短切玄武岩纤维在桥面混凝土中的应用
陈静波1，徐智浩1，丁芳1
(1.海宁安捷复合材料有限责任公司，浙江，海宁 314400 ）
摘要：短切玄武岩纤维是一种新型的环保纤维，也是目前正快速发展的纤维增强材料。本文主要从玄武岩纤维特点的介绍入手，对目前短切玄武岩纤维在桥面混凝土中应用的优势进行了分析和总结,提出了玄武岩纤维在桥面混凝土中应用的一些施工方法，并对短切玄武岩纤维在桥面混凝土中的应用前景作了展望。
关键词：短切玄武岩纤维 混凝土 应用
Application of chopped basalt fiber in bridge deck concrete
Chen Jingbo1,Xu Zhihao1,Ding Fang1
(1.Haining Anjie composite material Co., Ltd,Zhejaing,Haining,314400)
Abstract: Short cut basalt fiber is a new type of environmental protection fiber, and it is also a kind of fiber reinforced material which is developing rapidly. This paper mainly from the introduction of the characteristics of basalt fiber of analyzes and summarizes the advantages of the short basalt fiber in concrete application, put forward the construction method of the study on the application of basalt fiber in concrete, discusses the prospect of application of chopped basalt fiber in concrete.
Key word:Chopped basalt fiber Concrete Application
1 前言
近年来，随着我国公路工程建设的迅猛发展，混凝土结构技术进步飞速，日新月异，并取得了大量的成熟、优异的技术成果。目前，混凝土结构设计已经广泛应用于基础建设领域，突出了其在建设项目中的重要地位。然而，在看到取得成就的同时，我们也应知道混凝土的裂缝问题也日益突出。这些裂缝的存在对混凝土的性能有影响，特别是混凝土的抗拉强度，是混凝土脆性破坏的主要原因①。短切玄武岩纤维是一种新型的纤维材料，其独特的力学性能、良好的稳定性和较高的性能价格比，使其成为一种优良的混凝土增强材料②。本文接下来就将对短切玄武岩纤维的特性进行着重介绍并对短切玄武岩纤维在桥面混凝土加固补强中的实际应用进行一些探讨。
2 短切玄武岩纤维性能
2.1 定义
短切玄武岩纤维，是由相应的玄武岩纤维基材为原料短切而成的长度小于50mm,能均匀分散在混泥土中的无机矿物纤维③。根据其用途可分为混凝土抗裂纤维（BF）和增韧增强纤维（BZ）和砂浆抗裂纤维（BSF）。
2.2 短切玄武岩纤维的性能
短切玄武岩纤维拥有高轴向的抗拉强度和高模量的优异性能，其抗拉强度为1050-1250 MPa，弹性模量大于34 GPa；短切玄武岩具有突出的耐高温性，使其可以在为零下269至650摄氏度范围之间连续工作；短切玄武岩纤维在腐蚀性介质中（酸、碱、盐溶液）具有较高耐腐蚀性和化学稳定性，在饱和的碱性溶液和水泥等碱性介质中还能保持更高的抗碱液腐蚀性能，单丝断裂强度保留率大于75%；短切玄武岩纤维还可与无机粘合剂相容，吸湿率小于1%，吸收能力不随时间的变化，这就证明了它在使用过程中的材料稳定性，长寿命和环境协调性；此外，短切玄武岩纤维还具有良好的绝缘性能、高温过滤、抗辐射、透波性好等特点③。下表1为短切玄武岩纤维的技术性能指标。
表1 短切玄武岩纤维的性能指标
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试验项目
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用与混凝土的短切玄武岩纤维
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用于砂浆的短切玄武岩纤维
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防裂抗裂纤维（BF)
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增韧增强纤维（BZ)
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防裂抗裂纤维
(BSF)
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拉伸强度/MPa ≥
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1050
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1250
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1050
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弹性模量/GPa ≥
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34
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40
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34
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断裂伸长率/% ≤
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3.1
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耐碱性能单丝断裂轻度保留率/% ≥
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75
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3 短切玄武岩纤维在混凝土中的应用分析
短切玄武岩纤维混凝土主要是将连续或者不连续的短切玄武岩纤维按合适的用量添加到混凝土中，并在适当的方式，以提高混凝土的韧性和拉伸强度，同时保留混凝土结构原来的抗压强度，从而起到对混凝土加固补强，延长工程使用寿命的作用。
