玄武岩纤维-一种高性能天然无机矿物纤维

玄武岩纤维-一种高性能天然无机矿物纤维（精选6篇）

玄武岩纤维-一种高性能天然无机矿物纤维 第1篇

玄武岩纤维-一种高性能天然无机矿物纤维

玄武岩是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石.它在地质学的岩石分类中,属于岩浆岩(也叫火成岩).

作 者：刘铁砚 谯瑾  作者单位：四川省纤维检验局 刊 名：中国纤检 英文刊名：CHINA FIBER INSPECTION 年，卷(期)： “”(4) 分类号： 关键词： 

玄武岩纤维-一种高性能天然无机矿物纤维 第2篇

玄武岩纤维是一种无机纤维材料,具有耐高温、耐烧蚀、耐酸碱性能强、耐化学性能好和热稳定性优越等优点。作为一种新兴纤维增强材料,玄武岩纤维以其优良的性能,在混凝土领域具有广阔的应用前景[1]。文献[2~4]的研究表明,玄武岩纤维混凝土具有良好的工作性及抗冲击韧性,被视为碳纤维产品的低价替代品,同时也是替代聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维增强水泥混凝土的优良材料。

作为一种新兴纤维增强材料,玄武岩纤维在水泥基材料中的推广应用还需要进行更深入的研究。本文通过试验,研究了不同掺量玄武岩纤维对水泥基材料的和易性、抗压强度、抗折强度、抗拉强度和抗裂性能的影响,并与聚丙烯纤维进行了对比。

1 试验用原材料

水泥:P·O 42.5R级普通硅酸盐水泥。

粗集料:碎石,5~20和20~40两级配粒级,比例为4:6。

细集料:级配良好的中砂,细度模数2.2~2.4。

外加剂:HSP-II-B型聚羧酸缓凝高效减水剂。

粉煤灰:Ⅱ级。

纤维:短切玄武岩纤维,单丝直径13μm、长12mm;聚丙烯纤维,直径31μm、长19mm、密度0.91kg/m3。

2 和易性和强度试验

2.1 试验配合比

配合比设计参考文献[5],水胶比为0.34,粉煤灰掺量15%,砂率40%,单位用水量160kg/m3,减水剂掺量1.4%,聚丙烯纤维掺量分别为0.9kg/m3和1.2kg/m3,短切玄武岩纤维掺量分别为0.9kg/m3、1.2kg/m3、1.5kg/m3、2.0kg/m3和2.5kg/m3。

2.2 投料顺序

砂+石﹢水泥﹢粉煤灰﹢聚丙烯纤维(干拌2min)→水+外加剂(湿拌3min)

2.3 和易性和强度测试

混凝土坍落度试验及结果评定参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[6],抗压强度、抗折强度和抗拉强度试验及结果评定参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》[7]。抗压强度试件尺寸为150mm×150mm×150mm,抗折强度试件尺寸为100mm×100mm×400mm,三个为一组。轴心抗拉强度试件尺寸为100mm×100mm×500mm,四个为一组,试件含拉杆尺寸为100mm×100mm×860mm,试件采用预埋拉杆式,两端各设1根长330mm、直径16mm的HRB335钢筋作为拉杆,以使拉力通过预埋钢筋传递到试件中。用钻孔机对4个100mm×100mm的木模板中心钻孔,然后插入钢筋,以保证预埋钢筋与混凝土试件轴心同心。

试件制作完成后,按标准条件养护。养护至一定龄期后,用压力试验机和万能材料试验机测试试件的7d和28d抗拉、抗压强度和28d抗折强度,测试结果见表1,根据表1数据绘制的28d抗折、抗压、抗拉强度与玄武岩纤维掺量的关系见图1。

注:C0表示素混凝土,PPF-0.9、CBF-0.9分别表示掺量为0.9kg/m3的聚丙烯纤维混凝土和玄武岩纤维混凝土依次类推。

2.4 结果分析

(1)玄武岩纤维可均匀地分布于混凝土中,有效阻止混凝土的离析,使混凝土的粘聚性和保水性大大提高。掺入玄武岩纤维使混凝土的坍落度稍有降低,但幅度较小。由于玄武岩纤维与混凝土有着基本相同的成分,且密度也较接近,所以,玄武岩纤维在混凝土中有较好的分散性,并和混凝土有较好的相容性。试验数据表明,玄武岩纤维与聚丙烯纤维对混凝土和易性的影响基本一致。

