玄武岩纤维增强轻骨料混凝土墙板研究

刘芳，赵宏宇

（吉林建筑大学土木工程学院，吉林 长春130118）

1 研究背景

从全寿命周期来看， 轻骨料混凝土比普通混凝土更为环保，它可以利用粉煤灰、煤渣等废弃物制造轻质混凝土，降低混凝土造价，使废弃物回收再利用，减少对环境的污染。 轻骨料混凝土具有轻质、高强、保温、耐火、抗震性好等优点，使低碳建筑成为可能。 在绿色建筑发展的背景之下，轻骨料混凝土受到越来越多的关注。 但其脆性较大，容易产生开裂与发生脆性破坏， 这些缺陷限制了其在工程中的应用。 玄武岩纤维是一种新型的无机绿色纤维，其具有抗拉强度高、抗裂耐久性好、环保等特点，与混凝土之间有良好的粘结性能，可以改善轻骨料混凝土的裂缝，提高延性。 文章就玄武岩纤维在混凝土中的应用以及轻骨料混凝土墙板现阶段研究进展进行了总结。

2 玄武岩纤维混凝土国内外研究现状

彭苗[1]通过试验发现，玄武岩纤维对混凝土的力学性能有一定的改善作用， 其最佳掺量为2～2.5 kg/m3，但掺量超出此范围后， 其各项力学性能均呈下降趋势。 Mohamed T. Elshazli[2]等国外学者试验发现，当水灰比从0.35 增加到0.40，抗压、劈拉和抗弯强度的降低幅度约为8%～11%、8%～20%和5%～12%。赵庆新[3]等学者发现玄武岩纤维能显著改善混凝土的抗冲击性能， 但未能改善混凝土脆性破坏的特征。朱涵等[4]对低温状态下的混凝土进行了抗冲击试验，纤维长度及掺率越大，混凝土抗冲击性越强。

苏青青[5]通过试验发现，玄武岩纤维掺入后，混凝土的抗渗性能提高， 并且长度为12 mm 的玄武岩纤维混凝土的抗渗性优于6 mm 时。 徐薄[6]通过抗弯疲劳性能实验， 发现玄武岩纤维掺量越大，其疲劳寿命越长， 并且高应力水平下的增强效果更为明显。 而王新忠[7]等学者通过对混凝土早期开裂试验， 发现玄武岩纤维的掺入可以显著改善混凝土的早期抗裂性能， 纤维的长度对抗裂的性能影响较小，纤维的掺量对抗裂的性能影响较大。 薛启超[8]等学者通过试验发现，玄武岩纤维对混凝土断裂韧度提高幅度最大, 随后是断裂能和延性指数。金生吉[9]等学者通过冻融循环试验，发现玄武岩纤维能够有效降低混凝土的质量损失率， 减缓其相对动弹性模量的降低。 韩霄峰[10]试验发现：在冻融条件下， 掺入适量的玄武岩纤维可以小幅提高抗折强度、大幅提高抗冲击性能。

综上所述： 玄武岩纤维对混凝土的性能有较大的改善。 在力学性能方面，玄武岩纤维对混凝土的抗压强度提升并不明显；但对混凝土的劈拉、抗冲击、抗折强度提升较大。 玄武岩纤维可以帮助混凝土分担一部分应力， 从而使混凝土的力学性能得到提升。 在耐久性能方面，玄武岩纤维可以提高混凝土的密实程度，改善混凝土内部结构，减小孔隙率，从而使水的渗透量得到减少，提高混凝土的抗渗和抗冻性能。 玄武岩纤维可以在混凝土骨料和水泥基体在高温及拉伸作用的分离中起到延缓的作用， 使混凝土在高温环境下的各项性能都有所提升。 但当玄武岩纤维掺量过高、纤维直径过大时，由于施工工艺的不足，会不可避免的发生重叠干扰，从而形成裂缝，导致混凝土性能降低。

3 装配式轻骨料预制墙板研究现状

预制墙板是装配式混凝土结构中预制混凝土构件的一种类型，与传统的现浇技术相比，其具有较好的耐久性及耐火性能。 将轻骨料混凝土运用于预制墙板之中，可以减小预制构件的自重，还能提高建筑的保温和抗震性能， 有利于工业化的发展、节约能源，发展绿色环保建筑，是目前国内倡导的墙体改革的方向。

