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赵中华等： 玄武岩纤维在混凝土中的应用 5 玄武岩纤维在混凝土中的应用 赵中华， 刘晓波， 侯新月， 马耀辉 ( 黑龙江省水利科学研究院。 哈尔滨1 5 0 0 8 0 ) 【 摘要】 玄武岩短纤维和混凝土的相容性好， 与混凝土有着相同的成份， 密度也接近， 分散性好于其它纤 维。本文主要阐述玄武岩纤维的特点及玄武岩纤维在混凝土中的作用机理和玄武岩纤维掺量对混凝土力学性能 及配合比的影响。 【 关键词】 玄武岩短切纤维； 抗折强度； 弹性模量 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号 】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 7 - 0 0 0 5 0 3 玄武岩纤维混凝土是一种掺入少量短切玄武岩纤维来 增加混凝土的抗拉、 抗折强度， 具有抑止混凝土初凝时由骨 料沉降及收缩产生的微裂缝的性能 ， 大量的室内试验 和工 程实践证明， 掺玄武岩纤维的混凝土 比不掺的混凝土抗拉 抗折强度都有明显提高， 增加了混凝土的韧性， 提高了混凝 土抗冲击力的性能， 混凝土抗冻抗渗指标也有所提高。因 此 ， 玄武岩纤维混凝土在水库大坝坝面防裂、 水处理厂的水 池 、 高速公路路面及一些需要特别坚固的建筑物结构等工 程中将得到广泛应用。 1 玄武岩纤维特点 玄武岩纤维是 由单组分玄 武岩矿 物原料在 1 4 5 0 1 6 0 0 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， 是一种绿色、 环保、 无污染的典型硅酸盐无机非 金属矿物纤维。玄武岩纤维短切纱是用连续玄武岩纤维原 丝根据需要长度短切而成产品， 纤维上涂有硅烷浸润剂 ， 是 增强热塑性树脂的首选材料， 同时还是增强混凝土的最佳 材料。它的抗拉强度高于碳纤维 、 玻璃纤维、 芳纶纤维等已 有的增强材料， 增强效果最好； 从耐酸碱性方面看， 玄武岩 纤维也好于其它纤维， 它巨有更好的温度稳定性， 较高的弹 性模量及抗拉强度和极限应变率， 从与混凝土的相容性上 看玄武岩纤维和混凝土有着基本相同的成份 ， 密度也较接 近， 分散性好于其它纤维， 是将来增强混凝土的首选材料之 一 ，逐步被人们所重视。 2 玄武岩纤维在混凝土中的作用机理 混凝土中掺入一定量的玄武岩纤维搅拌时， 玄武岩纤 维在混凝土内部能构成一种均匀的乱向支撑体系承托骨料 作用， 产生一种有效的加固效果 ， 阻碍了骨料的沉降裂缝的 产生与集料的离析 ， 减少了离析裂纹的产生及发展。混凝 土成型后， 水泥和水发生水化反应以及水分蒸发、 产生塑性 收缩， 由于此时的混凝土抗拉强度很低， 容易产生收缩裂 缝 ， 在混凝土中掺人玄武岩纤维后， 纤维在混凝土中乱向分 布 ， 纤维的弹性模量相对于混凝土塑性浆体的弹性模量较 高 ， 依靠纤维材料与水泥浆之间的界面吸附粘结力 ， 将一部 分收缩能量分散到纤维单丝上 ， 增加了材料抵抗开裂的塑 性抗拉强度， 从而抑止 了混凝土早期微细裂纹的产生和发 【 基金项目 2 0 0 9年黑龙江省科技厅重点攻关项 目 展， 提高了混凝土的密实度， 对混凝土的抗渗和抗冻性能都 有所提高， 阻止了混凝土塑性期裂缝的产生。玄武岩纤维 混凝土硬化后在提高其抗拉抗裂性能方面有了很 大的提 高， 这是因为玄武岩纤维混凝土在外来荷载的作用下 ， 当微 细裂缝的长度小于纤维 问距时， 由于纤维的断裂应变模量 大大高于混凝土中水泥应变模量，纤维将迫使其改变方 向 或跨越纤维 ， 纤维起传递荷载的桥梁作用， 使混凝土内的应 力场更加连续 、 均匀， 微裂缝尖端的应力集 中得 以缓和， 裂 缝的进一步扩展受到约束， 纤维起到了增韧的作用。 