玄武岩纤维混凝土物理力学性能试验研究.pdf

第 4 6卷 第 1 3期 2 0 1 5年 7月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 46 No 1 3 J u l y ， 2 0 1 5 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 5 ) 1 3 0 0 7 8 0 4 玄武岩纤维混凝土物理力学性能试验研究 杨 锐 王 兆2 ( 1 江苏建 筑职业技术学院 建管学院 ， 江 苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 2 江苏建筑职业技术学院 建工学院 ， 江苏 徐 州 2 2 1 1 1 6 ) 摘要 ： 玄武岩纤 维作 为一种新型无机 纤维材料 ， 将 其掺 入普 通混凝 土 中可显著提 高混凝 土的物理 力 学性能。 结合前人研究成果 ， 通过 改变玄武岩 纤维掺 量， 对玄武岩纤维混凝土的配合 比设计 、 抗 压强度、 抗折强度 、 抗拉 强度等力学性能 ， 以及抗 冻性 。干缩耐久性等进行 了试验研 究 ， 同时探讨 了不 同玄 武岩 纤维混凝 土制备 工艺 对材料性能的影响。相关成果可为玄武岩纤维混凝土的工程应用提供理论依据 。 关键词 ： 力学性 能；配合比 ； 制备工 艺；玄武岩纤维 中图法分类号 ： T V 4 3 1 文献标志码 ： A D oI ： 1 0 1 6 2 3 2 j c n k i 1 0 0 1 4 1 7 9 2 0 1 5 1 3 0 2 0 玄 武岩 纤 维 ( B F ) 是 以多种 玄 武岩 为 原 料， 经 1 4 5 0 ( 21 5 0 0 o C高温熔融后 ， 通过铂铑合金 拉丝漏 板高 速拉 制而成 的 连续纤 维 。玄武 岩纤 维是纯 天然 的 无机非金属材料 ， 除具有高技术 、 高强度 、 高模量 的特 点外 ， 还 具 有 耐 高 温 和 低 温 性 能 佳 (一2 6 9 6 5 0 ) 、 耐酸碱 、 抗 氧化、 抗辐 射、 绝热 隔音、 防火 阻 燃 、 过 滤性 好 、 抗 压缩 强 度 和 剪 切 强度 高 等 优 点 ， 适 应 于各种环境下使用。玄武岩纤维可承受的强度能达到 1 0 0 0 MP a ， 是普通钢筋 的 3倍 以上 ， 而密度则 只有钢 材的1 4 ， 并且在 7 0 0 高温条件下强度不变。 近年来 ， 玄 武岩 连 续纤 维 在 混 凝 土及 砂 浆 中 的应 用受到了高度重视。与有机纤维相比， 玄武岩连续纤 维的弹性模量 、 拉伸强度、 耐腐蚀性、 化学稳定性、 分散 性和砂浆、 混凝土的亲和性等都具有明显优点 ， 将其掺 入混凝土基材中， 可阻碍混凝土 内部微细裂缝 的产生 和扩展 ， 从而达到高强度与高韧性的双重 目的。 1 试验 方案 1 1 试验材料 试验所用胶凝材料为 P O 4 2 5普通硅酸盐水泥； 细骨料 为 中河砂 ， 细 度模 数 2 7 ； 石子 粒 径 为 62 9 5 m m， 粒径 均匀 ， 无 片 状 ， 级 配 连续 ； 纤 维 为 短 切 玄 武 岩 纤维( 见 图 1 ) ， 具体性能参数如表 1所示 ； 水为清洁 中性可 饮用 水 。 图 1玄武岩 纤维样品 表 1 玄武岩纤维性能参数 1 2配合比设计 参照 公路水 泥混凝 土路面设计规范( J T G D 4 0 2 0 1 1 ) 中重 级 交 通 等 级 对 混 凝 土 弯 拉 强 度 的要 求 ( 4 5 5 0 MP a ) ， 设计普通混凝土的配合比如下 ： 水 泥 3 4 0 k g m 砂 6 1 0 k g m 石 1 5 4 0 k g m 收 稿 日期 ： 2 0 1 5一O 12 1 基金项 目： 住 建部科 学技 术项 目( 2 0 1 3 k 43 9 ) 作者简介 ： 杨 锐 ， 女 ， 副教授 ， 硕士 ， 主要从 事建筑工程技 术教 学及研 究工作。Em a i l ： r u i y a n g 8 8 1 6 3 c o m 第 1 3期 杨 锐 ， 等： 玄武岩 纤维 混凝土 物理 力学性能试 验研 究 7 9 水 水 灰 比 砂率 1 5 3 k g m 0 45 2 8 以此配合 比为基础设计玄武岩纤维混凝土配合 比 如表 2所 示 。其 中， 玄 武岩纤维 的掺 量分别 为 0 ， 1 5， 2 0， 2 5， 3 0 k g m。 。 