玄武岩纖維在建築材料中的應用

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建築科學

玄武岩纖維在建築材料中的應用①

王帥』倪卓邢鋒』（１．深圳大學土木工程學院廣東深圳５１８０６０：２．深圳大學化學與化工學院廣東深期ｌ５１８０６０）

摘要：本文介紹了玄武岩纖維的效能．研究現狀和應用情況，重點介紹了玄武岩纖維在水泥混覆土及建築結構中的應用，對玄武岩纖

維在建築材料中的耐久性問題進行了評述。關鍵詞：玄武岩圩堆建築材料耐久性中圖分類號：ｔｕ５２８文獻標識碼：ａ文章編號一００２８—０２

混凝土是一種多相複合材料，由於各的耐高溫效能，使用溫度範圍為一組成材料性質的差異和施工養護的影響，

胡亮【８］等研究了玄武岩短切纖維對砂

玄武岩纖維在腐蝕性介質中（酸，鹼，鹽溶漿抗裂效能的影響，結果表明：當玄武岩纖

混凝土內部不可避免地存在大量的微裂液）具有較高耐腐蝕性和化學穩定性，在飽維摻量在１．５％以內，對抗裂砂漿的稠度影縫，這些裂縫的存在，影響了混凝土的性和的鹼性溶液和水泥等鹼性介質中海能響不大。抗裂砂漿的抗壓強度隨玄武岩纖

能，特別是降低了混凝土抗拉強度，也是保持更高的抗鹼液腐蝕性能。玄武岩纖維維摻量增加而有所降低，但其抗折強度明混凝土呈脆性破壞的主要原因。纖維具有可與無機粘合劑相容，吸濕率小於１％，吸顯增大，壓折比降低，砂漿的柔韌性得到了抑制混凝土收縮、提高混凝土抗拉強度、

收能力不隨時間變化，這就保證了它在使

增加混凝土韌性的作用，能夠解決高強高用過程中的材料穩定性，長壽命和環境協效能混凝土**現的拉壓比低、韌性差和調性【。收縮大等問題…。常用的纖維主要有碳纖

維，玻璃纖維和芳綸纖維等，芳綸纖維和２玄武岩纖維在建築材料中應用玻璃纖維熱穩定性、耐高溫、抗鹼性差；碳２．１玄武岩短切纖維在混凝土中應用纖維物理、力學效能較好但**昂貴，依

賴進口　。玄武岩纖維是以天然的火山噴續纖維或不連續纖維按合理的用量和適當出巖作為原料，通過鉑銠合金拉絲漏板制的方式摻入混凝土中，形成的一種新型混成的連續纖維。作為國內一種新型纖維材凝土複合材料，保留混凝土抗壓強度高等料，玄武岩纖維具有獨特的力學效能、良優點，增加其抗拉、耐磨和抗衝擊等效能，

改善。隨玄武岩纖維摻量增大，抗裂砂漿粘

結強度先增大後減少，在纖維摻量不大幹１％時，粘結強度變化不大。玄武岩纖維能明顯提高抗裂砂漿的抗拉強度與抗衝擊韌性，當摻量為１％時，抗拉強度與抗衝擊韌性分別提高了ｌ１．ｏ％和１２．４％。玄武岩纖維能量為１％時，砂漿動態抗開裂裂縫寬度減少

了２６．７％。

玄武岩纖維增強混凝土是將玄武岩連明顯增強抗裂砂漿的動態抗開裂性，當摻

玄武岩短切纖維對於全面提高混凝土

的綜合性能起到了極大的推動作用，引起了國內外材料界與工程界的廣泛重視與關

好的穩定性以及較高的價效比，使其成為在混凝士工程中起到加固補強、增強增韌、

一種良好的混凝土增強材料【３】。隨著近年延長使用壽命等作用。玄武岩纖維是典型

來材料工業的迅速發展，貼上纖維增強材的矽酸鹽纖維，具有天然的相容性，用它與

注。隨著我國建築材料的綠色環保、節約能源的發展要求，必然迎來玄武岩纖維在混

料加固成為了一種新興的加固方法，玄武水泥混凝土和砂漿拌和時很容易分散，新凝土中應用的浪潮，推動高效能混凝土在巖纖維在建築結構加固中的應用也具有拌玄武岩纖維混凝土體積穩定，和易性較基本建設領域的全面應用。廣闊的前景。

