1、玄武岩纤维水泥混凝土应用技术手册玄武岩纤维水泥混凝土应用技术手册1、短切玄武岩纤维玄武岩纤维是一种无机纤维材料，用纯天然火山喷出岩为原料，经14501500高温熔融后快速拉制而成的连续纤维，其外观为金褐色，具有卓越的综合性能和较低的价格，在讲究绿色、环保、节约资源的今天，玄武岩纤维是一种理想的材料，具有广阔的应用领域和发展前景。短切玄武岩纤维是由相应的连续玄武岩纤维基材为原料短切而成的长度小于 50mm，能均匀分散在水泥混凝土中的无机矿物纤维。2、短切玄武岩纤维的特性（1）原材料的天然性。由于生产连续玄武岩纤维的原料取决于天然的火山喷出岩，除了它与生俱来就具有很高的化学稳定性和热稳定外，其中并
2、没有与人类健康有害的成分。（2）性能的综合性。玄武岩纤维是名副其实的“多能”纤维。譬如既耐酸又耐碱、既耐低温又耐高温，既绝热电绝缘又隔音，拉伸强度超过大丝束碳纤维，断裂延伸率比小丝束的碳纤维还要好，具有较高的抗压缩强度、剪切强度和在耐恶劣环境中使用的适应性、抗老化性等有优异的综合性能。（3）成本的低廉性。水泥混凝土用的玄武岩纤维价格明显低于钢纤维、碳纤维等，和合成纤维相当。（4）天然的相容性。玄武岩纤维是典型的硅酸盐纤维，用它与水泥混凝土和砂浆混合时很容易分散，新拌玄武岩纤维混凝土的体积稳定、和易性好、耐久性好，具有优越的耐高温性、防渗抗裂性和抗冲击性。除了它具有强度高、防渗抗裂、耐高温、耐酸
3、碱腐蚀能力强、抗冲击性好等一系列优点外，它还在我国分布较广，价格便宜，造价低，还兼有绿色、环保、节约资源等优势，产品符合国家相关产业政策。且大量试验证明玄武岩纤维对混凝土性能有很好的改善作用，与钢纤维和合成纤维相比，玄武岩纤维的结合性更好，玄武岩纤维抗腐蚀耐锈蚀性均好于其它纤维。因此，玄武岩纤维用于水泥混凝土中有其自身的优势和特点，相比钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、合成纤维混凝土和碳纤维混凝土较有明显的性能、价格等综合优势3、玄武岩纤维的技术指标随着国家 863 计划“玄武岩纤维及其复合材料” 等课题的研发完成， 水泥混凝土和砂浆用玄武岩纤维 （GB/T 23265-2009）国家标准及公路工
4、程 玄武岩纤维及其制品 第 1 部分：玄武岩短切纤维 （JT/T 776.1-2010）交通部标准的实施，玄武岩纤维在水泥混凝土中的得到了全面的应用。短切玄武岩纤维的指标应满足上述标准的要求，具体见下表：表 2.3.1 短切玄武岩纤维的性能指标用于混凝土的短切玄武岩纤维 用于砂浆的短切 玄武岩纤维试验项目防裂抗裂纤维 增韧增强纤维 防裂抗裂纤维拉伸强度/MPa 1050 1250 1050弹性模量/GPa 75 80 75断裂伸长率/% 3.1耐碱性能,单丝断裂强度保留率/% 75掺短切玄武岩纤维的水泥混凝土和砂浆的性能指标应符合表 2.3.2 的要求。表 2.3.2 掺玄武岩短切纤维的水泥混
5、凝土和砂浆的性能指标用于混凝土的短切玄武岩纤维 用于砂浆的短切 玄武岩纤维试验项目防裂抗裂纤维 增韧增强纤维 防裂抗裂纤维分散性相对误差/% -10+10混凝土和砂浆裂缝降低系数/% 55混凝土抗压强度比/% 95 100 砂浆抗压强度比/% 95混凝土抗渗性能提高系数a/% 30 砂浆透水压力比 b/% 120韧性指数（I 5）c 3 混凝土抗冲击性能 d/% 160 300 a、 b、 c 、d 为可选项目，由供需双方协商选用。短切玄武岩纤维的规格和尺寸应符合表 2.3.3 的要求。表 2.3.3 短切玄武岩纤维的规格和尺寸公称长度/mm纤维类型用于水泥混凝土 用于水泥砂浆 单丝公称直径/
