不同纖維泡沫混凝土性能研究現(xiàn)狀

仝維欣

（山東科技大學礦業(yè)與安全工程學院 山東 青島 266590）

0 引言

目前，我國在飛速發(fā)展的同時也更加注重生態(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，在廣泛使用的同時也出現(xiàn)了許多問題。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)疏松而導致開裂的現(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、韌性及有效防止開裂[2]。就目前來看，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 纖維對泡沫混凝土的影響

泡沫混凝土，是將發(fā)泡劑通過機械方式進行發(fā)泡，然后將泡沫與水泥漿充分混合均勻，經(jīng)過泵送系統(tǒng)進行澆筑或充入模具使之成型，最后由自然養(yǎng)護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)點于一身，而且制作的料漿可以自流平、自密實，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)的細絲組成的物質(zhì)，主要分為天然纖維和化學纖維兩大類。其中天然纖維包括植物纖維（亞麻、黃麻等）、動物纖維（羊毛等）和礦物纖維（玄武巖纖維等）；化學纖維包括人造纖維（木材等）、合成纖維（聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維等）和無機纖維（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，提高機體的密實性、粘聚性；減少水泥計提的沉降、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；在適當摻量的情況下，能使水泥基體的抗壓、抗折強度有一定的增加[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)異的無機非金屬材料，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。玻璃纖維比有機纖維耐溫高、不燃、抗腐、隔熱、隔音性好，抗拉強度高，電絕緣性好，因此在各個領(lǐng)域都有發(fā)揮。

針對玻璃纖維對泡沫混凝土物理力學性能的影響，以水泥、粉煤灰、細砂、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)泡機發(fā)泡的泡沫攪拌均勻，制成泡沫混凝土，然后測定其摻量對立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度以及導熱系數(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性能得到改善[3]。

但在生產(chǎn)過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增強效果的纖維價格較高，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，又價格低廉，且無毒、無污染、又對人體無害。

聚乙烯醇纖維的影響主要針對材料易開裂的問題，提高其韌性，增強其抗裂能力，通過對不同體積摻量PVA纖維的快硬硫鋁酸鹽水泥基ECC材料(CSA-ECC)工作性，抗壓、抗折強度，單軸拉伸性能及彎曲韌性的試驗研究，結(jié)果表明[4]：纖維對基體的流動度會產(chǎn)生影響，流動度隨著纖維體積摻量的增多而降低；當纖維體積摻量高于1%時，基體抗壓強度又會略微下降;而抗折強度與纖維摻量成正相關(guān)，隨纖維體積摻量的增多而增大；當纖維體積摻量大于1.5%后材料在單軸拉伸下呈多縫開裂的破壞形式，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材料表觀密度、抗壓強度、孔隙率以及孔結(jié)構(gòu)和壓折比方面的影響。實驗結(jié)果表明，隨著纖維摻量增加，表觀密度線性增大，抗壓強度在摻量為0.15%時達到最大峰值；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、導電、導熱及耐腐蝕等特性，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，通過試驗研究不同摻量的碳纖維對泡沫混凝土抗壓抗折力學性能的影響。結(jié)果表明碳纖維對泡沫混凝土的強度有一定的改善作用，隨著碳纖維摻量的增加，泡沫混凝土抗折強度隨之增大，而抗壓強度則先增后減；當碳纖維摻量為0.6%時，泡沫混凝土的增強效果最為顯著[6]。雖然碳纖維擁有優(yōu)異的性能，但因其價格昂貴使它的應(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。因其獨特的生產(chǎn)工藝，決定了它綠色環(huán)保的特點，并且廢棄后的產(chǎn)品可直接降解，不會對自然環(huán)境帶來很大的污染或危害。除此之外，制備混凝土使用的玄武巖纖維價格也相對低廉，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，通過大量的實驗探討了纖維的不同長度、摻量對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度、抗折強度及導熱系數(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熱系數(shù)。

3 結(jié)語

經(jīng)實驗研究，纖維作為添加劑在泡沫混凝土中起到橋梁作用，對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)異的碳纖維價格高昂。成本較低的聚丙烯等合成纖維抗拉強度低，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)濟效益，發(fā)展前景廣闊，我國目前對加入纖維的泡沫混凝土的研究還不是很成熟，因此研制出更堅固耐勞、輕質(zhì)環(huán)保的產(chǎn)品對未來的行業(yè)的進步意義深遠?？蒲腥藛T應(yīng)加強對這方面的深入研究，制定相關(guān)的標準，滿足行業(yè)的需求。