玄武岩再生混凝土基本力学性能试验研究

刘鹏

（内蒙古机电职业技术学院，内蒙古呼和浩特 010070）

1 玄武岩再生混凝土基本力学性能试验的重要意义

时代快速发展，城市化逐步深入，在城市发展和改造的过程中出现了很多建筑垃圾需要进行处理，而这些建筑废物如何处理，如何充分利用，逐步成为试件各国需要考虑的问题。另外，在出现地震等自然灾害时也会出现大量的建筑废弃物，需要进行处理。比如说，2008 年出现的汶川地震，由于强震的作用，造成30 亿吨的建筑废弃物出现。通过统计分析发现，中国的建筑垃圾已经超过60亿吨，预计到2030 年这一数字还可能翻一番。在欧洲很多国家已经充分分析了该问题，并且在20 世纪后半夜提出对这些问题的解决思路，就是应用建筑垃圾构建玄武岩再生混凝土。该方法得到了有效的验证，在城市建设过程中已经得到了广泛的使用。

玄武岩纤维的抗拉性能和抗压性能较好，在建筑材料当中进行应用具有较强的竞争力，是21 世纪符合生态发展要求的绿色材料，又具有低廉的制造成本和容易再生的特点，因此具有较强的可竞争力，是一种高技术纤维行业可持续发展的新型材料。因为玄武岩具有较强的物理性能，在普通混凝土当中也具有较好的应用效果，通过研究发现玄武岩纤维具有较好的力学性能，甚至能够在某些特殊的领域取代玻璃纤维的作用。伴随当前玄武岩纤维在混凝土当中广泛的应用，人们开始逐步重视玄武岩再生混凝土的力学性能研究。

2 试验部分

2.1 原材料

水泥材料使用的主要是安徽某企业提供的42.5 硅酸盐水泥。这种硅酸盐水泥的密度为3.1 克/立方厘米。细骨料使用的为堆积密度2610 公斤/立方米，含水量达到4.2%，模数设定为2.56。粗骨料主要使用的是安徽某倒塌建筑物当中，通过人工筛选和破碎形成的粒径为3～15 毫米的再生粗骨料，另外还掺有一定量的人工碎石为主的天然粗骨料，粒径也是3-31 毫米。纤维使用的是某企业的玄武岩纤维，水为普通自来水。

表1 玄武岩纤维主要力学性能

图1 玄武岩纤维

图2 再生粗骨料

2.2 试验方法

具体的试验方法如下：通过0%、50%、100%替代率的玄武岩再生混凝土的力学性能分析，了解三种再生物料替代率下的再生混凝土的力学性能。首先对试件进行设计，其中设计一款150 毫米×150 毫米×150 的毫米的试件，用于对劈裂抗拉强度和抗压强度进行测试，其次制造一个150 毫米×150 毫米×300毫米的试件，对轴心抗拉强度和泊松比进行测试。第三，设计一个100 毫米×100 毫米×400 毫米的试件，用于对抗折强度进行测试。在掺加玄武岩纤维方面，掺量分别设定在0 千克/立方米、2 千克/立方米、4 千克/立方米，具体的方法依照国家相关规定进行，同时对3、7、14、21、28、90 天后的立方体抗压强度进行测试。

3 结果与分析

3.1 密度

对三种玄武岩掺量的再生混凝土密度进行测试和分析具体如图3 所示。

图3 玄武岩纤维混凝土密度

对图3 的数据进行分析可以发现，在掺入一定量的玄武岩纤维之后，普通混凝土的密度逐步增加，其密度的增加量与混凝土纤维的掺量息息相关，与此同时再生混凝土的密度也在逐步增加，尤其是掺入2 千克/立方米的纤维之后，其密度达到最大，而后逐步缩小。由此可以发现再生混凝土的密度和玄武岩纤维的掺量息息相关，而玄武岩纤维产量逐步增大后，再生混凝土的密度又会逐步减小，主要是再生骨料和玄武岩纤维的吸水率高相关。

3.2 立方体抗压强度

为了能够进一步对再生混凝土强度分析进行分析，了解玄武岩再生混凝土不同龄期的强度发展情况，将不同龄期的强度值和28 天混凝土抗压强度的比值设定为强度发展系数，具体的强度发展系数如图4 所示。

