玄武巖纖維增強混凝土研究現狀

石磊

（河北工程大學，河北邯鄲056200）

混凝土是世界上建筑行業中應用最廣泛的建筑材料。他由水泥、粗骨料、細骨料、水和外加劑組成。傳統的混凝土存在耐久性差、抗拉強度低等特點。為改善該缺點，已經使用了幾種纖維來改善常規混凝土的性能，即：石棉、鋼、玻璃、碳纖維、聚丙烯等。其中，玄武巖纖維（見圖1）是利用玄武巖纖維在抗拉性能方面取得了較好的效果，且價格較便宜。玄武巖纖維與水泥混合容易分散混凝土和砂漿，因此玄武巖纖維增強混凝土起到加固作用、防裂、阻裂的作用。且玄武巖纖維在高溫下拉伸成型，具備良好的延展性和耐腐蝕性[1，2]。

圖1 玄武巖纖維圖

1 國內外研究現狀

V.Ramakrishnan 等[3]研究硬化后的玄武巖纖維，結果表明，纖維在混凝土中的分散性良好，且纖維的摻入提高了抑制了混凝土裂縫的發展。

Dias D P Thaumaturgo C 等[4]對玄武巖纖維摻入混凝土后的力學性能做了大量研究，并從抗壓強度、劈裂抗拉強度和彎拉強度等方面進行總結，得出結論，玄武巖纖維的摻入延長了梁的破壞時間。

Zielinski 等[5]研究了玄武巖纖維增強水泥砂漿的力學性能，給出了纖維的最佳摻量，并進一步研究了纖維對無機聚合物水泥混凝土斷裂韌性的影響。結果表明：纖維增強無機聚合物水泥混凝土比普通混凝土具備更高的承載力。

IongsungSim 等[6]通過試驗研究，摻入玄武巖纖維混凝土的抗拉性能得到顯著提升，抗拉強度增長率在50%以上，混凝土延性增強，抗拉破壞明顯改善。

branston 等[7]研究了2 種不同類型的玄武巖纖維（束狀分散纖維和纖維棒）在混凝土力學性能方面的相對優點。混凝土試件澆筑三種不同摻量的每種纖維，并進行了彎曲和落錘沖擊試驗。結果表明，兩種纖維都提高了預開裂強度，但只有纖維棒增加了后開裂行為。

Zielinski 等[8]評估玄武巖纖維對水泥砂漿物理和力學性能的影響時，研究發現，玄武巖纖維的最佳摻量在0.5%～0.8%。玄武巖纖維會限制提高早期彎曲強度，尤其是摻量為0.8%時，BFRC 抗彎強度達到最大；當摻量的玄武巖纖維為0.3～0.8%時，混凝土抗壓強度達到最大。

Kizilkanat 等[9]對玄武巖纖維和玻璃纖維在高強混凝土中的應用進行比較分析。結果表明，纖維夾雜對混凝土的抗壓強度和彈性模量沒有明顯影響。玄武巖纖維混凝土（BFRC）的劈裂抗拉強度和抗彎強度隨著纖維摻量的增加而增加，而玻璃纖維混凝土（GRFC）的劈裂抗拉強度和抗彎強度在0.5%的纖維摻量后沒有增加。摻入玄武巖纖維可以更好的提高混凝土的性能。

不僅僅在國外，國內相關學者也對BFRC 進行大量的研究。李德超等[10]研究了纖維摻量對混凝土的抗壓強度和劈拉強度的影響。結果表明，隨著摻量的增加，抗壓強度表現出先增后減的趨勢，摻量為0.4%時，其28d 抗壓強度比素混凝土性能提升了34.37%；抗劈拉強度提升29.34%。

范煒等[11]利用有限元軟件建立細觀層面上帶有隨機分布的玄武巖纖維，考慮纖維與混凝土界面粘結滑移的混凝土模型對抗壓試驗進行模擬。結果表明，材料發生塑性變形時，纖維才開始分擔受力，纖維摻量對應以應變關系的影響才開始凸顯，混凝土發生開裂時，纖維體現了明顯的阻裂效果。

相關學者對其動態性能也進行了部分研究。楊進勇等[12]研究了玄武巖纖維混凝土在3 種應變率下的沖擊韌性。以應力-應變曲線的面積認作韌性指標，對摻量不同的混凝土進行霍普金森桿（見圖2）的沖擊試驗，得到不同應變率范圍的最佳體積摻量。

圖2 霍普金森桿圖

楊進勇等[13]通過試驗研究了玄武巖纖維和碳纖維在同種纖維摻量下，混凝土在沖擊荷載下的增韌特性進行對比。研究表明，0.2%為纖維的最佳體積摻量，且玄武巖纖維混凝土的韌性優于碳纖維混凝土。

張娜等[14]通過3 種不同纖維摻量的BFRCC（玄武巖纖維增強水泥基復合材料）試件在不同應變率下的動態壓縮力學性能、吸能特性、韌度指數進行研究。結果表明，BFRCC 具有明顯的應變率效應，即3種不同纖維摻量試件的動態抗壓強度均隨著應變率的增大而增大；隨著體積摻量的增加，BFRCC 試件的塑性變形能力增強，即能量吸收能力增強。

于泳等[15]通過對比不同玄武巖纖維的摻量發現，玄武巖纖維的摻入能顯著提高混凝土的抗沖擊性能，其抗沖擊性能隨摻量的增加而顯著提高。

鄧宗才等[16]的研究表明，玄武巖纖維摻量分別在1.7、2.1、2.8kg/m3時，混凝土的初裂沖擊次數、破壞沖擊次數和沖擊韌性均有明顯提高，玄武巖纖維摻量由1.7 提高到2.8 時，混凝土的抗彎沖擊性能顯著提升。

2 結語

通過對大量研究結果的總結，可得出以下結論：

2.1 玄武巖纖維混凝土的力學性能與纖維的摻量、長細比相關；且抗壓強度、劈裂抗拉強度以及抗折強度都存在最佳摻量。

2.2 玄武巖纖維混凝土較素混凝土在抗動態沖擊方面都有顯著提升。

2.3 玄武巖纖維的摻入，較好的改變了混凝土的抗拉強度以及耐腐蝕性差的缺點。