竹纤维对水泥砂浆基本性能的影响分析

王 新

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

0 引言

随着建筑行业的发展，水泥砂浆的需求与应用越来越广，对水泥砂浆的性能要求也越来越高［1］。水泥砂浆作为常规的建筑材料却有不足的一面［2］，如抗压强度低、易开裂、韧性差等。自水泥砂浆出现的200多年中，人们一直在想方设法改善水泥砂浆的不足，从最初的优化配合比设计到加入各种外加剂以及改变搅拌工艺等，这些方法在一定程度上改善了水泥砂浆的不足，但收到的效果有限。纤维砂浆的出现是水泥砂浆性能改变的重大革命，大量研究结果表明，纤维的掺入对提高砂浆的韧性、减少和延缓砂浆的裂缝产生方面可起到改善作用［3－4］。但有关竹纤维对水泥砂浆性能影响的研究很少，竹纤维具有自重轻、韧性好、抗拉强度性能优异、加工过程能耗低等优点。我国竹资源十分丰富，有“竹子王国”的美誉，丰富的竹资源为竹纤维的发展提供了强大的资源优势，其绿色环保的特点也符合可持续发展战略［5］。

本文对不同长度和掺量的竹纤维对水泥砂浆的影响作用进行试验，分析竹纤维对水泥砂浆基本性能的影响，研究竹纤维对水泥砂浆性能的改善作用。为竹纤维砂浆在工程实践中的应用和推广提供参考依据。

1 试验

1.1 原材料

（1）水泥：海螺牌32.5的普通硅酸盐水泥；

（2）砂：普通河砂，细度模数为2.31，中砂，符合《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ／T70－2009）试验要求；

（3）水：城市自来水；

（4）竹纤维：细圆柱形，横断面直径为1.5mm。

1.2 试验方法

拌制水泥砂浆的配合比见表1。试验按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ／T70－2009）搅拌砂浆并对砂浆的稠度及保水性进行试验比对；按照《水泥胶砂强度检测方法（ISO法）》（GB／T 17671－1999）进行砂浆抗压、抗折试验比对。保持竹纤维掺量为2%，采用4种不同长度的纤维（5mm、10mm、15mm、20mm）；保持竹纤维长度为10mm，4种不同掺量的竹纤维（1%、2%、3%、4%）；共制备8组70.7mm×70.7mm×70.7mm的抗压试 块、8组40mm×40mm×160mm的抗折试块及各1组空白对比试块。24h后拆模并放入养护室进行28d的标准养护。

表1 水泥砂浆的配合比表

2 试验结果

2.1 竹纤维掺量与长度对水泥砂浆稠度、保水性的影响

竹纤维对水泥砂浆的稠度影响试验结果如图1、图2所示。由图1～2可知，水泥砂浆的稠度值随着竹纤维掺量的增加而减少。这是由于拌制竹纤维水泥砂浆时掺入干燥的纤维，纤维吸水导致砂浆的稠度随着竹纤维的增加而降低。所以在工程的实际运用中要考虑竹纤维掺量对拌制水泥砂浆稠度的影响。

图1 纤维长度对砂浆稠度的影响曲线图（掺量为2%）

图2 纤维掺量对砂浆稠度的影响曲线图（长度为10mm）

竹纤维对水泥砂浆的保水性影响试验结果如图3、图4所示。由图3～4可知，水泥砂浆的保水性值随着竹纤维量的增加而增加。砂浆保水性增加是由于竹纤维吸水，存储一定的水量，在砂浆受挤压的过程中竹纤维中的水分随之排出导致砂浆保水性随着竹纤维的增加而增加。

