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摘要：玄武岩纤维是一种目前被广泛研究应用的新型纤维增强材料。文章采用超细短切玄武岩纤维制作了圆柱形玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)试件，并开展了不同加载速率的压缩实验。实验表明超细短切玄武岩纤维对提高混凝土的强度效果不明显，但能够增加混凝土材料的极限变形，并改变混凝土的破坏形态。另外，实验表明试件的极限荷载和极限变形均随着加载速率的提高而增大，说明材料在低应变率下也具有较为明显的应变率效应。
关键词：玄武岩纤维；纤维掺量；强度；变形；加载速率
中图分类号：TU528.572 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2011)04-0142-01
纤维增强混凝土是目前备受广泛关注的工程材料。纤维增强混凝土的应用正朝着从单一的纤维向多种纤维发展，特别是注意由高成本向低成本方向发展。随着纤维材料的发展，纤维材料种类越来越多，各种纤维的特点也显露出来。玄武岩纤维是以天然的火山喷出岩作为原料，将其破碎后加入熔窑中，在1450℃-1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板制作而成的纤维。与其它高科技纤维相比，玄武岩纤维具有耐高温、化学性能稳定、与硅酸盐材料的相容性好、力学性能较好，且价格低廉等优点。文章开展了圆柱形玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)的压缩实验，分析了纤维掺量、加载速度对试件强度和变形的影响。
1 原材料及其配合比
实验水泥采用普通42.5硅酸盐水泥；粗骨料采用5～10mm的连续级配碎石；细骨料采用细度模数为2.5的中砂；玄武岩纤维由浙江石金玄武岩纤维有限公司提供的超细短切玄武岩纤维，其性能参数如表1所示。减水剂采用江西省创新外加剂有限公司生产的聚羧酸盐高效减水剂；试验原材料还包括500目硅粉、普通粉煤灰及自来水。
基准素混凝土试件的设计强度为C45。胶凝材料的配合比为：水泥％70、粉煤灰％20、硅灰％10。减水剂的用量为胶凝材料的1％。纤维用量按体积率0％、0.1％、0.2％、0.4％计算。经计算得每立方米基准素混凝土的材料用量如表2所示。
2 试件制作和试验方案
试验采用100×50的圆柱体试件，纤维掺量Vf=0％、0.1％、0.2％、0.4％分为四组，每组中根据加载速率又分别设定为3个小组，每个小组3个试件，总共36个圆柱试件。试件的分组情况如表3。纤维加入的过程采用净浆包裹，即采用同一水灰比的水泥净浆，把玄武岩纤维均匀搅拌后，与水泥，水，砂子，石子混合，最终倒入钢模成型。试件成型24h后拆模。拆模后将试件放人养护箱标准养护28d。试验采用100t电液伺服试验机对试件进行加载。加载方式采用位移控制加载，加载速率分别为1mm/s；1.8mm/s；2.5mm/s。正式加载前，试件先要进行物理对中和几何对中，对中方法是预加承载力计算值的15％，校正试件和仪器仪表使其对中后卸载。隔数分钟后，正式分级加载，以每级加载承载力估计值的10％分级加载，待读数稳定后再读取数据。当加至80％～90％最大荷载后，级差减半，即减少到承载力估计值的5％，继续缓慢连续加载，直至试件破坏。
3 实验结果及分析
3.1试验结果实验对四种不同纤维掺量的试件分别施加三种不同速率的位移加载，得到低应变率下试件的极限荷载、极限变形和抗压强度如表4所示。
3.2 纤维掺量对试验结果的影响
实验表明，玄武岩纤维对混凝土圆柱试件的抗压强度增加效果不明显，甚至在纤维掺量为0.4％时强度会出现明显的下降。玄武岩纤维是一种典型的硅酸盐纤维，其中SiO2含量超过50％。少量的纤维能与混凝土砂浆或净浆很好的混合、分散，所以新拌混凝土具有良好的体积稳定性，但是若纤维掺量过大，刚在混凝土搅拌浇捣成型时较易成团，影响试件的成型，从而影响混凝土的强度。通过观测破坏试件发现，随着纤维掺量的增加，试件中的空隙气泡的数量增加，从而影响纤维混凝土的强度。另外，搅拌过程中玄武岩纤维会吸收拌合物中的水分，随着掺量的增加，影响效果更加明显，从而对纤维混凝土的抗压强度产生负面的作用。
