河北建筑工程学院 河北张家口 075000
摘要：随着玄武岩纤维混凝土(Basalt Fiber Reinforced Concrete,简称BFRC)在建筑工程中的日益推广，其耐高温性能得到更多的关注，目前，由于建筑火灾的频繁发生，建筑防火安全备受重视，发生火灾后其抗压强度、抗压变形能力、抗冲击性能变化直接关系着该建筑的安全性，因此，高温后的混凝土性能研究十分必要。
关键词：玄武岩纤维；高温性能；抗冲击性；工程应用
The high temperature resistance and application of basalt fiber concrete are discussed
Abstract: along with Basalt Fiber Reinforced Concrete (Basalt Fiber Reinforced Concrete, BFRC) increasingly in the construction project of promotion, get more attention, the high temperature resistant performance at present, due to the frequent building fire, building fire safety consideration, there is a fire after its compressive strength, compressive deformation capacity, shock resistance change is directly related with the security of the building, therefore, performance study of Concrete after high temperature is necessary.
Keywords: basalt fiber； High temperature performance； Impact resistance； The engineering application.
引言
如今各类工程结构中，混凝土结构应用较为广泛，混凝土结构具有耐久性、整体性好、刚度大、变形小等优点，但混凝土材料抗裂性能、耐腐蚀性能差，因此在工程建设中有一定的局限性。玄武岩纤维是一种新型的无机纤维材料，其抗拉强度高、弹模大、耐腐蚀、具有优良的化学稳定性。因此掺入适当的玄武岩纤维在一定程度上弥补了混凝土材料自身的一些缺陷。在现代的工程应用中，玄武岩混凝土正在被大量的推广，发生在各个地方的建筑火灾事故使建筑的防火性能更受关注，火灾后的高温环境对混凝土的性能影响，严重威胁着建筑安全，通过分析高温后其性能表现有助于玄武岩纤维混凝土的发展。
1 玄武岩纤维
玄武岩纤维是一种由火山喷发形成的玄武岩矿石经高温熔融、拉丝而成的无机纤维材料，这是国内近几年刚刚研发出的一种新型纤维材料，与碳纤维、芳纶纤维等其它高科技纤维相比，具有独特的优点。玄武岩独特的耐高温性能，其能承受的最高温度能够达到700℃，在低温度情况下也能达到-269℃（软化点为960℃），明显高于玻璃纤维的-60～450℃。玄武岩纤维在400℃以下的结构中工作时，其断裂强度能够保持原始强度的85%；在600℃以下结构中工作时，其断裂强度仍能够保持原始强度的80%，从这些数据可以看出，玄武岩纤维增强混凝土材料展现出了优越的耐高温性能。是耐高温建筑建材中的首选，比如，发电厂、冶炼建筑当中。
2 混凝土高温破坏及改善
混凝土高温下的破坏可从两个方面来分析：其一，从混凝土结构内部化学成分来讲，混凝土受高温作用后水分逐渐脱去，骨料与浆体间的连接出现裂缝，骨料产生破坏，继而整个结构破坏；其二，从受力方面分析，高温作用下同一种材料会出现许多不协调的变形，使材料内部产生应力，当材料中的拉应力达到一定限度时结构就会破坏。
混凝土中掺入纤维能充分利用其较好的抗拉能力，来协调混凝土内部在高温状态下产生的内力，使内部力分布更加均匀，尽量防止结构出现脆性的破坏，提高混凝土的力学强度。
3 BFRC耐高温力学性能
混凝土在结构中的作用主要为受压，因此在混凝土高温后应测定其抗压强度、抗压变形以及其抗冲击性能。
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3.1抗压强度
高温后BFRC的抗压强度主要与其所承受的温度有关，通过朴战东等的一些试验表明在其他条件一定的情况下，其抗压强度主要与混凝土强度等级有关，混凝土强度等级在C60以下时，BFRC抗压强度随着所加温度的升高先略有升高，而后有明显的下降，当其强度等级高于C60时，BFRC抗压强度随温度升高而降低，近似表现为线性函数。另一方面，玄武岩纤维掺杂量也是影响其抗压强度的一方面因素，在其他条件相同的情况下，玄武岩纤维掺杂量逐渐增大，混凝土的抗压强度先升高后降低，在温度高于600摄氏度后，这种趋势不明显，对于不同掺杂量的玄武岩纤维混凝土抗压强度无明显的差距。