好。與普通混凝土相比，玄武岩纖維混凝土２．２玄武岩纖維在建築結構中應用

還具有優越的耐溫性、抗收縮性以及耐腐玄武岩纖維在建築結構中的應用主要

１玄武岩纖維效能

蝕性，這有利於提高混凝土工程的耐久性，體現在建築結構加固及建築材料替代兩個

１．ｉ化學成分擴大混凝土的使用範圍。在混凝土中合理方面。吳剛ｆ９等進行了玄武岩纖維絲束纏繞

玄武岩纖維化學成分見表１。氧化矽是地摻入玄武岩纖維，可以提高混凝土的抗與碳纖維布包裹加固圓柱和方柱在反覆荷

玄武岩的主要成分，有利於為玄武岩纖維衝擊效能，降低其脆性，改善混凝土的力學載下的對比試驗，指出玄武岩纖維絲束纏提供彈性和化學穩定性；氧化鐵能改變其效能。生產玄武岩纖維的原料取白幹天然繞加固能夠顯著提高混凝土柱的承載力，熔解引數並且影響導熱性；氧化鋁增加其的火山岩噴出巖，原料中幾乎不含有對人改變試件的破壞形態，在相近側向約束剛黏性和耐化學性；氧化鈣、氧化鎂和氧化鈦類健康有害的成分，使玄武岩纖維混凝土度下，玄武岩纖維加固對柱承載力的提高可以提高其耐水性和耐腐蝕性；氧化鐵的在建築工程領域的推廣具有節約資源、綠及延性、耗能等結構效能的改善都能夠達存在賦予玄武岩纖維綠褐色【４】。色環保的意義［６１。

