玄武岩纤维贫混凝土基本力学性能试验研究
玄武岩纤维贫混凝土基本力学性能试验研究
摘要： 本文通过玄武岩纤维贫混凝土的抗压、抗折试验，研究玄武岩纤维不同掺量对贫混凝土力学性能的影响，并首次在贫混凝土基层中提出玄武岩纤维的合理掺量范围和最佳掺量：合理掺量范围是3-6kg/m3，最佳掺量是4.8 kg/m3。
abstract： through the compression and bending test of
basalt fiber lean concrete， the paper studies the influence
of different dosage on the lean concrete mechanical
properties of basalt fiber， and puts forward the reasonable
dosage range which is 3-6kg/m3 and best dosage of basalt fiber
which is 4.8 kg/m3.
关键词： 道路工程；玄武岩纤维；抗压抗折试验；力学性能；最佳掺量
key words： road engineering；basalt fiber；compressive
and flexural test；mechanical properties；optimal dosage
中图分类号：tu71 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）05-0033-03
0 引言
玄武岩纤维混凝土是国际上近些年发展很快的一种新型高性能水泥基复合材料。玄武岩纤维的作用主要是增强混凝土材料的抗拉强度和抗裂性，减小温差变化时结构的收缩变形量。在受应力作用初期，混凝土与玄武岩纤维共同承受应力作用，但是前者是温度应
力或者荷载作用的主要受力者；当混凝土发生微裂后，横跨裂缝的纤维成为应力的主要受力者。但是作为基层材料，目前国内外玄武岩短切纤维贫混凝土基层研究很少，将其短切后掺入贫混凝土中能否改善其性能，改善到什么程度，掺入纤维的尺寸和掺量等都是值得研究的问题。
1 原材料试验
1.1 水泥 本文采用湖南永州莲花牌复合硅酸盐水泥p·c32.5，其物理力学指标如表1。其强度等级为32.5mpa，要求水泥初凝时间3h以上，终凝时间不小于6h。
1.2 集料 粗集料：集料必须清洁，不含有机物、块状或团状的土块、杂物及其他有害物质。粗集料应采用耐久、坚硬的岩石轧制而成，最大粒径不超过40mm。本文采用湖南永州宁远石灰石，色泽较好。其各项指标见表2。
贫混凝土基层集料的最大公称粒径为26.5mm，基层备料宜分三级，即： 26.5～19mm，19～9.5mm，9.5～4.75mm。具体级配见表3。
细集料：应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂，用于填充碎石或砾石等粗骨料的空隙并共同组成玄武岩纤维贫混凝土的骨架。砂的粗细程度用砂的细度模数表示。贫混凝土的水灰比是在很小的范围内变化，而影响和易性与密实程度的因素主要是砂的粗细程度，因而应尽量选择中砂至粗砂，本文采用砂率为36～38。具体砂率见表4。
1.3 水 水：拌和水和养护水不得含有影响贫混凝土质量的油、
酸、盐类及有机物等有害物质，坚决避免使用海水。符合饮用标准的水以及自然水都可以使用。
1.4 外加剂 外加剂：在玄武岩纤维贫混凝土的拌制过程中，加入玄武岩纤维后，其混合料的工作性会下降、为了提高其工作性，减少水泥用量，需要掺入一定量的外加剂，如减水剂。本试验采用外加剂为株洲中铁桥梁外加剂有限责任公司tqn聚羧酸高性能减水剂，掺量为1%（相对水泥），其技术指标如表5。
1.5 玄武岩短切纤维 玄武岩短切纤维：采用玄武岩纤维是浙江石金玄武岩纤维有限公司生产的采玄武岩短切纤维，其型号为bfcs-17-264-20-w，直径17μm，长度20mm。（表6）
2 配合比设计
2.1 贫混凝土基层各强度指标要满足《水泥混凝土路面施工技术规范》（jtg-f30）中的规范要求。玄武岩纤维加入贫混凝土基层中，抗压抗折强度有所提高，本文参照表7的要求，设计抗压强度fcu，k=10mpa，设计抗弯拉强度fr=2mpa。
2.2 工作性要求：贫混凝土的塌落度宜满足施工方式的要求，见表8。
