试谈玄武岩纤维在建筑材料领域的应用

摘    要：在当前的建筑领域中，由于普通混凝土材料耐久性不足，抗拉强度较低，因此出现开裂情况的可能性比较高。为了进一步提升混凝土的性能，纤维混凝土材料也开始出现。常见的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，这些材料在力学性能上比较优秀，但使用成本比较高。与这些材料相比，玄武岩纤维既具备良好的力学性能和稳定程度，也具有优秀的性价比，可以作为一种有效的混凝土增强材料而存在。

关键词：玄武岩纤维;建筑材料;应用

1  引言

当前的国内外研究对玄武岩纤维混凝土的力学性能和耐久性研究较多，但主要集中于基本材料性的研究，针对纤维在建筑材料领域的应用内容相对较少。所以本次研究也将通过建筑材料领域的玄武岩纤维应用模式进行合理分析。

2  玄武岩纤维的技术特征

玄武岩，本身是一种火山喷出岩，而玄武岩纤维是玄武岩原材料。这种材料在20世纪60年代就得到了广泛的研究应用，随后很多发达国家也在这一方面进行了技术研究。我国从20世纪90年代开始进行玄武岩纤维生产技术的研发工作，且随着时间和技术的不断更迭，我国的玄武岩纤维生产技术已经拥有自主知识产权，处于国际领先的水平。

玄武岩纤维原材料天然且生产工艺比较简单，可以作为一种优秀的绿色高科技纤维材料存在符合现代社会节能减排和生态友好的要求。特别是当前环境污染程度严重和资源短缺的背景之下，绿色环保的资源产业发展具有明确的现实意义。而玄武岩纤维和原有高科技纤维相比，在多个方面具有技术优势。

（1）化学稳定性良好。玄武岩纤维的化学稳定性出色，即便在盐酸溶液和氢氧化钠溶液中煮沸，其质量损失率也比较低，远远低于相同条件下的玻璃纤维和聚乙烯纤维等。这说明玄武岩纤维具有良好的适应能力，即便是在酸碱地区或腐蚀地区，玄武岩纤维也可以被作为混凝土的增强材料而应用。另外材料的吸收能力不会随着时间的变化而改变，这就确保了该材料在使用过程中的环境协调性出色，最大化延伸材料使用周期。

（2）耐高温能力出色。玄武岩纤维的软化点为960摄氏度，与之相比，玻璃纤维的使用温度最高只有300摄氏度。这说明玄武岩纤维在高温环境下工作时，仍然可以保持优秀的原始抗拉强度，从而最大化保证材料性能。

（3）力学性能良好。玄武岩纤维的力学性能优于一般的芳纶、聚乙烯纤维等高科技纤维，抗拉强度在2000MPa～4800MPa之间，弹性模量在800-100GPa之间。

（4）使用成本较低。我国玄武岩原材料储量丰富，在山西省和湖南省的大面积区域内都存在着玄武岩石料，所以从生产成本和生产效能来看，可以具备大规模工厂生产的条件，其生产成本是所有高科技纤维中最低的，可以被作为一种优秀的替代品。

3  玄武岩纤维在建筑材料领域的应用

3.1  在混凝土材料的应用

利用玄武岩纤维增强混凝土某些性能是当前的主要技术措施，具体来看，将选5种连续纤维和不连续纤维，按照一定的比例用量混入混凝土当中制作新型混凝土复合材料。这种材料既保留了混凝土原有的高抗压强度和抗冲击性能，同时也增强了混凝土本身的坚韧程度和使用周期。因为玄武岩纤维作为硅酸盐纤维，性能良好且体积稳定，与普通混凝土相比在抗收缩性和耐腐蚀性方面优势明显，所以在现代建筑领域，玄武岩纤维融入混凝土材料之内可以大幅提升建筑质量，改善混凝土原有的力学性能[1]。再加上此材料中几乎不含有环境破坏的物质成分，在建筑工程领域能满足可持续发展的绿色环保要求。

在现有的文献资料中，针对玄武岩纤维混凝土基本力学性能的研究工作也有所展开，进行了抗压强度试验、抗折强度试验、抗剪强度试验和抗冲击试验。实验结果表明，玄武岩纤维混凝土性能良好，可以维持稳定的轴心抗压强度和延性。随着今后建筑材料的绿色环保和节约要求越来越高，玄武岩纤维在混凝土中的应用也将更为广泛，无论是基础建筑领域还是高科技建筑领域都能得到全面应用。