到、甚至超過碳纖維加固柱。玄武岩纖維

１．２玄武岩纖維主要性質

是金屬的２～２．５倍；玄武岩纖維具有突出

何軍擁，田承字…等通過正交設計的實加固混凝土柱具有更好的抗震效能。歐陽土的最佳配合比，實驗中選取玄武岩纖維摻量、水膠比、粉煤灰摻量、砂率、單位用水

的纖維加固理**式，對玄武岩纖維布加固混凝土梁抗彎和抗剪承載力進行了計

玄武岩纖維的抗拉強度為驗方法研究了玄武岩纖維增強高效能混凝煜ｌｊ。等參考現行《混凝土加固設計規範》中

表１連續玄武岩纖維化學成分化學成分

ｍｇｏ質量百分比

３．ｏ～６

量五個因素作為主要影響因素。每個因素落度值、２８ｄ抗折強度值￣［１２８ｄ抗壓強度值。結果得到影響高效能混凝土工作性、抗壓

算分析，從理論角度**了玄武岩纖維對范對玄武岩纖維加固結構構件的計算方

選擇四個水平，主要考察的效能指標為：坍混凝土梁的加固效果，並指出採用現有規

法有待試驗驗證；在後續研究中，考慮玄武

和抗折效能的因素排序為：單位用水量＞水岩纖維布寬度、間距、加固量等因素，對５膠比＞玄武岩纖維摻量＞粉煤灰摻量＞砂根玄武岩纖維加固混凝土梁的抗剪效能

ｎａ：ｏ＋ｋ２ｏ

ｔｉｏｆｅ２ｏ３

３～６率，得到最優的試驗條件是為玄武岩纖維進行了試驗研究，指出玄武岩纖維能有效

摻量為１．２ｋｇ／ｍ　、水膠比０．３４、粉煤灰摻量提高混凝土梁的抗剪承載力及變形能力。ｌ５％、砂率４ｏ％、單位用水量１６０ｋｇ／ｍ　。

等對１０根玄武岩纖維布加

其他０．０９～ｏ．１３

①國家自然科學**資助專案廣東省創新團隊**資助專案

２８科技創新導報

建築科學蹈圃閹■置量般■鯉劇『晶豎■

對水工抗衝磨混凝土效能的影響［ｊ］．長

，固混凝土的簡支梁進行了四點載入破壞大；復合環境下彈性模量增長幅度和延伸試驗。加固試件設計成不同加固量（１，２，３率下降幅度都高於單一凍融迴圈環境，說層）以及不同的纖維布貼上長度，ｊｏｎｇｓｕｎｇ璃纖維布加固混凝土簡支梁試件的試驗。試驗均得到了一些非常有意義的結論：

粘極限強度收效甚微，屈服強度可提高ｌ５％；

明復合環境更容易使材料脆化，最後提出灰色**模型。

江科學院院報強水泥基材料的物理力學效能試驗研究【ｊ】．混凝土

［４】楊帆，盧哲安，顏巖，等．玄武岩纖維增

ｓｉｍ所屬課題組還在相同情況下進行了玻環境作用下玄武岩纖維布相對抗拉強度

胡海濤，王希賓［１１等在鹽霧侵蝕條件下【５】王廣健，尚德庫，胡琳娜，等．玄武岩纖

貼一層玄武岩纖維布對提高加固試件的研究玄武岩纖維片材的耐久性。鹽霧環境

下，鹽霧作用使樹脂的極限抗拉強度降低，

貼上二層和三層玄武岩纖維布的加固試伸長率下降。鹽霧侵蝕條件下，鹽霧作用使和１６％、２９％，不同貼上長度的加固試件受有變化，伸長率也沒有受到影響。可見樹脂力效能並無明顯不同，貼上三層玄武岩纖維布的加固試件易發生纖維與混凝土的

對玄武岩纖維起到了很好的保護作用，鹽維的表面修飾及生態環境復合過濾材料的製備與效能研究［ｊ】．複合材料學報

件，屈服強度、極限強度分別提高２６％、２７％玄武岩纖維的強度沒有改變，彈性模量沒【６］李為民，許金餘，沈劉軍，等．玄武岩纖

維混凝土的動態力學效能…．複合材料學報

霧沒有影響到玄武岩纖維的力學效能。他們【７】何軍擁，田承宇，黃小清．玄武岩纖維增

剝離破壞，二層玄武岩纖維布能夠充分發揮玄武岩纖維的自身強度，並能避免剝離破壞；與同等情況下玻璃纖維布加固試驗相比，玄武岩纖維布加固試件體現出更好的延性，破壞前有明顯徵兆。加不同量和貼上不同長度進行加固，採用二片玄武岩纖維布的比採用一片和三片片材具有更好的加固效果，更能充分發揮出玄武岩纖維布延性好的優點，增加玄武岩纖維布的

貼上長度並不能提高梁的抗彎承載能力。玄武岩纖維具有優良的力學效能及穩定的化學效能，可以製成玄武岩纖維筋作

為建築材料在一些場合替代鋼筋使用。玄武岩纖維筋是以玄武岩纖維為增強材料與乙烯基樹脂及填料，固化劑等基體相結合，經拉擠工藝成型的一種新型複合材料。玄武岩纖維筋的抗拉強度為６００～

ｌ５００ｍｐａ，與高強鋼絲強度差不多，因此可以用它來代替混凝土構件中的受拉鋼筋。玄武岩纖維筋耐腐蝕性好，不生鏽，因此用它來代替受拉鋼筋可以解決長期困擾人們鋼筋鏽蝕問題，因此在實際施工時玄武岩纖維筋不需要保護層，直接放在梁底部

