王志彬 趙佳紅

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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玄武巖纖維混凝土基本力學(xué)性能研究綜述

王志彬 趙佳紅

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

論述了玄武巖纖維的特點(diǎn)與優(yōu)勢，總結(jié)了幾種混凝土基本力學(xué)性能的試驗(yàn)方法，闡述了國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于玄武巖纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究的現(xiàn)狀，提出了玄武巖纖維在未來的研究方向。

混凝土，玄武巖纖維，力學(xué)性能，試驗(yàn)方法

在當(dāng)今社會中混凝土已成為用量最多以及應(yīng)用最廣泛的建筑材料之一，根據(jù)專家的相關(guān)預(yù)測，在未來很長的一段時間內(nèi)，混凝土在建筑材料中的地位仍將不可代替[1]。然而由于普通混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，混凝土的脆性性能隨強(qiáng)度提高而上升，導(dǎo)致較多結(jié)構(gòu)物因性能不足而過早的發(fā)生了破壞，造成較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[2]。為了改善混凝土的脆性問題，提高其韌性，可把纖維摻入到混凝土中來解決。纖維的物理力學(xué)作用可以優(yōu)化混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，阻止基體中微裂縫的擴(kuò)展，從而使混凝土的基本力學(xué)性能得到提高。

玄武巖纖維是由玄武巖礦石在高溫熔融狀態(tài)下拉制而成的，被譽(yù)為“21世紀(jì)的新材料”。玄武巖纖維具有較高的力學(xué)性能，與其他的化學(xué)和礦物材料相比具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性，且玄武巖纖維價格較低廉，與混凝土的親和性較好[3]，從而使得在混凝土中摻入玄武巖纖維具有了較好的應(yīng)用前景。國內(nèi)和國外的研究人員在玄武巖纖維混凝土的基本力學(xué)性能方面開展了一系列的研究工作，其中包括將不同體積摻量的玄武巖纖維摻入到普通混凝土、自密實(shí)混凝土或者輕骨料混凝土中，研究纖維的體積摻量對各種類型混凝土的基本力學(xué)性能方面的影響規(guī)律，其結(jié)果表明玄武巖纖維的確起到了提高混凝土的力學(xué)性能，改善其韌性的作用。然而，在土木工程界中玄武巖纖維的應(yīng)用尚且處于初級研究階段，為了使玄武巖纖維能得到更廣泛的應(yīng)用，有必要對玄武巖纖維增強(qiáng)混凝土力學(xué)性能方面進(jìn)行更深層次的研究。

1 試驗(yàn)方法及裝置

在混凝土基本力學(xué)性能方面，研究者通常進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)以及抗折強(qiáng)度試驗(yàn)等。

1)立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)中所采用的標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，試驗(yàn)應(yīng)在壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)強(qiáng)度取值為每組3個試件抗壓強(qiáng)度的算術(shù)平均值，其計算公式為：

(1)

其中，fcu為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，MPa；F為試件破壞荷載，N；A為試件承壓面積，mm2。

2)軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為150 mm×150 mm×300 mm，試驗(yàn)仍在壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，其取值方法與立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)相同，其計算公式為：

(2)

其中，fc為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度，MPa；F為試件破壞荷載，N；A為試件承壓面積，mm2。

3)劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)在壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，試驗(yàn)需采用鋼制的弧形墊條和木質(zhì)三合板墊板，其中墊板不可重復(fù)使用，其試驗(yàn)裝置如圖1所示，計算公式為：

(3)

其中，fts為混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa；F為試件破壞荷載，N；A為試件劈裂面面積，mm2。

4)抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)通常在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為150 mm×150 mm×550 mm，試驗(yàn)應(yīng)采用三分點(diǎn)的加載方式，其計算公式為：

(4)

其中，ff為混凝土的抗折強(qiáng)度，MPa；F為試件破壞荷載，N；l為支座間跨度，mm；b為試件截面寬度，mm；h為試件截面高度，mm。

2 國內(nèi)外相關(guān)研究

2005年Dylmar Penteado Dias等人研究了玄武巖纖維普通硅酸鹽水泥混凝土的力學(xué)性能，研究結(jié)果表明：當(dāng)玄武巖纖維的體積摻量為1%時，玄武巖纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度較普通混凝土降低了26.4%和12%，但其抗折強(qiáng)度增加了45.8%[4]。

2008年李韌、畢重、王玉等人進(jìn)行了關(guān)于玄武巖纖維自密實(shí)混凝土力學(xué)性能方面的試驗(yàn)研究，其結(jié)果表明：由于玄武巖纖維的摻入會使其立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量略有下降，但纖維的摻入減小了自密實(shí)混凝土的早期收縮變形，改善了混凝土的脆性，使其呈現(xiàn)延性破壞形態(tài)[5]。