表 l 玄武岩纤维与其它纤维物理力学性能 3 玄武岩纤维掺量对混凝土力学性能的影响 表2 玄武岩断切纤维的特征参数 试验研究纤维掺量对玄武岩纤维增强水泥基材料的抗 压、 抗折劈拉及弹性模量的增强效果 ， 通过基准混凝土配合 比和三种不同掺量的玄武岩纤维混凝土配合比在其它条件 相同情况下进行的抗压、 抗折劈拉及弹性模量试验， 试件尺 寸分别 为 1 5 0 mm x 1 5 0 m m x 1 5 0 mm，1 5 0 mm x 1 5 0 mm x 5 5 0 mm，1 5 0 m m x 1 5 0 m m x 3 0 0 ram标准试件。采用 的玄武 岩断切纤维的各项指标如表 2所示。 ( 1 ) 抗压强度比。立方体抗压强度比是指某一掺量 6 低温建筑技术 2 0 1 1年第 7期 ( 总第 1 5 7期) 的玄武岩纤维混凝土的抗压强度与同配合比不掺纤维混凝 土的抗压强度的比值，玄武岩纤维掺量的关系如图 1所示。 图中 表示掺玄武岩纤维混凝土的抗压强度 表示不掺玄 武岩纤维混凝土的抗压强度。图中表明， 加入玄武岩纤维 混凝土的抗压强度比不掺玄武岩纤维混凝土的抗压强度有 所提高， 但随玄武岩纤维掺量的增加提高幅度不明显， 它们 不是线性关系， 掺量到了一定体积 比后， 抗压强度反而有所 下降， 但总体来看， 立方体抗压强度 比在 0 9 6 1 0 5 之间， 变化幅度较小。因此 ， 可以认为 ， 玄武岩纤维对混凝土的立 I| 。 l l 丑 I 隈 O 9 O8 _I _I _ I l 0 0 。 8 1 2 1 4 掺量 k g l i t 一 图1 抗压强度 比与纤维掺量关系 3 3 劈拉强度比 玄武岩纤维混凝土的劈拉强度( 当纤维掺量在 0 8 1 2 k g m 范围时， 边长为 1 5 0 m m1 5 0 ra m1 5 0 m m试件的 劈拉强度) 也 比不掺玄武岩纤维的混凝 土劈拉强度提高 1 0 1 6 ， 试验所得的劈拉强度比与纤维掺量的关系如图 3所示。纤维起到了增韧作用。 3 4 弹性模量比 丑 骶 辑 舔 O O 8 1 2 1 4 掺量 k gm 图3 劈拉强度比与纤维掺置关系 4 玄武岩纤维对混凝土的配合比影响 与普通混凝土的配比相 比， 纤维对混凝土的工作性能 影响很大， 在外加剂和其它原材料掺量一定的情况下， 随着 玄武岩纤维掺量和纤维长度的增加 ， 混合料的工作性能会 不断下降， 混合料的工作性能取决于其 内部的屈服应力 ， 当 纤维加入后 ， 会在浆体中相互摩擦和相互缠绕使其具有一 定程度的刚性而形成空间网状结构， 抑止了内部水及水泥 浆的流动度所致。因此 ， 为了克服施工和易性的下降， 适当 的增加砂率和胶结料掺量和搅拌时间适当延长些， 有条件 的地方适当掺一定 比例的高钙粉煤灰 ， 同时应控制好骨料 的粒径和级配， 并选择合适的高效减水引气剂。玄武岩短 切纤维的长度要小于粗骨料粒径的一半左右 ， 纤维掺量应 控制在 1 2 k m 左右。试验采用的水泥为哈天鹅 P O 4 3 5 水泥， 砂子采用中砂 ， 细度模数2 6 ， 碎石粒径5 3 1 5 m m连 方体抗压强度增长不明显。 ( 2 ) 抗折强度比。对于掺玄武岩纤维的混凝土 ， 试验 所得的抗折强度比与纤维掺量的关系如图2所示。当在混 凝土中加入一定数量的玄武岩纤维时， 可明显提高混凝土 的抗折强度。当纤维掺量在 0 81 2 k n l 范围时 ， 纤维 混凝土 的抗折强 度呈现 一小 段弧 型增 长关 系， 边 长为 1 5 0 m m1 5 0 m m5 5 0 mm试件的抗折强度比达到 I 2 ， 增长 效果显著。从折段面看纤维丝有被拉伸折断的现象 ，纤维 起到了阻断作用。 丑 料 想 l| 心 玄武岩纤维混凝土的弹性模量 比与纤维掺量 的关系 ( 当纤维掺量在 0 81 2 1 ： m 范围时， 边长为 1 5 0 mm 1 5 0 mm 3 0 0 ram试件) 见图4 。由图可以看出， 随纤维掺量 的提高， 玄武岩纤维混凝土的弹性模量 比有不同程度的提 高， 最大增幅为 4 一 8 ， 增大幅度较小。可以认为， 纤维 掺量对混凝土的弹性模量影响较小。 丑 j翻 i 被 l E E 0 8 续粒级。以下是配比参数表和试验结果表。 