3.2  在建筑结構中的应用

玄武岩纤维凭借着良好的力学性能，在现代建筑结构的加固过程中能起到完美的替代作用。例如同等条件下该材料可以显著增加混凝土桩的承载力，并且加固材料的结构性能。在这一方面我们可以根据《混凝土加固设计规范》的参数标准探讨玄武岩纤维对混凝土的加固作用。结果证实玄武岩纤维可以大幅改善混凝土的抗渗性能和早龄期抗裂性能，加入适量的纤维，混凝土裂缝的总长度和总面积都会显著减少[2]。因此玄武岩纤维某种意义上可以用来代替混凝土构件中的受拉钢筋，既解决了传统钢筋容易受到腐蚀的问题，也减少了实际施工中的浇筑工作量。对于一些有着特殊要求的建筑物来说，玄武岩纤维可以作为理想选择材料。所以全国范围内也进行了玄武岩纤维的产业化发展工作，旨在将技术和资源进行有效整合，为产业培育和运营服务发展提供技术支持。

3.3  在提升建筑耐久性方面的应用

前文提到玄武岩纤维的耐高温能力和耐酸碱能力出色，因此可以被用于提升建筑的耐久程度。例如混凝土出现的冻融破坏是影响混凝土结构耐久性的主要因素，而冻融破坏产生的直接结果就是混凝土表面强度降低甚至出现脱落、破损现象，不仅修复难度较大，且耗费成本较高。特别是在我国北方寒冷地区，混凝土路面经过冬季低温的冻融影响后，路面产生了明显的“掉皮”现象，表面的混凝土大面积脱落，石子裸露在外带来严重的跳车等风险。某些桥梁也因为冻融导致侧面混凝土保护层脱落，引起钢筋外露，安全风险极高。但玄武岩纤维加入混凝土材料之后，即便在水饱和状态下经过冻融循环作用，依然能够保持较好的强度和外观完整性，满足《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的参数数值[3]。

混凝土本身是一种多孔结构，将混凝土放置在水中，水会进入混凝土孔隙之内，此时一旦环境温度大幅降低，饱和的混凝土之内具有的水分会快速结冰的可能性，体积增加，部分水在排出去的过程中受到水流阻力产生膨胀压，进而导致渗透压，孔隙内的压强比温度较高时更大。所以当混凝土膨胀压力超过原有的抗拉强度限值时就会出现大面积破坏，这也是混凝土表皮掉落的主要影响因素。玄武岩纤维在混凝土早期收缩的过程中，可以有效预防内部裂缝的出现，改善混凝土内部的孔隙结构，使得水分更难以进入孔隙之内;另外玄武岩纤维单丝分布在孔隙周围，即便受到低温冻融的影响，这些纤维也能阻止孔隙的进一步膨胀。换言之，纤维此时承担了膨胀压导致的拉应力，让混凝土受到的拉应力降低，保障混凝土的耐久性。

4  结语

我国玄武岩储量丰富，有着充足的原材料供应保障，而玄武岩纤维凭借着良好的力学性能优势和化学稳定性的优势，可以在未来的绿色建筑领域扮演重要的角色，无论对于经济发展还是生态建设方面都意义非凡。因此在未来的实践当中，开展建筑工程时，可以针对不同的混凝土结构要求确定玄武岩纤维的掺入量，进行相应的试验并展开参数分析，确定最佳材料配合比，为提升建筑工程质量提供充分保障。

参考文献：

[1] 刘泮森，魏书华，李秉千.玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究 [J].河北工业科技， 2016（2）：126～131.

[2] 王新忠， 李传习， 凌锦育，等. 玄武岩纤维混凝土早期裂缝试验研究[J]. 硅酸盐通报， 2017（11）：3860～3866.

[3] 赵燕茹，王磊，韩霄峰.冻融条件下玄武岩纤维混凝土断裂韧度研究[J].工程力学， 2017（9）：101～110.

作者简介：

信丹（1986—）男，汉族，安徽省砀山人，本科，工程师，主要从事建筑工程检测方面工作。