試談玄武巖纖維在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用

摘? ? 要：在當(dāng)前的建筑領(lǐng)域中，由于普通混凝土材料耐久性不足，抗拉強(qiáng)度較低，因此出現(xiàn)開裂情況的可能性比較高。為了進(jìn)一步提升混凝土的性能，纖維混凝土材料也開始出現(xiàn)。常見的纖維材料包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等，這些材料在力學(xué)性能上比較優(yōu)秀，但使用成本比較高。與這些材料相比，玄武巖纖維既具備良好的力學(xué)性能和穩(wěn)定程度，也具有優(yōu)秀的性價比，可以作為一種有效的混凝土增強(qiáng)材料而存在。

關(guān)鍵詞：玄武巖纖維;建筑材料;應(yīng)用

1? 引言

當(dāng)前的國內(nèi)外研究對玄武巖纖維混凝土的力學(xué)性能和耐久性研究較多，但主要集中于基本材料性的研究，針對纖維在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用內(nèi)容相對較少。所以本次研究也將通過建筑材料領(lǐng)域的玄武巖纖維應(yīng)用模式進(jìn)行合理分析。

2? 玄武巖纖維的技術(shù)特征

玄武巖，本身是一種火山噴出巖，而玄武巖纖維是玄武巖原材料。這種材料在20世紀(jì)60年代就得到了廣泛的研究應(yīng)用，隨后很多發(fā)達(dá)國家也在這一方面進(jìn)行了技術(shù)研究。我國從20世紀(jì)90年代開始進(jìn)行玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)工作，且隨著時間和技術(shù)的不斷更迭，我國的玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，處于國際領(lǐng)先的水平。

玄武巖纖維原材料天然且生產(chǎn)工藝比較簡單，可以作為一種優(yōu)秀的綠色高科技纖維材料存在符合現(xiàn)代社會節(jié)能減排和生態(tài)友好的要求。特別是當(dāng)前環(huán)境污染程度嚴(yán)重和資源短缺的背景之下，綠色環(huán)保的資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有明確的現(xiàn)實(shí)意義。而玄武巖纖維和原有高科技纖維相比，在多個方面具有技術(shù)優(yōu)勢。

（1）化學(xué)穩(wěn)定性良好。玄武巖纖維的化學(xué)穩(wěn)定性出色，即便在鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液中煮沸，其質(zhì)量損失率也比較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相同條件下的玻璃纖維和聚乙烯纖維等。這說明玄武巖纖維具有良好的適應(yīng)能力，即便是在酸堿地區(qū)或腐蝕地區(qū)，玄武巖纖維也可以被作為混凝土的增強(qiáng)材料而應(yīng)用。另外材料的吸收能力不會隨著時間的變化而改變，這就確保了該材料在使用過程中的環(huán)境協(xié)調(diào)性出色，最大化延伸材料使用周期。

（2）耐高溫能力出色。玄武巖纖維的軟化點(diǎn)為960攝氏度，與之相比，玻璃纖維的使用溫度最高只有300攝氏度。這說明玄武巖纖維在高溫環(huán)境下工作時，仍然可以保持優(yōu)秀的原始抗拉強(qiáng)度，從而最大化保證材料性能。

（3）力學(xué)性能良好。玄武巖纖維的力學(xué)性能優(yōu)于一般的芳綸、聚乙烯纖維等高科技纖維，抗拉強(qiáng)度在2000MPa～4800MPa之間，彈性模量在800-100GPa之間。

（4）使用成本較低。我國玄武巖原材料儲量豐富，在山西省和湖南省的大面積區(qū)域內(nèi)都存在著玄武巖石料，所以從生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效能來看，可以具備大規(guī)模工廠生產(chǎn)的條件，其生產(chǎn)成本是所有高科技纖維中最低的，可以被作為一種優(yōu)秀的替代品。

3? 玄武巖纖維在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1? 在混凝土材料的應(yīng)用

利用玄武巖纖維增強(qiáng)混凝土某些性能是當(dāng)前的主要技術(shù)措施，具體來看，將選5種連續(xù)纖維和不連續(xù)纖維，按照一定的比例用量混入混凝土當(dāng)中制作新型混凝土復(fù)合材料。這種材料既保留了混凝土原有的高抗壓強(qiáng)度和抗沖擊性能，同時也增強(qiáng)了混凝土本身的堅(jiān)韌程度和使用周期。因?yàn)樾鋷r纖維作為硅酸鹽纖維，性能良好且體積穩(wěn)定，與普通混凝土相比在抗收縮性和耐腐蝕性方面優(yōu)勢明顯，所以在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域，玄武巖纖維融入混凝土材料之內(nèi)可以大幅提升建筑質(zhì)量，改善混凝土原有的力學(xué)性能[1]。再加上此材料中幾乎不含有環(huán)境破壞的物質(zhì)成分，在建筑工程領(lǐng)域能滿足可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保要求。

在現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料中，針對玄武巖纖維混凝土基本力學(xué)性能的研究工作也有所展開，進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)和抗沖擊試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，玄武巖纖維混凝土性能良好，可以維持穩(wěn)定的軸心抗壓強(qiáng)度和延性。隨著今后建筑材料的綠色環(huán)保和節(jié)約要求越來越高，玄武巖纖維在混凝土中的應(yīng)用也將更為廣泛，無論是基礎(chǔ)建筑領(lǐng)域還是高科技建筑領(lǐng)域都能得到全面應(yīng)用。

