玄武岩纤维混凝土基本力学性能研究综述

王志彬 赵佳红

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



玄武岩纤维混凝土基本力学性能研究综述

王志彬 赵佳红

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

论述了玄武岩纤维的特点与优势，总结了几种混凝土基本力学性能的试验方法，阐述了国内外学者关于玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究的现状，提出了玄武岩纤维在未来的研究方向。

混凝土，玄武岩纤维，力学性能，试验方法

在当今社会中混凝土已成为用量最多以及应用最广泛的建筑材料之一，根据专家的相关预测，在未来很长的一段时间内，混凝土在建筑材料中的地位仍将不可代替[1]。然而由于普通混凝土的抗拉强度较低，混凝土的脆性性能随强度提高而上升，导致较多结构物因性能不足而过早的发生了破坏，造成较为严重的经济损失[2]。为了改善混凝土的脆性问题，提高其韧性，可把纤维掺入到混凝土中来解决。纤维的物理力学作用可以优化混凝土的内部结构，阻止基体中微裂缝的扩展，从而使混凝土的基本力学性能得到提高。

玄武岩纤维是由玄武岩矿石在高温熔融状态下拉制而成的，被誉为“21世纪的新材料”。玄武岩纤维具有较高的力学性能，与其他的化学和矿物材料相比具有更高的化学稳定性以及热稳定性，且玄武岩纤维价格较低廉，与混凝土的亲和性较好[3]，从而使得在混凝土中掺入玄武岩纤维具有了较好的应用前景。国内和国外的研究人员在玄武岩纤维混凝土的基本力学性能方面开展了一系列的研究工作，其中包括将不同体积掺量的玄武岩纤维掺入到普通混凝土、自密实混凝土或者轻骨料混凝土中，研究纤维的体积掺量对各种类型混凝土的基本力学性能方面的影响规律，其结果表明玄武岩纤维的确起到了提高混凝土的力学性能，改善其韧性的作用。然而，在土木工程界中玄武岩纤维的应用尚且处于初级研究阶段，为了使玄武岩纤维能得到更广泛的应用，有必要对玄武岩纤维增强混凝土力学性能方面进行更深层次的研究。

1 试验方法及装置

在混凝土基本力学性能方面，研究者通常进行立方体抗压强度试验、轴心抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验以及抗折强度试验等。

1)立方体抗压强度试验。试验中所采用的标准混凝土试块尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，试验应在压力试验机上进行，试验强度取值为每组3个试件抗压强度的算术平均值，其计算公式为：

(1)

其中，fcu为混凝土的立方体抗压强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；A为试件承压面积，mm2。

2)轴心抗压强度试验。试件的标准尺寸为150 mm×150 mm×300 mm，试验仍在压力试验机上进行，其取值方法与立方体抗压强度试验相同，其计算公式为：

(2)

其中，fc为混凝土的轴心抗压强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；A为试件承压面积，mm2。

3)劈裂抗拉强度试验。试验在压力试验机上进行，试件的标准尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，试验需采用钢制的弧形垫条和木质三合板垫板，其中垫板不可重复使用，其试验装置如图1所示，计算公式为：

(3)

其中，fts为混凝土的劈裂抗拉强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；A为试件劈裂面面积，mm2。

4)抗折强度试验。试验通常在万能试验机上进行，试件的标准尺寸为150 mm×150 mm×550 mm，试验应采用三分点的加载方式，其计算公式为：

(4)

其中，ff为混凝土的抗折强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；l为支座间跨度，mm；b为试件截面宽度，mm；h为试件截面高度，mm。

2 国内外相关研究

2005年Dylmar Penteado Dias等人研究了玄武岩纤维普通硅酸盐水泥混凝土的力学性能，研究结果表明：当玄武岩纤维的体积掺量为1%时，玄武岩纤维混凝土的抗压强度以及劈裂抗拉强度较普通混凝土降低了26.4%和12%，但其抗折强度增加了45.8%[4]。

2008年李韧、毕重、王玉等人进行了关于玄武岩纤维自密实混凝土力学性能方面的试验研究，其结果表明：由于玄武岩纤维的掺入会使其立方体抗压强度和弹性模量略有下降，但纤维的掺入减小了自密实混凝土的早期收缩变形，改善了混凝土的脆性，使其呈现延性破坏形态[5]。