表 2玄武岩纤维混凝土配合 比 水 泥 砂 石 子 水 水 灰比 纤维 外 加 剂 砂率 ( 一 )( k g m - 3 )( 一 )( k g m- 3 )( k g m- 3 ) ( k g m- 3 ) ( 一 A n 3 4 0 6 1 0 l 5 4 0 l 5 3 0 4 5 0 2 9 2 8 A l 3 4 0 6 1 0 1 5 4 0 1 5 3 0 4 5 1 5 2 9 2 8 A 2 3 4 0 6 1 0 1 5 4 0 1 5 3 0 4 5 2 O 2 9 2 8 A 3 3 4 0 6 l 0 1 5 4 0 l 5 3 0 4 5 2 5 2 9 2 8 A 4 3 4 0 6 1 0 1 5 4 0 l 5 3 0 4 5 3 0 2 9 2 8 2 力学性能试验 结果及分析 采用 G B T 5 0 0 8 12 0 0 2中的方法进行 普通混凝 土力学性能试验 ， 抗压 、 抗拉强度测试时采用 1 5 0 mm 1 5 0 m m1 5 0 m m的试块 ， 抗折强度测试时采用 1 5 0 m m 1 5 0 mm X 5 5 0 m m 的试 块 。采 用 强 制 式 搅 拌 机 搅拌 ， 加入模具后用振动棒振动密实， 2 4 h后拆模 ， 拆 模后立即搬人养护池养护。通过试验得到玄武岩纤维 混凝 土力 学性 能结 果 如表 3和 图 2 ， 3所示 。 表 3 玄武岩纤维混凝土力学性能试验结果 图 2纤 维 掺 量 与抗 压 强 度关 系 由此 可见 ， 混凝 土抗 压 、 抗拉及 抗 折强 度均 随玄 武 岩纤维 掺量 的增加 而 不 同程 度 增 大 ， 证 明玄 武 岩 纤 维 的掺入 有 效提 高 了混凝 土 的力学 性能 。 3 抗冻 性能试验结果及分析 抗冻性能是衡量混凝土耐久性的重要指标 ， 混凝 土 经受冻 融 破坏 的 程度 主要 表 现 在 密 实度 降低 、 强度 和动弹性模量下降。本次试验只取玄武岩纤维掺量为 2 5 k g m 的试件与普通混凝土试件作 比较。 图 3纤 维 掺 量 与 抗 拉 、 抗 折 强度 关 系 3 1 试验 方法 参照 公路 工程 水 泥及 水泥混 凝 土试 验规 程 ( J T G E 3 02 0 0 5 ) 的标准 ， 采用快冻法进行试验 ， 试块 尺寸 为 1 0 0 m m X 1 0 0 mm X 4 0 0 m m。 一 次冻融循环应在 2 4 h内完成 ， 每隔 2 5次循 环测试一次动弹模 ， 其中， 用于融化的时间不得少于整 个冻融时间的 1 4 ， 在冻结和融化终了时 ， 试件的温度 应分别控制在 一1 7 2 C和 8 2 E之间。如遇到 图 4所示的任一情况， 立即停止试验 。 图 4停止冻融试验的 3种情 况 3 2 试 验结果与分析 经测试 ， 每隔 2 5次冻融循环的相对动弹性模量及 质 量损 失率 如表 4 、 图 5所示 。 表 4 2 8 d龄 期 抗 冻 融 试 验 结 果 从 相对 动 弹性模 量和 质量 损失 率两个 方 面的变化 情况可看出， B F R C的抗冻融性能明显优于 P c。这是 由于玄 武岩纤 维 的掺 入 ， 改 善 了水 泥混 凝 土 的结构 特 性 ， 使 混 凝 土的抗 冻融 耐久性 得 到 了明显提 高 。 8 0 人 民 长 江 图 5相 对 动 弹模 与循 环次 数 的 关 系 4 干缩耐久性试验结果及分析 路用普通混凝土在干燥条件下会发生收缩 ， 导致 混凝土开裂和其它缺陷 ， 这是混凝土耐久性降低、 使用 寿命缩短的因素之一。本次试验只取玄武岩纤维掺量 为 2 5 k g m 的试件与普通混凝土试件作分析 比较， 通过对干缩率和失水率的研究来表征 B F R C的干缩耐 久 性 。 4 1 试验方法 试验采用尺寸为 1 0 0 mm1 0 0 m m 5 1 5 m lT l 的试 块 ， 参照 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 ( J T G E 3 0 2 0 0 5 ) 中干缩试验标准的相关内容 ， 按照 1 ， 3 ， 7， 1 4 ， 2 8 ， 4 5 ， 6 0 ， 9 0， 1 2 0 ， 1 5 0 d和 1 8 0 d龄期对试件进行 质量和长度测量。在测定试件长度时 ， 必须严格按照 规范的要求先测定标准件长度 ， 随后经过反复 3次数 据采集 ， 计算 3次数值 的算术平 均值作为最终的试验 测 定值 。 4 2 试验 结果 与分析 混凝土干缩率受玄武岩纤维掺量的影响情况如图 6所示 。从图中可以看出， B F R C各龄期的干缩率都明 显 比 P C低 ， 当龄期达到 1 8 0 d时 ， B F R C的干缩率 比 P C低 0 0 0 0 2 9 。 瓣 鸯 2 H _ 图 6 玄武 岩 纤 维对 混 凝 土 干 缩 率 的 影 响 混凝土失水率受玄武岩纤维掺量的影响情况如图 7所 示 ， 从 图 中可 以 看 出 ， B F R C 比 P C 的失 水 率 明 显 偏 高 。 