2.3 本试验玄武岩纤维混凝土基准配合比设计强度为c10，分别制作水灰比为0.95、0.9、0.85的基准混凝土（未掺玄武岩纤维），分别加入1.4‰（3.4kg/m3），1.7‰（4.1kg/m3），2.0‰（4.8kg/m3），4‰（9.6kg/m3），6‰（14.4kg/m3）五种玄武岩纤维的掺量（质量百分数外掺）。
3 试验方法
采用强制式混凝土搅拌机拌和，在振动台上振动密实成型。为保证玄武岩纤维拌和均匀，先采用干拌法，即先搅拌粗细骨料，拌合均匀后再均匀掺入玄武岩纤维，之后在搅拌的过程中加入水泥，再加水和外加剂水溶液进行湿拌，直至均匀，搅拌。按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的规定，抗压和劈裂试件采用150mm×150mm×150mm立方体为标准试件，抗折采用150mm×150mm×550mm的小梁为标准试件。
4 强度试验结果及分析
强度试验结果及分析如表10～11所示。
4.1 由图1、2分析可知，随着玄武岩纤维掺量的增加，贫混凝土的抗压抗折强度逐渐增强，在7d时，混凝土强度基本已经达到了已经达到设计抗压强度fcu，k=10mpa，设计抗弯拉强度fr=2mpa，原因可能是水泥本身的强度较高造成的。
4.2 从图1、2不难得到，和不掺纤维的贫混凝土相比，掺加玄武岩纤维后，各项强度均得到增强，7d抗压强度增幅达到9.5%左右，7d抗折强度达到18.4%左右，对28d抗压强度的影响最为显著，最大可达到1.51倍，这说明玄武岩纤维对强度起到了增强作用；原因主要有两个方面，一个方面是玄武岩纤维本身直径小，短切到20mm长，同等质量的纤维，其单位面积的纤维根数越多，纤维的比表面积就越大，从而使玄武岩纤维与水泥基材的粘结面积越大，玄武岩纤维跨越裂缝的根数就越多，混凝土受到拉力作用时，虽然混
凝土开裂，但是玄武岩纤维尚未达到其抗拉强度极限，将承担一部分塑性开裂应力，使得混凝土仍然具有一定的承载能力。另一个方面是玄武纤维的极限延伸率大大超过了水泥基材料，在拉力的作用下，玄武岩纤维达到其抗拉强度极限被拉断，但是玄武岩纤维在结构中吸收开裂时产生的能量，同样使得混凝土的抗拉强度得到了提高。
4.3 根据图1，2显示得知，玄武岩纤维掺量从0增加到1.4‰时，其强度增幅较大，纤维掺量从1.4‰增加到2‰时，增幅很小，纤维掺量增加到4‰时已经趋于平缓，其7d和28d抗压抗折强度已经达到设计要求。当玄武岩纤维掺量的增加到2‰时，7d抗压抗折强度达到一个高峰值，水灰比为0.95时，7d抗压强度为9.8mpa，7d抗折强度为2.06mpa；水灰比为0.9时，7d抗压强度为10.8mpa，7d抗折强度为2.18mpa。且和4‰，6‰的掺量相比，各项强度其抗压抗折强度增幅很小，趋于平缓。
4.4 玄武岩纤维的市场价格目前为28000元/t，综上分析，考虑成本和性能因素，确定贫混凝土基层中最佳的玄武岩纤维掺量为2‰（4.8kg/m3），最佳掺量范围为3-6 kg/m3。
但是同时通过试验过程中存在的问题：①玄武岩纤维在拌合过程中，随着与集料的碰撞摩擦，玄武岩纤维从开始的束状变成丝状，这样在混凝土中，单丝的玄武岩纤维肯定没有束状的纤维性能好，纤维太细，其与混凝土接触面积及其有限，不能能提供足够的锚固力而提高抗拉强度对混凝土性能的提高作用也就不明显。②玄武岩
纤维的尺寸对贫混凝土性能的影响，本文用长度为20mm和长度为24mm的对比，试验发现结果相差不大，这个合理的玄武岩纤维长度是多少，还需要借助内部微观结构分析，这个也是本文的需要继续研究的工作。
5 结语
本文通过对5种不同掺量的玄武岩纤维贫混凝土和未掺加玄武岩纤维的贫混凝土材料进行抗压、抗折，来研究、确定合理的玄武岩纤维掺量范围和最纤维掺量。在贫混凝土基层中，玄武岩短切纤维的合理掺量为3-6kg/m3，最佳掺量为4.8 kg/m3。
参考文献：
[1]廉杰，杨新勇，杨萌等．短切玄武岩纤维增强混凝土力学性能的试验研究[j]．工业建筑，2007，37（6）：8-10
[2]潘慧敏.玄武岩纤维混凝土力学性能的试验研究[j].硅酸盐通报，2009，28（5）.
[3]周运瑜，余江滔，陆洲导等.玄武岩纤维加固震损混凝土框架节点的抗震性能[j].中南大学学报：自然科学版，2010，41（4）.