(2)掺入玄武岩纤维后,混凝土的28d抗折强度明显增强。相对素混凝土,玄武岩纤维掺量分别为0.9kg/m3、1.2kg/m3、1.5kg/m3、2.0kg/m3和2.5kg/m3时,玄武岩纤维混凝土的28d抗折强度提高率分别为4.78%、9.78%、14.35%、18.04%和15.00%。由图1可以发现,当玄武岩纤维掺量超过2.0kg/m3后,28d抗折强度呈下降趋势。

(3)玄武岩纤维掺量较小(0.9kg/m3)时,玄武岩纤维混凝土的7d和28d抗压强度均略有提高,但增幅不大。当玄武岩纤维掺量达到1.2kg/m3、1.5kg/m3、2.0kg/m3和2.5kg/m3时,混凝土的7d抗压强度提高率分别为5.05%、8.24%、12.42%和14.35%,28d抗压强度提高率分别为7.04%、7.46%、7.55%和7.57%。由此可见,在适当掺量下,玄武岩纤维有助于提高混凝土的抗压强度,尤其对混凝土的早期抗压强度提高明显,掺量为1.5~2.5kg/m3时,混凝土的28d抗压强度最大增幅为7.57%,增加幅度较小,尤其是掺量超过2.5kg/m3后,混凝土的28d抗压强度反而呈下降趋势。

(4)玄武岩纤维掺入后,混凝土的28d抗拉强度最大提高率为6%,由此可见,玄武岩纤维对混凝土的抗拉强度影响不大。素混凝土的7d抗拉强度是其28d抗拉强度的91.1%,但当玄武岩纤维掺量分别为0.9kg/m3、1.2kg/m3、1.5kg/m3、2.0kg/m3、2.5kg/m3时,混凝土的7d抗拉强度分别为其28d抗拉强度的77.0%、77.3%、77.0%、77.2%和77.3%。由此可见,玄武岩纤维的掺入延缓了混凝土抗拉强度的发展,这在一定程度上能够抑制混凝土裂缝的产生与发展。

(5)在相同掺量情况下,玄武岩纤维与聚丙烯纤维对混凝土的抗压强度、抗折强度和抗拉强度的影响基本一致,但玄武岩纤维的价格远低于聚丙烯纤维,故此,作为一种新型纤维材料,玄武岩纤维完全可以取代聚丙烯纤维用于混凝土工程。

3 玄武岩纤维水泥砂浆抗裂性能试验

3.1 抗裂性能试验

通过试验,我们对聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维和玄武岩纤维等三种常见单丝纤维的抗裂性能进行了比较。水泥砂浆早期抗干缩开裂性能试验及结果评定按照JC/T951-2005《水泥砂浆抗裂性能试验方法》[8]进行。试验用原材料的配合比为水泥:砂:水=1:1.5:0.5(质量比);纤维水泥砂浆配合比是在普通砂浆配合比的基础上,分别掺入不同纤维,掺量为每m3砂浆混合料中掺入1.2kg。试验所选用各种纤维的物理力学性能指标见表2。

3.2 试验方法

试件成型后立即开启风扇吹向试件表面,风扇距模板短边150mm,风叶中心与试件表面平行,试件横向中心线的风速为4~5m/s;同时开启1000W碘钨灯,碘钨灯位于试件横向中心线上方1.2m,距模板长边150mm,连续光照4h后关闭碘钨灯。此试验是为了考察恶劣环境中纤维对水泥砂浆收缩抗裂性能的改善程度,试验布见图2。

以约束区内的裂缝情况作为本次试验的评定依据。根据裂缝宽度把裂缝分为d≥3mm、3mm>d≥2mm、2mm>d≥1mm和1mm>d≥0.5mm五级,每一级对应的权重值分别为3、2、1、0.5和0.25。将每一条裂缝的长度乘以其相对应的权重值,再相加起来所得到的总和称为开裂指数W。抗开裂性能比以基准砂浆的开裂指数平均值与需要检测的掺入水泥砂浆中的外掺材料的开裂指数平均值之差除以基准砂浆的开裂指数平均值的百分数表示,正值表示提高,负值表示降低,以此表示水泥砂浆的开裂程度。

根据上述试验方法进行收缩试验,试验所得各种纤维砂浆试块及普通水泥砂浆试块的开裂指数W和抗开裂性能比γ结果见表3。

3.3 试验结果与分析

(1)相对于普通水泥砂浆而言,耐碱玻璃纤维对水泥砂浆的抗开裂性能比提高不大,玄武岩纤维和聚丙烯纤维对水泥砂浆的抗开裂性能比分别提高73.16%和76.91%。试验结果还显示,未掺纤维的普通水泥砂浆试件裂纹宽度大、条数多;掺入纤维,尤其是掺入玄武岩纤维和聚丙烯纤维后,试件的裂纹数明显减少,裂纹宽度亦明显变小,说明试件的抗裂性能得到显著提高。试验结果还表明,相同掺量下,玄武岩纤维与聚丙烯纤维对混凝土的抗裂性的影响基本相同。由此可见,玄武岩纤维可以取代聚丙烯纤维用作混凝土的阻裂材料。