从 以上结果可以看出， 由于玄武岩纤维 的掺人 ， 使 得混凝土干缩性能得到了明显改善 ， 提高了混凝土 的 干缩 耐久 性 。 图 7 玄 武 岩 纤 维 对 混 凝 土 失水 率 的影 响 5 制备工艺 玄武岩纤维混凝土的制作一般有两种制备工艺 ， 即纤维直接掺入法和预处理纤维掺入法。 ( 1 )纤维直接掺入法。按石料 、 砂子 、 纤维的顺序 投放， 干拌 3 0 s ， 再加入水泥和水拌和 2 mi n 。 ( 2 )预处理纤维掺人法。按石料 、 砂子顺序投放 ， 干拌 3 0 s ， 加入水泥和水拌和 3 0 s 后 ， 边拌和边人工将 纤 维均 匀撒 人拌 和机 ， 再拌 和 2 mi n 。 5 1 试 验配合比 试验只取玄武岩纤维掺量为 1 5 k g m 的试件与 普通混凝土试件作比较 ， 分析不 同制备工艺对玄武岩 纤 维混 凝 土力学 性能 的影 响 。试 验所 用混 凝 土配合 比 如表 5所示 。 表 5试 验 混 凝 土 配 合 比 注 ： P C为普 通混凝 土， B 1为直掺法下制备的 B F R C， B 2为预 处理掺入 法下制备的 B F R C， 外加荆为 M1 G HT Y I O 0型 系高效减水剂。 5 2试验结果与分析 试 验 结果 如表 6所示 。 表 6不 同制 备 工 艺 强度 试 验 结果 MP a 类型 抗压强度 抗拉强度 抗折强度 从表 6中可 以看 出 ， 采用 预处 理纤 维掺 入法 ， 试 件 力 学性 能 明显 高 于纤维 直接 掺入 法制作 的试 件 。它可 使纤维在水泥混凝土基体中得 到 良好分散 ， 与混凝土 O 5 0 6 0 叭 毗 0 0 0 0 瓣* 叭 盯 6 6， O l 4 3 ， ”加 i 弛盯 4 ， 们 叭 3 3 ! 3 3 3 虬舛 2 2 2 ，2 1 ” ! 卯拍 i 曲 蛇 3 弘 第 1 3期 杨 锐 ， 等 ： 玄 武岩 纤维 混凝 土物理力学性能试验研究 8 1 基体形成 良好的粘结作用 ， 从而改善混凝土基体性能。 6 结 语 ( 1 )玄武岩纤维掺量的增加 ， 明显改善 了水泥混 凝土的力学性能 ， 提高 了 B F R C的抗压 、 抗拉 、 抗折强 度 ， 并有效地改善了水泥混凝土的抗冻融性能和干缩 变形 性能 。 ( 2 )利用预处理纤维掺人法 制备工艺 ， 玄武岩纤 维的掺人对混凝土的内部结构产 生了较大影响 ， 其力 学性能明显高于直接掺入法制备 工艺所制作的试件 ， 并且便于规模性施工操作 ， 有利于推广应用。 玄武 岩纤 维作 为 一 种新 型 的混 凝 土 增 强 材料 ， 可 使混凝土具有优 良的力学性能和耐久性 ， 有效 防止混 凝土 因早 期 干缩 引起 的裂缝 ， 增 强混凝 土 的抗渗 、 抗 冻 和抗裂性能 ， 并具有良好的技术经济效益。 将玄武岩纤维 的高抗 拉强度、 高弹模 、 高耐腐蚀 性 、 低成本等特性与高性能混凝土 的高工作性和高强 度 相结 合 ， 配制 出性 能更 加 优 越 的新 型纤 维 混 凝 土 材 料 ，将是玄武岩纤 维混凝土结构研究 的一个很好 方 向， 其研究成果可应用于道路、 桥梁 、 建筑结构 、 岩土工 程及地下工程等领域 ， 应用前景十分广阔。 参考 文献 ： 1 鲁畅 玄武岩纤维混凝土路 用性能与应 用研 究 D 开封 ： 河南大 学 ， 2 0 1 2 2 方坤河 ， 陈昌礼 级粉 煤灰应 用于碾压 混凝土坝 的可行性分析 J 人 民长江， 2 0 1 2， ( 5 ) ： 2 4 2 6 3 莫海涛 ， 吴永根， 吴琳琳 双掺钢 纤维和玄武岩纤维混凝土试验研 究 J 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 9 ， ( 6 ) ： 1 9 71 9 8 4 孙潇潇 玄武岩纤维 贫混凝土基层 材料 与工程应用研 究 D 长 沙 ： 长沙理工大学， 2 0 1 2 ( 编辑 ： 胡旭 东) Re s e a r c h o n ph y s i c a l a n d m e c ha n i c a l pr o pe r t i e s o f b a s a l t fibe r r e i nf o r c e d c o nc r e t e YANG Rui W ANG Z ha o ( 1 C o l l e g e o f C o n s t r u c t i o n Ma n a g e me n t ， J i a n g s u J i a n z h u I n s t i t u t e ， X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ， C h i n a ； 2 C o l l e g e ofA r c h i t e c t u