浅析玄武岩纤维素混凝土的特性和应用

　　摘要：随着工程科学的不断发展，玄武岩纤维素混凝土作为一种新兴材料逐渐进入到工程领域中，本文首先总结了玄武岩纤维混凝土的主要工程特性，然后结合宁道公路施工段简要介绍了玄武岩纤维素混凝土在不同工程领域中的实际应用。
　　关键词：玄武岩纤维素；混凝土；特性；应用
　　玄武岩纤维是一种由玄武岩矿石经高温熔融、拉丝而成的无机纤维材料，具有良好的稳定性、独特的力学性能。玄武岩纤维混凝土则是在混凝土中掺加一定比例的玄武岩纤维来改善混凝土的使用性能，提高混凝土的粘聚性和稳定性，增强混凝土的抗冲击性能并降低其脆性，改善混凝土的抗渗透性能、抗收缩性能以及抗冻融性能。作为一种新型的纤维混凝土材料，玄武岩纤维素混凝土凭借它的上述优良性能在建筑、土木、水利等领域有着较大的应用前景。
　　1.玄武岩纤维混凝土的主要特性
　　玄武岩纤维素混凝土就是将玄武岩纤维按照一定的比例使用合理的方式掺入到混凝土中，形成的一种新型混凝土复合材料。将玄武岩纤维正确地掺入到混凝土中，能够在保持混凝土高强的同时，增加其抗弯拉、耐磨耗和抗冲击等性能。此外，生产玄武岩纤维的原料来源于天然的火山爆发喷出的玄武岩，材料中对人类健康有害的成分含量较少，因此在绿色环保、健康保健、节约资源等方面也具有重大意义。
　　1.1承载能力高，抗冲击性能好
　　众所周知，混凝土最大的弊端就是抗弯拉强度较低，容易收缩开裂，在冲击荷载下更容易断裂，材料具有明显的脆性，作为一种建筑材料严重影响了建筑结构的安全性和可靠性。玄武岩纤维素混凝土则充分利用了玄武岩纤维的高模量、耐冲击等优点，有效减少了混凝土的脆性，保持了混凝土的高承载力，并且大大提高了混凝土的抗裂性能和抗冲击性能。同时，由于玄武岩纤维形状细长，比表面积大，在单位体积内的纤维根数较多，能够在混凝土内部形成一种均匀的三维乱向分布网络体系，正是这一网络体系大大提高混凝土在受冲击时对动能的吸收能力。试验表明，均匀分布的玄武岩纤维对混凝土的抗冲击力学性能具有十分有效的改善效果，而且当玄武岩纤维的掺加体积百分比为0.11%时，玄武岩纤维对混凝土的增强、增韧效果最好。因此玄武岩纤维素混凝土可以用于高等级公路、机场跑道等经常受到冲击荷载作用的混凝土工程中，同时也可以应用到军事国防的部分工程中。
　　1.2优良的耐高温性能
　　玄武岩纤维具有十分优异的耐高温性能，其温度使用范围为-269～700℃，温度使用范围极广。并且在高温条件下强度衰减较少，在400℃时，玄武岩纤维素的断裂强度为原始强度的85%，在600℃下时，其断裂强度仍能够保持在原始强度的80%以上。而玄武岩纤维素混凝土凭借玄武岩纤维优异的耐高温性能，也具有十分显著的耐高温特性。能够用于冶炼、发电等经常处于高温状态下的建筑结构的应用中。同时，玄武岩纤维素混凝土材料的低温使用性能也比较好，在长期处于低温作用时，玄武岩纤维素混凝土的强度也不会发生较大衰减。因此，玄武岩纤维素混凝土还具有很好的抗冻融性能，在高原地区和冬季寒冷地区的公路路面、机场跑道和桥梁隧道等建筑设施中也具有广泛的应用前景。
　　1.3化学稳定性和耐腐蚀性较好
　　港口深水码头、跨海大桥、堤坝、机场跑道等大量的混凝土建筑或设施经常受到高湿度、酸、碱、盐等介质的侵蚀作用，产生了很多化学稳定性差和钢筋锈蚀等一系列工程问题。玄武岩纤维中含有少量的K2O、MgO、TiO2等化学成分，能够有效提高玄武岩纤维素混凝土的耐化学腐蚀以及防水性能。试验表明，玄武岩纤维在碱性溶液中具有特殊的化学稳定性，而且耐酸性也较好，是一种十分罕见的耐酸耐碱性材料。因此，玄武岩纤维素混凝土不但具有十分显著的耐腐蚀性，而且能够较好地避免甚至杜绝钢筋锈蚀问题的出现，从而大大提高混凝土结构的安全性和耐久性。
　　1.4加固补强性价比较高