(2)玄武岩纤维能够在水泥砂浆中形成一种致密、乱向分布的网状支撑结构,以比聚丙烯纤维更小的单丝均匀分散于水泥砂浆中。玄武岩纤维上有大量的水化产物附着,与水泥砂浆有更好的结合性能,因此,能很好地阻挡微裂缝的产生和扩展。

4 结论

玄武岩纤维具有高性能的火山岩组分,是一种被人们誉为“石头变丝”的21世纪新型环保型材料,这种高性能火山岩组分相当于一种特殊的硅酸盐,使玄武岩纤维具有优良的耐化学腐蚀性,耐碱性能尤其突出,同时,玄武岩纤维还具有耐高温、耐烧蚀、热稳定性优越等特点。在建筑工程材料领域,玄武岩纤维和聚丙烯纤维、碳纤维等纤维相比,还占有性价比的优势,可替代上述纤维用于水泥混凝土中。只是目前关于玄武岩纤维在土木工程中的应用研究在国内外还处于起步阶段,作为一种新兴的增强材料,由于其力学性能有别于现阶段常用的一些纤维,因此,在实际工程中推广应用仍需进行大量的试验研究。近年来,连续玄武岩纤维被列入我国863高科技项目,发改委也明确将玄武岩纤维与碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维列为我国今后重点鼓励发展的四大高新技术纤维,因此,大力发展玄武岩纤维及其复合材料产业并开展相关的试验研究和应用研究具有重要的意义。

参考文献

[1]胡显奇,申屠年.连续玄武岩纤维在军工及民用领域的应用[J].高科技纤维与应用,2005,12(6):8-13.

[2]Sim J,Park C,Moon D Y.Characteristics of basalt fiber as astrengthening material for concrete structures[J].CompositesPart B,2005,36:504-512.

[3]W.M.Li,J.Y.Xu.Dynamic behavior and constitutive model ofbasalt fiber reinforced concrete under impact loading[J].Engineering Mechanics,2009,26(1):86-91.

[4]Dylmar Penteado Dias,Clelio Thaumaturgo.Fracture tou-ghness of geopolymeric concretes reinforced with basalt fibers[J],Cement&Conerete Composites.2005(27):49-54.

[5]何军拥,田承宇,黄小清.玄武岩纤维增强高性能混凝土配合比的正交试验研究[J].混凝土与水泥制品,2010(6).

[6]GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[S].

[7]GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》[S].

玄武岩纤维-一种高性能天然无机矿物纤维 第3篇

【关键词】正交试验；水灰比；体积掺量；长径比

（3）从实验结果可以看出，随着玄武岩纤维体积率的增加，混凝土初裂次数、终裂次数、初裂后破坏冲击能与全过程破坏能少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。

2.3力学性能。

由于混凝土是一种非均质材料，强度受诸多因素的影响，水灰比是影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土，随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。

2.4体积稳定性。

与普通混凝土相比，高性能混凝土具有高体积稳定性，硬化早期水化热程度很高。

2.5经济性。

高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益； 高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；HPC 良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少成本。

3. 高性能混凝土技术的应用

3.1在道路工程中的应用。

与传统混凝土相比，高性能混凝土具有良好的稳定性与耐久性，因而在人们的生产生活中得到了广泛的应用。将高性能混凝土技术应用于道路工程中，不仅能够合理地缩减道路地面的厚度，有效延长道路的使用寿命。此外，高性能混凝土具有良好的透水性能，可以有效缓解道路热岛效应的发生。随着现代化城市进程的不断推进，道路覆盖率也逐年增加，加快了整个城市的建设。在城市不断建设的过程中，其道路建设的水平及质量至关重要。将高性能混凝土技术应用在道路工程中，既能适应我国高速发展的交通行业，又能满足现代化、城市化建设的需要，因此值得大力推广。

3.2在桥梁工程中的应用。

（1）桥梁工程中，大跨度桥梁的自重往往占总荷载的大部分。将高性能混凝技术应用于桥梁工程中，可以合理降低桥梁的自重和截面高度，使桥梁工程的耐久度得到提高。同时，由于高性能混凝土具有较高的早期强度，因而可以加快桥梁工程的整体施工进度。

（2）与传统的混凝土相比，高性能混凝土具有较好的强度、耐久度以及抗拉力，使得高性能混凝土铸造的桥梁无论是在使用寿命还是整体性能上都有了很大的提升。当前，高性能混凝土技术还被应用于海岸与河堤的加固工程中。将高性能混凝土应用于堤防的筑造，可以有效避免海岸塌陷等问题。高性能混凝土的耐久性，使得海岸线得到了合理的开拓，大部分沿海城市的面积相应地得到了增加，各类水生生物的适应性也得到了满足，海洋中丰富多样的资源得到了切实的保护。

参考文献

[1]王人和. 高性能混凝土矿物掺合料及其性能研究[D].武汉理工大学，2012.

