不同纖維泡沫混凝土性能研究現(xiàn)狀

仝維欣

（山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院 山東 青島 266590）

0 引言

目前，我國(guó)在飛速發(fā)展的同時(shí)也更加注重生態(tài)文明建設(shè)，新能源、新材料層出不窮，泡沫混凝土作為新型建筑節(jié)能材料，成為許多領(lǐng)域的寵兒。近幾年，由于泡沫混凝土受到許多行業(yè)的青睞，在廣泛使用的同時(shí)也出現(xiàn)了許多問(wèn)題。人們發(fā)現(xiàn)泡沫混凝土墻體存在因自身收縮變形及干濕循環(huán)和結(jié)構(gòu)疏松而導(dǎo)致開(kāi)裂的現(xiàn)象[1]。大量研究表明，水泥基的材料中加入纖維能夠增加材料的剛度、韌性及有效防止開(kāi)裂[2]。就目前來(lái)看，加入泡沫混凝土中的纖維研究主要是玻璃纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維、碳纖維及玄武巖纖維等[3-7]。下面系統(tǒng)地論述不同種纖維泡沫混凝土的性能。

1 纖維對(duì)泡沫混凝土的影響

泡沫混凝土，是將發(fā)泡劑通過(guò)機(jī)械方式進(jìn)行發(fā)泡，然后將泡沫與水泥漿充分混合均勻，經(jīng)過(guò)泵送系統(tǒng)進(jìn)行澆筑或充入模具使之成型，最后由自然養(yǎng)護(hù)形成的含有大量閉孔的新型材料。它不僅集輕質(zhì)、保溫、隔熱耐火、隔音和抗凍的優(yōu)點(diǎn)于一身，而且制作的料漿可以自流平、自密實(shí)，施工和易性都非常好，便于泵送和整平，與所有其它建材幾乎都很好相容，加之材料污染較小，成本較低，更容易被廣泛應(yīng)用。

纖維是由連續(xù)或不連續(xù)的細(xì)絲組成的物質(zhì)，主要分為天然纖維和化學(xué)纖維兩大類。其中天然纖維包括植物纖維（亞麻、黃麻等）、動(dòng)物纖維（羊毛等）和礦物纖維（玄武巖纖維等）；化學(xué)纖維包括人造纖維（木材等）、合成纖維（聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維等）和無(wú)機(jī)纖維（碳纖維、玻璃纖維等）。纖維的加入能有效抑制和減少水泥基體早期的塑性收縮裂縫，提高機(jī)體的密實(shí)性、粘聚性；減少水泥計(jì)提的沉降、分層、離析；改善其韌性；提高水泥基體的抗沖擊和抗疲勞能力；在適當(dāng)摻量的情況下，能使水泥基體的抗壓、抗折強(qiáng)度有一定的增加[8]。

2 不同纖維泡沫混凝土的性能

2.1 玻璃纖維

玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，它是葉臘石、石灰石、硼鈣石等7種礦石為原料經(jīng)高溫熔制等一系列加工工藝制造成的。玻璃纖維比有機(jī)纖維耐溫高、不燃、抗腐、隔熱、隔音性好，抗拉強(qiáng)度高，電絕緣性好，因此在各個(gè)領(lǐng)域都有發(fā)揮。

針對(duì)玻璃纖維對(duì)泡沫混凝土物理力學(xué)性能的影響，以水泥、粉煤灰、細(xì)砂、陶粒為原料，在最佳配合比的基礎(chǔ)上摻加耐堿玻璃纖維，加入發(fā)泡機(jī)發(fā)泡的泡沫攪拌均勻，制成泡沫混凝土，然后測(cè)定其摻量對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度以及導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律。研究表明，摻加了耐堿玻璃纖維的陶粒泡沫混凝土的某些物理力學(xué)性能得到改善[3]。

但在生產(chǎn)過(guò)程中玻璃纖維不易均勻分散，且像耐堿玻璃纖維這種具有較強(qiáng)增強(qiáng)效果的纖維價(jià)格較高，增加了混凝土的成本。

2.2 聚乙烯醇纖維

聚乙烯醇纖維（即PVA纖維）是一種合成纖維，它是以高聚合度的聚乙烯醇為原材料加工而成的。作為高科技的綠色建材之一，它具備耐磨、抗酸堿等特性，又價(jià)格低廉，且無(wú)毒、無(wú)污染、又對(duì)人體無(wú)害。

