以玄武岩纤维混凝土为例简述高性能混凝土的特性与应用

李昌新

【摘要】本文主要从玄武岩纤维的特性、玄武岩纤维混凝土的特性，国内外纤维混凝土的研究动态等方面论述了玄武岩纤维混凝土的特性与应用。

【关键词】玄武岩纤维 综合性能

纤维混凝土作为一种新兴的高性能混凝土，日益受到建筑行业的亲睐。而作为我国四大高新技术纤维之一的玄武岩纤维也被应用到了混凝土中，制作成了具有良好性能的纤维混凝土。玄武岩纤维混凝土以其低廉、弹性模量大、化学稳定而在工程领域有着日益广阔的应用前景，显著的社会经济效益[1]。

1玄武岩纤维

1.1发展概况

1954年由前苏联的莫斯科玻璃和塑料研究院研发成功。2002年以前，前苏联的各个成员国每年能产出大约500吨的玄武岩纤维产品，而今已经发展到每年700吨[2]。其中俄罗斯与乌克兰已开发出上百个性能稳定的玄武岩纤维产品品种。美国对玄武岩纤维的研究虽然起步较晚，但产能大，每年已达1000～1500吨的规模。

我国玄武岩纤维研究开发、制备和应用起步较晚的大背景下，在广大科技工作者的努力下，部分技术已经达到国际先进水平，且其应用领域也在不断扩展。

1.2玄武岩纤维的特点

玄武岩纤维是玄武岩石料在1450～1500°C熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，可在—269～700℃范围内连续工作，其抗拉强度较高、耐腐蚀、耐高温、抗裂性能好等优点。此外，玄武岩纤维还能高温过滤性佳，抗辐射、良好的透波性能[3]。

表1 玄武岩纤维主要指标

使用温度℃ —250～700

热物理性能 粘结温度℃ 1050

导热系数 0.03～0.038

单丝直径/μm 8～15

物理力学性能 密度㎏/m? 2650

弹性模量㎏/㎡ 10000～11000

拉伸强度/Mpa 4150～4800

2N HCl 2.2

化学稳定性 2N NaOH 6.0

H2O 0.2

2玄武巖纤维混凝土的特性

玄武岩纤维混凝土就是将玄武岩连续纤维按照合适的掺量和方法掺入混凝土中，从而形成的混凝土复合材料。玄武岩纤维混凝土是典型的硅酸盐纤维，其与水泥混凝土和砂浆混合时很容易分散，与混凝土基体具有天然的相容性，能使新拌的玄武岩纤维混凝土体积稳定，和易性好。在混凝土中多向均匀分布的玄武岩纤维对水泥混凝土起到“网联”和“承托”的作用。

2.1提高了水泥混凝土的抗拉强度

玄武岩纤维易均匀分布在水泥混凝土中，跨越水泥混凝土中的细微裂缝，因此可以对细微裂缝的产生和发展起到约束作用，阻止了裂缝的发展，从而提高混凝土的抗拉强度。

2.2提高水泥混凝土的抗渗性能

均匀分布的大量玄武岩纤维在混凝土中起到“承托”作用，降低了混凝土表面的析水和集料的离析现象，是混凝土中的微空隙大大减少，从而有效提高混凝土的抗渗性。

2.3提高水泥混凝土的抗裂性能

充分的拌合使玄武岩纤维与混凝土充分混合，在整个混凝土中形成均匀的网络体系，从而起到大量微配筋的作用。承受收缩变形的应力与能量，增加其韧性，抑制裂纹的发展。

2.4提高水泥混凝土的抗冲击性能

通过大量的实验对比研究发现，BFRC比CFRC在相同的纤维掺量（0.11%）时，BFRC具有更好的强度和韧性。

2.5提高水泥混凝土的抗冻性

玄武岩纤维可以吸收水泥混凝土冷冻过程中张力形成的能量，延缓水泥混凝土冷冻过程中微裂纹的形成和扩散，提高水泥混凝土的抗冻性。

3玄武岩纤维混凝土在工程领域中的应用

3.1玄武岩纤维素混凝土在工民建、水利、军事领域中的应用

利用玄武岩纤维防火阻燃的特性，玄武岩纤维混凝土在工程领域中得到了广泛的应用。纵多研究资料显示，混凝土中添加玄武岩纤维后，其抗压强度、抗折强度等都会有较大的提高。玄武岩纤维混凝土利用玄武岩纤维的在疲劳荷载工况下防止微裂纹扩展、延缓构建早期收缩裂纹扩展，以及混凝土材料较好的相容性等特性，在工民建、水利、军事领域中得到了广泛的应用[4]。

3.2玄武岩纤维素混凝土在道路和铁道工程中的应用

随着我国道路交通的迅猛发展，交通量和轴重也随之加剧发展，对路面的适用性能和适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岩纤维是改善混凝土路用性能的有效途径[5]。由于其较好的力学性能和较高的适用温度，玄武岩纤维混凝土在很多地方都有实验路段，并且实验路段的转芯取样表明，路面整体结构层较好，道路各层粘结密实，有效的解决了低温裂缝、反射裂缝温缩与干缩裂缝，大大提高了道路的抗车辙能力，延长了路面的适用寿命。

4玄武岩纤维混凝土的研究动态

就目前的研究现状而言，玄武岩纤维混凝土的主要优势主要体现在：1有效控制混凝土的非结构裂缝，提高结构物的抗裂性能，减少混凝土的塑性裂缝；2玄武岩纤维具有较强的耐腐蚀性；3能够增强纤维混凝土的延性、抗冲击性能、抗渗性能；4用量较少，价格低廉[6]。

然而，也有研究表明，玄武岩纤维素的添加，会明显降低水泥胶浆的流动性，故而影响混凝土的施工和使用性能。其次，玄武岩纤维素的分布，对混凝土的强度状况影响极大。因此，开发一种施工和易性好的纤维混凝土是利用纤维素良好性能的急迫任务。

5结语

随着社会经济的快速发展，新型路用材料层出不穷。玄武岩纤维作为一种新型的混凝土加强材料，因其优越的综合性能，在土木工程中的应用必将十分广阔。玄武岩纤维的良好性能与高性能混凝土的结合，可以有效防止混凝土的早起裂缝，增强其抗渗、抗冻和抗冲击性能，从而具有十分良好的技术经济性能。

参考文献

[1]陈欣，陈锋.玄武岩纤维混凝土增强机理研究[J].湖北：黄石理工学院学报，2012

[2]毕巧巍，汪辉等.玄武岩纤维筋与高强纤维混凝土粘结性能及本构模型研究[J].上海：华东公路，2011

[3]彭苗等.玄武岩纤维混凝土基本力学性能试验研究[J].混凝土，2012

[4]陈锋.玄武岩纤维混凝土的发展及研究前景[J].西部交通科技，2011

[5]付庆丰等.玄武岩纤维混凝土的技术研究现状及应用[J].吉林建筑工程学院学报，2011.8

[6]赵刚.回弹法检测预浸玄武岩纤维混凝土强度[J].重庆大学学报，2011