木纤维混凝土抗压弯折性能实验研究

文　杨， 姜久红

(湖北工业大学土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430068)

木纤维混凝土抗压弯折性能实验研究

文杨， 姜久红

(湖北工业大学土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430068)

[摘要]研究了木纤维干湿状态对木纤维混凝土抗压强度、弯折强度的影响，对干燥状态和饱和吸水状态下的木屑分别进行试验对比。结果表明，在7%干燥状态下的木屑掺杂进混凝土后，在减少细骨料的情况下混凝土的强度反而增加，为木屑废弃物的综合利用开辟了新的途径。

[关键词]木屑； 干湿状态; 抗压强度； 废弃物

1木纤维混凝土研究现状

木纤维混凝土是以木纤维替代砂作为细骨料配置而成的混凝土。木纤维混凝土具有良好的隔热性，在室温下具有良好的吸湿、吸音、耐火、抗冻、防腐等性能。目前，木纤维混凝土主要用于墙体和屋面的各种构件或板材。在我国，由于木材的大量使用，许多家居建材市场都能找到木屑的踪影，研究表明，在使用木材时，会有10%～13%的锯末被遗弃或者浪费；据COST Action E31[1]统计，在欧洲每年约有3000万t木材被使用，木纤维石灰板在制造工艺上比普通混凝土板需要更少的生产能源，更低的碳排放。因为只需要较低的温度就能制造出来，这些碳元素都被木纤维石灰板中的织状物所吸收，研究表明，每一平方米木纤维石灰板屋顶隔热材料在使用的100年内，能减少14～35 kg CO2气体排放，甚至更多[2]。因此木纤维混凝土的研究不但能改良混凝土的性质，又能合理利用废弃资源。

1990年初，在法国有人提出使用木纤维添加进混凝土以减轻混凝土的自重[3]。他们将大麻类植物的碎片和其他木屑混合在一起添加进混凝土从而使混凝土具有不同的特性，研究发现，新型混凝土的导热性和隔音效果均比传统的混凝土效果要好，加上新型混凝土自重轻，密度小等特点，在非承重墙会有很好的隔音效果[4]。徐大勇、蔡昌凤等人对多孔木屑混凝土(PSC)的制备及其清水浸泡对水质的影响作出了研究，并通过清水浸泡和浸泡液的种子的发芽实验，得到了木屑含量及其水灰比对PSC的抗压强度和孔隙率均有较大影响的结论[5]。

水泥在加水拌和以后，由于水泥颗粒之间存在着凝聚力，因而存在着许多絮凝状结构，在这种絮凝状的结构中存在着一定数量的游离水，这部分游离水在混凝土混合料中对水泥颗粒不能起到很好的润滑、分散作用，对改善混凝土的流动性作用不大[6]；加入木纤维以后，由于木纤维的吸水特性，能将这部分游离水吸收，使水泥颗粒更好的粘结。本文对木纤维饱和吸水状态和干燥状态所制成的木纤维混凝土的抗压性能进行了一系列实验研究，并与传统混凝土对比，由此探讨木纤维的含量及干湿状态对混凝土的影响。

2试验简介及方案

2.1试验原材料及配合比

木纤维混凝土配合比设计见表1。试验原材料：水泥采用普通P.O42.5硅酸盐水泥；砂子细度模数为2.9，含泥量1.8%，密度为2620 kg/m3；石料采用级配良好的花岗岩碎石，按5～20 mm连续级配要求配比；木纤维采用松木木屑，粒径在0.25～0.5 mm之间，密度为800 kg/m3。

2.2试验设计

木纤维混凝土立方体抗压强度试验，木纤维混凝土四点弯曲试验均浇筑24组试件。试验步骤参照《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204-2002)，塌落度控制在20～50 mm。立方体抗压强度试验，采用边长为100 mm的标准立方体试件，每组浇筑试件3个。四点弯曲试验，采用截面尺寸100 mm×100 mm，边长为400 mm的标准试件。由于木纤维不同于其他纤维具有吸水性，所以每组试件制作时分别选取干燥的木屑和饱和吸水后的木屑。试件用钢模在振动台上浇筑成型，1 d后拆模，标准养护7 d、28 d后试验。

表1　木纤维混凝土配合比

3试验结果分析

3.1木纤维混凝土抗压试验结果分析

根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204-2002)标准，表1的试验设计，测试其7d、28d龄期的抗压强度，结果见图1～图3。

图 1　各种状态下木屑掺量对普通混凝土强度的影响

图 2　不同状态下混凝土抗压强度破坏形式对比

由图1可知，与未掺杂纤维的混凝土相比，在干燥的状态下，掺杂了木屑的混凝土的强度呈缓慢下降趋势，由于木屑的吸水特性，把混凝土中多余的水分吸收，使混凝土更好地凝结。在木屑体积率7%时，混凝土的强度有所回升，下降率为14%，从而达到了减水剂的效果；在木屑体积率达到10%以上时，由于木屑吸收了大量的水，导致混凝土中水分过少，外部水分又不能进入混凝土内部，导致水泥无法充分水化，混凝土强度再次降低，在木屑体积率10%以上时，下降幅度变大，到15%时，混凝土强度下降幅度达到43%。在饱和吸水状态下，掺杂了木屑的混凝土强度呈急速下降趋势，由于木纤维在饱和吸水状态下吸收了大量的水，导致水灰比增大，超过了水泥硬化需要的水分，在水分蒸发后形成空隙，从而导致混凝土的强度急速下降。仅在木屑体积率在3%的时候混凝土的强度就下降了38%之多，在体积率达到10%的时候，混凝土离析。

