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1、 試談玄武巖纖維在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用 摘 要:在當(dāng)前的建筑領(lǐng)域中,由于普通混凝土材料耐久性不足,抗拉強(qiáng)度較低,因此出現(xiàn)開(kāi)裂情況的可能性比較高。為了進(jìn)一步提升混凝土的性能,纖維混凝土材料也開(kāi)始出現(xiàn)。常見(jiàn)的纖維材料包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等,這些材料在力學(xué)性能上比較優(yōu)秀,但使用成本比較高。與這些材料相比,玄武巖纖維既具備良好的力學(xué)性能和穩(wěn)定程度,也具有優(yōu)秀的性?xún)r(jià)比,可以作為一種有效的混凝土增強(qiáng)材料而存在。關(guān)鍵詞:玄武巖纖維;建筑材料;應(yīng)用1 引言當(dāng)前的國(guó)內(nèi)外研究對(duì)玄武巖纖維混凝土的力學(xué)性能和耐久性研究較
2、多,但主要集中于基本材料性的研究,針對(duì)纖維在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用內(nèi)容相對(duì)較少。所以本次研究也將通過(guò)建筑材料領(lǐng)域的玄武巖纖維應(yīng)用模式進(jìn)行合理分析。2 玄武巖纖維的技術(shù)特征玄武巖,本身是一種火山噴出巖,而玄武巖纖維是玄武巖原材料。這種材料在20世紀(jì)60年代就得到了廣泛的研究應(yīng)用,隨后很多發(fā)達(dá)國(guó)家也在這一方面進(jìn)行了技術(shù)研究。我國(guó)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)工作,且隨著時(shí)間和技術(shù)的不斷更迭,我國(guó)的玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),處于國(guó)際領(lǐng)先的水平。玄武巖纖維原材料天然且生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單,可以作為一種優(yōu)秀的綠色高科技纖維材料存在符合現(xiàn)代社會(huì)節(jié)能減排和生態(tài)友好的要求
3、。特別是當(dāng)前環(huán)境污染程度嚴(yán)重和資源短缺的背景之下,綠色環(huán)保的資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有明確的現(xiàn)實(shí)意義。而玄武巖纖維和原有高科技纖維相比,在多個(gè)方面具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。(1)化學(xué)穩(wěn)定性良好。玄武巖纖維的化學(xué)穩(wěn)定性出色,即便在鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液中煮沸,其質(zhì)量損失率也比較低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相同條件下的玻璃纖維和聚乙烯纖維等。這說(shuō)明玄武巖纖維具有良好的適應(yīng)能力,即便是在酸堿地區(qū)或腐蝕地區(qū),玄武巖纖維也可以被作為混凝土的增強(qiáng)材料而應(yīng)用。另外材料的吸收能力不會(huì)隨著時(shí)間的變化而改變,這就確保了該材料在使用過(guò)程中的環(huán)境協(xié)調(diào)性出色,最大化延伸材料使用周期。(2)耐高溫能力出色。玄武巖纖維的軟化點(diǎn)為960攝氏度,與之相比,玻璃纖維
4、的使用溫度最高只有300攝氏度。這說(shuō)明玄武巖纖維在高溫環(huán)境下工作時(shí),仍然可以保持優(yōu)秀的原始抗拉強(qiáng)度,從而最大化保證材料性能。(3)力學(xué)性能良好。玄武巖纖維的力學(xué)性能優(yōu)于一般的芳綸、聚乙烯纖維等高科技纖維,抗拉強(qiáng)度在2000mpa4800mpa之間,彈性模量在800-100gpa之間。(4)使用成本較低。我國(guó)玄武巖原材料儲(chǔ)量豐富,在山西省和湖南省的大面積區(qū)域內(nèi)都存在著玄武巖石料,所以從生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效能來(lái)看,可以具備大規(guī)模工廠生產(chǎn)的條件,其生產(chǎn)成本是所有高科技纖維中最低的,可以被作為一種優(yōu)秀的替代品。3 玄武巖纖維在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用3.1 在混凝土材料的應(yīng)用利用玄武巖纖
5、維增強(qiáng)混凝土某些性能是當(dāng)前的主要技術(shù)措施,具體來(lái)看,將選5種連續(xù)纖維和不連續(xù)纖維,按照一定的比例用量混入混凝土當(dāng)中制作新型混凝土復(fù)合材料。這種材料既保留了混凝土原有的高抗壓強(qiáng)度和抗沖擊性能,同時(shí)也增強(qiáng)了混凝土本身的堅(jiān)韌程度和使用周期。因?yàn)樾鋷r纖維作為硅酸鹽纖維,性能良好且體積穩(wěn)定,與普通混凝土相比在抗收縮性和耐腐蝕性方面優(yōu)勢(shì)明顯,所以在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域,玄武巖纖維融入混凝土材料之內(nèi)可以大幅提升建筑質(zhì)量,改善混凝土原有的力學(xué)性能1。再加上此材料中幾乎不含有環(huán)境破壞的物質(zhì)成分,在建筑工程領(lǐng)域能滿足可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保要求。在現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料中,針對(duì)玄武巖纖維混凝土基本力學(xué)性能的研究工作也有所展開(kāi),進(jìn)行
