第１３卷第４期　２０１３年１２月　江苏建筑职业技术学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＪＩＡＮＧＳＵ　ＪＩＡＮＺＨＵ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　Ｖｏ１．１３№．４　Ｄｅｃ．２０ｌ３　

玄武岩纤维混凝土性能的试验与研究　

王兆　，杨锐　

（１．江苏建筑职业技术学院建筑工程技术学院，江苏徐州２２１１１６；　

２．江苏建筑职业技术学院建筑工程管理学院，江苏徐州２２１Ｉ１６）　

摘　要：为了提高玄武岩纤维混凝土的力学及抗冻融性能，结合道路用混凝土应具备的性能要　

求，通过改变玄武岩纤维掺量，对玄武岩纤维混凝土性能进行了试验研究．结果表明：随着玄武岩　

纤维掺量的增加，玄武岩纤维混凝土的抗压、抗拉和抗折强度提高，抗冻融性能也提高．　

关键词：玄武岩纤维；纤维混凝土；力学性能；配合比；耐久性能　

中图分类号：ＴＵ　５２　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９５—３５５０（２０１３）０４—０００１—０３　

Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

ＷｌＡＮＧ　Ｚｈａｏ　．Ｙ．ＡＮＧ　Ｒ　。　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｊｉａｎｚｈｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｕｚｈｏｕ，　

Ｊｉａｎｇｓｕ　２　２　１　１　１　６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，　

Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｊｉａｎｚｈｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ　２２１１１６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃａｒｒｉｅｓ　ｏｕｔ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｙ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｍｉｘｉｎｇ　ａ—　

ｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｃｏｍｂｉｎｇ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｆｉｂｅｒ　ｆｏｒ　ｒｏａｄ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｍｅ—　

ｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｆｒｅｅｚｅ－ｔｈａｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　

ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｍｉｘｉｎｇ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ，ｃｒｕｓｈ，ｔｅｎｓｉｌｅ　ａｎｄ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　

ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｍｐｒｏｖｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｒｅｅｚｅ－ｔｈａｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ａｓ　ｗｅｌ１．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｅｎｄｕｒａｎｃｅ　

ｑｕａｌｉｔｙ　

玄武岩纤维是一种由火山喷发形成的玄武岩　

矿石，在１　４５０℃～１　５００。Ｃ高温熔融后，通过铂铑　

合金拉丝漏板制成的无机纤维材料，外观为金褐　

色．玄武岩纤维作为一种新型的增强材料，具备优　

良的力学性能和天然的相容性，玄武岩纤维具有高　

抗拉强度、高弹性模量、耐腐蚀、化学稳定性好等优　

点，综合性能和性价比高．由于一般混凝土的抗压　

收稿日期：　基金项目：　作者简介：　

Ｅ—ｍａｉｌ：　２Ｏ１３—０９—１６　江苏省教育厅自然科学项目（ＪＨＺＤ１２—３４）　王兆，男，黑龙江鹤岗人，副教授，硕士，研究方向　为建筑工程材料．　ｗｚａｏ８８＠１６３．ＣＯｒｎ　强度高，抗拉、抗折强度低，为了克服这一缺陷，人　

们通过加入各种纤维解决这一问题．将纤维加入混　

凝土基材中，以阻碍混凝土内部微裂缝的发生和扩　

展，从而达到提高强度与韧性的目的，更好地适应　

现代结构中大跨、高强、轻质和耐侵蚀等要求，已被　

列为我国中长期重要发展的四大高新技术纤维之　

一，因而在道路工程领域有着广泛的应用前景，具　

有显著的经济效益和社会效益．　

１　玄武岩纤维混凝土性能试验方案　

１．１试验用材料　

胶凝材料采用Ｐ．Ｏ　４２．５普通硅酸盐水泥．

　２　江苏建筑职业技术学院学报　第１３卷　

集料为中河砂，细度模数为２．７．石子粒径为６～　

２９．５　ｉｎｍ，粒径均匀，无片状，级配连续．纤维采　

用短切玄武岩纤维，如图１所示　．玄武岩纤维　

性能参数见表１．水为清洁自来水．　

图１　短切玄武岩纤维样品　

Ｆ　．１　Ｓａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｃｈｏｐｐｅｄ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　

表１　短切玄武岩纤维的性能参数　

Ｔａｂ．１　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｃｈｏｐｐｅｄ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　１．２配合比的设计　

参照《公路水泥混凝土路面设计规范》（ＪＴＧＤ　

４Ｏ一２０１１）中重级交通等级对混凝土弯拉强度等级为　

４．５～５．Ｏ　ＭＰａ的要求，普通混凝土的配合比参数见　

表２ｌ２］．在此配合比的基础上设计玄武岩纤维混凝土　

配合比，见表３．其中，玄武岩纤维的掺量分别为０、１．　

５、２．Ｏ、２．５、３　ｋｇ／ｍ。，其余材料配比不变．　

２玄武岩纤维混凝土力学性能试验结　

果及分析　

按照普通混凝土力学性能实验方法标准　

ＧＢ／Ｔ　５　００８１　２００２进行试验．抗压、抗拉强度　

试验采用１　５０　ｍｍ×１　５０　ｍｒｉ１×１　５０　ｎｌｍ的试　

块，抗折强度试验采用１　５０　ｒｆｉｌＴｌ×１　５　０　Ｎｌｍ×　

５　５０　ｍｎｌ的试块．采用强制式搅拌机搅拌，加入　

模具后用振动棒振动密实，２４　ｈ后拆模，拆模后　

立即搬人养护池养护，养护条件满足规范要求．　

试验结果见表４及图２，图３所示ｌ４］．　

表２普通混凝土配合比　

Ｔａｂ．２　Ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｏｒｍａｌ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