玄武岩纤维掺量对混凝土性能的影响及增强机理
粉煤灰综合利用
FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION2019 NO.6
试验与应用
玄武岩纤维掺量对混凝土性能的影响及増强机理
Experimental Investigation on Basalt Fiber of the Basic Properties of Concrete and Strengthening Mechanism
徐珍珍
(陕西铁路工程职业学院，渭南714000)
摘要：以玄武岩纤维体积掺量（0、0.1%、0.2%、0.3%)为试验参数，开展玄武岩纤维掺量对混凝土基本性能
的研究工作。试验结果表明：玄武岩纤维满足制备纤维混凝土的基本要求；抗压性能随掺量的增加呈现先增加后减小 的趋势，抗折性能随掺量的增加而增强，建议玄武岩纤维体积掺量范围为0.1%~0.2% ;玄武岩纤维表面被水泥水化物
包裹并且黏结良好，可抑制荷载作用时裂缝的扩展，提高混凝土的韧性。
关键词：玄武岩纤维；掺量；混凝土性能；增强机理
中图分类号：TQ343+.4 ; U214.1+8 文献标识码：A 文章编号：1005-8249 ( 2019 ) 06-0023-04
XU Zhenzhen(Shaanxi Railway Institute, Weinan 714000, China)Abstract: Taking the volume rate of basalt fiber (0、0.1%、0.2%、0.3%) as test parameters, the basic properties of concrete was carried out. The results shows that basalt fibers meet the basic requirements of preparing fiber concrete The compressive resistance of basalt concrete increases and decreases with the increase of fiber content, and the flexural resistance increases with the increase of fiber content. We suggest that the volume of fiber content should be in the extent of 0.1%~0.2%; It was observed that it is well-bonded between cement hydrates and the basalt fibers .Basalt fibers not only increases with the flexural resistance of concrete and prolongs the development time of initial crack to crack in matrix, but also inhibits the expansion of its cracks.Keywords: basalt fiber; dosage; concrete properties; strengthening mechanism
玄武岩纤维混凝土耐久性研究及机理分析
・１１８・ 第４０卷第９期 ２ ０ １ ４年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．９ Ｍａｒ． ２０１４
・建筑材料及应用・
文章编号：１００９—６８２５（２０１４）０９一Ｏ１１８－０２
玄武岩纤维混凝土耐久性研究及机理分析★
刘 瑶
（东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨１５００４０）
摘要：针对北方寒区混凝土因冻融破坏而影响混凝土耐久性的问题，通过在混凝土中掺入适量玄武岩纤维进行试验研究，从混
凝土的抗渗和抗冻性能指标来研究玄武岩纤维混凝土对耐久性能的影响，并分析了其影响机理，实践证明：采用该方法提高了混
凝土结构的耐久性，值得推广。
关键词：玄武岩纤维，耐久性，抗渗性，抗冻性
中图分类号：ＴＵ７５５ 文献标识码：Ａ ・
１ 概述
混凝土是建设工程行业经常采用的一种建筑材料，随着商品
混凝土应用的普及，不断出现了混凝土收缩开裂的问题，影响混
凝土的耐久性的问题越来越突出。在我国，主要强调混凝土的强
度，而忽略了混凝土的耐久性和安全可靠性，结果造成混凝土的 耐久性不足，降低了结构的安全性，缩短了混凝土结构的使用寿
命。因此，提高混凝土结构的耐久性能对延长道路、桥涵、隧道等
结构物使用寿命和节约国家资源，具有重要的现实意义和经济意
义。玄武岩纤维（ＢＦ，Ｂａｓａｌ Ｆｉｂｅｒ）是属于新型混凝土增强材料，是
天然玄武岩矿石经过１ ４５０ ｏＣ一１ ５００℃熔融后拉丝而成，具有优
良的相容性和力学性能，属于纯天然的无机非金属材料，被称为
２ｌ世纪的“万能”纤维。它是符合生态环境要求的新材料，在高
技术纤维行业中具有极强的竞争力，所以大力发展玄武岩纤维产
业具有特别重要的现实意义。玄武岩纤维混凝土（ＢＦＲＣ，Ｂａｓａｌ
Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）是在混凝土中掺入一定比例的纤维拌 合、硬化而成。不仅保持了混凝土本身的许多优点，而且能改善 混凝土的力学性能，对混凝土基体起到增强和阻裂作用，降低其
bfrc中玄武岩纤维分散性与弯曲韧性试验研究