r e E n g i n e e r i n g ， J i a n g s u J i a n z h u I n s t i t u t e ， X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ，C h i n a ) Abs t r ac t：The b a s a h f i be r ，a ne w i no r g a ni c fib e r ma t e r i a l ，c a n s i g n i fica nt l y i mp r o v e t he m e c ha ni c a l pr o pe r t i e s o f c o nc r e t e I n c omb i n a t i o n wi t h t h e p r e v i o u s r e s e a r c h r e s u l t s， t he mi x p r o po r t i o n de s i g n， c o mp r e s s i v e s t r e n g t h，f l e x u r a l s t r e n g t h， t e n s i l e s t r e ng t h，f r o s t r e s i s t a n c e，d r ys h r i nk a g e pe r f o r ma nc e a n d d ur a b i l i t y we r e s t u di e d t hr o ug h a s e r i e s o f e x p e r i me n t s by c ha ng i n g t he mi xi n g a mo un t o f ba s a l t fib e r Me a nwh i l e，t he i n flue n c e o f d i f f e r e nt ba s a l t fibe r p r e p a r a t i o n t e c h no l o g y o n c o nc r e t e ma t e r i a l p e rfo r ma nc e wa s a l s o d i s c u s s e dTh e r e s e a r c h r e s u l t s c a n p r o v i de t he o r e t i c a l b a s i s f o r t h e e ng i n e e r i ng a p pl i c a t i o n o f b a s a l t fib e r r e i n f c r c e d c o n c r e t e Ke y wor ds： me c h a ni c a l p r o p e rty；mi xi n g a mo un t ；pr e pa r a t i o n t e c h no l o g y；ba s a l t fib e r ( 上接 第 4 4页 ) App l i c a t i o n o f c o n s o l i da t i o n g r o ut i ng bo r e d p i l e wa l l i n e m e r g e n c y t r e a t m e n t o f l a nd s l i d e： c a s e o f t r e a t me n t o f J i a n g J u n l i n g s l i d e i n B a d o n g C o u n t y ， T h r e e Go r g e s R e s e r v o i r a r e a QI Z h e n y u 。 ，S U Ai j u n ，WU L i u d o n g ，HUO Xi n ( 1 T h r e e G o r g e s R e s e a r c h C e n t e r f o r G e o h a z a r d s ， Mi n i s t r y of E d u c a t i o n ， C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ， Wu h a n 4 3 0 0 7 4 ， C h i n a ； 2 F a c u l t y of E n g i n e e r i n g，C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ，Wu h a n 4 3 0 0 7 4， C h i n a ) Ab s t r a c t ： An t i s l i d e p i l e i