摻兩種纖維物混凝土性能的探究

摘要：隨著可持續(xù)發(fā)展理念的推進(jìn)，植物纖維作為一種可再生資源在建筑材料中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。本文探究了摻入兩種植物纖維（香蒲和蘆葦）對混凝土性能的影響，通過將香蒲纖維、蘆葦纖維加入混凝土中，改變不同的纖維摻入量0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%拌合混凝土并通過抗壓強(qiáng)度測試，探討了纖維的種類、摻量對混凝土性能的優(yōu)化作用，旨在為纖維混凝土在工程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：香蒲；蘆葦；混凝土；力學(xué)性能；摻入量

混凝土作為一種在土木工程領(lǐng)域中被普遍采納的建材，憑借其卓越的抗壓性能和持久耐用性，贏得了廣泛的認(rèn)可與好評。不過，傳統(tǒng)混凝土在拉伸強(qiáng)度、防裂性能以及柔韌性等維度上，尚存在一定的短板。近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的逐漸普及，科研人員著手研究通過融入植物纖維等可再生素材來優(yōu)化混凝土的性能，旨在既符合工程項目的需求，又減輕對生態(tài)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。為了提升混凝土的綜合性能，專家們不斷試驗，將各類纖維材料，諸如鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維以及聚丙烯纖維等，巧妙摻入混凝土之中。各種纖維對混凝土特性的影響不盡相同，當(dāng)多種纖維混合應(yīng)用于混凝土中時，它們之間可能會相互作用，共同促進(jìn)混凝土性能的再度提升。

一、植物纖維混凝土的研究現(xiàn)狀

植物纖維具有質(zhì)輕、隔聲、保溫隔熱等性能,將其加入混凝土中,還能延緩混凝土開裂。研究開發(fā)植物纖維混凝土不僅能提高混凝土的性能、降低混凝土的成本,而且有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。分析了植物纖維混凝土目前的研究現(xiàn)狀、發(fā)展前景、存在的缺陷及改進(jìn)措施^[1]。天然植物纖維作為一種增強(qiáng)基材在我國具有悠久的歷史。1400多年前，我國勞動人民已經(jīng)把天然植物纖維(如稻草、麥秸、粉碎的秸稈)添加到泥土里來增強(qiáng)土坯磚的強(qiáng)度，其效果非常顯著。如今，一些地區(qū)仍然沿用這種方法來增強(qiáng)灰泥和磚墻的強(qiáng)度^[1]。在我國植物纖維的資源非常豐富，針對植物纖維混凝土的研究也越來越多。

1910年，美國學(xué)者H·F·波特首次公開發(fā)表了一篇探討短鋼纖維如何增強(qiáng)混凝土效能的學(xué)術(shù)文章，自此以后，“纖維混凝土”這一新穎概念漸漸步入了人們的視野。時間推進(jìn)到20世紀(jì)40年代，眾多國家的科研工作者，如英國、美國、法國及德國的專家們，紛紛推出了對纖維混凝土的深度剖析報告。然而，由于當(dāng)時理論體系尚不完善，對纖維如何具體提升混凝土強(qiáng)度的機(jī)理闡述不清，導(dǎo)致在接下來的數(shù)十年時光里，纖維混凝土的技術(shù)革新步伐顯得較為緩慢。直至1963年，美國的學(xué)者J.P.Romualdi等人發(fā)布了一份關(guān)于鋼纖維如何限制混凝土裂縫擴(kuò)展機(jī)制的研究報告，初次闡述了纖維的防裂原理，這一創(chuàng)新性的發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)了纖維混凝土發(fā)展遲緩的局面。緊接著，鋼纖維混凝土的研究及實際應(yīng)用引起了廣泛重視。步入20世紀(jì)70年代，纖維混凝土的研究和應(yīng)用步入了迅猛發(fā)展的新時期。