0前言
玄武岩纤维渊Basaltfiber袁以下简称BF冤因具有
优良的化学稳定性尧热稳定性和较高的弹性模量袁
同时兼有热传导系数低尧耐腐蚀性强尧吸湿性低尧重
量轻和成本低等特点袁被认为是一种新型绿色环保
材料遥将BF掺入混凝土中袁有利于实现结构材料的
高性能化袁符合我国野节能减排袁绿色建筑冶的国策遥
纤维在混凝土基体中均匀分散袁可充分发挥其
增强增韧作用袁是获得高性能纤维混凝土的关键[1]遥
纤维分散性差袁在基体内会形成野囊包冶袁同时导致基体流动度降低袁结构多孔不密实袁而分散均匀时袁BF增韧效果显著[2]遥相关研究表明袁玄武岩纤维复合
材料较高的压缩强度与拉伸强度比使其在工程应
用中具备很大的优越性[3]遥BF掺入混凝土中可显著
降低混凝土的脆性[4-5]袁同时袁适量的BF还能有效改
善混凝土的抗冲击性能袁提高混凝土的耐久性和抗
动载性能[6]遥
目前袁关于玄武岩纤维混凝土渊Basaltfiberreinforcedconcrete袁以下简称BFRC冤的基本力学性
能研究较多袁而对BFRC的弯曲韧性以及BF在基
体中的分散性研究较少遥本文采用不同的BFRC搅
拌工序袁综合纤维分散性和对纤维的损伤程度袁最BFRC中玄武岩纤维分散性与弯曲韧性
试验研究
邓宗才袁丁建明渊北京工业大学城市与重大工程安全减灾省部共建重点实验室袁100124冤
摘要院提出了一种有助于纤维分散的搅拌工序袁给出了一种测量纤维分散性的简易方法袁分析了不同纤维掺量渊5kg/m3尧10kg/m3尧15kg/m3冤对玄武岩纤维混凝土渊BFRC冤的纤维分散性尧基本力学性能及弯曲韧性的影响遥结
果表明袁搅拌工序可使纤维在基体中均匀分散袁亦可降低纤维在搅拌过程中的损伤曰随纤维掺量的增加袁BFRC力学性能先提高后降低袁其对BFRC弯曲韧性试验中的峰值强度尧残余强度及弯曲韧性值的影响规律亦是如此曰BFRC的力学性能及弯曲韧性在纤维掺量为10kg/m3时最佳遥关键词院玄武岩纤维混凝土曰分散性曰峰值强度曰残余强度曰弯曲韧性值中图分类号院TU528.572文献标识码院Adoi:10.19761/j.1000-4637.2020.01.047.04
玄武岩纤维混凝土的动力冲击性能试验研究
第６期（总第１２５期） ：ｊ乏足村 试验研究■ 玄武岩纤维混凝土的动力冲击性能试验研究 何军拥’，田承字 ，吴永明。 （１．广东工贸职业技术学院，广东广州５１０５１０；２．中国水利水电第八工程局科研设计院，湖南长沙４１０００７； ３．广州航海高等专科学校，广东广州５１０３３０） 摘 要通过试验研究了玄武岩纤维增强混凝土抗弯冲击性能。试验结果表明，在冲击荷载作用下，当纤维 掺量为０．９＂－＇１．２ｋｇ／ｍ 时，玄武岩纤维对混凝土的抗弯冲击性能增强效果最显著。相比聚丙烯纤维混凝土而言，玄 武岩纤维混凝土的抗弯冲击性能改善更佳。 关键词玄武岩纤维混凝土；抗弯冲击性能；冲击能；冲击延性指标 混凝土广泛用于工程中，但它存在抗拉强度低、脆性大 等缺陷。目前．应用纤维增强技术来提高其强度和改善其脆 性成为土木工程领域研究的热点。通过在混凝土中掺加钢纤 维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、尼龙纤维等可有效提高混凝土的 强度及抗裂性能．但现有材料价格昂贵，使其应用受到限制。 玄武岩纤维具有原材料的天然性、性能的综合性、成本 的低廉性和强度高、抗冲击性好等一系列优点，因此，相比其 它纤维而言替代潜力巨大。但玄武岩纤维混凝土力学性能的 研究才刚刚起步．特别是对动力荷载作用下的性能研究还比 较少．因此，对短切玄武岩纤维混凝土的抗弯冲击性能试验 研究具有重大的理论价值和现实意义。以下通过试验研究玄 武岩纤维对混凝土抗弯冲击性能的增强作用，寻找满足经济 及施工两方面要求的最佳纤维掺量，并和聚丙烯纤维对混凝 土抗冲击性能进行了对比。 １试验原材料 （１）水泥：采用华润牌Ｐ Ｒ．４２．５Ｒ旋窑普通硅酸盐水泥； （２）骨料：细骨料使用级配良好的中砂，细度模数不小于 ２．６．粗骨料采用级配良好碎石，为适合混凝土纤维更好的发 挥作用所用。粗骨料采用两级配粒级：５—２Ｏ，２Ｏ～４０，配比为 ４：６； （３）减水剂：采用ＨＳＰ—ＩＩ—Ｂ型聚羧酸缓凝高效减水剂， 其掺量取胶凝材料总量的１．０％； （４）粉煤灰：广州运宏粉煤灰公司生产的Ⅱ级粉煤灰； （５）纤维：玄武岩纤维来自东莞市俄金玄武岩纤维有限 公司，直径１３ ｍ，长度１２ｍｍ，掺量分别为０．９、１．２、１．５、２．０、 ２．５ｋｇ／ｍ ：聚丙烯纤维为张家港方大特种纤维制造有限公司 生产，纤维单丝直径为３１１ｘｍ，长度１９ｍｍ，纤维密度０．９１ｋｇ／ ｍ’，掺量分别为０．９、１．２ ｋｇ／ｍ 。 ２混凝土基准配合比 混凝土基准配合比见表１。 表１混凝土基准配合比 ｋｇ／ｍ。 ３试验测试 参考聚丙烯纤维混凝土工程实践经验，投料顺序按以下 方式进行：砂＋石＋水泥＋粉煤灰＋纤维（干拌２ｍｉｎ）一＋水＋外 加剂（湿拌３ｍｉｎ）一混凝土。试件尺寸为ｌＯＯｍｍｘｌ０Ｏｍｍｘ ４００ｍｍ，标准养护２８ｄ后进行试验。 试验采用自制的三点弯曲自由落锤抗弯冲击装置，净跨 ３５０ ｍｍ．锤重１．３５ｋｇ，冲击高度为４００ｍｍ。抗弯冲击性能测试 试验装置如图１所示。
玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪性能试验研究