進行澆注減輕了一定的工作量。玄武岩纖維筋的密度是約為鋼筋的ｌ６％～２５％，因此用之代替鋼筋能極大地減輕結構的自重。此外，玄武岩纖維筋還

有抗疲勞效能好，電磁絕緣性好等特點，因

此，對於一些有特殊要求的建築物，如雷達站等，玄武岩纖維筋是乙個理想的選擇【ｉ２】。

３玄武岩纖維在建築材料中的耐久性

玄武岩纖維由於具有耐高溫，耐燒蝕，耐酸鹼效能強，抗濕熱老化穩定好等優點，所以在建築領域的應用日益受到關注，但

其耐久性一直是工程界關注的問題。

郭旗【ｌ等在凍融迴圈和凍融迴圈一

鹽溶液復合環境下，對３９個玄武岩纖維片材進行拉伸試驗，研究環境型別暴露時間對材料耐久性的影響。試驗表明：兩種環境作用下抗拉強度延伸率都呈下降趨勢，彈性模量呈上公升趨勢；凍融迴圈對

，貼上玄武岩究【ｊ】．混凝土與水泥製品

纖維布的混凝土構件較之未加固的構件承４７．

載力提高明顯。通過試驗可以知道，構件開【８】胡亮，餘劍英．玄武岩短纖維對抗裂砂

裂荷載和極限荷載分別提高了７％３１１４５％。經

漿效能的影響［ｊ］．武漢理工大學學報，過６０ｄ的鹽霧侵蝕試驗，雖然不同初始荷載

水平加固構件的承載力相對於對比構件的【９】吳剛，魏洋，吳智深玄武岩纖維與碳纖

承載力有不同的下降，但施加相同初始荷維加固混凝土矩形柱抗震效能比較研載試件，經過鹽霧侵蝕的試件與自然條件

究【ｊ】．工業建築

試件承載力沒有變化。可見固化後的樹脂對【１０］歐陽煜，王鵬，張云超．玄武岩纖維布加

玄武岩纖維以及纖維與混凝士的粘結介面

固鋼筋混土梁受彎受剪承載力計算分有很好的保護作用，氯離子和水分不能或

析【ｊ】．工業建築

者很難穿過由樹脂形成的保護層。通過試驗說明，這種ｆｒｐ複合材料加固的構件在鹽霧環境中耐久性效能良好

顧習峰，楊勇新【ｌｓ１等則研究紫外線照射

條件下玄武岩纖維布耐久性能，結果表明

玄武岩纖維片材經過紫外線照射後，其拉【ｌ２】顧興宇，沈新，陸家穎．玄武岩纖維筋拉

伸強度和伸長率隨時間變化是下降的，但伸力學效能試驗研究【ｊ】西南交通大學是下降的幅度不大。玄武岩纖維片材彈性模學報量隨老化時間變化較小，說明紫外線照射【ｌ３】郭旗，潘建伍，吳剛．凍融迴圈及鹽溶液

對玄武岩纖維片材的彈性模量沒有太大的

作用下玄武岩纖維布耐久性試驗研究

影響。防護對玄武岩纖維片材在紫外線照射【ｊ】．工業建築下有一定的保護作用。浸漬樹脂對玄武岩纖【１４］胡海濤，王希賓，楊勇新．玄武岩纖維片

維片材的拉伸強度有一定的影響，但是不材在鹽霧侵蝕條件下的耐久性試驗研

同樹脂浸漬的玄武岩纖維片材在紫外線照

究　．工業建築射下力學效能的變化規律是相同的。

［１５】顧習峰，楊勇新．紫外線照射條件下玄

武巖纖維布耐久性能研究［ｊ】．工業建４結語築

我國玄武岩礦床儲量豐富，有充足的原料**保障，玄武岩纖維具有力學效能良好、化學穩定性強、耐高溫、低成本和耐久性

優良等優點，且玄武岩纖維屬於綠色環保材料，其應用前景極為廣闊，成為今後建築材料應用發展趨勢，這對促進國民經濟建設和國防建設將發揮重大作用。

【３】王強，陳國新，何力勁，等．玄武岩纖維

科技創新導報

玄武岩纖維在建築材料中的應用

玄武岩纖維菱鎂複合材料管材

玄武岩纖維及其複合材料的研究進展

新型建築材料中奈米材料的科學應用分析

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