6、m原丝 1530 615 1325合股浸胶纱 650 1320注：1.短切玄武岩纤维的公称长度和单丝公称直径偏差应在公称值的10%内。2.经供需双方协商，可生产其它 规格及尺寸的短切玄武岩 纤维。4、玄武岩纤维混凝土的特点（1）在混凝土中掺入玄武岩纤维，由于其在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果。玄武岩纤维的乱向分布形式可削弱混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到无数的纤维丝上，从而有效地增强混凝土的韧性，减少混凝土初凝时收缩引起的裂纹和裂缝。（2）混凝土中掺入纤维，可以缓解温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，防止温度裂缝的扩展。同时混凝土中掺入纤维，在混合过
7、程中引进了空气，使混凝土内空气含量增加，抗冻性能得以改善。（3）均匀分布于混凝土中的大量纤维起了“承托”作用，降低了混凝土表面的析水与集料的离析，从而使混凝土中微孔隙含量大大降低；同时纤维的掺入减少了混凝土中的初始原生裂缝，所带来的明显的阻裂效应使纤维混凝土的抗渗能力得以提高。（4）纤维加入混凝土中经搅拌后纤维成乱向分布，一方面降低了混凝土的收缩应力，同时混凝土的粘聚性增大，有效阻止了混凝土的离析，水分迁移困难，减少了由于水泥砂浆体塑性收缩产生的可能性。（5）在混凝土中加入纤维，能提高混凝土抗剪、抗劈裂、抗疲劳，能显著改善混凝土的力学性能（见表 2.4.1） ，避免了普通混凝土因上述指标过低而
8、引起的一些病害。（6）在混凝土中加入纤维，混凝土搅拌、浇注成型时，对混凝土无不良影响，且结合性好，能改善混凝土的粘聚性和稳定性。表 2.4.1 玄武岩纤维混凝土性能项目 性能基本力学性能试验玄武岩纤维混凝土的基本力学性能：抗压强度可提高约 1020%，剪切强度可提高约 2050%，抗折强度可提高约 2050%，抗冲击性能提高约 2 倍抗渗性能 玄武岩纤维混凝土抗渗能力能达到 p24 的抗渗等级韧性性能 其韧性指标均达到良好和优秀，且比钢纤维混凝土韧性更好抗冻融性能玄武岩纤维混凝土试件经快速冻融 300 次的试验结果表明，采用玄武岩纤维后其抗冻性能可以满足 300 次快速冻融循环的要求5、玄武岩
9、纤维混凝土配合比设计根据实验及经验数据，建议在水泥混凝土中按照一立方水泥混凝土中掺加5kg 玄武岩纤维（纤维规格为直径 15um，长度为 18mm） ，用来代替钢纤维，提高混凝土抗剪、抗折、 、抗冲击、抗疲劳及抗裂防渗性能。同时按照公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D40-2004）及公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 （JTJ E30-2005）进行水泥混凝土的级配设计。6、玄武岩纤维混凝土性价比优势一般在水泥混凝土中掺加玄武岩纤维 5kg/m3，掺加钢纤维至少 40 kg/m3。钢纤维在水泥混凝土中易腐蚀，应用环境有限，没有消除混凝土固有的抗拉强度低、韧性差的弱点，由于比重大，施工操作困
10、难，钢纤维宜往混凝土底部沉，造成钢纤维分布不均。同时，在混凝土面层上由于钢纤维的缘故，易扎轮胎，行车舒适性也不好，噪音大。玄武岩纤维在强度上是钢纤维的 3 倍以上，耐酸碱腐蚀性强，能增加混凝土的基本力学性能（抗拉强度、抗冲击性能等） ，比重轻（与水泥混凝土的密度基本一致） ，施工方便，能使纤维均匀分散在混凝土中，形成三维乱向分布，提高混凝土的防渗抗裂能力。由于玄武岩纤维是柔性的，不会对轮胎产生不良影响，行车舒适性更好，噪音小。添加玄武岩纤维的水泥混凝土在性能上优于掺加钢纤维的水泥混凝土。在经济性上，掺加玄武岩纤维的价格更低。见下表所示：表 2.5.1 玄武岩纤维混凝土经济性序号 项目 掺加玄武