对图4 的数据进行分析比对可以发现，在50%再生骨料替代率的环境下，再生混凝土强度情况与玄武岩纤维掺量呈现正相关。

图4 玄武岩纤维混凝土强度发展

3.3 劈裂抗拉强度

通过试验分析，发现0%、50%和100%的再生骨料替代率下，再生混凝土在各种玄武岩纤维掺量下（0、2 和4 kg/m3）呈现的混凝土劈裂抗拉强度不同，具体如下图所示。由图3 的显示情况分析可以发现，普通混凝土劈裂抗拉强度与玄武岩纤维掺量呈现负相关关系，随着其增加而降低。而在混凝土当中加入玄武岩纤维，在50%和100%再生取代率下的再生混凝土的情况和普通混凝土不同，如果纤维的掺量小于2 kg/m3时，在抗拉强度方面会随纤维掺量的增加而逐步降低，接着会出现再生混凝土劈裂抗拉强度随纤维掺量的增加而增加的情况，而且50%再生替代率下的再生混凝土这种情况非常明显。

图5 劈裂抗拉强度

对其劈裂抗拉的情况进行分析。首先在测试过程中由于掺量较小，主要是因为玄武岩纤维使混凝土在使用过程中的黏结力进一步加强，这样就使得抗拉强度逐步增大；其次在后续测试过程中，掺量较大时，玄武岩纤维起到了关键作用，其本身具有很强的抗拉能力。而在继续试验的过程中，再生骨料替代率逐步加大，在超过70%时，由于玄武岩纤维掺量逐步增加，强度出现了先增加后降低的变化，但对其进行总体分析依然可以看出其大于未掺加纤维时的强度。这里主要是由于玄武岩纤维其本身具有较强的亲水性，在使用过程中减少了水泥水化时所需的水分。通过测试分析发现，如果施工过程中纤维掺量为0.1%，其性质明显好转，相对于未掺加纤维的再生混凝土，在劈裂抗拉强度方面的波动是明显趋于平缓状态的，通过对比试验也可以清楚的发现玄武岩纤维对于较大再生骨料替代率下的混凝土劈裂抗拉强度具有明显的变化，效果较好。

3.4 棱柱体抗折强度

在试验过程中采用的试件并非标准棱柱体抗折试件，通过相关公式的换算分析后，发现玄武岩再生混凝土的抗折强度如图。

对图6 当中的数据进行分析可以发现，再生混凝土在抗折方面与立方体劈裂抗拉强度一样，与再生骨料替代率呈负相关。在玄武岩纤维的掺入量逐步增加的情况下，普通混凝土和50%替代率下的再生混凝土在抗折强度方面显著降低。如果纤维掺量达到2 kg/m3以上时，普通混凝土的抗折强度呈现继续降低的现象，但是50%替代率的再生混凝土抗折强度会逐步出现提高的情况。

图6 棱柱体抗折强度变化趋势

3.5 轴心抗压强度和弹性模量

通过试验获取的玄武岩纤维再生混凝土的轴心抗压强度如下图所示。同时对玄武岩纤维再生混凝土的弹性模量和泊松比进行对比分析，结果如表2。

表2 弹性模量和泊松比

图7 轴心抗压强度

由图表分析可以发现，在再生骨料替代率相同的条件下，玄武岩纤维掺量和弹性模量呈正相关，但是泊松比与其呈现负相关，所以通过玄武岩纤维的使用可以使再生混凝土的内部的粘结性能大幅度提高，从而达到提高弹性模量的目的。

4 结论

本文主要通过混凝土立方体和棱柱体对玄武岩再生混凝土的抗压强度、抗拉强度等参数进行测定，通过相关数据分析了解玄武岩纤维在再生混凝土当中的应用效果，通过研究分析发现，不同替代率下的再生混凝土以及不同的纤维掺量影响混凝土的情况是不同的，在实际应用过程中需要具体问题具体分析，采取合理的方法进行优化，提升玄武岩纤维再生混凝土的应用效果，提高工程的质量。