　　目前在混凝土结构的加固中应用最多的新型纤维增强材料应属碳纤维增强塑料和玻璃纤维增强塑料，其中碳纤维增强塑料的强度增强效果和耐腐蚀性最为理想，加固效果也最好。碳纤维加固是近年来新兴的一种新型补强技术，它不仅能够不增加结构物荷重而且还能产生高效的加固效果，但是碳纤维的价格较高，而且我国的碳纤维原材料基本上依赖进口，在工程技术方面又受到美国、日本等国家的封锁。而玻璃纤维增强塑料虽然具有价格优势，但是它的力学性能相对碳纤维来说表现较差，而且部分物理性能也存在明显的劣势，严重影响了它在工程实际中的应用。而玄武岩纤维作为一种新型无机纤维材料，不但具有优异的物理力学性能，受力后与混凝土有着较好的变形协调性，而且玄武岩纤维的性价比较高，成为混凝土结构加固工程的另一种新型纤维增强混凝土材料。试验研究表明，在混凝土结构的加固工程中，玄武岩纤维混凝土具有与碳纤维混凝土类似的效果。玄武岩纤维素混凝土凭借其显著的耐腐蚀、重量轻、施工方便、成本低、价格便宜等优势，在工程中可以有效代替碳纤维应用到混凝土梁、柱、墙、板等构筑物的加固补强和抗震加固中，发展前景十分可观。
　　2.玄武岩纤维素混凝土在工程领域中的应用
　　2.1玄武岩纤维素混凝土在工民建、水利、军事领域的应用
　　利用玄武岩纤维强度高、防火阻燃的特性，玄武岩纤维素混凝土在工程领域得到了广泛推广及应用。西南交通大学、浙江石金玄武岩纤维有限公司曾对玄武岩纤维喷射混凝土技术进行了深入研究，通过混凝土基本力学性能试验，证明玄武岩纤维素混凝土的基本力学性能大大超过了混凝土所需要达到的性能指标，抗压强度、抗折强度以及剪切强度相对普通混凝土均有较大提高。
　　玄武岩纤维素混凝土凭借玄武岩纤维在疲劳荷载工况下防止微裂纹扩展、延缓构件早期收缩裂纹扩展以及与混凝土材料较好的相容性等特性，在建筑、土建以及水利、军事等工程中被广泛应用。在不同设计和不同项目的施工中，应根据具体的地质环境和施工要求来选取适宜的玄武岩纤维素混凝土。此外，玄武岩纤维混凝土的耐久性能以及抗侵蚀性能较普通混凝土有较大优势，是一种有代表性的高性能混凝土，可以被拓宽使用到港口深水码头、跨海大桥等工程中。
　　2.2玄武岩纤维素混凝土在道路与铁道工程中的应用
　　随着我国公路交通的迅猛发展，交通量和轴载也随之急剧增加，对道路路面的路用性能和使用寿命提出了更高的要求。玄武岩纤维素混凝土作为一种新型材料逐渐进入到道路路面工程领域中，在路用混凝土中加入纤维成为一种提高混凝土路用性能的重要途径。玄武岩纤维在混凝土以三维分散相存在，可以避免材料所受载荷过分集中，从而有效提高混凝土的整体强度，同时由于纤维的吸附作用，又可以改善路用混凝土的水稳定性。
　　玄武岩纤维由于具有较好的力学性能和较高的工作温度，在道路工程中逐渐受到青睐，得到广泛应用。其中，宁道公路33号标K291+800-K292+800桩号路段基层采用玄武岩纤维素混凝土，铺筑了1000m试验段，选用华新堡垒牌C32.5水泥，TQN聚羧酸高性能减水剂，河砂和碎石选用当地材料，并采用浙江金石玄武岩矿物纤维，根据配合比设计计算出玄武岩纤维素的掺量为2‰(4.8kg/m3)，混凝土的坍落度、和易性及表观密度等各项指标也均能满足施工技术要求。本次试验路段罩面施工后，从施工现场看，试验路段整体良好，表面无施工裂缝，从路面取芯情况来看，路面整体结构层较好，道路各层粘结紧密。采用玄武岩纤维素混凝土不仅有效解决了低温裂缝、反射裂缝、温缩与干缩裂缝，而且大大提高了抵抗高温车辙的能力，延长了路面的使用寿命，并大大降低了路面的养护费用，具有十分可观的经济效益。
　　3.结语
　　综上所述，玄武岩纤维素混凝土作为一种新型的混凝土材料在土木工程、建筑、水利、军事等领域的应用也是一项新技术，应用前景十分广阔。现阶段我国对玄武岩纤维素混凝土的应用研究已经取得了不少成果，但仍处在起步阶段。为了能够进一步推广玄武岩纤维素混凝土，取得良好的经济和社会效益，还应继续深入研究并不断总结经验教训，为玄武岩纤维素混凝土的进一步发展打好基础。
　　
　　参考文献
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　　[2]吴刚,胡显奇.玄武岩纤维及其增强混凝土力学性能研究与应用[J].第十一届全国纤维混凝土学术会议论文集:42-47.
　　[3]吴栋.玄武岩纤维与碳纤维片材加固混凝土结构比较研究[J].江苏建筑,2007(01):48-51.

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