玄武巖纖維增強(qiáng)輕骨料混凝土墻板研究

劉芳，趙宏宇

（吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，吉林 長春130118）

1 研究背景

從全壽命周期來看， 輕骨料混凝土比普通混凝土更為環(huán)保，它可以利用粉煤灰、煤渣等廢棄物制造輕質(zhì)混凝土，降低混凝土造價，使廢棄物回收再利用，減少對環(huán)境的污染。 輕骨料混凝土具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫、耐火、抗震性好等優(yōu)點(diǎn)，使低碳建筑成為可能。 在綠色建筑發(fā)展的背景之下，輕骨料混凝土受到越來越多的關(guān)注。 但其脆性較大，容易產(chǎn)生開裂與發(fā)生脆性破壞， 這些缺陷限制了其在工程中的應(yīng)用。 玄武巖纖維是一種新型的無機(jī)綠色纖維，其具有抗拉強(qiáng)度高、抗裂耐久性好、環(huán)保等特點(diǎn)，與混凝土之間有良好的粘結(jié)性能，可以改善輕骨料混凝土的裂縫，提高延性。 文章就玄武巖纖維在混凝土中的應(yīng)用以及輕骨料混凝土墻板現(xiàn)階段研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。

2 玄武巖纖維混凝土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

彭苗[1]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，玄武巖纖維對混凝土的力學(xué)性能有一定的改善作用， 其最佳摻量為2～2.5 kg/m3，但摻量超出此范圍后， 其各項(xiàng)力學(xué)性能均呈下降趨勢。 Mohamed T. Elshazli[2]等國外學(xué)者試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水灰比從0.35 增加到0.40，抗壓、劈拉和抗彎強(qiáng)度的降低幅度約為8%～11%、8%～20%和5%～12%。趙慶新[3]等學(xué)者發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維能顯著改善混凝土的抗沖擊性能， 但未能改善混凝土脆性破壞的特征。朱涵等[4]對低溫狀態(tài)下的混凝土進(jìn)行了抗沖擊試驗(yàn)，纖維長度及摻率越大，混凝土抗沖擊性越強(qiáng)。

蘇青青[5]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，玄武巖纖維摻入后，混凝土的抗?jié)B性能提高， 并且長度為12 mm 的玄武巖纖維混凝土的抗?jié)B性優(yōu)于6 mm 時。 徐薄[6]通過抗彎疲勞性能實(shí)驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維摻量越大，其疲勞壽命越長， 并且高應(yīng)力水平下的增強(qiáng)效果更為明顯。 而王新忠[7]等學(xué)者通過對混凝土早期開裂試驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維的摻入可以顯著改善混凝土的早期抗裂性能， 纖維的長度對抗裂的性能影響較小，纖維的摻量對抗裂的性能影響較大。 薛啟超[8]等學(xué)者通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，玄武巖纖維對混凝土斷裂韌度提高幅度最大, 隨后是斷裂能和延性指數(shù)。金生吉[9]等學(xué)者通過凍融循環(huán)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維能夠有效降低混凝土的質(zhì)量損失率， 減緩其相對動彈性模量的降低。 韓霄峰[10]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在凍融條件下， 摻入適量的玄武巖纖維可以小幅提高抗折強(qiáng)度、大幅提高抗沖擊性能。

綜上所述： 玄武巖纖維對混凝土的性能有較大的改善。 在力學(xué)性能方面，玄武巖纖維對混凝土的抗壓強(qiáng)度提升并不明顯；但對混凝土的劈拉、抗沖擊、抗折強(qiáng)度提升較大。 玄武巖纖維可以幫助混凝土分擔(dān)一部分應(yīng)力， 從而使混凝土的力學(xué)性能得到提升。 在耐久性能方面，玄武巖纖維可以提高混凝土的密實(shí)程度，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減小孔隙率，從而使水的滲透量得到減少，提高混凝土的抗?jié)B和抗凍性能。 玄武巖纖維可以在混凝土骨料和水泥基體在高溫及拉伸作用的分離中起到延緩的作用， 使混凝土在高溫環(huán)境下的各項(xiàng)性能都有所提升。 但當(dāng)玄武巖纖維摻量過高、纖維直徑過大時，由于施工工藝的不足，會不可避免的發(fā)生重疊干擾，從而形成裂縫，導(dǎo)致混凝土性能降低。

3 裝配式輕骨料預(yù)制墻板研究現(xiàn)狀

預(yù)制墻板是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)制混凝土構(gòu)件的一種類型，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆技術(shù)相比，其具有較好的耐久性及耐火性能。 將輕骨料混凝土運(yùn)用于預(yù)制墻板之中，可以減小預(yù)制構(gòu)件的自重，還能提高建筑的保溫和抗震性能， 有利于工業(yè)化的發(fā)展、節(jié)約能源，發(fā)展綠色環(huán)保建筑，是目前國內(nèi)倡導(dǎo)的墻體改革的方向。