对比干燥状态下和饱和吸水状态下混凝土不同的破坏形态可以发现，干燥状态下的混凝土表面产生裂纹，破坏辨识度较高，与普通混凝土破坏形态一致；饱和吸水状态下的混凝土则是粉碎破坏，破坏辨识度较低。

图 3　各种状态下木屑掺量的抗压强度下降曲线

3.2木纤维混凝土弯折试验结果分析

根据表1的试验设计，测试其7 d、28 d龄期的弯折强度，结果见图4、图5。

图 4　干燥状态下木屑掺量对普通混凝土弯曲强度的影响

由图4可知，在干燥状态下，混凝土的弯折试验曲线与抗压试验曲线相似，且在木屑掺量达到7%体积率的时候弯曲强度反弹，弯曲强度仅仅减少了12%，再次论证了木纤维在混凝土中起到了减水剂的作用。而在饱和吸水状态下多余的水分使水灰比减少，甚至超过水泥硬化需要的水分；木纤维吸收的水分在混凝土凝结期不断蒸发，使混凝土内部空隙增大，从而导致混凝土的弯曲强度下降明显。

图 5　各种状态下木屑掺量的弯折强度下降曲线

试验结果表明，干燥状态下的木纤维混凝土在制备过程中能有效的吸收混凝土的多余水分，在混凝土中起到减水剂的功效，当木屑体积率达到5%时，在减少更多细骨料的情况下混凝土的强度反而升高并在体积率达到7%时到达顶峰，随后由于木屑含量的增加以致于吸水性增加，导致混凝土中水分过少，外部水分又不能进入混凝土内部，导致水泥无法充分水化，混凝土强度再次降低。饱和吸水状态下的木纤维混凝土则无法起到任何作用，强度下降十分明显，且破坏形态没有整体性，辨识度较低。因此，在混凝土中添加干燥的木纤维可使混凝土的性能效应得到充分发挥，强度无明显下降，而且在混凝土的使用中能有效阻止水分影响混凝土的性能效应。

4结论及展望

1)掺适量木屑会对混凝土的抗压强度和弯折强度产生一定影响，在木屑干燥的状态下添加进混凝土能起到减水剂的功效，混凝土试验结果表明，在木屑掺量体积率达到7%时，在减少更多细骨料的情况下，混凝土的强度反而升高。

2)饱和吸水状态下的木屑被添加进混凝土会使得混凝土的强度急剧下降。

3)由于试验条件所限，木纤维混凝土比较普通混凝土的隔热性、吸音性本文没有进行试验，由此可以展望在混凝土强度不降低的前提下，木屑废弃物的综合利用新途径。

[参考文献]

[1]Dzurenda L, Orlowski K, Grzeskiewicz M. Effect of thermal modification of oak wood on sawwdust granularity[J]. Drvna Industrija Journal [61], 2010(2): 89-94.

[2]de Bruijn P. Hemp concretes: mechanical properties using both shives and fibres[M]. Department of Rural Buildings： SLU/Sveriges Lantbruksuniversitet i Alnarp, 2008.

[3]Walker R, Pavia S, Mitchell R. Mechanical properties and durability of hemp-lime concretes[J]. Construction & Building Materials, 2014, 61(3):340-348.

[4]Torkaman J, Ashori A, Momtazi A S. Using wood fiber waste, rice husk ash, and limestone powder waste as cement replacement materials for lightweight concrete blocks[J]. Construction and building materials, 2014, 50: 432-436.

[5]徐大勇, 蔡昌凤, 徐建平, 等. 多孔木屑混凝土的制备及其清水浸泡对水质的影响[J]. 重庆理工大学学报: 自然科学版, 2013, 27(11): 42-46.

[6]雷团结. 减水剂在混凝土中应用的原理及质量控制[J]. 中国包装科技博览: 混凝土技术, 2011(5): 79-82.

[责任编校： 张岩芳]

The Compressive and Flexural Strengths of Wood-fiber Concrete

WEN Yang，JIANG Jiuhong

(SchoolofCivilEngin.andArchitecture，HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

Abstract：This research probes into dry and wet states which affect its compressive and flexural strengths of the wood-fiber, and also makes an experimental comparison between the states of dry and saturated sorption. The results show that up to 7% replacement of sand with dry sawdust and the decrease of the quantity of fine aggregate improves the compressive strength and flexural strength of concrete, which provides a new channel for the comprehensive utilization of wood waste.

Keywords：sawdust；dry and wet state；compression strength；wood waste

[收稿日期]2015-05-10

[作者简介]文杨(1990-)， 男， 湖北武汉人，湖北工业大学硕士研究生，研究方向为工程力学

[文章编号]1003-4684(2016)02-0100-03

[中图分类号]TU528.58

[文献标识码]：A