玄武岩纤维-一种高性能天然无机矿物纤维 第4篇

本文通过试验, 研究了玄武岩纤维掺量对水泥砂浆性能的影响;通过研究粉煤灰和矿渣的掺入, 探讨了粉煤灰和矿渣在改善玄武岩纤维水泥基材料物理性能方面的效果。

1 实验设计

1.1 原材料

水泥为河北省宣化水泥厂42.5普通硅酸盐水泥。粉煤灰及矿渣掺合料化学组成见表1。

玄武岩纤维:直径为13μm, 北京君安泰防护科技有限公司生产, 抗拉强度2169MPa、弹性模量129GPa、断裂伸长率为1.68%。

1.2 试验方法

试验方法借鉴GB/T2419-2005和GB17671-1999进行。掺合料按水泥质量的20%替代水泥, 矿渣与粉煤灰比例为2∶3;每一组试验分别加入玄武岩纤维0.4、0.6、0.8g;

2 结果及讨论分析

试验结果见表2。

编号J为水泥胶砂空白样试块;P为玄武岩纤维水泥基试块;C为掺合料玄武岩纤维水泥基试块

2.1 玄武岩纤维砂浆的流动性能

随着纤维掺量的增加, 砂浆的流动度越来越小。掺量0.4g玄武岩纤维的砂浆相对基准砂浆的流动度下降幅度为5.1%, 而其掺量为0.8g时, 其流动度较基准砂浆下降了15.5%。这是由于纤维在砂浆中形成空间网络结构, 将水泥浆团聚, 阻碍了水泥浆的自由流动性。随着纤维掺量的增多, 纤维形成的网络结构空间越小, 分布密度越大, 需包裹纤维表面的水泥浆数量要越多, 当水泥浆数量一定时, 纤维的阻力作用也就越大[4]。

2.2 玄武岩纤维砂浆的强度

与空白样相比, 掺不同掺量的玄武岩纤维的砂浆3d和7d龄期抗折、抗压强度均有所增加, 掺量为0.6g玄武岩纤维的试样3d抗折强度较之空白样分别增加了6.9%, 掺纤维砂浆的7d抗折、抗压强度较之3d强度增幅减缓。有大量水化产物附着的玄武岩纤维单丝分布于砂浆内部, 不仅提高了砂浆的力学性能, 而且有效地吸收和耗散能量, 能很好地阻挡微裂纹的产生及扩展。

2.3 矿物掺合料的影响

同掺量玄武岩纤维, 掺入矿物掺合料 (粉煤灰和矿渣) 的砂浆较未掺加的流动性明显更大。掺量0.4g时, 未掺加掺合料的玄武岩纤维砂浆相对基准砂浆的流动度下降幅度分别为3.5%, 而掺入矿物掺合料玄武岩纤维砂浆相对基准砂浆的流动度几乎未有变化。这是因为矿物掺合料极细, 其中含有球形玻璃体, 起到滚动、润滑作用, 增加了保水性和均匀性, 降低了需水量, 起到减水作用, 提高了砂浆的流动性。

矿物掺合料的掺入对水泥基材料的抗压强度有所增加。当玄武岩纤维掺量为0.8g时, 掺合料玄武岩纤维砂浆较未加掺合料的玄武岩纤维砂浆3d、7d、28d抗压强度提高幅度分别为11.3%、9.6%和7.5%, 这是由于矿渣和粉煤灰中的活性Si02和A12O3与水泥的水化产物Ca (OH) 2产生二次水化反应, 生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等凝胶物质, 发挥自身的活性效应。同时, 填充于水泥浆体中的粉煤灰和矿渣使砂浆匀质性提高, 大毛细孔减少, 超细孔隙增加, 促进玄武岩纤维在基体中的均匀分散, 加强了玄武岩纤维与基体间的黏结, 改善了纤维-基体界面力学性能。