圈 第２９卷２０１１年第１２期 玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁 抗剪性能试验研究 付素娟 戴占彪 赵士永 （１．河北省建筑科学研究院，石家庄０５００２１；２０可北建研科技有限公司，石家庄０５００２１） 【摘要】对粘贴玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪性能进行了试验研究，分析了不同的加固量和加固形式时的破坏 模式，分析结果表明，采用玄武岩纤维布抗剪加固后，梁的抗剪承载力显著提高，随着玄武岩纤维布加固量的增加，玄武岩纤维 对梁的抗剪承载力的贡献增加。 【关键词】玄武岩纤维布ｉ抗剪性能ｉ加固ｉ钢筋混凝土梁 【中图分类号】ＴＵ５２８．３１ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１６７１—３７０２（２０１１）１２—００５７—０４ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｈｅａｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｂｃａｍ ｗｉｔｈ Ｂａｓａｌｔ Ｆｉｂｅｒ Ｓｈｅｅｔ ＦＵＳｕ— ｕｏ ＤＡＩＺｈａｎ—ｂｉａｏ２ ＺＨＡ０ Ｓｈｉ—ｙｏｎ ｛】．Ｈｅｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｓ ｈｎ勰ｇ Ｈｅｂｅｉ ０５００２１，Ｃｈｉｎａ，＂ ２．Ｈｅｂｅｉ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈ￣ｉａｚｈｕａｎｇ Ｈｅｂｅｉ ０５００２１，Ｃ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓ￣ｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ ｗｉｔｈ ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ ｓｈｅｅｔ，ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ ａｍｏｕｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｆｏｒｍｓ．Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｅａｍ Ｓ ｓｈｅａｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗａｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｕｓｉｎｇ ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ ｓｈｅｅｔ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ，ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ ａｍｏｕｎｔ，ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ ｓｈｅｅｔ；ｓｈｅａｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ １前言 玄武岩纤维是以纯天然火山岩这单一原材料通过 高温熔融拉丝而成的无机非金属材料，属于纯天然的 绿色材料。它具有综合性能好、性价比好的产品特点， 是一种优良的结构加固用材。目前使用的加固补强纤 维材料主要是碳纤维和芳纶，从强度方面，玄武岩纤维 的强度并不逊于碳纤维，且比芳纶高，虽然弹性模量不 如碳纤维，但是与树脂的亲合性上，玄武岩纤维大大好 于碳纤维和芳纶，有效地提高了补强效果和补强材料 的使用寿命。从性价比看，玄武岩纤维的价格又大幅低 于碳纤维和芳纶，所以玄武岩纤维有极大的竞争优势。 作者简介：付素娟，女，高级工程师，主要从事建筑结构检测鉴定、 加固改造及建筑整体移位工作。 我国对玄武岩纤维加固混凝土梁方法的研究和应 用刚开始，有些方面还有待深入研究，以下对粘贴玄武 岩纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪性能进行了试验研 究，并结合试验结果进行了理论分析。 ２试验概况 ２．１试验目的 为了检测和评定玄武岩纤维布对钢筋混凝土梁承 载力提高的效果，本次玄武岩纤维布加固小梁试验计 划完成下列试验和观测内容： １）玄武岩纤维布对钢筋混凝土梁斜截面承载力提 高的效果评定及加固机理分析ｉ ２）粘贴玄武岩纤维布箍后钢筋混凝土梁斜裂缝的 发展及受剪破坏形式变化的观测。 ．５７．
GFRP筋玄武岩纤维混凝土深梁抗剪性能
GFRP筋玄武岩纤维混凝土深梁抗剪性能
目录
1. 内容简述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.1 研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.2 研究范围与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.3 论文结构安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
2. 玄武岩纤维混凝土基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.1 玄武岩纤维混凝土的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
