掺两种纤维物混凝土性能的探究

摘要：随着可持续发展理念的推进，植物纤维作为一种可再生资源在建筑材料中的应用受到广泛关注。本文探究了掺入两种植物纤维（香蒲和芦苇）对混凝土性能的影响，通过将香蒲纤维、芦苇纤维加入混凝土中，改变不同的纤维掺入量0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%拌合混凝土并通过抗压强度测试，探讨了纤维的种类、掺量对混凝土性能的优化作用，旨在为纤维混凝土在工程中的应用提供理论依据。

关键词：香蒲；芦苇；混凝土；力学性能；掺入量

混凝土作为一种在土木工程领域中被普遍采纳的建材，凭借其卓越的抗压性能和持久耐用性，赢得了广泛的认可与好评。不过，传统混凝土在拉伸强度、防裂性能以及柔韧性等维度上，尚存在一定的短板。近年来，随着可持续发展观念的逐渐普及，科研人员着手研究通过融入植物纤维等可再生素材来优化混凝土的性能，旨在既符合工程项目的需求，又减轻对生态环境的负担。为了提升混凝土的综合性能，专家们不断试验，将各类纤维材料，诸如钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维以及聚丙烯纤维等，巧妙掺入混凝土之中。各种纤维对混凝土特性的影响不尽相同，当多种纤维混合应用于混凝土中时，它们之间可能会相互作用，共同促进混凝土性能的再度提升。

一、植物纤维混凝土的研究现状

植物纤维具有质轻、隔声、保温隔热等性能,将其加入混凝土中,还能延缓混凝土开裂。研究开发植物纤维混凝土不仅能提高混凝土的性能、降低混凝土的成本,而且有利于环境保护和可持续发展。分析了植物纤维混凝土目前的研究现状、发展前景、存在的缺陷及改进措施^[1]。天然植物纤维作为一种增强基材在我国具有悠久的历史。1400多年前，我国劳动人民已经把天然植物纤维(如稻草、麦秸、粉碎的秸秆)添加到泥土里来增强土坯砖的强度，其效果非常显著。如今，一些地区仍然沿用这种方法来增强灰泥和砖墙的强度^[1]。在我国植物纤维的资源非常丰富，针对植物纤维混凝土的研究也越来越多。

1910年，美国学者H·F·波特首次公开发表了一篇探讨短钢纤维如何增强混凝土效能的学术文章，自此以后，“纤维混凝土”这一新颖概念渐渐步入了人们的视野。时间推进到20世纪40年代，众多国家的科研工作者，如英国、美国、法国及德国的专家们，纷纷推出了对纤维混凝土的深度剖析报告。然而，由于当时理论体系尚不完善，对纤维如何具体提升混凝土强度的机理阐述不清，导致在接下来的数十年时光里，纤维混凝土的技术革新步伐显得较为缓慢。直至1963年，美国的学者J.P.Romualdi等人发布了一份关于钢纤维如何限制混凝土裂缝扩展机制的研究报告，初次阐述了纤维的防裂原理，这一创新性的发现扭转了纤维混凝土发展迟缓的局面。紧接着，钢纤维混凝土的研究及实际应用引起了广泛重视。步入20世纪70年代，纤维混凝土的研究和应用步入了迅猛发展的新时期。

二、原料性能

（一） 原料介绍

水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级42.5

骨料：中砂，粒径范围为0.5-5mm；碎石，粒径范围为5-10mm。

水灰比：0.54

表 1 原料配合比

纤维物：香蒲和芦苇。香蒲，这一源自自然的植物纤维，兼备可再生与环境亲和两大特质。将其巧妙融入混凝土之中，既能优化混凝土的多项性能指标，又能大幅度减轻对生态环境的负担。另一方面，芦苇作为一种循环不息的资源，拥有极低的碳足迹与卓越的生物降解能力。通过采纳芦苇纤维，我们不仅能有效削减混凝土的碳排放量，还能妥善应对芦苇疯长所引发的生态困扰。

（二）单一纤维对混凝土性能的影响

研究表明，芦苇纤维的加入会略微降低混凝土的抗压强度。例如，芦苇纤维掺量为1.5%时，混凝土的抗压强度降低幅度可以忽略不计，但在某些情况下，最大降低可达20.2%。芦苇纤维对混凝土的抗拉性能有显著改善。例如，掺入0.5%芦苇纤维的混凝土，其劈裂抗拉强度和抗折强度有所提高。此外，芦苇纤维的加入还可以显著提高混凝土的延展性和挠度。芦苇纤维混凝土在保温隔热、吸声降噪等领域具有广阔的应用前景。

香蒲纤维的加入，对混凝土的力学特性带来了明显的改变。研究显示，香蒲纤维的掺混比例一旦上升，这种混凝土的抗压及弯曲强度便会呈现下滑趋势。然而，在热学特性上，它表现出了非凡的一面——即便纤维的添加量不高，香蒲纤维混凝土的热阻能力也更为突出，相较于普通混凝土有着明显的优势。此外，尽管香蒲纤维混凝土的密度和抗压强度与传统混凝土相比稍显不足，但其卓越的隔热性能，却使其成为那些对热工性能有特别需求的建筑项目的优选材料。在持久耐用性上，香蒲纤维混凝土展现出了不俗的优越性。例如，把香蒲纤维巧妙融合进混凝土之中，可以大幅提升其隔热性能，从而有效缓解建筑物的热量压力，进一步改善居住空间的温度适宜度。

三、试验测试

标准试件：采用立方体试件100 mm×100mm×100mm，按照GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行制备。

养护条件：试件在标准养护条件下（温度20±2℃，相对湿度≥95%）养护至28天。

测试设备：使用电子万能试验机，加载速率为0.8 MPa/s。

四、试验结果及讨论

表 2不同掺量下混凝土抗压强度

由表2可知，混凝土的抗压强度随纤维掺量的增加而降低，特别是芦苇和香蒲两种植物纤维体积掺量为0.5%时，混凝土抗压强度直接降低了6MPa左右。由此可见，不论在混凝土中只掺入香蒲和芦苇两种单一的植物纤维，还是两种一起掺入，对混凝土的抗压强度没有增强的效果，反而使混凝土的抗压强度降低了，其他力学性能可能也和两种植物纤维单独掺入的效果差不多。

五、结语

尽管芦苇纤维在降低吸水率及增强若干力学性能方面成效显著，香蒲纤维的加入却能进一步提升混凝土的保温与隔热效能，有效减轻建筑物的热能负荷，增强居住空间的温馨舒适感。不过，在需要高强度结构材料的场合，它们依然面临诸多挑战。未来的科研之路，或许可以聚焦于纤维预处理技术的精进，以期增强其与水泥基体的黏结强度，同时精确调控纤维掺量与混凝土配比，力求在力学性能与绿色效益之间找到那个完美的平衡点。

文章来源：《产品可靠性报告》 https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html