3.1 国外研究现状

B Arisoy[11]讨论了用随机分布的聚乙烯醇纤维增强的轻质混凝土的材料性能。 将空心球形骨料用于生产轻质混凝土，轻骨料含量在20%～40%，可提高混凝土的延性，并且混凝土强度会提高5%～15%。

Dong-Hyeon Shin[12]等提出一种新型夹芯墙板，由一对轻质泡沫混凝土板和一层由矿物水合泡沫材料制成的隔热层组成。 抗剪连接件数量的增加，墙板的承载能力和变形能力都有所提高， 但粘合剂对新型夹芯墙板的影响较小。

Ehsan Negahban[13]等学者对轻质混凝土复合夹芯板的耐高温性能进行了试验研究， 发现夹芯板可以在火灾期间提供适当的阻力和热性能， 可作为夹层板的隔热材料。 夹芯板的绝缘性能随密度和厚度的增加而提高。

3.2 国内研究现状

吕亚飞[14]提出一种采用聚苯板作为保温材料的陶粒混凝土轻质保温复合墙板， 通过试验与有限元模拟， 对陶粒混凝土墙板的性能及破坏形态进行了分析。 发现适量粉煤灰可显著提高陶粒混凝土的抗渗性和保温性能，并且热传导率低，保温性能良好。

陈艳敏[15]对不同构造下的陶粒混凝土夹芯自保温墙板进行了力学性能分析。 通过试验发现，采用钢丝网的配筋比例能够明显地改善墙体的极限承载力。 采用斜插筋比直插筋更能提高墙板的承载能力。

管文[16]对适用于高层装配式建筑轻骨料混凝土墙板进行研究， 轻骨料混凝土墙板比普通混凝土的抗拉拔、抗剪承载力均有所降低，抗冻和抗渗性得到改善，墙板自重可减小27%。

陶飞羽[17]提出一种装配式轻钢陶粒泡沫混凝土墙板。 陶粒泡沫混凝土的导热系数符合标准要求，具有较好的保温效果。 陶粒掺量不宜过多，选用的粒径在10～20 mm。增加墙板厚度和增设X 形支撑都可以提高装配式轻钢陶粒泡沫混凝土墙板的延性和抗震性。

庄文安[18]提出一种新型暗肋夹芯式预制轻骨料混凝土外挂墙板，采用轻骨料当结构层，聚苯颗粒混凝土当保温层，钢筋桁架形成暗肋。 通过试验对材料、墙板的性能进行了分析，发现聚苯颗粒混凝土具有更好的保温效果， 暗肋夹芯式墙板可通过增加内外叶板的厚度， 来提高墙板开裂荷载和极限承载力。

4 结语

文章对国内外有关玄武岩纤维混凝土及预制墙板的研究进行了回顾总结： 玄武岩纤维对混凝土抗压、劈拉、抗冲击等基本力学性能和抗冻、耐高温、 抗渗等耐久性能方面都有不同程度的改善。而轻骨料混凝土墙板具有轻质、保温、耐火性、变形性能、抗震性好等优点。 但其抗剪、抗弯强度偏低，同时弹性模量较小，在长期荷载作用下，构件的刚度和强度都会受到影响。

经济性是建筑材料应用的关键，轻骨料混凝土墙板相较于普通混凝土墙板，其自重较轻，可以带来对施工基础要求降低的间接经济效益，但由于其易开裂和发生脆性破坏的特征，在实际工程中难以应用，而玄武岩纤维具有较高的弹性模量及剪切强度、耐久性好等优点，且和混凝土有良好的粘结性能，可以弥补轻骨料混凝土墙板的缺点，并且增强墙板的综合性能，耐久性的提高还可以提高全寿命经济效益和低碳环保节能等社会效益。关于进一步的研究，可以用玄武岩纤维来增强轻骨料混凝土墙板的综合性能， 对墙板抗裂及耐久性进行试验研究。 节能是推动建材行业低碳发展的必然选择，利用玄武岩纤维增强轻骨料混凝土墙板，推进建材行业绿色低碳高质量发展， 从而推动装配式建筑发展，实现建筑低碳、环保、节能。