3 结论

(1) 玄武岩纤维的加入在相同的水灰比下降低了流动度, 玄武岩纤维的掺量越多, 纤维水泥砂浆的流动性越低。

(2) 玄武岩纤维在砂浆中形成一种致密、乱向分布的网状支撑结构体系, 分散于水泥浆体中, 能很好地阻挡微裂纹的产生及扩展, 提高纤维砂浆的抗裂性。

(3) 粉煤灰和矿渣的加入增加了砂浆的流动度, 显著提高了砂浆的各龄期强度。

摘要：玄武岩纤维是一种新型的环保型无机纤维材料。借鉴水泥胶砂试验方法制备玄武岩纤维水泥砂浆, 研究了玄武岩纤维掺量因素对水泥基材料物理力学性能的影响。结果表明, 玄武岩纤维能在一定程度上提高水泥基材料的抗折、抗压强度。试验还探讨了掺合料在改善玄武岩纤维水泥基材料物理性能方面的效果。

关键词：玄武岩纤维,水泥砂浆,矿物掺合料,流动度

参考文献

[1]Liu Q, Shaw M T, Pamas R S.Investigation of basalt fiber composite mechanical properties for applications in transportation[J].Polymer Composite, 2006, (10) , 41-48.

[2]廉杰, 杨勇新, 杨萌.短切玄武岩纤维增强混凝土力学性能的试验研究[J].工业建筑, 2007, 37 (6) :8-10.

玄武岩纤维-一种高性能天然无机矿物纤维 第5篇

钢筋混凝土结构在土木工程中的应用越来越广泛,然而混凝土材料的开裂及易受腐蚀等不利因素一直无法很好地解决。玄武岩纤维(basalt fiber)作为一种新型无机纤维材料,具有抗拉强度较高、介电性能强、化学稳定性优良和耐温性能好[1,2,3]等特点,成本也较为低廉。将玄武岩纤维应用于混凝土工程中,纤维通过桥接裂缝可能明显改善混凝土的脆性问题,同时还提高混凝土基体的韧性、抗冲击性和抗拉强度,抑制砂浆塑性收缩开裂,因此国内外诸多学者展开了大量的相关研究[4,5,6,7,8,9]。玄武岩纤维是典型的硅酸盐纤维,且有着和水泥混凝土及砂浆相近的密度[10](比重为2.63~2.8g/cm3),因此能在水泥基材料中均匀分布,是一种应用前景很广的新型增强材料。目前玄武岩纤维已逐渐应用于土木工程中,因此对其增强混凝土效果的研究具有极大的理论与实践意义。本文通过对比法,进行玄武岩纤维混凝土和无纤维的素混凝土力学性能试验研究,从而评价玄武岩纤维对混凝土基体各个龄期力学性能的增强效果。

1试验原材料及配比

试验采用P.O 42.5水泥,粗骨料为花岗岩碎石(料径分布为5~20mm),细骨料采用中砂。所用的玄武岩纤维掺量为1.2kg/m3、纤维长度为24mm、纤维直径为17μm。混凝土配合比详见表1,玄武岩纤维材料参数见表2。分别采用抗压强度和劈拉强度试验检验混凝土力学性能,龄期分为3d、7d和28d,其中素混凝土试件记作NC,玄武岩纤维混凝土试件记作BFRC。

2试验结果及分析

由于玄武岩纤维的掺入,在试验的过程中混凝土并未出现突然崩碎或者强度突然降低的脆性特征,反而是表现出一定的延性破坏性质。试件受压破坏时,呈现出大量的裂缝,但并没有明显的剥落和破碎,试件外观的整体性较好,呈现出“藕断丝连”的现象。试件劈拉破坏时,玄武岩纤维混凝土并不像素混凝土那样一分为二,劈为散开的两半,而是达到峰值强度后,裂而不散,只有细微的宏观裂缝,卸载后试件的外观整体性依旧良好。

玄武岩纤维混凝土各龄期抗压强度和劈拉强度相对普通混凝土的提高率见表3和表4。

由表3可以看出,由于玄武岩纤维的掺入,混凝土各龄期的抗压强度都有所增加,其中3d、7d和28d的抗压强度分别提高了8.79%、4.82%和4.29%。由表4可以看出,由于玄武岩纤维的掺入,混凝土各龄期的劈拉强度较素混凝土提高更为明显,其3d、7d和28d的劈拉强度分别提高了2.97%、8.49%和19.27%。

为更直观地反映出玄武岩纤维的掺入对混凝土基体的抗压强度和劈拉强度的影响,现做如下定义:(1)抗压强度比,立方体抗压强度比是指某一掺量的玄武岩纤维混凝土的抗压强度与同配合比未掺入纤维的素混凝土的抗压强度的比值;(2)劈拉强度比,立方体劈拉强度比是指某一掺量的玄武岩纤维混凝土的劈拉强度与同配合比未掺入纤维的素混凝土的劈拉强度的比值。