3.1 國外研究現(xiàn)狀

B Arisoy[11]討論了用隨機(jī)分布的聚乙烯醇纖維增強(qiáng)的輕質(zhì)混凝土的材料性能。 將空心球形骨料用于生產(chǎn)輕質(zhì)混凝土，輕骨料含量在20%～40%，可提高混凝土的延性，并且混凝土強(qiáng)度會提高5%～15%。

Dong-Hyeon Shin[12]等提出一種新型夾芯墻板，由一對輕質(zhì)泡沫混凝土板和一層由礦物水合泡沫材料制成的隔熱層組成。 抗剪連接件數(shù)量的增加，墻板的承載能力和變形能力都有所提高， 但粘合劑對新型夾芯墻板的影響較小。

Ehsan Negahban[13]等學(xué)者對輕質(zhì)混凝土復(fù)合夾芯板的耐高溫性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究， 發(fā)現(xiàn)夾芯板可以在火災(zāi)期間提供適當(dāng)?shù)淖枇蜔嵝阅埽?可作為夾層板的隔熱材料。 夾芯板的絕緣性能隨密度和厚度的增加而提高。

3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

呂亞飛[14]提出一種采用聚苯板作為保溫材料的陶?；炷凛p質(zhì)保溫復(fù)合墻板， 通過試驗(yàn)與有限元模擬， 對陶?；炷翂Π宓男阅芗捌茐男螒B(tài)進(jìn)行了分析。 發(fā)現(xiàn)適量粉煤灰可顯著提高陶?；炷恋目?jié)B性和保溫性能，并且熱傳導(dǎo)率低，保溫性能良好。

陳艷敏[15]對不同構(gòu)造下的陶?；炷翃A芯自保溫墻板進(jìn)行了力學(xué)性能分析。 通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用鋼絲網(wǎng)的配筋比例能夠明顯地改善墻體的極限承載力。 采用斜插筋比直插筋更能提高墻板的承載能力。

管文[16]對適用于高層裝配式建筑輕骨料混凝土墻板進(jìn)行研究， 輕骨料混凝土墻板比普通混凝土的抗拉拔、抗剪承載力均有所降低，抗凍和抗?jié)B性得到改善，墻板自重可減小27%。

陶飛羽[17]提出一種裝配式輕鋼陶粒泡沫混凝土墻板。 陶粒泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，具有較好的保溫效果。 陶粒摻量不宜過多，選用的粒徑在10～20 mm。增加墻板厚度和增設(shè)X 形支撐都可以提高裝配式輕鋼陶粒泡沫混凝土墻板的延性和抗震性。

莊文安[18]提出一種新型暗肋夾芯式預(yù)制輕骨料混凝土外掛墻板，采用輕骨料當(dāng)結(jié)構(gòu)層，聚苯顆?；炷廉?dāng)保溫層，鋼筋桁架形成暗肋。 通過試驗(yàn)對材料、墻板的性能進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)聚苯顆粒混凝土具有更好的保溫效果， 暗肋夾芯式墻板可通過增加內(nèi)外葉板的厚度， 來提高墻板開裂荷載和極限承載力。

4 結(jié)語

文章對國內(nèi)外有關(guān)玄武巖纖維混凝土及預(yù)制墻板的研究進(jìn)行了回顧總結(jié)： 玄武巖纖維對混凝土抗壓、劈拉、抗沖擊等基本力學(xué)性能和抗凍、耐高溫、 抗?jié)B等耐久性能方面都有不同程度的改善。而輕骨料混凝土墻板具有輕質(zhì)、保溫、耐火性、變形性能、抗震性好等優(yōu)點(diǎn)。 但其抗剪、抗彎強(qiáng)度偏低，同時彈性模量較小，在長期荷載作用下，構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度都會受到影響。

經(jīng)濟(jì)性是建筑材料應(yīng)用的關(guān)鍵，輕骨料混凝土墻板相較于普通混凝土墻板，其自重較輕，可以帶來對施工基礎(chǔ)要求降低的間接經(jīng)濟(jì)效益，但由于其易開裂和發(fā)生脆性破壞的特征，在實(shí)際工程中難以應(yīng)用，而玄武巖纖維具有較高的彈性模量及剪切強(qiáng)度、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，且和混凝土有良好的粘結(jié)性能，可以彌補(bǔ)輕骨料混凝土墻板的缺點(diǎn)，并且增強(qiáng)墻板的綜合性能，耐久性的提高還可以提高全壽命經(jīng)濟(jì)效益和低碳環(huán)保節(jié)能等社會效益。關(guān)于進(jìn)一步的研究，可以用玄武巖纖維來增強(qiáng)輕骨料混凝土墻板的綜合性能， 對墻板抗裂及耐久性進(jìn)行試驗(yàn)研究。 節(jié)能是推動建材行業(yè)低碳發(fā)展的必然選擇，利用玄武巖纖維增強(qiáng)輕骨料混凝土墻板，推進(jìn)建材行業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展， 從而推動裝配式建筑發(fā)展，實(shí)現(xiàn)建筑低碳、環(huán)保、節(jié)能。