图3 纤维长度对砂浆保水性的影响曲线图（掺量为2%）

图4 纤维掺量对砂浆保水性的影响曲线图（长度为10mm）

竹纤维水泥砂浆保水性计算公式：

式中：W ——保水性（%）；

m1——不下透水片与干燥试模质量（g）；

m2——8片滤纸吸水前的质量（g）；

m3——试模、不下透水片与砂浆总质量（g）；

m4——8片滤纸吸水后的质量（g）；

α——砂浆含水率（%）。

2.2 竹纤维掺量与长度对水泥砂浆抗压强度的影响

将养护28d试件取出，采用WE－300B型液压式万能试验机对竹纤维水泥砂浆试块进行抗压强度试验。竹纤维水泥砂浆的抗压强度试验结果见图5、图6。

图5 纤维长度对砂浆抗压强度的影响曲线图（掺量为2%）

图6 纤维掺量对砂浆抗压强度的影响曲线图（长度为10mm）

由图5可知，在竹纤维掺量保持2%不变的情况下，当竹纤维长度为5mm时，砂浆的抗压强度增加5.9%；当竹纤维长度为10mm时，砂浆的强度降低0.63%；当竹纤维长度为15mm时，砂浆的抗压强度提高14.6%；在竹纤维长度为20mm时，砂浆的抗压强度值达到最大，提高了17.0%。在此试验过程中，纤维砂浆的总体抗压强度平均值大于空白试验试块的抗压值。这是由于纤维掺入并且均匀分布到砂浆中，改善了砂浆的内部结构，使得砂浆在一定的情况下由竹纤维消耗了一部分抗裂性能，从而提升砂浆的抗荷载能力。但当竹纤维长度达到10mm时砂浆的抗压强度略微低于空白试验组的抗压强度，其原因可能是由于搅拌工艺原因，致使纤维在10mm时在砂浆中分布不均，在砂浆内部形成孔洞，影响砂浆的抗压稳定性［6－7］。

由图6可知，在竹纤维长度保持10mm不变的情况下，当竹纤维掺量为1%时，纤维砂浆的抗压强度提高6.7%；当竹纤维的掺入量依次达到2%、3%、4%时，试件的抗压强度随着竹纤维掺量的增加而逐渐降低，分别降低了6.1%、8.0%、11.5%。纤维砂浆总体的抗压平均值低于空白试验组的抗压强度。在竹纤维掺量为1%时，由于纤维掺量少，搅拌过程中纤维均匀分布于砂浆中，提升砂浆的连续性，增加砂浆的抗压强度；但随着竹纤维掺量的增加，在砂浆搅拌过程中出现“纤维抱团”现象，阻碍砂浆连续性，使砂浆密实度下降，导致砂浆抗压强度降低。

2.3 竹纤维掺量与长度对水泥砂浆抗折强度的影响

由图7可知，在竹纤维掺量保持2%不变的情况下，当竹纤维长度为5mm时，砂浆抗压强度降低4.9%；当纤维长度为10mm、15mm时，砂浆抗压强度分别降低11.3%、5.1%；在掺入的竹纤维长度达到20mm时，水泥砂浆的抗折强度降低17.7%，达到最低值。由图8可知，在竹纤维长度保持10mm不变的情况下，当竹纤维掺量为1%、2%时，纤维砂浆的抗折强度分别降低了11.7%和14.4%；当掺量为3%时，纤维砂浆的抗折强度降低9.6%；当掺量为4%时，纤维砂浆的抗折强度下降24.2%，达到最低值。抗折强度之所以降低，可能与竹纤维长度变化这一因素有关，竹纤维长度过短在砂浆抗折中对砂浆的裂缝产生了约束作用，导致竹纤维的韧性无法发挥相应的作用，从而使竹纤维水泥砂浆的抗折强度降低。

图7 纤维长度对砂浆抗折强度的影响曲线图（掺量为2%）

图8 纤维掺量对砂浆抗折强度的影响曲线图（长度为10mm）

3 结语

（1）在水泥砂浆中掺入竹纤维，对砂浆的稠度与保水性产生一定的影响。砂浆的稠度随着竹纤维长度或掺量的增加而减小；砂浆的保水性随着竹纤维长度或掺量的增加而提高。

（2）竹纤维长度和掺量对水泥砂浆的抗压强度具有较大影响。当纤维长度为15mm、20mm时，砂浆的抗压强度分别提高了14.6%、17.0%。竹纤维的掺入量达到2%、3%、4%时，抗压强度分别降低了6.1%、8.0%、11.5%。在竹纤维掺量为1%时，砂浆抗压强度比空白试验组的抗压强度提高6.7%。因此，需要进一步对竹纤维长度与掺量进行研究，发掘竹纤维掺量与长度对水泥砂浆的影响规律，为在实际工程运用提供参考。

（3）掺入竹纤维的水泥砂浆抗折强度均降低。纤维长度达到20mm、掺量为4%时，砂浆的抗折强度均为最低值，在工程实践中的运用需要综合考虑影响效果。