试验所得的抗压强度比、劈拉强度比和龄期的关系见图1和图2。

从图1可以看出,掺入了玄武岩纤维的混凝土的抗压强度比素混凝土的抗压强度有所提高,特别是对混凝土早期的抗压强度提高更为显著。总体看来,立方体的抗压强度比在1.04~1.09之间。其微观解释是:将一定量的玄武岩纤维掺入到混凝土中以后,混凝土内部会形成一定的三维乱向的网状结构体系,这种结构体系能够起到承托骨料、协同骨料一起受力的作用,类似于起到了一个二级加强的作用。当混凝土基体受到外力作用时,基体会将一部分应力传递给纤维,纤维发生了变形,从而消耗了能量,因而提高了混凝土的抗压强度。

从图2可以看出,掺入了玄武岩纤维的混凝土的劈拉强度比素混凝土有所提高,尤其是对混凝土28d劈拉强度的提高更为显著。总体看来,立方体的劈拉强度比在1.02~1.20之间。其微观解释是:当玄武岩纤维混凝土受到一定的外荷载作用时,在受力初期,其应变很小,混凝土基体承担了几乎所有的拉应力,玄武岩纤维承担的拉应力非常小。随着外荷载的增加,玄武岩纤维混凝土的应变也会相应地增大,此时玄武岩纤维所承担的拉应力也逐渐增大。在这个过程中,初始裂缝的引发被延缓。随着外荷载的进一步增加,玄武岩纤维混凝土的应变也进一步增大,此时初始裂缝逐渐形成并扩展。混凝土基体开裂后,裂缝尖端会产生应力集中,裂缝间的应力重新分布,原来由混凝土基体承担的应力逐渐由玄武岩纤维所承担,此时纤维跨越在裂缝中间,主要起桥接作用,同时将应力传递到裂缝两侧的材料,让裂缝处的材料可以继续受力。在此期间,裂缝的扩展受到一定的约束,其扩展状态较为稳定。外荷载继续施加至破坏前,玄武岩纤维所承担的拉应力将最终升至极限值,当外荷载再继续增加,玄武岩纤维被拉断或拔出,此时玄武岩纤维混凝土彻底破坏。因此,在整个加载过程中,玄武岩纤维提供了额外的荷载,包括其被拉断或被拔出的荷载等,从而提高了混凝土的劈拉强度。

3结论

3.1玄武岩纤维的掺入在一定程度上可以提高混凝土基体各个龄期的抗压强度,尤其对早期抗压强度的提高效果更为显著,可达到8.79%。

3.2玄武岩纤维的掺入对混凝土各个龄期的劈拉强度都有不同程度的提高,尤其对28d劈拉强度的提高效果最为显著,幅度高达19.27%,这说明玄武岩纤维对混凝土抗拉强度的影响非常显著。

3.3试验结果表明玄武岩纤维的协同受力作用和桥接作用对混凝土各龄期强度的增强作用十分明显,并且能提高混凝土破坏时的延性,是一种很好的混凝土增强材料。

参考文献

[1]Dylmar P.D,Clelio T.Fracture toughness of geopolymeric concretes reinforced with basalt fibers[J].Cement and Concrete Composites,2005,27(1):49-54.

[2]Sim J.,Park C.,Moon D.Y.Characteristics of basalt fiber as a strengthening material for concrete structures[J].Composites,2005,36(6):504-512.

[3]崔毅华.玄武岩连续纤维的基本特性[J].纺织学报,2005,26(5):120-121.

[4]李为民,许金余.玄武岩纤维对混凝土的增强和增韧效应[J].硅酸盐学报,2008,36(4):476-486.

[5]Li W.,Xu J.Mechanical properties of basalt fiber reinforced geopolymeric concrete under impact loading[J].Materials Science and Engineering,2009,505(1):178-186.

[6]Wei B.,Cao H.L.,Song S.H.Environmental resistance and mechanical performance of basalt and glass fibers[J].Materials Science and Engineering,2010,527(18):4708-4715.

[7]Li W.M.,Xu J.Y.Mechanical properties of basalt fiber reinforced geopolymeric concrete under impact loading[J].Materials Science and Engineering,2009,505(1):178-186.

[8]叶邦土,蒋金洋,孙伟,等.玄武岩纤维增强大掺量矿物掺合料高强混凝土试验研究[J].东南大学学报,2011,41(3):611-615.

[9]邓宗才,薛会青.玄武岩纤维混凝土的抗弯冲击性能[J].建筑科学与工程学报,2009,26(1):80-83.

