玄武岩纤维混凝土的研究现状

时浩天

(安徽理工大学，安徽 淮南 232001)

0 前 言

玄武岩纤维(Basalt Fiber,简称BF)是由玄武岩石料在1 450 ℃～1 500 ℃高温熔融后，使用铂铑合金拉丝漏板把熔融玄武岩高速拉制成丝。玄武岩纤维是一种绿色环保、无毒无害、密度小、价格低的硅酸盐无机矿物纤维。玄武岩纤维与橡胶纤维、秸秆植物纤维、碳纤维等其他化学纤维相比，抗拉性能和耐碱性能效果最好。经现实应用发现素混凝土具有易开裂、韧性较差和抗拉强度较低等缺陷，导致许多工程出现问题。而玄武岩纤维的性能正好可以改善混凝土的缺陷[1-2]。

1 不同掺量玄武岩纤维混凝土基本力学性能研究

周浩等[3]研究不同掺量BFRC的力学性能提升幅度和破碎形态的对比分析。通过对掺入量0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的7种玄武岩纤维混凝土做抗压强度、抗折强度的力学试验，发现随着掺量的增加，混凝土基本力学强度先提升后降低，在掺入纤维0.3%和0.4%时，BFRC的力学性能达到最佳。素混凝土达到强度极限时，立刻破碎，而BFRC破坏时可以明显听见混凝土内部有撕裂声音，只出现裂缝并不破碎。

赵燕茹等[4]研究在冻融循环下不同掺量的BFRC力学性能的变化。经过100次冻融循环后发现，玄武岩纤维掺量在0.6%时，可以保证混凝土基体完整，结构致密。说明玄武岩纤维可以和水泥浆表面分子产生吸附力和机械咬合力，来约束裂缝、阻碍裂缝的发生和扩张。

廉杰等[5]通过改变纤维掺量和长径比情况下分析混凝土的强度变化。实验结果发现，改变纤维长径比时，纤维的长度对混凝土影响比直径的影响更加显著。长径比在0.3～0.4时，纤维对混凝土力学性能最优。在研究不同掺量纤维混凝土时，还做了7、14、28 d不同龄期养护时间的对比。纤维体积掺量在0.3%～0.4%对混凝土强度最高，强度提高了47.5%。在养护14 d时强度达到养护28 d强度的80%～90%。

2 玄武岩纤维混凝土现阶段动态力学性能研究

杨进勇等[6]做了BFRC掺量在0、0.1%、0.2%和0.3%的BFRC在霍普金森杆上冲击实验。实验结果发现应变在0～0.010时，0.1%、0.2%和0.3%的纤维混凝土韧性比0%的分别提高了5.9%、19.8%和5.2%；在应变0～0.020时，掺量在0.2%的BFRC抗冲击韧性最高，0.1%和0.2%纤维混凝土强度分别比比标准组高了2.4%和8.9%；在应变0～0.005，素混凝土的抗冲击韧性最佳；当应变较高或者应变加载速率大于80/s时，掺入0.3%的混凝土的抗冲击韧性普遍偏低。综上所述，当纤维掺量为0.2%时混凝土抗冲击性能最好。

李为民等[7]研究BFRC和CFRC分别加入混凝土中，测试混凝土基本力学性能和抗冲击性能。研究结果发现CFRC对混凝土静态性能有所提高，但对动态性能影响不明显。随着CFRC体积比增加，对混凝土强度影响先提升后下降趋势。当CFRC体积比为0.3%时，混凝土基本力学强度达到最佳。BFRC对混凝土基本力学性能和动态力学性能都有提升。当BFRC体积比为0.1%时，混凝土基本力学强度和抗冲击韧性达到最佳。

聂良学等[8]研究不同掺量的玄武岩纤维混凝土在不同冲击速率下抗冲击性能。研究发现冲击劈拉增强因子随着冲击速率提高呈幂函数关系上升。在纤维掺量为0.2%时，冲击劈拉强度提升至最高。

张璐等[9]研究普通混凝土和BFRC蠕变试验。普通混凝土和BFRC在瞬时蠕变特性上具有相同的阶段，瞬时变形随着荷载的增大而增大。BFRC瞬时应变小于普通混凝土，可以证明BFRC和水泥浆表面分子产生吸附力和机械咬合力可以阻碍弹性变形。在蠕变的稳态阶段，在初始应力较小时，素混凝土蠕变量小于玄武岩纤维混凝土，随着应力增加，纤维混凝土蠕变量小于普通混凝土。可以证明BFRC可以阻碍裂缝的发展，提高耐久性。

李丹等[10]研究不同体积掺量BFRC梁冲击韧性的特性。结果发现玄武岩纤维可以有效提升混凝土的出现初次裂缝的强度和最终破碎的强度，当BFRC掺量为1.05 kg/m3时，抗冲击性能最佳，出现裂缝时冲击次数73次比普通混凝土梁高108.2%，最终破坏时冲击次数为81次比普通混凝土梁提高100.5%。

3 结 语

国内外学者对玄武岩纤维的研究已有大量成果。通过总结可以得到以下几个结论。

1)掺入适量的玄武岩纤维和选取适当长径比的纤维可以有效地提高混凝土抗拉强度、抗折强度和劈裂强度。

2)玄武岩纤维适量加入混凝土中，可以提高冲击韧性。而在冲击应变速率较大时，冲击韧性普遍偏低。

3)BFRC高应力下蠕变时，蠕变量小于普通混凝土。玄武岩纤维可以阻碍裂缝的发展。

虽然已经研究出玄武岩纤维具有良好的力学性能，但对于玄武岩纤维还有很多需要讨论的问题。研究不同的性能，确定的最佳玄武岩纤维掺量都不同。需要对不同体积掺量的BFRC的基本力学性能和动态力学性能系统的研究，在所有力学性能中选取最优的掺量。BFRC在长时间腐蚀环境下、高温环境下等研究较少，还需要进一步研究。

实验是让玄武岩纤维投入实际应用的基础。通过大量实验，才可以让BFRC发展更快，应用更广。

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