2.2 玄武岩纤维混凝土的性能特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
2.3 玄武岩纤维混凝土的发展与应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3. GFRP筋简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
3.1 GFRP筋的定义与特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.2 GFRP筋在混凝土结构中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.3 GFRP筋的腐蚀与防护．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
4. 深梁抗剪性能理论与实验研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
4.1 深梁抗剪性能的理论分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4.2 实验设计与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
4.3 实验结果与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
玄武岩—钢纤维混杂混凝土劈裂抗拉强度试验及机理研究
第43卷第32期• 96 • 2 0 1 7 年 1 1 月山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 43 No. 32Nov. 2017文章编号：1009-6825 (2017) 32-0096-03玄武岩一钢纤维混杂混凝土劈裂抗拉强度试验及机理研究文可1 周珣(1.武昌实验中学，湖北武汉430060 ; 2.武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430070)摘要:采用浸胶玄武岩纤维和钢纤维混杂，通过试件的抗压和劈裂抗拉试验，得出纤维对混凝土力学性能的影响规律，并提出浸 胶玄武岩纤维混凝土增强机理的假设。试验结果表明:低掺量的钢纤维和浸胶玄武岩纤维对混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度均 有一定的增强作用，且两种纤维混杂之后拥有更好的增强增韧效果，但浸胶玄武岩纤维对混凝土的破坏形态方面没有明显的改善 作用，该研究成果有一定的工程应用参考价值。关键词:混杂纤维，钢纤维，浸肢玄武岩纤维，劈裂抗拉强度，机理分析中图分类号:TU502 文献标识码:A〇引言混凝土是传统建筑和基础材料中应用最为广泛的一类人工 石材，从社会发展以及技术进步的角度来看，它仍将是21世纪最 主要的建筑材料。但是,不可回避的是，混凝土也是一种典型的 脆性材料，其自重大、抗拉强度低的特性也限制了混凝土的应用 范围。针对这一问题，国内外的学者采取了广泛的探索研究。目 前改善混凝土抗拉强度低的有效方式之一是掺人高弹性模量的 纤维。如钢纤维是已经被证明能够大幅度改善混凝土基体的韧 性，提高混凝土的各方面强度[1]。但钢纤维价格较高，施工困难， 且钢纤维的种类、形态、尺寸等对纤维混凝土各方面物理性能有 很大影响。而低弹性模量的纤维虽对基体有一定的增韧作用，但 往往会降低基体的强度。因此，在考虑工程经济的条件下，采用 单一纤维很难达到既增强又增韧的效果[2]。混杂纤维混凝土是纤维混凝土的一个新的发展方向，国内外 混杂纤维混凝土的研究大多停留在纤维种类、最优掺量的层面， 而对于其基本原理的研究很少[2_11]。本文基于混凝土材料的特 性，在保证混凝土和易性的条件下，同时掺人浸胶玄武岩纤维和 高弹性模量的钢纤维以形成玄武岩一钢纤维混杂增强混凝土，并 基于复合材料理论，通过材料的抗压强度及劈裂强度，研究浸胶 玄武岩纤维和钢纤维的增强机理及相互之间的混杂效应。1试验设计本次试验中使用的原材料包括:华新P. 042. 5普通硅酸盐水 泥;n级粉煤灰;细度模数为2.6的中砂，堆积密度为1 450 k^n3， 粒径5 mm ~ 25 mm连续级配碎石，WS—PC聚羧酸高效减水剂， 浸胶玄武岩纤维束和贝卡尔特钢纤维。其中浸胶玄武岩纤维由 短切玄武岩纤维经环氧树脂处理后得到。纤维混凝土的配合比 参照CECS 38:2004纤维混凝土结构技术规程中有关规定进行设 计。纤维的主要参数见表1，配合比见表2。表1纤维的主要物理力学性能纤维类型密度/g _ cm _3抗拉强度/MPa弹性模量/GPa长度/mm直径/mm钢纤维7.8>1 000220350.55玄武岩纤维2.654 150-4 80093 ~ 1101215表2 C50混凝土配合比 kg/m3水泥粉煤灰沙石水减水剂3001007331 1461484制作纤维增强混凝土试件4组每组6个，其中每组3个做抗压试验，3个做劈裂试验，研究纤维混凝土的抗压强度和劈裂强 度。试件的尺寸为边长150 mm的立方体试块。试验中的主要参 数设置为:玄武岩纤维体积掺量〇. 5%、钢纤维体积掺量0. 64%。 同时，浇筑一组同强度的普通混凝土作为对比。试件采用标准养护条件养护，强度测试采用电液伺服机及 MCC8多功能试验机。抗压强度和劈裂抗拉强度的测试依照 GB/T 50081 —2002普通混凝土力学性能测试方法标准和 CEC S13:89钢纤维混凝土试验方法进行测试。2试验结果及分析试件抗压和劈裂抗拉强度的数据处理参照GB/T 50081— 2002普通混凝土力学性能测试方法和CECS 13:89钢纤维混凝土 试验方法进行处理，试验结果如表3所示。表3抗压及劈裂抗拉强度试件类型Basalt 掺量/%Steel 掺量/ %抗压强度/MPa劈裂强度/MPa拉压比Pc——53.644.010.075Steel—0.6456.124.530.081Basalt0.5—56.674.360.077Mix0.50.6457.124.690.082注:Pc代表普通混凝土，Steel代表钢纤维混凝土，Basalt代表浸胶玄武岩纤维混凝 土，Mix代表混杂纤维混凝土2.1 抗压性能