玄武岩纤维-一种高性能天然无机矿物纤维 第6篇

玄武岩纤维混凝土是国际上近些年发展很快的一种新型高性能水泥基复合材料。玄武岩纤维的作用主要是增强混凝土材料的抗拉强度和抗裂性，减小温差变化时结构的收缩变形量。在受应力作用初期，混凝土与玄武岩纤维共同承受应力作用, 但是前者是温度应力或者荷载作用的主要受力者;当混凝土发生微裂后, 横跨裂缝的纤维成为应力的主要受力者。但是作为基层材料, 目前国内外玄武岩短切纤维贫混凝土基层研究很少, 将其短切后掺入贫混凝土中能否改善其性能, 改善到什么程度, 掺入纤维的尺寸和掺量等都是值得研究的问题。

1 原材料试验

1.1 水泥本文采用湖南永州莲花牌复合硅酸盐水泥

P·C32.5, 其物理力学指标如表1。其强度等级为32.5MPa, 要求水泥初凝时间3h以上, 终凝时间不小于6h。

1.2 集料粗集料：

集料必须清洁，不含有机物、块状或团状的土块、杂物及其他有害物质。粗集料应采用耐久、坚硬的岩石轧制而成，最大粒径不超过40mm。本文采用湖南永州宁远石灰石，色泽较好。其各项指标见表2。

贫混凝土基层集料的最大公称粒径为26.5mm，基层备料宜分三级，即：26.5～19mm, 19～9.5mm, 9.5～4.75mm。具体级配见表3。

细集料：应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂，用于填充碎石或砾石等粗骨料的空隙并共同组成玄武岩纤维贫混凝土的骨架。砂的粗细程度用砂的细度模数表示。贫混凝土的水灰比是在很小的范围内变化，而影响和易性与密实程度的因素主要是砂的粗细程度，因而应尽量选择中砂至粗砂，本文采用砂率为36～38。具体砂率见表4。

1.3 水水：

拌和水和养护水不得含有影响贫混凝土质量的油、酸、盐类及有机物等有害物质，坚决避免使用海水。符合饮用标准的水以及自然水都可以使用。

1.4 外加剂外加剂：

在玄武岩纤维贫混凝土的拌制过程中，加入玄武岩纤维后，其混合料的工作性会下降、为了提高其工作性，减少水泥用量，需要掺入一定量的外加剂，如减水剂。本试验采用外加剂为株洲中铁桥梁外加剂有限责任公司TQN聚羧酸高性能减水剂，掺量为1%（相对水泥），其技术指标如表5。

1.5 玄武岩短切纤维玄武岩短切纤维：

采用玄武岩纤维是浙江石金玄武岩纤维有限公司生产的采玄武岩短切纤维，其型号为BFCS-17-264-20-W，直径17μm，长度20mm。（表6)

注1：耐碱性的测试是在饱和Ca (OH) 2溶液中煮沸4h的强度保留率.用于水泥混凝土和水泥砂浆的玄武岩纤维应检测耐碱性.注2：耐热性的测试是在250℃烘箱中加热4h的强度保留率.用于沥青混凝土和沥青砂浆的玄武岩纤维应检测耐热性.注3：用于沥青混凝土与沥青砂浆的玄武岩纤维应检测可燃物含量和含水率.注4：表中实测数值为浙江石金玄武岩纤维有限公司提供.

2 配合比设计

2.1 贫混凝土基层各强度指标要满足《水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG-F30）中的规范要求。

玄武岩纤维加入贫混凝土基层中，抗压抗折强度有所提高，本文参照表7的要求，设计抗压强度fcu, k=10MPa，设计抗弯拉强度fr=2MPa。

2.2 工作性要求：

贫混凝土的塌落度宜满足施工方式的要求，见表8。

2.3 本试验玄武岩纤维混凝土基准配合比设计强度为C10，分别制作水灰比为0.

95、0.9、0.85的基准混凝土（未掺玄武岩纤维），分别加入1.4‰（3.4kg/m3）, 1.7‰（4.1kg/m3）, 2.0‰（4.8kg/m3）, 4‰（9.6kg/m3）, 6‰（14.4kg m3）五种玄武岩纤维的掺量（质量百分数外掺）。

3 试验方法

采用强制式混凝土搅拌机拌和，在振动台上振动密实成型。为保证玄武岩纤维拌和均匀，先采用干拌法，即先搅拌粗细骨料，拌合均匀后再均匀掺入玄武岩纤维，之后在搅拌的过程中加入水泥，再加水和外加剂水溶液进行湿拌，直至均匀，搅拌。按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的规定，抗压和劈裂试件采用150mm×150mm×150mm立方体为标准试件，抗折采用150mm×150mm×550mm的小梁为标准试件。