3.3 加载速率对试验结果的影响
实验得到相同纤维掺量，试件的强度随着加载速率的提高略有增加，峰值变形也相应提高，且纤维混凝土极限变形要普遍大于素混凝土。以加载速率1mm/s为基础，加载速率为1.8mm/s的峰值荷载是其1.1倍、加载速度2.5mm/s的强度是其1.17倍。
3.4 纤维对圆柱形混凝土试件变形的影响
实验中我们发现玄武岩纤维混凝土的破坏普遍表现为破而不碎，而素混凝土却是破碎破坏。另外发现纤维混凝土的变形能力均比素混凝土强。这表明在混凝土中掺入玄武岩纤维虽然不能明显搞高其强度，但却可以提高混凝土的变形能力，改变混凝土的破坏形态。变形能力通常是指一种材料在发生弹性变形后，可以继续发生一定的塑性变形的能力。玄武岩纤维混凝土即使出现了裂缝，仍可以继续承受外力而发生一定得塑性变形，因而能够起到提高变形能力的效果。
4 结论
文章通过开展玄武岩纤维增强混凝土的圆柱形试件的压缩实验。实验结果表明：
① 玄武岩纤维对于混凝土的抗压性能效果并不明显，达到了一定掺量的后，强度甚至会急剧下降，在纤维掺量为0.1％时，强度基本与素混凝土持平，在纤维掺量为0.2％时，强度有所下降，在纤维掺量为0.4％时，强度较基准混凝土下降很多。
② 虽然在混凝土中掺人玄武岩纤维不能起到良好的提高强度的效果，但玄武岩纤维具有良好的阻裂性能，从而提高混凝土变形能力，改变混凝土的破坏形态。
③ 在一定范围的加载速率的条件下，混凝土强度的都随着加载速率的增大而增大，其中素混凝土较纤维混凝土增大的更为明显。这表明即使在低应变率下，混凝土材料的应变率效应也比较明显的。
参考文献：
[1]胡显奇我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议[J].高科技纤维与应用,2008,33(6):13-18,38.
[2]胡显奇，我国应大力发展纯天然的连续玄武岩纤维叭新材料产业，2006,(6):65-70.
[3]谢尔盖，李中郢，玄武岩纤维材料的应用前景[J].纤维复合材料,2003,(3):17-20.
[4]杨勇新，岳清瑞，玄武岩纤维及其应用中的几个问题[J].工
业建筑,2007,37(6):25-27.
[5]崔毅华，玄武岩连续纤维的基本特性[J].纺织学报,2005,26(5):120-121.
[6]张育宁，方秦，刘小斌，等，高强高掺量纤维增强混凝土静、动力性能的试验研究[J].混凝土与水泥制品,2006,(6):43-45
关键词：玄武岩纤维；纤维掺量；强度；变形；加载速率
中图分类号：TU528.572 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2011)04-0142-01
纤维增强混凝土是目前备受广泛关注的工程材料。纤维增强混凝土的应用正朝着从单一的纤维向多种纤维发展，特别是注意由高成本向低成本方向发展。随着纤维材料的发展，纤维材料种类越来越多，各种纤维的特点也显露出来。玄武岩纤维是以天然的火山喷出岩作为原料，将其破碎后加入熔窑中，在1450℃-1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板制作而成的纤维。与其它高科技纤维相比，玄武岩纤维具有耐高温、化学性能稳定、与硅酸盐材料的相容性好、力学性能较好，且价格低廉等优点。文章开展了圆柱形玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)的压缩实验，分析了纤维掺量、加载速度对试件强度和变形的影响。
1 原材料及其配合比
实验水泥采用普通42.5硅酸盐水泥；粗骨料采用5～10mm的连续级配碎石；细骨料采用细度模数为2.5的中砂；玄武岩纤维由浙江石金玄武岩纤维有限公司提供的超细短切玄武岩纤维，其性能参数如表1所示。减水剂采用江西省创新外加剂有限公司生产的聚羧酸盐高效减水剂；试验原材料还包括500目硅粉、普通粉煤灰及自来水。
基准素混凝土试件的设计强度为C45。胶凝材料的配合比为：水泥％70、粉煤灰％20、硅灰％10。减水剂的用量为胶凝材料的1％。纤维用量按体积率0％、0.1％、0.2％、0.4％计算。经计算得每立方米基准素混凝土的材料用量如表2所示。
2 试件制作和试验方案
