竹筋混凝土中竹筋的防水处理技术与粘结性能研究

蒋明利谭浩杰宋功谭

摘要：竹筋混凝土能满足一定的力学使用要求，且竹筋属可再生资源，具有良好的经济效益，但竹筋的浸水腐蚀、与混凝土间粘结力小等问题限制了竹筋混凝土的推广，本文研究了提高竹筋混凝土粘结力的方法，发现在竹筋上刻槽可以提高粘结力30%以上，用环氧树脂浸泡可有效防止竹筋浸水腐蚀，提高粘结力20%以上，竹筋混凝土的性能可通过物理和化学方法改善。

关键词：竹筋混凝土；防水防腐；粘结力

1引言

1.1竹筋混凝土简介

竹筋混凝土是指由水泥、砂石和竹筋组成的混凝土复合材料，混凝土中的骨架由竹材制成是它与钢筋混凝土最大的不同。由于竹筋具有良好的弹性和耐拉性能，混凝土具有良好的抗压性能，竹筋和混凝土相组合后可以充分发挥竹筋和混凝土两种材料的力学特点，可以满足一定的力学使用要求，同时竹筋属于可在生资源，在我国南方有大量分部，取材方便，加工简单，环保绿色，所以竹筋混凝土具有良好的经济效益和社会效益。

1.2竹筋混凝土的应用现状

从20世纪50年代开始，我国陆续建造了大量竹筋混凝土结构，但是过去建造的竹筋混凝土建筑没有经过计算，而且也未经过防腐、防水和防虫处理，所以竹筋出现了腐蚀、吸水膨胀或蛀虫等多种问题，使得竹筋与混凝土的粘结力大大降低，力学性能变差，限制了竹筋混凝土在建筑行业的推广。

因此，本文主要研究竹筋的防水防腐技术，探究提高竹筋与混凝土粘结力的方法，以期提高竹筋混凝土的耐久性和力学性能，促进竹筋混凝土的广泛使用。

2主要探究过程

2.1试验思路

试验探究的总体方法是控制变量法，即选用相同品种、相同竹材、相同大小的竹材，分别进行四种不同的处理，第一种是无处理，第二种是刻槽，第三种是涂环氧树脂，第四种是刻槽并涂环氧树脂，制成四种处理方法不同的竹筋，与相同的混凝土组成竹筋混凝土，然后分别进行拉拔试验，每组拉拔试验均做三次以减小误差，计算破坏荷载，分析数据和破坏原因，找出提高竹筋混凝土的处理方法。

2.2材料准备与处理

有资料指出，优质的竹筋在抗拉强度上可达到普通钢筋的75%以上，西南地区的毛竹完全可以满足试验要求，因此本实验就地取材，选用西南地区的毛竹为竹筋原材料。将毛竹加工成的竹条每隔5厘米刻一个深度约为三毫米的凹槽，制成刻槽的竹筋；将毛竹加工成的竹条浸泡在环氧树脂中，制成化学改性竹筋；将竹条刻槽并浸泡在环氧树脂中，制成既刻槽又化学改性的竹筋。与C35混凝土制成四组不同的竹筋混凝土。

2.3试验过程

用C35混凝土制成的立方体块，在立方体块的中心位置一端插入钢筋，一端插入不同处理方法的竹筋，如图2-1所示，制成四组竹筋不同的混凝土拉拔试验块，然后用万能试验机进行拉拔试验，拉拔时将钢筋段固定，按一定的加载速度拉竹筋，直至力—位移曲线明显下降或无法继续加载时，停止加载，收集处理分析试验数据。

图2-1拉拔试验示意图

2.4试验结果

竹筋与混凝土之间的相互作用力与钢筋和混凝土相似，主要有机械咬合力、摩擦力、化学胶着力等，粘结滑移可以大致分为4个阶段，分别为微滑阶段：胶着力逐渐从加载端到自由端开始渗透，化学胶着力起主要作用；滑移阶段：化学胶着力失效，竹筋与混凝土接触面开始有间隙出现，自由端滑移开始并呈非线性增长；劈裂阶段：竹筋与混凝土出现纵向的劈裂缝，并从加载段延伸至自由端，此时粘结力也达到最大；下降阶段：竹筋上出现裂缝后，机械咬合力和摩擦力迅速下降，滑移量也大大增加。

对于无处理的竹筋，由于其防水性能差，且表面较光滑，破坏荷载最低，破坏荷载为10.53KN。

刻槽的竹筋由于表面粗糙，其与混凝土的机械咬合力、摩擦力增大，破坏荷载有增加较多，达到14.46KN。

经过环氧树脂浸泡过的竹筋，表面有一层化学保护膜，防水性能大大提高，竹筋的强度也有较大提高，从而提高了竹筋与混凝土的化学粘结力及摩擦力，破坏荷载为：12.87KN。

竹筋既刻槽又经环氧树脂浸泡以后，不仅竹筋的强度和化学粘结力提高，竹筋与混凝土之间的机械咬合力和摩擦力也大大提高，竹筋性能改善较大，破坏荷载达17.21KN。

试验结果如下表2-1所示。

表2-1试验数据

3结论分析与展望

3.1提高竹筋与混凝土粘结力的方法

竹筋与混凝土之间粘结力较低的主要原因有两个：一是竹筋与混凝土之间的摩擦力、机械咬合力较低，二是竹筋经过水浸泡强度，腐蚀严重，强度降低。

本实验研究发现，通过在竹筋上刻槽可以的提高竹筋与混凝土之间咬合力、摩擦力，提高程度可以达30%以上；用环氧树脂浸泡可以有效防止竹筋的浸水腐蚀问题，提高竹筋的强度和化学胶着力，竹筋与混凝土的粘结力可提高20%以上；将竹筋先刻槽再用环氧树脂浸泡，竹筋的性能大大改善，竹筋与混凝土之间的粘结力提高可以达到60%以上。

3.2试验的局限性

刻槽的间距将大大影响竹筋与混凝土的粘结力，竹筋间距过大，摩擦力和咬合力降低，间距过小则竹筋强度降低，本实验采用的间距和深度未经过严密试验和计算论证，未来可进一步探究最优刻槽的间距和深度。

环氧树脂有效改善了竹筋的防水性能，但竹筋表面的环氧树脂可能会降低其摩擦力，因此还需探索一种既防水又能提高竹筋表面粗糙程度的化学材料。

3.3未来展望

由于竹筋和混凝土之间的粘结力较低，且竹筋易腐蚀，目前的推广受到了一定限制。竹筋经过刻槽处理和环氧树脂浸泡后，其防水防腐性能改善，与混凝土的粘结力提高，力学性能完全可以满足一定的使用要求，如用在路沿路肩、临时施工便道、护栏等，可降低建筑成本，减少不可再生的钢铁的用量，环保节能，具有很好的经济效益和社会效益。但这可能不是最优的处理方法，未来竹筋混凝土性能仍有较大程度的提高空间。

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