2009年賀東青、盧哲安等人進(jìn)行了關(guān)于短切玄武巖纖維混凝土力學(xué)性能方面的研究，其研究的結(jié)果表明：在混凝土中摻入玄武巖纖維可以提高其延性，但對它的強(qiáng)度影響并不大，卻可以使玄武巖纖維混凝土的強(qiáng)度發(fā)展得到延緩，并使混凝土的彎拉強(qiáng)度得到了較大程度上的提高[6]。

2012年彭苗、黃浩雄等人也進(jìn)行了玄武巖纖維混凝土的力學(xué)性能方面的試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果表明：由于玄武巖纖維的摻入，混凝土的力學(xué)性能得到了較大程度上的提高。混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度有明顯的提高，其最大程度提高了46.3%，當(dāng)纖維的摻量達(dá)到3 kg/m3時，抗折強(qiáng)度提高了25%，劈裂抗拉強(qiáng)度則提高了27.3%[7]。

2015年李京軍、牛建剛、朱聰?shù)热诉M(jìn)行了摻橡膠顆粒的玄武巖纖維輕骨料混凝土的力學(xué)性能方面的研究，其結(jié)果表明：玄武巖纖維的摻入能夠有效的提高輕骨料混凝土的力學(xué)性能，抑制試件裂縫的開裂；當(dāng)摻入玄武巖纖維的體積達(dá)到0.2%時，抗壓強(qiáng)度提升了17%，抗折強(qiáng)度提升了45%，劈裂抗拉強(qiáng)度提升了46%[8]。

3 結(jié)論和展望

通過上文總結(jié)的國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果可以得出：無論是普通混凝土、自密實(shí)混凝土還是輕骨料混凝土，玄武巖纖維的摻入都能夠提高其韌性，并一定程度上提高其強(qiáng)度值。由此可見，玄武巖纖維可以改善混凝土的脆性性能。

隨著建筑不斷的向高層、大跨度等結(jié)構(gòu)方向的發(fā)展，土木工程界對建筑材料性能的要求也越來越高，普通混凝土自重大的問題也逐漸凸顯出來。高強(qiáng)輕骨料混凝土不僅可以保證混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)有的強(qiáng)度，還能較大程度上降低結(jié)構(gòu)的自重，所以高強(qiáng)輕骨料混凝土在未來會有廣闊的應(yīng)用前景。然而高強(qiáng)度也伴隨著高脆性問題，如果玄武巖纖維也能夠改善高強(qiáng)輕骨料混凝土的脆性問題，將會對高強(qiáng)輕骨料混凝土的推廣和應(yīng)用起到較大的作用。因此，玄武巖纖維能否同樣提高高強(qiáng)輕骨料混凝土的韌性，解決其脆性問題可作為今后的一個研究方向。

[1] 龔洛書.輕集料混凝土技術(shù)的發(fā)展與展望[J].混凝土,2002(2):13-15.

[2] 湯寄予.纖維高強(qiáng)混凝土基本力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2003.

[3] Dick A Hordijk. Interaction between Research Codes and applications[J].Innovations in Concrete Technology,2007(1):334-338.

[4] Dylmar Penteado Dias,Clelio Thaumaturgo.Fracture toughness of geopolymeric concrete reinforced with basalt fibers[J].Cement & Concrete Composites,2005(27):49-54.

[5] 李 韌,畢 重,王 玉,等.短切玄武巖纖維自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品,2008(5)：95-97.

[6] 賀東青,盧哲安.短切玄武巖纖維混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].河南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009,39(3):320-322.

[7] 彭 苗,黃浩雄,廖清河,等.玄武巖纖維混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].混凝土,2012(13)：176-178.

[8] 李京軍,朱建剛,朱 聰,等.摻橡膠顆粒的玄武巖纖維輕骨料混凝土力學(xué)性能研究[J].混凝土,2015(12)：151-153.

On basic dynamic performance for basalt fiber concrete

Wang Zhibin Zhao Jiahong

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The paper indicates the features and advantages of the basalt fiber, sums up the test methods for the basic dynamic performances of some concretes, illustrates the experiment status for the dynamic performance of the basalt fiber concrete at home and abroad, and puts forward the future research for the basalt fiber.

concrete, basalt fiber, dynamic performance, test method

1009-6825(2016)10-0098-02

2016-01-29

王志彬(1991- )，男，在讀碩士； 趙佳紅(1994- )，女，在讀本科生

TU528

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