s a ma j o r s t r u c t u r a l me a s u r e i n l a n d s l i d i n g t r e a t me n t Ho we v e r ，i t r e q u i r e s s e v e r a l mo n t h s f r o m i t s c o ns t r uc t i o n t o t h e a n t is l i d e s t a r t i n g t o wo r kFo r t he l a n ds l i d e s i n t h e c r e e p s t a g e，e s pe c i a l l y t h e l a n d s l i d e r e q u i r i ng e me r g e n t t r e a t me nt ，t h e r i s k o f d e s t a b i l i z a t i o n du r i n g c o ns t ru c t i on i s l a r g eTo s o l v e t hi s pr o b l e m ，t he c o n s o l i da t i o n g r o ut i ng bo r e d pi l e wa l l ma de u p o f t wo r o ws o f b o r e d pi l es ，t h e s t e e l t r us s o n t h e t o p o f t he p i l e s a n d t h e hi g h p r e s s u r e c o ns o l i d a t i o n g r o u t i ng b e t we e n t h e pi l e s c a n be a do p t e d，wh i c h c a n r e d u c e t h e e a r t h a nd r o c k e x c a v a t i o n a t u t mo s t ，r e d uc e u n s t a b l e ris k c a u s e d by e x c a v a t i o n；i n a d d i t i o n，t h e c o ns o l i d a t i o n g r o ut i n g c a n r e d uc e t h e s t r e ng t h d i f f e r e nc e o f t h e p i l e a n d s o i l ，i mp r o v e t h e i nt e g r a l rig i di t y a n d ma ke t he s p a t i a l s t r e s s mo r e r e a s o n a bl e t o a v o i d t h e d e s t a b i l i z a t i o n o r s h e a r f a i l u r e o f p i l e s du e t o l a r g e l o c a l b e nd i ng mo me n t a n d s h e a r s t r e s s Co mpa r e d wi t h t h e t r a d i t i o na l a n t is l i d e p i l e，t hi s t ec hn o l o g y c a n wi n p r e c i o us t i me f o r e me r g e nc y t r e a t me n t p r o j e c t a n d i t i s mo r e r e a s o n a b l e e c o n o mi c a l l y I t h a s b e e n a p p l i e d i n t h e e me r g e n c y t r e a t me n t p r o j e c t o f J i a n g j u n l i n g l a n d s l i d e ， Ba d o n g Co u nt y i n Th r e e Go r g e s Re s e r v o i r Ar e a a nd g o o d e f f e c t h a s be e n a c hi e v e d Ke y wor d s： c on s o l i d a t i o n g r o u t i ng；bo r e d p i l e；s t e e l t ru s s；l a n d s l i d e；a nt is l i de p i l e