玄武岩纤维增强混凝土的力学性能研究
玄武岩纤维增强混凝土的力学性能研究
阮明和;刘宏伟
【摘 要】Fiber-reinforced concrete (FRC) has become a viable new material
used in various constructions such as building pavements,large industrial
floors,and runways.In this research,basalt chopped fibers in filament form
were used to develop an FRC material called basalt fiber-reinforced
concrete (BFRC) to study the possible improvement in the 28-day
compressive strength and modulus of rupture,though the latter one is
more important for the construction of pavements,industrial floors,and
runways.The basalt fiber specimens were cast using basalt filament fibers
of three different lengths and three different amounts.Clumping of fibers
at high fiber amounts caused mixing and casting problems.These problems
become even more severe when long fibers are used at the high fiber
dosage amount.The results indicated that 36-mm-long chopped basalt
玄武岩纤维贫混凝土基本力学性能试验研究
・３４・ 价值工程
要求水泥初凝时间３ｈ以上，终凝时间不小于６ｈ。 表１莲花牌复合硅酸盐水泥性能指标 单位 品质指标 检测结果 细度 ％ ≤１０ ２．４ 初凝 ≥２１０ ２４５ 凝结时间 终凝 ≤３６Ｏ ３３０ 安定性 雷氏膨胀值＜５ １ ３ｄ ＭＰａ ≥２．５ ４．６ 抗折强度 ２８ｄ ＭＰａ ≥５．５ ７＿３ ３ｄ ＭＰａ ≥１１．０ ｌ９．１ 抗压强度 ２８ｄ ＭＰａ ≥３２．５ ４３ ３ｄ ≤４．５ ４．７９ 压折比 ２８ｄ ≤５．７ ５＿８９ ＳＯ， ％ ≤３．５ ， Ｍｇｏ ％ ≤５．０ ， 烧失量 ％ ≤５．Ｏ ， １．２集料粗集料：集料必须清洁，不含有机物、块状 或团状的土块、杂物及其他有害物质。粗集料应采用耐久、 坚硬的岩石轧制而成，最大粒径不超过４０ｍｍ。本文采用 湖南永州宁远石灰石，色泽较好。其各项指标见表２。 表２集料的性能指标 原材料技术指标要求 项目 指标 取值 集料压碎值 ≤３０％ ２４．４％ 针片状含量 ≤２Ｏ％ １２．９％ 洛杉矶磨耗值 ≤３５％ 小于６％ 表观密度 ２６７６ｋｇ／ｍ３ 贫混凝土基层集料的最大公称粒径为２６．５ｍｍ，基层 备料宜分三级，即：２６．５～１９ｍｍ，１９ ９．５ｍｍ，９．５ ４．７５ｍｍ。 具体级配见表３。 表３贫混凝土基层集料级配 筛孔尺寸 ３１．５ ２６．５ １９ ９．５ ４．７５ ２＿３６ 累计筛余（％） ０ ０—５ ２５—４ｏ ７０—．９０ ９０—１００ ９５ １００ 合成级配 １００ ０．５ ３８．１ ８３．５ ９７．３ ９９．９ 细集料：应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制 砂或混合砂，用于填充碎石或砾石等粗骨料的空隙并共同 组成玄武岩纤维贫混凝土的骨架。砂的粗细程度用砂的细 度模数表示。贫混凝土的水灰比是在很小的范围内变化， 而影Ⅱ向和易性与密实程度的因素主要是砂的粗细程度，因 而应尽量选择中砂至粗砂，本文采用砂率为３６～３８。具体 砂率见表４。 表４砂率参考值 砂细度模数 ３．１—３．３ ２．６—３．０ ２．１—２ ５ 砂率 ３９－４２ ３６—３８ ３２—３５ １．３水水：拌和水和养护水不得含有影响贫混凝土 质量的油、酸、盐类及有机物等有害物质，坚决避免使用海 水。符合饮用标准的水以及自然水都可以使用。 １．４外加剂外加剂：在玄武岩纤维贫混凝土的拌制 过程中，加入玄武岩纤维后，其混合料的工作性会下降、为 了提高其工作性，减少水泥用量，需要掺入一定量的外加 剂，如减水剂。本试验采用外加剂为株洲中铁桥梁外加剂 有限责任公司ＴＱＮ聚羧酸高性能减水剂，掺量为１％（相 对水泥），其技术指标如表５。 １．５玄武岩短切纤维玄武岩短切纤维：采用玄武岩 纤维是浙江石金玄武岩纤维有限公司生产的采玄武岩短 切纤维，其型号为ＢＦＣＳ…１７ ２６４ ２０一Ｗ，直径１７ ｍ，长度 ２０ｒａｍ。