6、了抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)和抗沖擊試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,玄武巖纖維混凝土性能良好,可以維持穩(wěn)定的軸心抗壓強(qiáng)度和延性。隨著今后建筑材料的綠色環(huán)保和節(jié)約要求越來(lái)越高,玄武巖纖維在混凝土中的應(yīng)用也將更為廣泛,無(wú)論是基礎(chǔ)建筑領(lǐng)域還是高科技建筑領(lǐng)域都能得到全面應(yīng)用。3.2 在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用玄武巖纖維憑借著良好的力學(xué)性能,在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的加固過(guò)程中能起到完美的替代作用。例如同等條件下該材料可以顯著增加混凝土樁的承載力,并且加固材料的結(jié)構(gòu)性能。在這一方面我們可以根據(jù)混凝土加固設(shè)計(jì)規(guī)范的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)探討玄武巖纖維對(duì)混凝土的加固作用。結(jié)果證實(shí)玄武巖纖維可以大幅改善混凝土的抗?jié)B性能和早齡期
7、抗裂性能,加入適量的纖維,混凝土裂縫的總長(zhǎng)度和總面積都會(huì)顯著減少2。因此玄武巖纖維某種意義上可以用來(lái)代替混凝土構(gòu)件中的受拉鋼筋,既解決了傳統(tǒng)鋼筋容易受到腐蝕的問(wèn)題,也減少了實(shí)際施工中的澆筑工作量。對(duì)于一些有著特殊要求的建筑物來(lái)說(shuō),玄武巖纖維可以作為理想選擇材料。所以全國(guó)范圍內(nèi)也進(jìn)行了玄武巖纖維的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展工作,旨在將技術(shù)和資源進(jìn)行有效整合,為產(chǎn)業(yè)培育和運(yùn)營(yíng)服務(wù)發(fā)展提供技術(shù)支持。3.3 在提升建筑耐久性方面的應(yīng)用前文提到玄武巖纖維的耐高溫能力和耐酸堿能力出色,因此可以被用于提升建筑的耐久程度。例如混凝土出現(xiàn)的凍融破壞是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素,而凍融破壞產(chǎn)生的直接結(jié)果就是混凝土
8、表面強(qiáng)度降低甚至出現(xiàn)脫落、破損現(xiàn)象,不僅修復(fù)難度較大,且耗費(fèi)成本較高。特別是在我國(guó)北方寒冷地區(qū),混凝土路面經(jīng)過(guò)冬季低溫的凍融影響后,路面產(chǎn)生了明顯的“掉皮”現(xiàn)象,表面的混凝土大面積脫落,石子裸露在外帶來(lái)嚴(yán)重的跳車(chē)等風(fēng)險(xiǎn)。某些橋梁也因?yàn)閮鋈趯?dǎo)致側(cè)面混凝土保護(hù)層脫落,引起鋼筋外露,安全風(fēng)險(xiǎn)極高。但玄武巖纖維加入混凝土材料之后,即便在水飽和狀態(tài)下經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用,依然能夠保持較好的強(qiáng)度和外觀完整性,滿足普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)數(shù)值3?;炷帘旧硎且环N多孔結(jié)構(gòu),將混凝土放置在水中,水會(huì)進(jìn)入混凝土孔隙之內(nèi),此時(shí)一旦環(huán)境溫度大幅降低,飽和的混凝土之內(nèi)具有的水分會(huì)快速結(jié)冰的可能性,體積
9、增加,部分水在排出去的過(guò)程中受到水流阻力產(chǎn)生膨脹壓,進(jìn)而導(dǎo)致滲透壓,孔隙內(nèi)的壓強(qiáng)比溫度較高時(shí)更大。所以當(dāng)混凝土膨脹壓力超過(guò)原有的抗拉強(qiáng)度限值時(shí)就會(huì)出現(xiàn)大面積破壞,這也是混凝土表皮掉落的主要影響因素。玄武巖纖維在混凝土早期收縮的過(guò)程中,可以有效預(yù)防內(nèi)部裂縫的出現(xiàn),改善混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu),使得水分更難以進(jìn)入孔隙之內(nèi);另外玄武巖纖維單絲分布在孔隙周?chē)幢闶艿降蜏貎鋈诘挠绊?,這些纖維也能阻止孔隙的進(jìn)一步膨脹。換言之,纖維此時(shí)承擔(dān)了膨脹壓導(dǎo)致的拉應(yīng)力,讓混凝土受到的拉應(yīng)力降低,保障混凝土的耐久性。4 結(jié)語(yǔ)我國(guó)玄武巖儲(chǔ)量豐富,有著充足的原材料供應(yīng)保障,而玄武巖纖維憑借著良好的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)和化學(xué)穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì),可以在未來(lái)的綠色建筑領(lǐng)域扮演重要的角色,無(wú)論對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展還是生態(tài)建設(shè)方面都意義非凡。因此在未來(lái)的實(shí)踐當(dāng)中,開(kāi)展建筑工程時(shí),可以針對(duì)不同的混凝土結(jié)構(gòu)要求確定玄武巖纖維的摻入量,進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)并展開(kāi)參數(shù)分析,確定最佳材料配合比,為提升建筑工程質(zhì)量提供充分保障。參考文獻(xiàn):1 劉泮森,魏書(shū)華,李秉千.玄武巖纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究 j.河北
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