表 3 配合比参数 k g 5结语 通过多次试验对比结果， 掺玄武岩短切纤维的混凝土 比不掺的混凝土立方体抗压强度基本没有多大变化 ， 但抗 折强度、 劈裂抗拉强度和弹性模量都有明显提高 ， 混凝土的 韧性得到改善， 抗冲击性能得到提高 ， 这正是对一些普通混 I 一 一 一 ) - 陶成云等： 聚苯颗粒保温砂浆配合比试验探讨 7 聚苯颗粒保温砂浆配合 比试验探讨 陶成云， 毕红霞 ( 哈尔滨市工程质量咨询 中心 哈尔滨1 5 0 0 7 6) 【 摘要】 本文主要研究了以聚苯颗粒作为骨料的保温砂浆 的配制方法及其性能， 讨论 了采用不同的胶结 材料及聚苯颗粒来配制保温砂浆时其各项性能的变化， 通过大量试验确定合理的配比方案。 【 关键词】 聚苯颗粒； 粉煤灰； 保温砂浆 ； 胶粘剂 【 中图分类号】 T U 5 2 8 4 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 0 7 0 2 建筑消耗的能源数量 占总能源消耗量比例巨大， 一方 面使能源消耗过大 ， 另一方面带来 了极大的环境污染。目 前实现建筑节能的途径之一是对原围护结构进行保温隔热 处理， 因此研究高效保温材料意义重大。 1 原材料及试验方法 1 1 试验所用原材料 聚苯颗粒： 选用哈尔滨市红顺建材工业公 司生产 的密 闭聚苯颗粒。堆积密度 ： 81 2 k g m ； 含水率： 3 m m， 不超过 6 ； I m m， 不超过 7 。水泥 ： 选用吉 林亚泰水泥厂生产的 P O 4 2 5 R早强型普通硅酸盐水泥。 粉煤灰 ： 采用磨细 I 级粉煤灰。石灰： 磨细生石灰， 筛余为 9 1 ； 石膏 ： 哈尔滨市宏顺建筑材料工业公司生产， 筛余为 7 9 。水 ： 实验采用自来水。 1 2 实验方法 配合 比在未加水的情况下先预拌 ， 干料混合均匀后加 水进行搅拌 ， 控制拌合 物稠度为 7 0 8 0 m m， 将拌和料装入 7 07e ra X 7 0 7 e m 7 07e m的无底钢模内， 在加料过程中分 层加压 ， 然后待装满后振动、 抹平。采用标准养护 ， 后进行 相关性能试验。 2 试验结果及分析 2 1 采用水泥作为胶结材料 配制该保温砂浆的主要原料是聚苯颗粒和水泥， 因此 两者的掺入比例是影响保温砂浆性能的主要因素。另外， 外加剂的掺人量对其也是有一定影响的， 对其进行研究。 表 l 聚苯颗粒用与砂浆性能的关系 表 4 试验结果 M P a 凝土建筑物目前存在着容易出现墙体裂缝及道路混凝土出 现折断的改善 ， 从而提高混凝土建筑物的使用寿命。由于 生产玄武岩纤维的原材料取 自于天然的火山岩喷 出岩， 原 料来源广泛在我国大部分地区都有玄武岩矿， 而且原材料 中几乎不含对人类健康有害的成份， 在如今提倡节约资源， 绿色环保 ， 低碳经济 ， 以人为本的社会， 玄武岩纤维的应用 会在国民经济中发挥巨大的作用， 在土木工程的应用是一 项新技术 ， 应用前景十分广阔， 玄武岩纤维在混凝土中的应 用将取代其它纤维。 参考文献 1 崔毅华 玄武岩连续纤维的基本特性 J 纺织学报， 2 0 0 5 。 2 6 ( 5 ) ： 1 2 01 2 1 2 廉杰， 扬勇新 ， 扬荫， 赵颜 短切玄武岩纤维增强混凝土力学性 能的试验研究 J 工业建筑， 2 0 0 7 。 3 7 6 ) ： 8 一l O 3 李为民， 许金余 玄武岩纤维对混凝土的增强和增韧效应 J 硅酸盐学报， 2 0 0 8 ， 3 6( 4 ) 4 G B T S 0 0 8 1 - 2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准 s 5 赵庆新 。 董进秋， 潘慧敏。 郝圣旺 玄武岩纤维增韧混凝土冲击 性能 J 复合材料学报， 2 0 1 0 ， ( 6 ) 6 吴钊贤 玄武岩纤维混凝土基本力学性能与应用研究 D 武 汉： 武汉理工大学， 2 0 0 9 收稿日期】 2 0 1 l 一 0 4 1 2 作者简介】 赵中华( 1 9 5 2一) ， 男 ， 哈尔滨人， 高级工程师， 研 究方 向： 水利工程 。