（表６） 表５聚羧酸高性能减水剂性能指标 检验 减水率 泌水率 含气量 初凝时 抗拉强度￣ｔ（ＭＰａ） ２８ｄ收缩 钢筋 项目 （％） （％） （ ） 间（ｍｉｎ） ７ｄ ２８ｄ 率比（％） 锈蚀 性能 有无 要求 《１２ ≤９Ｏ ≤３ ＞９Ｏ ≥１２５ ≥１２０ ≤１３５ 锈蚀 实验 结果 ２５＿３ ３７．６ ２．１ ２１７ １６０．４ ｌ３５．２ １０４．５ 无 表６浙江石金玄武岩纤维短切纤维基本性能 性能 指标 实测 外观合格率（％） ≥９Ｏ ９６ 密度（ｇ／ｃｍ’） ２．６—２．８ ２．６５ 断裂强度【ＭＰａ） １２０ｏ一２２００ １６５０ 弹性模量（ＭＰａ） ≥７．５ｘｌ＆ ９０ｘ１０￣ 断裂强度（ＭＰａ） ｌ２００—２２０ｏ １６５０ 弹性模量（ＭＰａ） ≥７．５ｘｌ０３ ９０ｘ１０３ 断裂伸长率（％） ２．４—３．１ ２．５ 可燃物含量（％） ０．１～１．Ｏ ０．３ 含水量（％） ≤Ｏ．２ ０ 耐热性，断裂强度保留率（％） ≥８５ ８８ 耐碱性，断裂强度保留率（％） ≥７５ ８０ 注１：耐碱性的测试是在饱和ｃａ（０Ｈ）２溶液中煮沸４ｈ的强度保留率．用于水泥混 凝土和水泥砂浆的玄武岩纤维应检测耐碱性．注２：耐热性的测试是在２５０￣Ｃ烘箱中 加热４ｈ的强度保留率．用于沥青混凝土和沥青砂浆的玄武岩纤维应检测耐热性．注 ３：用于沥青混凝土与沥青砂浆的玄武岩纤维应检测可燃物含量和含水率．注４：表中 实测数值为浙江石金玄武岩纤维有限公司提供． ２配合比设计 ２．１贫混凝土基层各强度指标要满足《水泥混凝土路 面施工技术规范》（ＪＴＧ—Ｆ３０）中的规范要求。玄武岩纤维 加入贫混凝土基层中，抗压抗折强度有所提高，本文参照 表７的要求，设计抗压强度ｆ ＝１０ＭＰａ，设计抗弯拉强度 ｆ￣＝２ＭＰａｏ 表７贫混凝土基层的设计强度基准值 交通等级 中等 熏 特重 ７ｄ施工质检抗压强度 ５ ７ ｌＯ ２８ｄ设计抗压强度标准值 ７ ｌ０ １５ ２８ｄ设计弯拉强度标准值 １．５ ２ ３ ２．２工作性要求：贫混凝土的塌落度宜满足施工方式 的要求，见表８。 表８不同路面施工方式混凝土坍落度及最大单位用水量 摊铺方式 小型机具摊铺 三辊轴机组摊铺 轨道摊铺机摊铺 出机坍落度（ｍｍ） １０．．４０ ３０—５Ｏ ４０—６０ 摊铺坍落度（ｒｆｌｍ） ０—２Ｏ １０—３Ｏ ２０—４０ 最大单位用水量 碎石１５０ 卵石１４５ 碎石１５０ 卵石１４５ 碎石１５６ 卵石１５３ （ｋｇ／ｍ３） ２．３本试验玄武岩纤维混凝土基准配合比设计强度 为Ｃ１０，分别制作水灰比为０．９５、０．９、０．８５的基准混凝土 （未掺玄武岩纤维），分别加入１．４％。（３．４ｋｇ／ｍ３），１．７％。 （４．１ｋｇ／ｍ ），２．０％ｏ（４．８ｋｇ／ｍ￣），４％ｏ（９．６ｋｇ／ｍ ），６％０（１４．４ｋｇ／ ｉｎ ）五种玄武岩纤维的掺量（质量百分数外掺）。 表９玄武岩纤维贫混凝土配合比 配合比 ｋｇ／ｍ３） 配合比编号 水灰比 减水剂 水泥 碎石 砂 水 ｌ ０．８５ １９１ １５２２ ７１６ １６２ １ ９１ ２ ０．９ １８０ １３１７ ７４１ １６２ １．８ ３ Ｏ．９５ １７１ １３０２ ７６５ １６２ １．７ｌ ３试验方法 采用强制式混凝土搅拌机拌和，
玄武岩纤维混凝土力学性能的研究
第２０卷第１期 ２０１２年３月 厦门理工学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉａｍｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２０ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０１２
玄武岩纤维混凝土力学性能的研究
彭 苗 ，黄浩雄２，廖清河 ，蔡小萍 ，温 源
（１．厦门理工学院土木工程与建筑系，福建厦ｆ－ｊ ３６１０２４；２．福州大学土木工程学院，福建福州３５０１０８）
［摘要】研究不同体积掺量的玄武岩纤维对混凝土抗压性能和抗拉性能的影响．根据试验可知，掺
量范围内为Ｏ一５ ｋ ｍ 时，随着纤维掺量增加，玄武岩纤维混凝土的抗压强度呈现先增加后下降的规律， 而劈裂强度则不断上升，因此玄武岩纤维的掺入对于混凝土早期强度有一定的提高作用．其中，对２８ ｄ龄 期混凝土试块的抗压强度影响最为显著；当掺量为４ ｋｇ／ｍ 时，抗压强度最强，提高了４６．３％，随着掺量 继续增加，抗压强度呈现下降趋势．试验结果表明，在合理的纤维掺量下，混凝土抗压强度和劈裂强度有 明显提高，纤维最优掺量值为４ ｋｇ／ｍ ． ［关键词］纤维混凝土；玄武岩纤维；掺量；抗压强度；劈裂强度 ［中图分类号】ＴＵ５２８．０４１ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７３—４４３２（２０１２）０ｌ一００８３一ｏ４
近年来，纤维增强混凝土在建筑领域已得到了广泛的应用，通过在混凝土中掺加钢纤维、碳纤
维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、尼龙纤维等可有效提高混凝土的力学性能．但现有材料价格昂贵，使用
受到了限制．玄武岩纤维…（Ｂａｓａｌｔ Ｆｉｂｅｒ）由纯天然玄武岩矿石经１ ４５０—１ ５００℃高温熔融后，通过
铂铑合金拉丝漏板制成．其外观为深褐色，有金属光泽．玄武岩纤维具有很多独特的优点 Ｊ：它具
有很好的耐温性能，可在一２６９ｏＣ一７００℃范围内连续工作；有优良的化学稳定性，耐酸、耐碱、耐腐
蚀性能好；抗拉强度高，弹性模量大，耐磨性好．此外，玄武岩纤维是一种硅酸盐纤维，与火山灰有