基于玄武岩纤维增强混凝土力学性能的研究

【摘要】20世纪至今，复合材料在实际工程中得到有效的开发利用，各种不同类型的复合材料被应用于混凝土工程中使用。本文通過对玄武岩纤维的混凝土进行各种实验，得出混凝土中应该掺加多少玄武岩纤维才能保证混凝土最大程度的抵抗压、折、弯的冲击。

【关键词】玄武岩纤维；力学性能；环保性能

引言：

普通的混凝土较为脆弱，承受不住破坏，严重影响建筑工程的可靠和耐久性。近年来通过在混凝土中掺杂不同纤维来增强混凝土力学性能，成为建筑工程研究的重点内容。但是开发出的材料价格较为昂贵，不利于广泛应用于建筑工程中，玄武岩纤维作为一种新研发出来可以掺杂进混凝土中的材料，和其他材料相比成本较低并且具有耐高温抗腐蚀等特点，加强对玄武岩纤维在混凝土中的应用，是目前的各工程重点研究对象。

1、玄武岩纤维增强混凝土力学性能的实验

国家对玄武岩纤维增强混凝土的力学性能实验研究处于初级阶段，对于玄武岩纤维混凝土的抗弯折冲击性能的研究成果极少，通过下面对玄武岩纤维混凝土的相关实验，来对玄武岩纤维的掺量、和复合矿物掺合料的性能分别进行实验，首先要准备相关原材料，水泥、河砂、石灰石、玄武岩纤维以及相关试剂，按照比例进行调配。对玄武岩纤维混凝土的抗压抗折实验可以参照国家标准GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》，完成对应的实验步骤。通过每组3个立方体试块进行抗压实验，每组3个小梁进行抗折实验，这次立方体的边长为100mm，小梁的长宽高均为150mm。而因为国家对抗弯折实验较少，缺少相关步骤标准，可以借鉴欧美国家的弯曲冲击实验，利用一个做自由落体运动的球型装置进行冲击实验，查看试件损伤。在实验过程中，一定要将应变片连接到动态应变仪上，进行数据收集。所有实验应该循环重复，得到最准确的实验结果，最终得出了以下实验结果：

混凝土在掺入玄武岩纤维后，混凝土的抗压、抗折的强度都有明显的提升，最高可增幅到百分之二十左右，但是掺量超过固定含量后，抗压、抗折程度均显著下降，而且纤维掺量对抗压、抗折也有极大的影响力。纤维的掺量和混凝土力学性能不是一直成正比例增长，不同的掺量会造成不一样的效果，主要因为，混凝土中的元素在掺入纤维过程中受到破坏、纤维和混凝土融合过程中会产生气泡和细缝，对混凝土的强度也有一定影响。在对抗弯折的实验结果显示，玄武岩纤维混凝土较之素混凝土有着极大的抗弯折能力，虽然玄武岩纤维对混凝土内部结构具有一定的破坏力，但是玄武岩纤维也在混凝土内部形成了三维的网络体系，极大的增强了混凝土的抗弯折能力[1]。

2、玄武岩纤维增强混凝土力学性能的效果

通过对玄武岩纤维混凝土力学性能进行的相关实验所得出的结果分析后可知，玄武岩纤维掺加到混凝土中，可以将混凝土的抗压强度提高20%左右，同时抗折强度提高了22%。在掺加玄武岩纤维后，通过掺加后的混凝土进行多次冲击实验得出的结论表明玄武岩纤维混凝土的抗冲击能力比普通混凝土提高了30%-110%左右，混凝土的指标比原来至少提高一倍。纤维掺量的不同，混凝土的强度也不同，通过实验可知，玄武岩纤维的掺量最优的是2kg/m2-2.5kg/m2，超过或者低于这个掺量范围，混凝土的强度和抗冲击性能会有不同程度的降低。掺加玄武岩纤维较少时，会导致混凝土的工作性能降低，让混凝土中的缝隙增加，掺加0.1%体积的混凝土对混凝土力学性能，为最优方案。

但是玄武岩纤维虽然对混凝土力学性能增强效果明显，包括混凝土的抗压强度，玄武岩纤维对混凝土的抗压强度的提高较为平缓，比之对其他性能的提升，甚至会出现下降的现象。后期实验中在混凝土中掺加将玄武岩和粉煤灰相结合的材料时，混凝土抗压、抗弯、抗折以及抗冲击程度都有所提升，当粉煤灰的掺量不断增加，超过10%以后，混凝土的各项力学性能会逐渐下降。通过实验显示对玄武岩纤维混凝土最严重的侵蚀物是硫酸盐，在混凝土局部中出现的石膏也对玄武岩纤维混凝土具有较强的侵蚀力。上文所述的实验中仅仅掺杂了粉煤灰，玄武岩纤维还可以掺加矿粉，即矿物掺合料，虽然混凝土早期的抗压强度有所下降，但是在混凝土后期的抗压强度有了显著提升。

玄武岩纤维比之其他的纤维，具有绿色环保、成本低等优点，除此之外，玄武岩纤维可以有效地和混凝土相融合，不会出现排斥性，加入到混凝土，可以有效增強混凝土的力学性能，玄武岩纤维混凝土可以被推广到国家各个建筑工程中去，作为新型材料玄武岩纤维技术性能比较好，还可以被应用到除了建筑工程外的其他混凝土工程中去[1]。由于实验条件的限制，玄武岩纤维混凝土试验只进行了静态试验，随着国家综合水平的不断提升，玄武岩纤维的实验可以不断扩宽深入到动态研究中去。微观检测技术在全国范围内被各大研究中心广泛应用，纤维增强水泥基复合材料的研究和开发，也应该加入微观检测技术，来推动复合材料掺加混凝土的研究工作进展。目前国家对复合矿物掺合料的研究较少，部分原因是因为符合矿物掺合料会降低混凝土的塑形能力，并且部分掺杂料对混凝土力学性能的提升能力较差，因此符合矿物掺合料的研究开发还未深入，仅针对单一掺杂进行研究。综上所述，玄武岩纤维混凝土的综合性能高于其他掺杂型混凝土，是目前国家工程建筑的最优选择之一。

总结：

本文通过研究玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响，通过各种实验，证明玄武岩纤维对于混凝土力学性能效果显著增强。目前国家对于玄武岩纤维和混凝土的掺杂应用的研究成果较少，单一矿物掺杂对于混凝土的性能提升有了显著效果，但是仍要继续深入研究，对比不同矿物掺合料、不同的掺量和不同的掺入方式形成不同的效果，通过对混凝土性能的提升，帮助建筑工程的合理发展。

参考文献：

[1]张兰芳，尹玉龙，刘晶伟，等.玄武岩纤维增强混凝土力学性能的研究[J].硅酸盐通报，2014，11：2834-2837.

作者简介：

陈永存（1977.2--）；性别：男，籍贯：内蒙古突泉县人，学历：本科，毕业于哈尔滨工业大学；现有职称：高级工程师；研究方向：混凝土。