玄武岩纤维混凝性能研究

吴凤珍 刘高喜

摘 要：本文通过玄武岩纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土、聚丙烯腈纤维混凝土性能测试的对比试验，研究各种纤维对混凝土性能的影响。结果表明：玄武纤维能显著提高混凝土的耐久性能，拓宽混凝土的使用环境。

关键词：玄武岩纤维；混凝土；性能

中图分类号：TU528.572 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）16-0113-03

Study on the Coagulation Properties of Basalt Fiber.

Wu Fengzhen Liu Gaoxi

Abstract： By comparing the performance tests of basalt fiber concrete， polypropylene fiber concrete and polyacrylonitrile fiber concrete， the effects of various fibers on the performance of concrete were studied. The results showed that basalt fiber could significantly improve the durability of concrete and widen the use environment of concrete.

Keywords： basalt fiber；concrete；properties

混凝土具有抗压强度高、成本低和局部材料丰富等优点。然而，混凝土的收缩裂缝大、脆性大、抗拉强度大、抗冲击能力低，限制了混凝土在工程中的广泛应用。在普通水泥混凝土中加入纤维可以提高混凝土的力学性能，如抗压强度、抗弯强度、韧性和动载荷损伤等。由水硬性胶凝材料、水、骨料和随机排布的纤维制备的混凝土称为纤维增强混凝土（Fiber-Reinforced Concrete，FRC）[1]。本文主要通过玄武岩混凝土和其他纤维混凝土的对比，得出玄武岩纤维混凝土的性能特点。

1 玄武岩纤维的形成及特性

1.1 玄武岩纤维的形成

玄武岩纤维（Continuous Basalt Fiber，CBF或BF）是一种无机纤维材料。其以纯天然火山喷出岩为原料，经1 450～1 500℃的高温熔融后快速拉制而成的连续纤维，其外观为金褐色。玄武岩纤维因具有耐高温、耐烧蚀、耐酸碱性能、耐化学性、良好的热稳定性及较高的性价比[2]等优势，成为一种良好的混凝土增强材料，在建筑領域应用前景广阔。

1.2 玄武岩纤维的特点及技术指标

1.2.1 玄武岩纤维的特点。①天然环保。玄武岩纤维是一种非人工合成的无机纤维，无毒，是一种绿色材料。②高温高强。工作温度范围大（-269～650℃），且具有高模量（91GPa）、高比强度（浸胶纱2 430MPa）的特点，是优良的增强材料。③防火阻燃。玄武岩纤维的极限氧指数大于68，是不燃的、遇火即灭的新型防火阻燃纤维。④隔热绝缘。玄武岩纤维具有较低的热传导系数（0.031～0.038W/（m·K））和较高的体积电阻率（1×1 012Ω·m）

1.2.2 玄武岩纤维的主要技术指标。连续玄武岩纤维与其他纤维的指标对比结果如表1所示。

由表1中可知，玄武岩纤维具有以下几方面优越特性：①性能的综合性；②原材料的天然性；③性价比较高性；④天然的相容性。

2 试验研究

2.1 试验内容

本文主要从以下几方面研究不同掺量纤维对混凝土性能的影响：①玄武岩纤维掺入后对混凝土施工和易性（坍落度）的影响；②玄武岩纤维对混凝力学强度，即土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量的影响；③玄武岩纤维对混凝土耐久性能，即抗冲击性；抗渗性、抗冻性、收缩性能的影响；④玄武岩纤维对混凝土早期变形性性能、抗收缩裂缝的影响；⑤结合试验结果，对玄武岩纤维与聚丙烯纤维混凝土、聚丙烯腈纤维混凝土性能进行对比。

2.2 试验所用材料

本试验采用的原材料为：水泥：32.5MPa和42.5MPa；粗集料：花岗石碎石；细集料：细度模数为2.6；水：普通自来水；玄武岩纤维。混凝土拌和为水泥水+纤维+细集料+外加剂+粗集料拌和3min，采用振动台振动成型。混凝土配合比见表2和表3。

2.3 试验方法

①按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2002），对新拌和混凝的土坍落度、土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和静力受压弹性模量进行评定。

②根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009），评价混凝土的抗渗能力、抗冻性能、收缩性能。

③根据《水泥砂浆抗裂性能试验方法》（JC/T 951—2005）评定水泥砂浆早期抗干缩开裂性能、抗开裂效能等级。

3 试验结果

3.1 实验结果

各种纤维在不同掺量时与不掺纤维时对混凝土的坍落度影响试验结果见表4。

各种纤维在不同掺量时与不掺纤维时对混凝土的抗压强度比、抗折强度比、劈裂抗拉强度比、抗冻性能、抗渗性能提高系数、收缩性能、抗冲击性能及水泥砂浆抗干缩开裂性能的影响见表5。

3.2 试验结果分析

①纤维加入后，由于其在混凝土中的均匀分布，有效防止了混凝土的离析，混凝土粘结剂的产生，大大增加了水的抗性，基本混凝土坍落度恒定。玄武岩纤维与聚丙烯纤维基本相同，但聚丙烯纤维减少。

②纤维掺入混凝土中，能提高混凝土的抗冲击性能；纤维比表面积大，纤维在混凝土中形成三维网络结构，提高混凝土的动能吸收能力。混凝土在动荷载作用下，纤维能减少应力集中现象，防止混凝土裂缝的快速发展，吸收动能引起的冲击载荷。当所有纤维体积含量一致时，玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能较好。

③纤维加入混凝土不仅可以降低混凝土因温度变化而引起的内应力，而且可以防止温度裂缝的扩展。空气被引入在混合过程中增加混凝土含气量，提高抗冻性能。

④将纤维掺入混凝土，提高抗渗性能。纤维均匀分布在混凝土中，起到了“固定”作用，减少混凝土中的骨料离析，提高渗透性。当体积含量基本一致时，玄武岩纤维的性能更好。

4 结论

①玄武岩纤维混凝土具有良好的抗裂、抗冻和抗渗性能，其结构具有耐久性。

②在建筑工程中应用较高性能的混凝土，其脆性尤为严重，将玄武岩纤维掺入其中，能防止塑性开裂和早期自收缩开裂。

③将玄武岩纤维、水泥混凝土混合，还可以提高混凝土的流动性、粘聚性和保水性。

④将玄武岩纤维掺加到混凝土中，不仅可以提高防渗和冻融循环的混凝土性能，还能改善混凝土的抗冲击性能，降低混凝土的脆性。改良后的混凝土可以用于道路和桥梁工程。

总之，在混凝土中掺加玄武岩纤维，可以显著提高混凝土的耐久性能，改善混凝土结构的力学性能，拓宽混凝土的使用环境。

参考文献：

[1]阮明和，刘宏伟.玄武岩纤维增强混凝土的力学性能研究[J].公路工程，2017（6）：275-282.

[2]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（1）：80-83.