基于玄武巖纖維增強混凝土力學性能的研究

【摘要】20世紀至今，復合材料在實際工程中得到有效的開發利用，各種不同類型的復合材料被應用于混凝土工程中使用。本文通過對玄武巖纖維的混凝土進行各種實驗，得出混凝土中應該摻加多少玄武巖纖維才能保證混凝土最大程度的抵抗壓、折、彎的沖擊。

【關鍵詞】玄武巖纖維；力學性能；環保性能

引言：

普通的混凝土較為脆弱，承受不住破壞，嚴重影響建筑工程的可靠和耐久性。近年來通過在混凝土中摻雜不同纖維來增強混凝土力學性能，成為建筑工程研究的重點內容。但是開發出的材料價格較為昂貴，不利于廣泛應用于建筑工程中，玄武巖纖維作為一種新研發出來可以摻雜進混凝土中的材料，和其他材料相比成本較低并且具有耐高溫抗腐蝕等特點，加強對玄武巖纖維在混凝土中的應用，是目前的各工程重點研究對象。

1、玄武巖纖維增強混凝土力學性能的實驗

國家對玄武巖纖維增強混凝土的力學性能實驗研究處于初級階段，對于玄武巖纖維混凝土的抗彎折沖擊性能的研究成果極少，通過下面對玄武巖纖維混凝土的相關實驗，來對玄武巖纖維的摻量、和復合礦物摻合料的性能分別進行實驗，首先要準備相關原材料，水泥、河砂、石灰石、玄武巖纖維以及相關試劑，按照比例進行調配。對玄武巖纖維混凝土的抗壓抗折實驗可以參照國家標準GB/T50081《普通混凝土力學性能試驗方法標準》，完成對應的實驗步驟。通過每組3個立方體試塊進行抗壓實驗，每組3個小梁進行抗折實驗，這次立方體的邊長為100mm，小梁的長寬高均為150mm。而因為國家對抗彎折實驗較少，缺少相關步驟標準，可以借鑒歐美國家的彎曲沖擊實驗，利用一個做自由落體運動的球型裝置進行沖擊實驗，查看試件損傷。在實驗過程中，一定要將應變片連接到動態應變儀上，進行數據收集。所有實驗應該循環重復，得到最準確的實驗結果，最終得出了以下實驗結果：

混凝土在摻入玄武巖纖維后，混凝土的抗壓、抗折的強度都有明顯的提升，最高可增幅到百分之二十左右，但是摻量超過固定含量后，抗壓、抗折程度均顯著下降，而且纖維摻量對抗壓、抗折也有極大的影響力。纖維的摻量和混凝土力學性能不是一直成正比例增長，不同的摻量會造成不一樣的效果，主要因為，混凝土中的元素在摻入纖維過程中受到破壞、纖維和混凝土融合過程中會產生氣泡和細縫，對混凝土的強度也有一定影響。在對抗彎折的實驗結果顯示，玄武巖纖維混凝土較之素混凝土有著極大的抗彎折能力，雖然玄武巖纖維對混凝土內部結構具有一定的破壞力，但是玄武巖纖維也在混凝土內部形成了三維的網絡體系，極大的增強了混凝土的抗彎折能力[1]。

2、玄武巖纖維增強混凝土力學性能的效果

通過對玄武巖纖維混凝土力學性能進行的相關實驗所得出的結果分析后可知，玄武巖纖維摻加到混凝土中，可以將混凝土的抗壓強度提高20%左右，同時抗折強度提高了22%。在摻加玄武巖纖維后，通過摻加后的混凝土進行多次沖擊實驗得出的結論表明玄武巖纖維混凝土的抗沖擊能力比普通混凝土提高了30%-110%左右，混凝土的指標比原來至少提高一倍。纖維摻量的不同，混凝土的強度也不同，通過實驗可知，玄武巖纖維的摻量最優的是2kg/m2-2.5kg/m2，超過或者低于這個摻量范圍，混凝土的強度和抗沖擊性能會有不同程度的降低。摻加玄武巖纖維較少時，會導致混凝土的工作性能降低，讓混凝土中的縫隙增加，摻加0.1%體積的混凝土對混凝土力學性能，為最優方案。

但是玄武巖纖維雖然對混凝土力學性能增強效果明顯，包括混凝土的抗壓強度，玄武巖纖維對混凝土的抗壓強度的提高較為平緩，比之對其他性能的提升，甚至會出現下降的現象。后期實驗中在混凝土中摻加將玄武巖和粉煤灰相結合的材料時，混凝土抗壓、抗彎、抗折以及抗沖擊程度都有所提升，當粉煤灰的摻量不斷增加，超過10%以后，混凝土的各項力學性能會逐漸下降。通過實驗顯示對玄武巖纖維混凝土最嚴重的侵蝕物是硫酸鹽，在混凝土局部中出現的石膏也對玄武巖纖維混凝土具有較強的侵蝕力。上文所述的實驗中僅僅摻雜了粉煤灰，玄武巖纖維還可以摻加礦粉，即礦物摻合料，雖然混凝土早期的抗壓強度有所下降，但是在混凝土后期的抗壓強度有了顯著提升。

玄武巖纖維比之其他的纖維，具有綠色環保、成本低等優點，除此之外，玄武巖纖維可以有效地和混凝土相融合，不會出現排斥性，加入到混凝土，可以有效增強混凝土的力學性能，玄武巖纖維混凝土可以被推廣到國家各個建筑工程中去，作為新型材料玄武巖纖維技術性能比較好，還可以被應用到除了建筑工程外的其他混凝土工程中去[1]。由于實驗條件的限制，玄武巖纖維混凝土試驗只進行了靜態試驗，隨著國家綜合水平的不斷提升，玄武巖纖維的實驗可以不斷擴寬深入到動態研究中去。微觀檢測技術在全國范圍內被各大研究中心廣泛應用，纖維增強水泥基復合材料的研究和開發，也應該加入微觀檢測技術，來推動復合材料摻加混凝土的研究工作進展。目前國家對復合礦物摻合料的研究較少，部分原因是因為符合礦物摻合料會降低混凝土的塑形能力，并且部分摻雜料對混凝土力學性能的提升能力較差，因此符合礦物摻合料的研究開發還未深入，僅針對單一摻雜進行研究。綜上所述，玄武巖纖維混凝土的綜合性能高于其他摻雜型混凝土，是目前國家工程建筑的最優選擇之一。

總結：

本文通過研究玄武巖纖維對混凝土力學性能的影響，通過各種實驗，證明玄武巖纖維對于混凝土力學性能效果顯著增強。目前國家對于玄武巖纖維和混凝土的摻雜應用的研究成果較少，單一礦物摻雜對于混凝土的性能提升有了顯著效果，但是仍要繼續深入研究，對比不同礦物摻合料、不同的摻量和不同的摻入方式形成不同的效果，通過對混凝土性能的提升，幫助建筑工程的合理發展。

參考文獻：

[1]張蘭芳，尹玉龍，劉晶偉，等.玄武巖纖維增強混凝土力學性能的研究[J].硅酸鹽通報，2014，11：2834-2837.

作者簡介：

陳永存（1977.2--）；性別：男，籍貫：內蒙古突泉縣人，學歷：本科，畢業于哈爾濱工業大學；現有職稱：高級工程師；研究方向：混凝土。