玄武巖纖維混凝性能研究

吳鳳珍 劉高喜

摘 要：本文通過玄武巖纖維混凝土與聚丙烯纖維混凝土、聚丙烯腈纖維混凝土性能測試的對比試驗，研究各種纖維對混凝土性能的影響。結果表明：玄武纖維能顯著提高混凝土的耐久性能，拓寬混凝土的使用環境。

關鍵詞：玄武巖纖維；混凝土；性能

中圖分類號：TU528.572 文獻標識碼：A 文章編號：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

混凝土具有抗壓強度高、成本低和局部材料豐富等優點。然而，混凝土的收縮裂縫大、脆性大、抗拉強度大、抗沖擊能力低，限制了混凝土在工程中的廣泛應用。在普通水泥混凝土中加入纖維可以提高混凝土的力學性能，如抗壓強度、抗彎強度、韌性和動載荷損傷等。由水硬性膠凝材料、水、骨料和隨機排布的纖維制備的混凝土稱為纖維增強混凝土（Fiber-Reinforced Concrete，FRC）[1]。本文主要通過玄武巖混凝土和其他纖維混凝土的對比，得出玄武巖纖維混凝土的性能特點。

1 玄武巖纖維的形成及特性

1.1 玄武巖纖維的形成

玄武巖纖維（Continuous Basalt Fiber，CBF或BF）是一種無機纖維材料。其以純天然火山噴出巖為原料，經1 450～1 500℃的高溫熔融后快速拉制而成的連續纖維，其外觀為金褐色。玄武巖纖維因具有耐高溫、耐燒蝕、耐酸堿性能、耐化學性、良好的熱穩定性及較高的性價比[2]等優勢，成為一種良好的混凝土增強材料，在建筑領域應用前景廣闊。

1.2 玄武巖纖維的特點及技術指標

1.2.1 玄武巖纖維的特點。①天然環保。玄武巖纖維是一種非人工合成的無機纖維，無毒，是一種綠色材料。②高溫高強。工作溫度范圍大（-269～650℃），且具有高模量（91GPa）、高比強度（浸膠紗2 430MPa）的特點，是優良的增強材料。③防火阻燃。玄武巖纖維的極限氧指數大于68，是不燃的、遇火即滅的新型防火阻燃纖維。④隔熱絕緣。玄武巖纖維具有較低的熱傳導系數（0.031～0.038W/（m·K））和較高的體積電阻率（1×1 012Ω·m）

1.2.2 玄武巖纖維的主要技術指標。連續玄武巖纖維與其他纖維的指標對比結果如表1所示。

由表1中可知，玄武巖纖維具有以下幾方面優越特性：①性能的綜合性；②原材料的天然性；③性價比較高性；④天然的相容性。

2 試驗研究

2.1 試驗內容

本文主要從以下幾方面研究不同摻量纖維對混凝土性能的影響：①玄武巖纖維摻入后對混凝土施工和易性（坍落度）的影響；②玄武巖纖維對混凝力學強度，即土立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度、靜力受壓彈性模量的影響；③玄武巖纖維對混凝土耐久性能，即抗沖擊性；抗滲性、抗凍性、收縮性能的影響；④玄武巖纖維對混凝土早期變形性性能、抗收縮裂縫的影響；⑤結合試驗結果，對玄武巖纖維與聚丙烯纖維混凝土、聚丙烯腈纖維混凝土性能進行對比。

2.2 試驗所用材料

本試驗采用的原材料為：水泥：32.5MPa和42.5MPa；粗集料：花崗石碎石；細集料：細度模數為2.6；水：普通自來水；玄武巖纖維。混凝土拌和為水泥水+纖維+細集料+外加劑+粗集料拌和3min，采用振動臺振動成型。混凝土配合比見表2和表3。

2.3 試驗方法

①按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2002），對新拌和混凝的土坍落度、土立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度、抗折強度和靜力受壓彈性模量進行評定。

②根據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082-2009），評價混凝土的抗滲能力、抗凍性能、收縮性能。

③根據《水泥砂漿抗裂性能試驗方法》（JC/T 951—2005）評定水泥砂漿早期抗干縮開裂性能、抗開裂效能等級。

3 試驗結果

3.1 實驗結果

各種纖維在不同摻量時與不摻纖維時對混凝土的坍落度影響試驗結果見表4。

各種纖維在不同摻量時與不摻纖維時對混凝土的抗壓強度比、抗折強度比、劈裂抗拉強度比、抗凍性能、抗滲性能提高系數、收縮性能、抗沖擊性能及水泥砂漿抗干縮開裂性能的影響見表5。

3.2 試驗結果分析

①纖維加入后，由于其在混凝土中的均勻分布，有效防止了混凝土的離析，混凝土粘結劑的產生，大大增加了水的抗性，基本混凝土坍落度恒定。玄武巖纖維與聚丙烯纖維基本相同，但聚丙烯纖維減少。

②纖維摻入混凝土中，能提高混凝土的抗沖擊性能；纖維比表面積大，纖維在混凝土中形成三維網絡結構，提高混凝土的動能吸收能力。混凝土在動荷載作用下，纖維能減少應力集中現象，防止混凝土裂縫的快速發展，吸收動能引起的沖擊載荷。當所有纖維體積含量一致時，玄武巖纖維混凝土的抗沖擊性能較好。

③纖維加入混凝土不僅可以降低混凝土因溫度變化而引起的內應力，而且可以防止溫度裂縫的擴展。空氣被引入在混合過程中增加混凝土含氣量，提高抗凍性能。

④將纖維摻入混凝土，提高抗滲性能。纖維均勻分布在混凝土中，起到了“固定”作用，減少混凝土中的骨料離析，提高滲透性。當體積含量基本一致時，玄武巖纖維的性能更好。

4 結論

①玄武巖纖維混凝土具有良好的抗裂、抗凍和抗滲性能，其結構具有耐久性。

②在建筑工程中應用較高性能的混凝土，其脆性尤為嚴重，將玄武巖纖維摻入其中，能防止塑性開裂和早期自收縮開裂。

③將玄武巖纖維、水泥混凝土混合，還可以提高混凝土的流動性、粘聚性和保水性。

④將玄武巖纖維摻加到混凝土中，不僅可以提高防滲和凍融循環的混凝土性能，還能改善混凝土的抗沖擊性能，降低混凝土的脆性。改良后的混凝土可以用于道路和橋梁工程。

總之，在混凝土中摻加玄武巖纖維，可以顯著提高混凝土的耐久性能，改善混凝土結構的力學性能，拓寬混凝土的使用環境。

參考文獻：

[1]阮明和，劉宏偉.玄武巖纖維增強混凝土的力學性能研究[J].公路工程，2017（6）：275-282.

[2]鄧宗才，薛會青.玄武巖纖維混凝土的抗彎沖擊性能[J].建筑科學與工程學報，2009（1）：80-83.