聚乙烯醇纖維的影響主要針對(duì)材料易開(kāi)裂的問(wèn)題，提高其韌性，增強(qiáng)其抗裂能力，通過(guò)對(duì)不同體積摻量PVA纖維的快硬硫鋁酸鹽水泥基ECC材料(CSA-ECC)工作性，抗壓、抗折強(qiáng)度，單軸拉伸性能及彎曲韌性的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明[4]：纖維對(duì)基體的流動(dòng)度會(huì)產(chǎn)生影響，流動(dòng)度隨著纖維體積摻量的增多而降低；當(dāng)纖維體積摻量高于1%時(shí)，基體抗壓強(qiáng)度又會(huì)略微下降;而抗折強(qiáng)度與纖維摻量成正相關(guān)，隨纖維體積摻量的增多而增大；當(dāng)纖維體積摻量大于1.5%后材料在單軸拉伸下呈多縫開(kāi)裂的破壞形式，在彎曲荷載作用下表現(xiàn)出良好的韌性特征和變形能力。

2.3 聚丙烯纖維

聚丙烯纖維是以聚丙烯為原料紡制而成的一種合成纖維。聚丙烯纖維強(qiáng)度高、彈性好、耐磨、耐腐蝕。加入聚丙烯纖維制備水泥基泡沫材料[5]，研究聚丙烯纖維摻量對(duì)材料表觀密度、抗壓強(qiáng)度、孔隙率以及孔結(jié)構(gòu)和壓折比方面的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著纖維摻量增加，表觀密度線性增大，抗壓強(qiáng)度在摻量為0.15%時(shí)達(dá)到最大峰值；纖維摻量增加有利于材料韌性提高，但不利于封閉孔隙的形成。

2.4 碳纖維

碳纖維是由碳元素組成的一種特種纖維，有耐高溫、抗摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性，其中耐高溫居所有化纖之首。利用碳纖維、發(fā)泡劑、外加劑、普通硅酸鹽水泥等制備泡沫混凝土，通過(guò)試驗(yàn)研究不同摻量的碳纖維對(duì)泡沫混凝土抗壓抗折力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明碳纖維對(duì)泡沫混凝土的強(qiáng)度有一定的改善作用，隨著碳纖維摻量的增加，泡沫混凝土抗折強(qiáng)度隨之增大，而抗壓強(qiáng)度則先增后減；當(dāng)碳纖維摻量為0.6%時(shí)，泡沫混凝土的增強(qiáng)效果最為顯著[6]。雖然碳纖維擁有優(yōu)異的性能，但因其價(jià)格昂貴使它的應(yīng)用受到了限制。

2.5 玄武巖纖維

玄武巖纖維是一種新型的環(huán)保纖維材料，它是以天然玄武巖拉制的連續(xù)纖維，由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成，具有多種優(yōu)異性能。因其獨(dú)特的生產(chǎn)工藝，決定了它綠色環(huán)保的特點(diǎn)，并且廢棄后的產(chǎn)品可直接降解，不會(huì)對(duì)自然環(huán)境帶來(lái)很大的污染或危害。除此之外，制備混凝土使用的玄武巖纖維價(jià)格也相對(duì)低廉，成本較低。

趙星[7]等人以普通硅酸鹽水泥為結(jié)合劑，粉煤灰作摻合料，蛋白類發(fā)泡劑和玄武巖纖維為材料制備粉煤灰水泥基泡沫混凝土，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)探討了纖維的不同長(zhǎng)度、摻量對(duì)泡沫混凝土性能的影響。結(jié)果表明，隨著玄武巖纖維的摻入，泡沫混凝土早期的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù)都有提高，而吸水性能取決于泡沫混凝土的絕干密度。其中，泡沫混凝土的性能收纖維摻量的變化較大的是導(dǎo)熱系數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，纖維作為添加劑在泡沫混凝土中起到橋梁作用，對(duì)基體的各方面性能都有顯著提高，但也各有其不足之處。普通玻璃纖維耐堿性較差，而耐堿玻璃纖維與性能優(yōu)異的碳纖維價(jià)格高昂。成本較低的聚丙烯等合成纖維抗拉強(qiáng)度低，耐熱性也比較差。相較于這幾種，玄武巖纖維以其天然的原料、優(yōu)異的的性能、低廉的成本等特點(diǎn)脫穎而出，替代潛力巨大。

泡沫混凝土作為建筑生產(chǎn)的新型材料，具有優(yōu)良的特性及很高的經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景廣闊，我國(guó)目前對(duì)加入纖維的泡沫混凝土的研究還不是很成熟，因此研制出更堅(jiān)固耐勞、輕質(zhì)環(huán)保的產(chǎn)品對(duì)未來(lái)的行業(yè)的進(jìn)步意義深遠(yuǎn)?？蒲腥藛T應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這方面的深入研究，制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，滿足行業(yè)的需求。