试验采用100×50的圆柱体试件，纤维掺量Vf=0％、0.1％、0.2％、0.4％分为四组，每组中根据加载速率又分别设定为3个小组，每个小组3个试件，总共36个圆柱试件。试件的分组情况如表3。纤维加入的过程采用净浆包裹，即采用同一水灰比的水泥净浆，把玄武岩纤维均匀搅拌后，与水泥，水，砂子，石子混合，最终倒入钢模成型。试件成型24h后拆模。拆模后将试件放人养护箱标准养护28d。试验采用100t电液伺服试验机对试件进行加载。加载方式采用位移控制加载，加载速率分别为1mm/s；1.8mm/s；2.5mm/s。正式加载前，试件先要进行物理对中和几何对中，对中方法是预加承载力计算值的15％，校正试件和仪器仪表使其对中后卸载。隔数分钟后，正式分级加载，以每级加载承载力估计值的10％分级加载，待读数稳定后再读取数据。当加至80％～90％最大荷载后，级差减半，即减少到承载力估计值的5％，继续缓慢连续加载，直至试件破坏。
3 实验结果及分析
3.1试验结果实验对四种不同纤维掺量的试件分别施加三种不同速率的位移加载，得到低应变率下试件的极限荷载、极限变形和抗压强度如表4所示。
3.2 纤维掺量对试验结果的影响
实验表明，玄武岩纤维对混凝土圆柱试件的抗压强度增加效果不明显，甚至在纤维掺量为0.4％时强度会出现明显的下降。玄武岩纤维是一种典型的硅酸盐纤维，其中SiO2含量超过50％。少量的纤维能与混凝土砂浆或净浆很好的混合、分散，所以新拌混凝土具有良好的体积稳定性，但是若纤维掺量过大，刚在混凝土搅拌浇捣成型时较易成团，影响试件的成型，从而影响混凝土的强度。通过观测破坏试件发现，随着纤维掺量的增加，试件中的空隙气泡的数量增加，从而影响纤维混凝土的强度。另外，搅拌过程中玄武岩纤维会吸收拌合物中的水分，随着掺量的增加，影响效果更加明显，从而对纤维混凝土的抗压强度产生负面的作用。
3.3 加载速率对试验结果的影响
实验得到相同纤维掺量，试件的强度随着加载速率的提高略有增加，峰值变形也相应提高，且纤维混凝土极限变形要普遍大于素混凝土。以加载速率1mm/s为基础，加载速率为1.8mm/s的峰值荷载是其1.1倍、加载速度2.5mm/s的强度是其1.17倍。
3.4 纤维对圆柱形混凝土试件变形的影响
实验中我们发现玄武岩纤维混凝土的破坏普遍表现为破而不碎，而素混凝土却是破碎破坏。另外发现纤维混凝土的变形能力均比素混凝土强。这表明在混凝土中掺入玄武岩纤维虽然不能明显搞高其强度，但却可以提高混凝土的变形能力，改变混凝土的破坏形态。变形能力通常是指一种材料在发生弹性变形后，可以继续发生一定的塑性变形的能力。玄武岩纤维混凝土即使出现了裂缝，仍可以继续承受外力而发生一定得塑性变形，因而能够起到提高变形能力的效果。
4 结论
文章通过开展玄武岩纤维增强混凝土的圆柱形试件的压缩实验。实验结果表明：
① 玄武岩纤维对于混凝土的抗压性能效果并不明显，达到了一定掺量的后，强度甚至会急剧下降，在纤维掺量为0.1％时，强度基本与素混凝土持平，在纤维掺量为0.2％时，强度有所下降，在纤维掺量为0.4％时，强度较基准混凝土下降很多。
② 虽然在混凝土中掺人玄武岩纤维不能起到良好的提高强度的效果，但玄武岩纤维具有良好的阻裂性能，从而提高混凝土变形能力，改变混凝土的破坏形态。
③ 在一定范围的加载速率的条件下，混凝土强度的都随着加载速率的增大而增大，其中素混凝土较纤维混凝土增大的更为明显。这表明即使在低应变率下，混凝土材料的应变率效应也比较明显的。
参考文献：
[1]胡显奇我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议[J].高科技纤维与应用,2008,33(6):13-18,38.
[2]胡显奇，我国应大力发展纯天然的连续玄武岩纤维叭新材料产业，2006,(6):65-70.
[3]谢尔盖，李中郢，玄武岩纤维材料的应用前景[J].纤维复合材料,2003,(3):17-20.
[4]杨勇新，岳清瑞，玄武岩纤维及其应用中的几个问题[J].工
业建筑,2007,37(6):25-27.
[5]崔毅华，玄武岩连续纤维的基本特性[J].纺织学报,2005,26(5):120-121.
[6]张育宁，方秦，刘小斌，等，高强高掺量纤维增强混凝土静、动力性能的试验研究[J].混凝土与水泥制品,2006,(6):43-45