表３玄武岩纤维混凝土配合｝　Ｔａｂ．３　Ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

表４　

Ｔａｂ．４　玄武岩纤维混凝土力学性能试验结果　

Ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

可见，混凝土抗压强度、抗拉强度、抗折强度随　

玄武岩纤维掺量的增加，均有不同程度地增大，表　

明玄武岩纤维有助于提高混凝土的力学性能．　皇　＼　嘿　

纤维掺量／（ｋｇ・ｍ。）　

图２纤维掺量与抗压强度关系　

Ｆｉｇ．２　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｉｂｅｒ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉ

ｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　第４期　王兆，等：玄武岩纤维混凝土性能的试验与研究　３　

窨　＼　酲　

纤维掺量／（ｋｇ・ｍ　）　

图３纤维掺量与抗拉、抗折强度关系　

Ｆｉｇ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｉｂｅｒ　ａｎｄ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｒｕｐｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　

３　玄武岩纤维混凝土抗冻融性能试　

验及结果分析　

通常采用抗冻性来衡量混凝土的耐久性．混凝　

土经受冻融破坏的程度主要表现在密实度降低，强　

度和动弹性模量下降．本次只取玄武岩纤维掺量为　

２．５　ｋｇ／ｍ３的试件与素混凝土试件作比较进行研究．　

３．１试验方法　

试验采用１００　ｍｍ×１００　ｍｍ×４００　ｍｍ的试块，　

参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（ＪＴＧＥ　

３０—２ＯＯ５）中混凝土抗冻性试验一陕冻法进行【４］．每次　

冻融循环应在２～４　ｈ内完成，其中用于融化的时间　

不得少于整个冻融时间的１／４，一般每隔５Ｏ次循环　

做一次动弹模量测试．在冻结和融化终了时，试件的　

温度应分别控制在一１７±２℃和８±２℃．　

３．２试验结果与分析　

本次冻融试验主要采用试件的动弹性模量，同　

时考虑质量损失，用这两个指标来评定混凝土内部　

与表面受到损伤的程度．由于本次只是拟研究玄武　

岩纤维混凝土相对于普通混凝土的抗冻能力，故只　

列出每隔２５次冻融循环的相对动弹性模量及质量　

损失率，试验结果见表５及图４所示ｌ５］．　

表５　２８　ｄ龄期抗冻融试验结果　Ｔａｂ．５　Ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｅ—ｔｈａｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ｉｎ　２８　ｄ　

冻融循　普通混凝土（ＰＣ）／％　环次数　再　孬　玄武岩纤维混凝土（ＢＦＲＣ）／　相对动弹模量　质量损失　

从相对动弹性模量和质量损失率两个方面来　

衡量，显而易见，玄武岩纤维混凝土抗冻融性能要　明显优于普通混凝土．从中可以看出，由于玄武岩　

纤维的掺入，改善了混凝土的耐久性能，使其抗冻　

融性能得到了明显地提高．　

＼　

簸　莨　

０　２５　５０　７５　１００　１２５　１５０　

循环次数　

图４相对动弹模量与循环次数的关系　Ｆｉｇ．４　ＲｅＬａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｍｏｄｕｌｕｓ　ａｎｄ　ｃｙｃｌｅ　ｉｎｄｅｘ　

４　结论　

１）随着玄武岩纤维掺量的增加，明显改善了混　

凝土的力学性能，即提高了其抗压、抗拉和抗折强　

度，并有效地改善了混凝土的抗冻融性能．　

２）玄武岩纤维混凝土，具备满足公路面层混凝　

土的物理力学性能和耐久性能要求，并且用量较　

少，价格低廉．　

玄武岩纤维作为一种新型的混凝土增强材料，　

可使混凝土具有优良的力学性能和耐久性，可有效防　

止混凝土因早期干缩引起的裂缝，增强混凝土的抗　

渗、抗冻和抗冲击性能，具有良好的技术经济效益．　

将玄武岩纤维的高抗拉强度、高弹模、高耐腐　

蚀性、低成本的特性与高性能混凝土的高工作性和　

高强度相结合，配制出性能更加优越的新型纤维混　

凝土，将是玄武岩纤维混凝土结构的一个很好的应　

用前景，其研究成果可应用于道路、桥梁、建筑结　

构、岩土及地下工程等领域，应用前景十分广阔．　

参考文献：　

［１３鲁畅．玄武岩纤维混凝土路用性能与应用研究ＥＤ］．开　

封：河南大学，２０１２．　［２］莫海涛，吴永根，吴琳琳．双掺钢纤维和玄武岩纤维混　凝土试验研究［Ｊ］．四Ｊ１ｌ建筑科学研究，２００９（６）：１９７—　

１９８．　［３］彭苗，黄浩雄，廖清河．玄武岩纤维混凝土基本力学性　能试验研究ＥＪ］．混凝土，２０１２（１）：７４—７５．　［４］刘晓丽，骆冰冰，毕巧巍．高强玄武岩纤维混凝土的力　学性能研究［Ｊ］．山西建筑，２０１１，３７（３）：９８—９９，　

［５３　孙潇潇．玄武岩纤维贫混凝土基层材料与工程应用研　究［Ｄ］．长沙：长沙理工大学，２０１２．　（责任编辑：陶红林）