(yàn)按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ／T70－2009）攪拌砂漿并對(duì)砂漿的稠度及保水性進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì)；按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法（ISO法）》（GB／T 17671－1999）進(jìn)行砂漿抗壓、抗折試驗(yàn)比對(duì)。保持竹纖維摻量為2%，采用4種不同長(zhǎng)度的纖維（5mm、10mm、15mm、20mm）；保持竹纖維長(zhǎng)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(duì)比試塊。24h后拆模并放入養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行28d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

表1 水泥砂漿的配合比表

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 竹纖維摻量與長(zhǎng)度對(duì)水泥砂漿稠度、保水性的影響

竹纖維對(duì)水泥砂漿的稠度影響試驗(yàn)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(shí)摻入干燥的纖維，纖維吸水導(dǎo)致砂漿的稠度隨著竹纖維的增加而降低。所以在工程的實(shí)際運(yùn)用中要考慮竹纖維摻量對(duì)拌制水泥砂漿稠度的影響。

圖1 纖維長(zhǎng)度對(duì)砂漿稠度的影響曲線圖（摻量為2%）

圖2 纖維摻量對(duì)砂漿稠度的影響曲線圖（長(zhǎng)度為10mm）

竹纖維對(duì)水泥砂漿的保水性影響試驗(yàn)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(chǔ)一定的水量，在砂漿受擠壓的過(guò)程中竹纖維中的水分隨之排出導(dǎo)致砂漿保水性隨著竹纖維的增加而增加。

圖3 纖維長(zhǎng)度對(duì)砂漿保水性的影響曲線圖（摻量為2%）

圖4 纖維摻量對(duì)砂漿保水性的影響曲線圖（長(zhǎng)度為10mm）

竹纖維水泥砂漿保水性計(jì)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(zhǎng)度對(duì)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

將養(yǎng)護(hù)28d試件取出，采用WE－300B型液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)竹纖維水泥砂漿試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。竹纖維水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 纖維長(zhǎng)度對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響曲線圖（摻量為2%）

圖6 纖維摻量對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響曲線圖（長(zhǎng)度為10mm）

由圖5可知，在竹纖維摻量保持2%不變的情況下，當(dāng)竹纖維長(zhǎng)度為5mm時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度增加5.9%；當(dāng)竹纖維長(zhǎng)度為10mm時(shí)，砂漿的強(qiáng)度降低0.63%；當(dāng)竹纖維長(zhǎng)度為15mm時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度提高14.6%；在竹纖維長(zhǎng)度為20mm時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度值達(dá)到最大，提高了17.0%。在此試驗(yàn)過(guò)程中，纖維砂漿的總體抗壓強(qiáng)度平均值大于空白試驗(yàn)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(dāng)竹纖維長(zhǎng)度達(dá)到10mm時(shí)砂漿的抗壓強(qiáng)度略微低于空白試驗(yàn)組的抗壓強(qiáng)度，其原因可能是由于攪拌工藝原因，致使纖維在10mm時(shí)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(zhǎng)度保持10mm不變的情況下，當(dāng)竹纖維摻量為1%時(shí)，纖維砂漿的抗壓強(qiáng)度提高6.7%；當(dāng)竹纖維的摻入量依次達(dá)到2%、3%、4%時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)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(yàn)組的抗壓強(qiáng)度。在竹纖維摻量為1%時(shí)，由于纖維摻量少，攪拌過(guò)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(qiáng)度；但隨著竹纖維摻量的增加，在砂漿攪拌過(guò)程中出現(xiàn)“纖維抱團(tuán)”現(xiàn)象，阻礙砂漿連續(xù)性，使砂漿密實(shí)度下降，導(dǎo)致砂漿抗壓強(qiáng)度降低。

2.3 竹纖維摻量與長(zhǎng)度對(duì)水泥砂漿抗折強(qiáng)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(dāng)竹纖維長(zhǎng)度為5mm時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度降低4.9%；當(dāng)纖維長(zhǎng)度為10mm、15mm時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度分別降低11.3%、5.1%；在摻入的竹纖維長(zhǎng)度達(dá)到20mm時(shí)，水泥砂漿的抗折強(qiáng)度降低17.7%，達(dá)到最低值。由圖8可知，在竹纖維長(zhǎng)度保持10mm不變的情況下，當(dāng)竹纖維摻量為1%、2%時(shí)，纖維砂漿的抗折強(qiáng)度分別降低了11.7%和14.4%；當(dāng)摻量為3%時(shí)，纖維砂漿的抗折強(qiáng)度降低9.6%；當(dāng)摻量為4%時(shí)，纖維砂漿的抗折強(qiáng)度下降24.2%，達(dá)到最低值?？拐蹚?qiáng)度之所以降低，可能與竹纖維長(zhǎng)度變化這一因素有關(guān)，竹纖維長(zhǎng)度過(guò)短在砂漿抗折中對(duì)砂漿的裂縫產(chǎn)生了約束作用，導(dǎo)致竹纖維的韌性無(wú)法發(fā)揮相應(yīng)的作用，從而使竹纖維水泥砂漿的抗折強(qiáng)度降低。

圖7 纖維長(zhǎng)度對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響曲線圖（摻量為2%）

圖8 纖維摻量對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響曲線圖（長(zhǎng)度為10mm）

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在水泥砂漿中摻入竹纖維，對(duì)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(zhǎng)度或摻量的增加而減??；砂漿的保水性隨著竹纖維長(zhǎng)度或摻量的增加而提高。

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

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