2009年贺东青、卢哲安等人进行了关于短切玄武岩纤维混凝土力学性能方面的研究，其研究的结果表明：在混凝土中掺入玄武岩纤维可以提高其延性，但对它的强度影响并不大，却可以使玄武岩纤维混凝土的强度发展得到延缓，并使混凝土的弯拉强度得到了较大程度上的提高[6]。

2012年彭苗、黄浩雄等人也进行了玄武岩纤维混凝土的力学性能方面的试验，其试验结果表明：由于玄武岩纤维的掺入，混凝土的力学性能得到了较大程度上的提高。混凝土的立方体抗压强度有明显的提高，其最大程度提高了46.3%，当纤维的掺量达到3 kg/m3时，抗折强度提高了25%，劈裂抗拉强度则提高了27.3%[7]。

2015年李京军、牛建刚、朱聪等人进行了掺橡胶颗粒的玄武岩纤维轻骨料混凝土的力学性能方面的研究，其结果表明：玄武岩纤维的掺入能够有效的提高轻骨料混凝土的力学性能，抑制试件裂缝的开裂；当掺入玄武岩纤维的体积达到0.2%时，抗压强度提升了17%，抗折强度提升了45%，劈裂抗拉强度提升了46%[8]。

3 结论和展望

通过上文总结的国内外相关研究结果可以得出：无论是普通混凝土、自密实混凝土还是轻骨料混凝土，玄武岩纤维的掺入都能够提高其韧性，并一定程度上提高其强度值。由此可见，玄武岩纤维可以改善混凝土的脆性性能。

随着建筑不断的向高层、大跨度等结构方向的发展，土木工程界对建筑材料性能的要求也越来越高，普通混凝土自重大的问题也逐渐凸显出来。高强轻骨料混凝土不仅可以保证混凝土结构应有的强度，还能较大程度上降低结构的自重，所以高强轻骨料混凝土在未来会有广阔的应用前景。然而高强度也伴随着高脆性问题，如果玄武岩纤维也能够改善高强轻骨料混凝土的脆性问题，将会对高强轻骨料混凝土的推广和应用起到较大的作用。因此，玄武岩纤维能否同样提高高强轻骨料混凝土的韧性，解决其脆性问题可作为今后的一个研究方向。

[1] 龚洛书.轻集料混凝土技术的发展与展望[J].混凝土,2002(2):13-15.

[2] 汤寄予.纤维高强混凝土基本力学性能的试验研究[D].郑州:郑州大学,2003.

[3] Dick A Hordijk. Interaction between Research Codes and applications[J].Innovations in Concrete Technology,2007(1):334-338.

[4] Dylmar Penteado Dias,Clelio Thaumaturgo.Fracture toughness of geopolymeric concrete reinforced with basalt fibers[J].Cement & Concrete Composites,2005(27):49-54.

[5] 李 韧,毕 重,王 玉,等.短切玄武岩纤维自密实混凝土力学性能的试验研究[J].混凝土与水泥制品,2008(5)：95-97.

[6] 贺东青,卢哲安.短切玄武岩纤维混凝土的力学性能试验研究[J].河南大学学报(自然科学版)，2009,39(3):320-322.

[7] 彭 苗,黄浩雄,廖清河,等.玄武岩纤维混凝土基本力学性能试验研究[J].混凝土,2012(13)：176-178.

[8] 李京军,朱建刚,朱 聪,等.掺橡胶颗粒的玄武岩纤维轻骨料混凝土力学性能研究[J].混凝土,2015(12)：151-153.

On basic dynamic performance for basalt fiber concrete

Wang Zhibin Zhao Jiahong

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The paper indicates the features and advantages of the basalt fiber, sums up the test methods for the basic dynamic performances of some concretes, illustrates the experiment status for the dynamic performance of the basalt fiber concrete at home and abroad, and puts forward the future research for the basalt fiber.

concrete, basalt fiber, dynamic performance, test method

1009-6825(2016)10-0098-02

2016-01-29

王志彬(1991- )，男，在读硕士； 赵佳红(1994- )，女，在读本科生

TU528

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