4 强度试验结果及分析

强度试验结果及分析如表10～11所示。

4.1 由图1、2分析可知，随着玄武岩纤维掺量的增加, 贫混凝土的抗压抗折强度逐渐增强, 在7d时, 混凝土强度基本已经达到了已经达到设计抗压强度fcu, k=10MPa, 设计抗弯拉强度fr=2MPa, 原因可能是水泥本身的强度较高造成的。

4.2 从图1、2不难得到，和不掺纤维的贫混凝土相比, 掺加玄武岩纤维后, 各项强度均得到增强, 7d抗压强度增幅达到9.5%左右, 7d抗折强度达到18.4%左右, 对28d抗压强度的影响最为显著, 最大可达到1.51倍, 这说明玄武岩纤维对强度起到了增强作用;原因主要有两个方面, 一个方面是玄武岩纤维本身直径小, 短切到20mm长, 同等质量的纤维, 其单位面积的纤维根数越多, 纤维的比表面积就越大, 从而使玄武岩纤维与水泥基材的粘结面积越大, 玄武岩纤维跨越裂缝的根数就越多, 混凝土受到拉力作用时, 虽然混凝土开裂, 但是玄武岩纤维尚未达到其抗拉强度极限, 将承担一部分塑性开裂应力, 使得混凝土仍然具有一定的承载能力。另一个方面是玄武纤维的极限延伸率大大超过了水泥基材料, 在拉力的作用下, 玄武岩纤维达到其抗拉强度极限被拉断, 但是玄武岩纤维在结构中吸收开裂时产生的能量, 同样使得混凝土的抗拉强度得到了提高。

4.3根据图1, 2显示得知, 玄武岩纤维掺量从0增加到1.4‰时, 其强度增幅较大, 纤维掺量从1.4‰增加到2‰时, 增幅很小, 纤维掺量增加到4‰时已经趋于平缓, 其7d和28d抗压抗折强度已经达到设计要求。当玄武岩纤维掺量的增加到2‰时, 7d抗压抗折强度达到一个高峰值, 水灰比为0.95时, 7d抗压强度为9.8MPa, 7d抗折强度为2.06MPa;水灰比为0.9时, 7d抗压强度为10.8MPa, 7d抗折强度为2.18MPa。且和4‰, 6‰的掺量相比, 各项强度其抗压抗折强度增幅很小, 趋于平缓。

4.4 玄武岩纤维的市场价格目前为28000元/t，综上分析, 考虑成本和性能因素, 确定贫混凝土基层中最佳的玄武岩纤维掺量为2‰ (4.8kg/m3) , 最佳掺量范围为3-6kg/m3。

但是同时通过试验过程中存在的问题： (1) 玄武岩纤维在拌合过程中，随着与集料的碰撞摩擦，玄武岩纤维从开始的束状变成丝状，这样在混凝土中，单丝的玄武岩纤维肯定没有束状的纤维性能好，纤维太细，其与混凝土接触面积及其有限，不能能提供足够的锚固力而提高抗拉强度对混凝土性能的提高作用也就不明显。 (2) 玄武岩纤维的尺寸对贫混凝土性能的影响，本文用长度为20mm和长度为24mm的对比，试验发现结果相差不大，这个合理的玄武岩纤维长度是多少，还需要借助内部微观结构分析，这个也是本文的需要继续研究的工作。

5 结语

本文通过对5种不同掺量的玄武岩纤维贫混凝土和未掺加玄武岩纤维的贫混凝土材料进行抗压、抗折，来研究、确定合理的玄武岩纤维掺量范围和最纤维掺量。在贫混凝土基层中，玄武岩短切纤维的合理掺量为3-6kg/m3，最佳掺量为4.8 kg/m3。

摘要：本文通过玄武岩纤维贫混凝土的抗压、抗折试验, 研究玄武岩纤维不同掺量对贫混凝土力学性能的影响, 并首次在贫混凝土基层中提出玄武岩纤维的合理掺量范围和最佳掺量:合理掺量范围是3-6kg/m3, 最佳掺量是4.8 kg/m3。

关键词：道路工程,玄武岩纤维,抗压抗折试验,力学性能,最佳掺量

参考文献

[1]廉杰, 杨新勇, 杨萌等.短切玄武岩纤维增强混凝土力学性能的试验研究[J].工业建筑, 2007, 37 (6) :8-10

[2]潘慧敏.玄武岩纤维混凝土力学性能的试验研究[J].硅酸盐通报, 2009, 28 (5) .