以玄武巖纖維混凝土為例簡述高性能混凝土的特性與應用

李昌新

【摘要】本文主要從玄武巖纖維的特性、玄武巖纖維混凝土的特性，國內(nèi)外纖維混凝土的研究動態(tài)等方面論述了玄武巖纖維混凝土的特性與應用。

【關(guān)鍵詞】玄武巖纖維 綜合性能

纖維混凝土作為一種新興的高性能混凝土，日益受到建筑行業(yè)的親睞。而作為我國四大高新技術(shù)纖維之一的玄武巖纖維也被應用到了混凝土中，制作成了具有良好性能的纖維混凝土。玄武巖纖維混凝土以其低廉、彈性模量大、化學穩(wěn)定而在工程領(lǐng)域有著日益廣闊的應用前景，顯著的社會經(jīng)濟效益[1]。

1玄武巖纖維

1.1發(fā)展概況

1954年由前蘇聯(lián)的莫斯科玻璃和塑料研究院研發(fā)成功。2002年以前，前蘇聯(lián)的各個成員國每年能產(chǎn)出大約500噸的玄武巖纖維產(chǎn)品，而今已經(jīng)發(fā)展到每年700噸[2]。其中俄羅斯與烏克蘭已開發(fā)出上百個性能穩(wěn)定的玄武巖纖維產(chǎn)品品種。美國對玄武巖纖維的研究雖然起步較晚，但產(chǎn)能大，每年已達1000～1500噸的規(guī)模。

我國玄武巖纖維研究開發(fā)、制備和應用起步較晚的大背景下，在廣大科技工作者的努力下，部分技術(shù)已經(jīng)達到國際先進水平，且其應用領(lǐng)域也在不斷擴展。

1.2玄武巖纖維的特點

玄武巖纖維是玄武巖石料在1450～1500°C熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維，可在—269～700℃范圍內(nèi)連續(xù)工作，其抗拉強度較高、耐腐蝕、耐高溫、抗裂性能好等優(yōu)點。此外，玄武巖纖維還能高溫過濾性佳，抗輻射、良好的透波性能[3]。

表1 玄武巖纖維主要指標

使用溫度℃ —250～700

熱物理性能 粘結(jié)溫度℃ 1050

導熱系數(shù) 0.03～0.038

單絲直徑/μm 8～15

物理力學性能 密度㎏/m? 2650

彈性模量㎏/㎡ 10000～11000

拉伸強度/Mpa 4150～4800

2N HCl 2.2

化學穩(wěn)定性 2N NaOH 6.0

H2O 0.2

2玄武巖纖維混凝土的特性

玄武巖纖維混凝土就是將玄武巖連續(xù)纖維按照合適的摻量和方法摻入混凝土中，從而形成的混凝土復合材料。玄武巖纖維混凝土是典型的硅酸鹽纖維，其與水泥混凝土和砂漿混合時很容易分散，與混凝土基體具有天然的相容性，能使新拌的玄武巖纖維混凝土體積穩(wěn)定，和易性好。在混凝土中多向均勻分布的玄武巖纖維對水泥混凝土起到“網(wǎng)聯(lián)”和“承托”的作用。

2.1提高了水泥混凝土的抗拉強度

玄武巖纖維易均勻分布在水泥混凝土中，跨越水泥混凝土中的細微裂縫，因此可以對細微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展起到約束作用，阻止了裂縫的發(fā)展，從而提高混凝土的抗拉強度。

2.2提高水泥混凝土的抗?jié)B性能

均勻分布的大量玄武巖纖維在混凝土中起到“承托”作用，降低了混凝土表面的析水和集料的離析現(xiàn)象，是混凝土中的微空隙大大減少，從而有效提高混凝土的抗?jié)B性。

2.3提高水泥混凝土的抗裂性能

充分的拌合使玄武巖纖維與混凝土充分混合，在整個混凝土中形成均勻的網(wǎng)絡體系，從而起到大量微配筋的作用。承受收縮變形的應力與能量，增加其韌性，抑制裂紋的發(fā)展。