11、岩纤维 掺加钢纤维1 掺量（kg/m 3） 5 402 纤维单价（元/kg） 35 83每立方混凝土掺加纤维价格（元）（12 ）175 320综上所述，在水泥混凝土中掺加玄武岩纤维比掺加钢纤维的性价比更高。7、玄武岩纤维水泥混凝土施工方法（1）般要求1.1 纤维混凝土宜在 25以下，-5以上气温施工。1.2 在施工前，必须对班组长以上的施工及管理人员进行详细的技术交底，使操作人员心中有数，避免盲目施工。1.3 玄武岩维混凝土施工质量控制，应包含玄武岩纤维混凝土各组成材料检验和计量、搅拌、浇筑等工序的质量控制。（2）材料检验和计量2.1 施工过程中应测定粗细骨料的含水量，每一工作班应不少于一次，
12、当含水量有显著变化时，应增加次数，依据检测结果，及时调整用水量和材料用量。2.2 在施工期间，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。材料的称量偏差，不得超过表 7.1.1 的规定。表 7.1.1 材料计量偏差表（3）玄武岩纤维混凝土的拌合3.1 应采用强制式搅拌机，拌合时先将纤维与砂、石、水泥等同时加入搅拌机。先干拌后湿拌，搅拌时间比不加纤维的混凝土搅拌时间略延长 1020s，以保证纤维能够在混凝土中混合均匀。玄武岩纤维混凝土拌合物应拌合均匀，颜色一致，不得有离析、泌水、玄武岩纤维结团现象。3.2 为了便于施工，在施工前应先按拌合机每次拌合的混凝土的量计算好掺量，
13、将玄武岩纤维分包装好。3.3 玄武岩纤维混凝土搅拌后，每工作台班应至少检测一次拌合物的均匀性、稠度偏差不应超过配合比要求的10% ，必要时应检测玄武岩纤维体积率偏差不应超过配合比要求的15% 。3.4 应严格控制纤维混凝土坍落度。坍落度过小易粘溜槽，不易在溜槽中滑行，入仓难以振捣，滑模时阻力大，混凝土易拉裂；坍落度过大在溜槽中滑行易产生分离，出模后混凝土易下塌，面板表面平整度差，且混凝土强度不能达到设计值。（4）运输同普通混凝土，无特殊要求。（5）浇筑材料名称 玄武岩纤维 水泥 粗细骨料 水 外加剂允许偏差 1% 1% 2% 2% 1%5.1 玄武岩纤维混凝土的浇筑，应保证玄武岩纤维分布的均匀
14、性和结构的连续性。在浇筑中，禁止因拌合料干涩而加水。5.2 玄武岩纤维混凝土宜用平板振捣器或模外振捣器振捣，保证玄武岩纤维混凝土密实外，还应保证玄武岩纤维分布的均匀性，避免玄武岩纤维裸露在结构物表面。（6）混凝土振捣与表面整修6.1 浇注时，应及时用平板震动器振捣，尽量避免用插入式震动器，以免影响插入振捣位置纤维搭接；如无法避免，用插入式震动器振捣后，应用平板震动器再振捣 20 秒，以恢复纤维的三维分布。充分的振捣一方面降低了混凝土的收缩应力，同时混凝土的粘聚性增大，有效阻止了混凝土的离析。由于掺入玄武岩纤维后形成三维网结构，混凝土的坍落度会略有降低，但杜绝人为加入大量的水，振捣后与一般混凝土
15、不同，出浆量也会略有减少，抹平时与正常方法相同。为保证顺利振捣和收面，一定要控制坍落度在适宜范围内。现场条件下坍落度会随时间减少的规律，故要搞好现场组织，尽可能缩短混凝土出机到入模的运输时间，防止水分蒸发过多，影响塌落度。6.2 应做好出模后混凝土的防雨、防晒措施，以防其表面水分蒸发。加大抹面劳动力的投入，才能确保抹面工序顺利完成。（7）施工缝留设注意事项应尽量保持混凝土的连续浇注，以免造成接缝处纤维断开，造成混凝土接缝处薄弱。如不可避免，可在混凝土终凝后立即将接缝处混凝土凿毛，或通过构造配筋等手段，减少其影响。（8）成型与养护掺加玄武岩纤维的混凝土在成型时无特殊要求，但应保证混凝土充分振实；掺加玄武岩纤维的混凝土养护时无特殊要求，可按正常混凝土的养护进行即可。（9）玄武岩纤维混凝土质量不合格的处理玄武岩纤维混凝土的强度、韧性、抗渗和抗冻性检验不合格时，必须立即对施工中的结构进行全面的技术鉴定，会同设计等有关单位研究处理，提出切实可行的措施，保证所施工的工程达到设计所要求的安全性、适用性和耐久性的要求。 除上述要求外，掺加玄武岩纤维的水泥混凝土施工应按照公路水泥混凝土路面施工技术规范 （JTG F30-2003）或公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程 （JTJ 037.1-2000）中的施工方法及检测来执行。