3.2? 在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

玄武巖纖維憑借著良好的力學(xué)性能，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的加固過程中能起到完美的替代作用。例如同等條件下該材料可以顯著增加混凝土樁的承載力，并且加固材料的結(jié)構(gòu)性能。在這一方面我們可以根據(jù)《混凝土加固設(shè)計(jì)規(guī)范》的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)探討玄武巖纖維對混凝土的加固作用。結(jié)果證實(shí)玄武巖纖維可以大幅改善混凝土的抗?jié)B性能和早齡期抗裂性能，加入適量的纖維，混凝土裂縫的總長度和總面積都會顯著減少[2]。因此玄武巖纖維某種意義上可以用來代替混凝土構(gòu)件中的受拉鋼筋，既解決了傳統(tǒng)鋼筋容易受到腐蝕的問題，也減少了實(shí)際施工中的澆筑工作量。對于一些有著特殊要求的建筑物來說，玄武巖纖維可以作為理想選擇材料。所以全國范圍內(nèi)也進(jìn)行了玄武巖纖維的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展工作，旨在將技術(shù)和資源進(jìn)行有效整合，為產(chǎn)業(yè)培育和運(yùn)營服務(wù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

3.3? 在提升建筑耐久性方面的應(yīng)用

前文提到玄武巖纖維的耐高溫能力和耐酸堿能力出色，因此可以被用于提升建筑的耐久程度。例如混凝土出現(xiàn)的凍融破壞是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素，而凍融破壞產(chǎn)生的直接結(jié)果就是混凝土表面強(qiáng)度降低甚至出現(xiàn)脫落、破損現(xiàn)象，不僅修復(fù)難度較大，且耗費(fèi)成本較高。特別是在我國北方寒冷地區(qū)，混凝土路面經(jīng)過冬季低溫的凍融影響后，路面產(chǎn)生了明顯的“掉皮”現(xiàn)象，表面的混凝土大面積脫落，石子裸露在外帶來嚴(yán)重的跳車等風(fēng)險。某些橋梁也因?yàn)閮鋈趯?dǎo)致側(cè)面混凝土保護(hù)層脫落，引起鋼筋外露，安全風(fēng)險極高。但玄武巖纖維加入混凝土材料之后，即便在水飽和狀態(tài)下經(jīng)過凍融循環(huán)作用，依然能夠保持較好的強(qiáng)度和外觀完整性，滿足《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的參數(shù)數(shù)值[3]。

混凝土本身是一種多孔結(jié)構(gòu)，將混凝土放置在水中，水會進(jìn)入混凝土孔隙之內(nèi)，此時一旦環(huán)境溫度大幅降低，飽和的混凝土之內(nèi)具有的水分會快速結(jié)冰的可能性，體積增加，部分水在排出去的過程中受到水流阻力產(chǎn)生膨脹壓，進(jìn)而導(dǎo)致滲透壓，孔隙內(nèi)的壓強(qiáng)比溫度較高時更大。所以當(dāng)混凝土膨脹壓力超過原有的抗拉強(qiáng)度限值時就會出現(xiàn)大面積破壞，這也是混凝土表皮掉落的主要影響因素。玄武巖纖維在混凝土早期收縮的過程中，可以有效預(yù)防內(nèi)部裂縫的出現(xiàn)，改善混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，使得水分更難以進(jìn)入孔隙之內(nèi);另外玄武巖纖維單絲分布在孔隙周圍，即便受到低溫凍融的影響，這些纖維也能阻止孔隙的進(jìn)一步膨脹。換言之，纖維此時承擔(dān)了膨脹壓導(dǎo)致的拉應(yīng)力，讓混凝土受到的拉應(yīng)力降低，保障混凝土的耐久性。

4? 結(jié)語

我國玄武巖儲量豐富，有著充足的原材料供應(yīng)保障，而玄武巖纖維憑借著良好的力學(xué)性能優(yōu)勢和化學(xué)穩(wěn)定性的優(yōu)勢，可以在未來的綠色建筑領(lǐng)域扮演重要的角色，無論對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展還是生態(tài)建設(shè)方面都意義非凡。因此在未來的實(shí)踐當(dāng)中，開展建筑工程時，可以針對不同的混凝土結(jié)構(gòu)要求確定玄武巖纖維的摻入量，進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)并展開參數(shù)分析，確定最佳材料配合比，為提升建筑工程質(zhì)量提供充分保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉泮森，魏書華，李秉千.玄武巖纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究 [J].河北工業(yè)科技， 2016（2）：126～131.

[2] 王新忠， 李傳習(xí)， 凌錦育，等. 玄武巖纖維混凝土早期裂縫試驗(yàn)研究[J]. 硅酸鹽通報(bào)， 2017（11）：3860～3866.

[3] 趙燕茹，王磊，韓霄峰.凍融條件下玄武巖纖維混凝土斷裂韌度研究[J].工程力學(xué)， 2017（9）：101～110.

作者簡介：

信丹（1986—）男，漢族，安徽省碭山人，本科，工程師，主要從事建筑工程檢測方面工作。