2.4提高水泥混凝土的抗沖擊性能

通過大量的實驗對比研究發(fā)現(xiàn)，BFRC比CFRC在相同的纖維摻量（0.11%）時，BFRC具有更好的強度和韌性。

2.5提高水泥混凝土的抗凍性

玄武巖纖維可以吸收水泥混凝土冷凍過程中張力形成的能量，延緩水泥混凝土冷凍過程中微裂紋的形成和擴散，提高水泥混凝土的抗凍性。

3玄武巖纖維混凝土在工程領(lǐng)域中的應用

3.1玄武巖纖維素混凝土在工民建、水利、軍事領(lǐng)域中的應用

利用玄武巖纖維防火阻燃的特性，玄武巖纖維混凝土在工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應用?？v多研究資料顯示，混凝土中添加玄武巖纖維后，其抗壓強度、抗折強度等都會有較大的提高。玄武巖纖維混凝土利用玄武巖纖維的在疲勞荷載工況下防止微裂紋擴展、延緩構(gòu)建早期收縮裂紋擴展，以及混凝土材料較好的相容性等特性，在工民建、水利、軍事領(lǐng)域中得到了廣泛的應用[4]。

3.2玄武巖纖維素混凝土在道路和鐵道工程中的應用

隨著我國道路交通的迅猛發(fā)展，交通量和軸重也隨之加劇發(fā)展，對路面的適用性能和適用年限都提出了更高的要求。而在道路用混凝土中加入玄武巖纖維是改善混凝土路用性能的有效途徑[5]。由于其較好的力學性能和較高的適用溫度，玄武巖纖維混凝土在很多地方都有實驗路段，并且實驗路段的轉(zhuǎn)芯取樣表明，路面整體結(jié)構(gòu)層較好，道路各層粘結(jié)密實，有效的解決了低溫裂縫、反射裂縫溫縮與干縮裂縫，大大提高了道路的抗車轍能力，延長了路面的適用壽命。

4玄武巖纖維混凝土的研究動態(tài)

就目前的研究現(xiàn)狀而言，玄武巖纖維混凝土的主要優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：1有效控制混凝土的非結(jié)構(gòu)裂縫，提高結(jié)構(gòu)物的抗裂性能，減少混凝土的塑性裂縫；2玄武巖纖維具有較強的耐腐蝕性；3能夠增強纖維混凝土的延性、抗沖擊性能、抗?jié)B性能；4用量較少，價格低廉[6]。

然而，也有研究表明，玄武巖纖維素的添加，會明顯降低水泥膠漿的流動性，故而影響混凝土的施工和使用性能。其次，玄武巖纖維素的分布，對混凝土的強度狀況影響極大。因此，開發(fā)一種施工和易性好的纖維混凝土是利用纖維素良好性能的急迫任務。

5結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，新型路用材料層出不窮。玄武巖纖維作為一種新型的混凝土加強材料，因其優(yōu)越的綜合性能，在土木工程中的應用必將十分廣闊。玄武巖纖維的良好性能與高性能混凝土的結(jié)合，可以有效防止混凝土的早起裂縫，增強其抗?jié)B、抗凍和抗沖擊性能，從而具有十分良好的技術(shù)經(jīng)濟性能。

參考文獻

[1]陳欣，陳鋒.玄武巖纖維混凝土增強機理研究[J].湖北：黃石理工學院學報，2012

[2]畢巧巍，汪輝等.玄武巖纖維筋與高強纖維混凝土粘結(jié)性能及本構(gòu)模型研究[J].上海：華東公路，2011

[3]彭苗等.玄武巖纖維混凝土基本力學性能試驗研究[J].混凝土，2012

[4]陳鋒.玄武巖纖維混凝土的發(fā)展及研究前景[J].西部交通科技，2011

[5]付慶豐等.玄武巖纖維混凝土的技術(shù)研究現(xiàn)狀及應用[J].吉林建筑工程學院學報，2011.8

[6]趙剛.回彈法檢測預浸玄武巖纖維混凝土強度[J].重慶大學學報，2011