二、原料性能

（一） 原料介紹

水泥：普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級42.5

骨料：中砂，粒徑范圍為0.5-5mm；碎石，粒徑范圍為5-10mm。

水灰比：0.54

表 1 原料配合比

纖維物：香蒲和蘆葦。香蒲，這一源自自然的植物纖維，兼?zhèn)淇稍偕c環(huán)境親和兩大特質(zhì)。將其巧妙融入混凝土之中，既能優(yōu)化混凝土的多項性能指標(biāo)，又能大幅度減輕對生態(tài)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。另一方面，蘆葦作為一種循環(huán)不息的資源，擁有極低的碳足跡與卓越的生物降解能力。通過采納蘆葦纖維，我們不僅能有效削減混凝土的碳排放量，還能妥善應(yīng)對蘆葦瘋長所引發(fā)的生態(tài)困擾。

（二）單一纖維對混凝土性能的影響

研究表明，蘆葦纖維的加入會略微降低混凝土的抗壓強(qiáng)度。例如，蘆葦纖維摻量為1.5%時，混凝土的抗壓強(qiáng)度降低幅度可以忽略不計，但在某些情況下，最大降低可達(dá)20.2%。蘆葦纖維對混凝土的抗拉性能有顯著改善。例如，摻入0.5%蘆葦纖維的混凝土，其劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度有所提高。此外，蘆葦纖維的加入還可以顯著提高混凝土的延展性和撓度。蘆葦纖維混凝土在保溫隔熱、吸聲降噪等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

香蒲纖維的加入，對混凝土的力學(xué)特性帶來了明顯的改變。研究顯示，香蒲纖維的摻混比例一旦上升，這種混凝土的抗壓及彎曲強(qiáng)度便會呈現(xiàn)下滑趨勢。然而，在熱學(xué)特性上，它表現(xiàn)出了非凡的一面——即便纖維的添加量不高，香蒲纖維混凝土的熱阻能力也更為突出，相較于普通混凝土有著明顯的優(yōu)勢。此外，盡管香蒲纖維混凝土的密度和抗壓強(qiáng)度與傳統(tǒng)混凝土相比稍顯不足，但其卓越的隔熱性能，卻使其成為那些對熱工性能有特別需求的建筑項目的優(yōu)選材料。在持久耐用性上，香蒲纖維混凝土展現(xiàn)出了不俗的優(yōu)越性。例如，把香蒲纖維巧妙融合進(jìn)混凝土之中，可以大幅提升其隔熱性能，從而有效緩解建筑物的熱量壓力，進(jìn)一步改善居住空間的溫度適宜度。

三、試驗測試

標(biāo)準(zhǔn)試件：采用立方體試件100 mm×100mm×100mm，按照GB/T 50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行制備。

養(yǎng)護(hù)條件：試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下（溫度20±2℃，相對濕度≥95%）養(yǎng)護(hù)至28天。

測試設(shè)備：使用電子萬能試驗機(jī)，加載速率為0.8 MPa/s。

四、試驗結(jié)果及討論

表 2不同摻量下混凝土抗壓強(qiáng)度

由表2可知，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨纖維摻量的增加而降低，特別是蘆葦和香蒲兩種植物纖維體積摻量為0.5%時，混凝土抗壓強(qiáng)度直接降低了6MPa左右。由此可見，不論在混凝土中只摻入香蒲和蘆葦兩種單一的植物纖維，還是兩種一起摻入，對混凝土的抗壓強(qiáng)度沒有增強(qiáng)的效果，反而使混凝土的抗壓強(qiáng)度降低了，其他力學(xué)性能可能也和兩種植物纖維單獨摻入的效果差不多。

五、結(jié)語

盡管蘆葦纖維在降低吸水率及增強(qiáng)若干力學(xué)性能方面成效顯著，香蒲纖維的加入?yún)s能進(jìn)一步提升混凝土的保溫與隔熱效能，有效減輕建筑物的熱能負(fù)荷，增強(qiáng)居住空間的溫馨舒適感。不過，在需要高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料的場合，它們依然面臨諸多挑戰(zhàn)。未來的科研之路，或許可以聚焦于纖維預(yù)處理技術(shù)的精進(jìn)，以期增強(qiáng)其與水泥基體的黏結(jié)強(qiáng)度，同時精確調(diào)控纖維摻量與混凝土配比，力求在力學(xué)性能與綠色效益之間找到那個完美的平衡點。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報告》 http://www.12-baidu.cn/w/kj/32519.html