3.2 抗压变形
BFRC高温后抗压变形由其应力-应变曲线进行分析。应力-应变曲线是混凝土力学特性的一个重要方面，是理论分析的基本依据。对于一般混凝土来讲，混凝土在遭受高温后，其强度随着温度的升高而降低，BFRC的应力、应变曲线由试验测得都与温度有关，通过排除一些其他因素的影响，除温度外其它条件均相同，可以得出现象，BFRC的极限应力和极限应变都随温度的升高而降低，且曲线降低较为明显。玄武岩纤维的作用是增强混凝土抗压变形性能，但是玄武岩纤维掺入量与BFRC抗压变形之间无明显相关性，在其他条件相同的情况下，BFRC抗压变形能力随玄武岩纤维掺量的增加而上下波动，不呈现线性关系。
3.3 抗冲击性能
材料的抗冲击性就是在多次冲击荷载作用下，材料内部吸收动能的能力。在混凝土中掺入纤维可使基体水泥材料的韧性和能量吸收能力得到提高，而玄武岩纤维的获得可通过玄武岩岩石熔化得到玄武岩纤维，它与玻璃纤维相比具有更大的抗拉强度，其破坏应变也高于常用的碳纤维，对冲击载荷有良好的抵抗能力。
对于普通混凝土来讲，掺入玄武岩纤维以后，其主要存在于水泥净浆中，它的存在使混凝土内部的裂隙减小，在一定程度上限制了混凝土中裂缝的延伸和发展，使混凝土内部的局部应力集中现象得到缓解。当混凝土发生初裂时，裂缝主要穿过水泥砂浆层及砂浆与骨料界面，而在此层的纤维能够起到连接作用，玄武岩纤维在其内部分布在不同的方向，形如钢筋，多次的冲击作用在基体中的传导受到粗骨料和玄武岩纤维的双重阻碍，有效地消耗了冲击能量，提高了混凝土的抗冲击性能。
通过任韦波等的试验可以看出，在相同温度下，冲击速率越大，冲击韧性就越大，对于掺入玄武岩纤维的混凝土在经受高温条件后 其抗冲击性得到一定的提升，采用定性分析，在其他条件一致的情况下，掺入玄武岩纤维的混凝土随着温度的升高其冲击韧性降低。同时，通过不同掺量的玄武岩纤维进行比较，随玄武岩纤维掺量增加，仅在玄武岩纤维掺量不同的情况下，BFRC的冲击韧性得以增强。4 BFRC在工程中的应用
由于玄武岩纤维其优越的抗冲击性能，在土木工程中可以用于一些经常遭受冲击的工程中，比如，飞机跑道、高速公路、一些重要的大桥、国防建设，充分利用其性能。此外，玄武岩纤维还具有良好的耐腐蚀性、抗冻融性和化学稳定性，所以BFRC还可以应用在水电站、港口码头、跨海大桥。其良好的抗冻融性是高原以及北方一些寒冷地区建筑材料的首选。
柔性玄武岩纤维具有多孔结构且排列方式毫无规律，故其吸收波的性能好。混凝土中掺入适量的柔性玄武岩纤维，可使混凝土的弹性增加，能够承受更大的变形，因此，柔性玄武岩纤维可应用在结构的抗震、消能以及隔音中。
通过将玄武岩纤维的高抗拉、高弹模、高耐腐蚀、低成本的特性与混凝土相结合，研制出性能更好的新型纤维混凝土材料，将是玄武岩纤维混凝土结构的研究方向，研制出的新型纤维混凝土材料可应用于道桥、建筑结构、岩土及一些地下工程各种混凝土结构的生产、加固、修复等，应用广阔。
5 结语
玄武岩纤维混凝土的耐高温性研究为建筑防火设计提供了依据，有利于建筑的防火处理。玄武岩纤维混凝土作为一种全新的混凝土材料，目前仍处于推广阶段，玄武岩纤维优良的性能是其它材料所不能及的，如今，对于玄武岩纤维的研究还处于起步阶段，但通过目前已掌握的性能来讲，玄武岩纤维将是土木工程行业的新方向，其发展趋势必将带动新材料的研究。
参考文献
[1]董学超.玄武岩纤维混凝土高温性能研究综述[J].科技创新与应用，2017(5):230.
[2]武迪，邵式亮.玄武岩纤维混凝土的特性及应用[J].路基工程，2010(2):37-39.
[3]任韦波，许金余，白二雷，等.高温后玄武岩纤维增强混凝土的动态力学特性J].中国水土保持，2015（1）：36-42.
[4]李丹，陶俊林，贾彬.玄武岩纤维混凝土抗冲击性能的试验研究[J].新型建筑材料，2012（12）：47-51.
[5]付庆丰，侯启超，等.玄武岩纤维混凝土的技术研究现状及应用[J].吉林建筑工程学院学报，2011（4）:32-34.
[6]陈峰.玄武岩纤维混凝土的发展及研究前景[J].福建建材，2011（5）：8-9+65.
[7]任韦波，许金余，刘远飞，等.高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征J].振动与冲击，2014（10）：167-171+18.
论文作者:金楠,李牵慧,胡庆龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/24
标签：玄武岩论文; 混凝土论文; 纤维论文; 性能论文; 高温论文; 抗压强度论文; 耐高温论文; 《建筑学研究前沿》2018年第9期论文;