众所周知，除了玄武岩纤维，碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等纤维材料都可以作为增强材料应用到实际生产生活中。然而多年来的使用情况表明，这几种纤维作为增强材料应用到混凝土中时都存在一些问题，在满足能被市场接受的高性能混凝土方面都不理想，无法很好地解决现在出现的一些问题④。而短切玄武岩纤维的出现从材料和办法上都填补了一个空白，对于混凝土的补强加固起到了一个极大的推动作用，其在混凝土加固补强中的作用表现在以下几个方面：
（1）短切玄武岩原丝可以充分利用其表面积和数量优点，从而对于微裂纹的约束，使其不连通，成果显著。同时克服其他合成纤维密度小，抗拉强度低、弹性模量的缺点，如裂纹扩展时被拉断很容易，可以有效地防止现有微裂纹的扩大和新裂缝的出现，对混凝土的抗冻融、抗渗起到了一定的效果。
（2）短切玄武岩纤维除了可以与钢纤维一样，利用其高模量和单根的高抗拉强度的优势，避免裂缝的扩大，还可以避免钢纤维在搅拌时易结住，不利于泵送，施工流程复杂的情况。
（3）短切玄武岩纤维是一种典型的硝酸纤维，其具有天然的兼容性，并且由于它与水泥混凝土和砂浆的密度相似，密度都在2.63-2.8g/m³之间；和易性好，短切玄武岩纤维掺入混凝土结构后可以均匀分布。
（4）短切玄武岩纤维表面已经改性，是一种“惰性纤维”，具有十分优越的耐高温、耐腐蚀、抗冲击性。在高温、高腐蚀性的环境中都能保持稳定性，并能使水泥基体的耐受变形能力提高。因此短切玄武岩纤维能适应混凝土的拌和、浇注、凝结和使用的各个阶段的恶劣环境，提高混凝土的耐久性。
综上所述，短切玄武岩纤维能提高混凝土的抗冲击性能，降低其脆性，提高其力学性能。具体而言，短切玄武岩纤维在混凝土结构中起着关键的作用，如抗裂、防渗、耐久性、抗冲击、抗拉强度和美观等。
4 短切玄武岩纤维混凝土的施工方法及注意事项
4.1 施工温度
短切玄武岩纤维混凝土宜在25℃以下，-5℃的温度条件下施工否则有可能出现拌和不均匀的现象。
4.2 施工质量控制
短切玄武岩纤维混凝土施工质量控制，应注意短切玄武岩纤维混凝土中各组成材料检验、计量和搅拌工序的质量控制。
4.2.1级配
在实际施工中，应根据工程要求在合理的范围内选择不用的短切玄武岩掺量。由于短切玄武岩纤维本身不与其他混凝土成分及外加剂发生反应，纤维的掺量亦不会改变原混凝土的配合比。在施工期间，短切玄武岩纤维混凝土各种材料的质量，应按施工配合比和一次搅拌量计算确定，何军拥，田承宇等通过正交设计的实验方法研究出了玄武岩纤维增强混凝土的极好配合比，试验中选取纤维掺量，水胶比、粉煤灰掺量、砂率、单位用水量五个因素作为主要因素⑤。表2是通过实验得到的玄武岩纤维增强混凝土的最佳配合比表。
表2是玄武岩纤维增强混凝土的最佳配合比表
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纤维掺量/（kg/m3)
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水胶比
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粉煤灰掺量/%
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砂率/%
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单位用水量(kg/m³）
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1.2
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0.34
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15
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40
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160
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实验表明，并不是短切玄武岩纤维的掺量比越高，混凝土的抗裂效果就越好 ，在1.2kg/m³里以内，混凝土的抗压强度随着短切玄武岩纤维掺量的增加而增强，随后减小又增加，呈一个曲线形式⑥。
4.2.2投料顺序及方法
在短切玄武岩纤维混凝土拌合过程中，需要考虑短切玄武岩纤维的加料顺序。使用时将短切玄武岩纤维与砂、石等骨料同时加入，最好是添加沙子和石头的同时，短切玄武岩纤维在沙子中加入，然后加入水和湿混合搅拌。
纤维加入方式可分为人工加入和自动加入。人工加入是指在热骨料掺入搅拌罐后，人工将称量好的玄武岩纤维投入，但其劳动强度大，混合均匀性稍差。并根据实际情况，延长搅拌时间，保证纤维分散的均匀性。自动投入是指利用玄武岩纤维投料机自动计量并随拌合机的热集料一起投入拌锅。纤维送料机具有自动计量、预粉碎和风送机构等优点，具有方便、快速、准确的增加纤维功能。在实际应用中，应根据实际施工情况选择合适的方法。
4.2.3坍落度调整
由于纤维的增稠作用使混凝土拌合料的增稠效果略有增加，对塌落度稍有影响。如果塌落度不能满足施工要求时可使用增塑剂或减水剂来提高坍落度，以满足施工要求，不应增加水的用量来解决这个问题。
4.2.4成型及养护
掺加短切玄武岩纤维的混凝土在成型时除了应保证混凝土充分振实外无特殊要求。短切玄武岩纤维混凝土平时养护只要按普通的混凝土的养护即可。
4 短切玄武岩纤维在混凝土中的应用实例简述
四川省江油市第二涪江大桥建成于1989年7月，是涪江在江油境内的道路交通枢纽。近几年来，随着交通车量的增加和超载车辆违规情况严重，桥面铺装大面积破损，人行道栏杆断裂破碎，持水系统堵塞失效，悬臂梁裂缝暴露严重。其原因是钢筋混凝土裂缝的局部开裂导致混凝土的倒塌，造成了巨大的隐患，行车安全，也给日常维护工作造成了很大困难，道路已经远远不能满足运输要求，必须进行施工和维修。
该工程凿除原有桥面铺装、桥栏、路缘石、桥台踏步以及灯柱等并将废弃物及时外运，重新浇筑C40早强防水混凝土铺装层，制安栏杆、路缘石、桥台踏步及灯柱等，同时混凝土内掺加短切玄武岩纤维（掺入量4㎏/m³）以增加混凝土的抗裂、抗渗透性和耐冲击性。短切玄武岩纤维增强混凝土路面，其抗拉强度提高了30%以上，抗疲劳性能提高了30%以上，抗车辙性能提高了300%以上，用于纵向裂缝的预防和处理，控制裂缝的发展和恢复路面的使用寿命的效果是显而易见的。
5 结束语
短切玄武岩纤维，其独特的力学性能，良好的稳定性和较低的成本，使其成为一种优良的混凝土增强材料。短切玄武岩纤维增强混凝土的应用前景十分广阔。无论是经济效益还是社会效益，都将取得双赢的局面，同时成为今后土木工程领域主要的建筑材料之一。
参考文献
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