设计了5组不同玄武岩纤维体积掺量(0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)的混凝土试件,并对其进行了冻融循环试验和轴向拉伸试验。结果表明,玄武岩纤维提高了混凝土的轴向拉伸强度,纤维掺量越大,峰值应力越大,峰值应变也相应提高,试件表现出较好的延性破坏特征。冻融循环过程降低了混凝土轴向拉伸强度,而玄武岩纤维可以减弱混凝土的冻融损伤。玄武岩纤维的最佳体积掺量为0.3%。通过对试验数据进行拟合,得到了玄武岩纤维混凝土(BFRC)的轴向拉伸应力-应变本构关系和冻融损伤演化方程,并在此基础上建立了BFRC在冻融环境下的轴向拉伸应力-应变本构模型。

为了研究玄武岩纤维(BF)对喷射混凝土力学性能和工作性的影响,对玄武岩纤维喷射混凝土(BFRS)进行了立方体抗压性能试验及SEM试验,并进行了现场支护应用。结果表明,BF加入后,BFRS坍落度降低、力学性能提升。当BF掺量达到最佳的3 kg/m^3时,BFRS 28 d抗压、劈裂抗拉及抗弯强度较普通喷射混凝土分别提升了22.4%、14.3%和13.4%。通过SEM试验发现,BF在喷射混凝土基体内部均匀分布,形成稳定的三维网状承力结构,可以有效抑制界面薄弱区开裂,降低BFRS内部缺陷。进行井下支护应用发现,BFRS复合支护体系具有较好的支护稳定性,二次支护区段内,BFRS巷道80 d变形量相较普通喷射混凝土巷道降低约56%。

为了研究玄武岩纤维对活性粉末混凝土耐久性的影响,进行了9组玄武岩纤维活性粉末混凝土(RPC)和3组素RPC的氯离子渗透试验以及1组玄武岩纤维RPC的碳化性能试验。试验结果表明,素RPC的电通量为104~120 C,氯离子渗透性极低,玄武岩纤维RPC的电通量均小于100 C,氯离子渗透性可以忽略。当水胶比为0.22、玄武岩纤维体积掺量为0.10%时,试件的抗氯离子渗透性能最好。玄武岩纤维RPC试件具有良好的抗碳化性能,其28 d碳化深度为0。

选用玄武岩纤维作为超高强混凝土(UHSC)的外掺料,研究其在不同掺量下对UHSC的力学性能的影响。通过试验考察了各配合比下的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度,分析了玄武岩纤维掺量对各项指标的影响。结果表明:玄武岩纤维对立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度均有提高作用,尤其当玄武岩纤维掺量为2 kg/m^3时,以上各项指标分别提高了10.9%、14.1%、10.2%、11.0%。

研究了不同掺量聚丙烯纤维、玄武岩纤维及其混杂纤维对再生混凝土基本力学性能的影响。试验结果表明,与素再生混凝土相比,纤维再生混凝土破坏时的整体性、延性更好;单掺纤维再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度有不同程度的降低;一定范围内,随纤维含量的增加,混杂纤维再生混凝土的强度较素再生混凝土均有所提高。

为提高道路修补砂浆的抗弯折性能,研究了聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维及玄武岩纤维单掺及复掺情况下对水泥基材料抗折强度影响规律。结果表明,玄武岩矿物纤维对抗折强度增强效果较小;单掺聚乙烯醇纤维0.75%时,28 d抗折强度比不掺增加15%;单掺1%聚丙烯纤维时,28 d抗折强度比不掺增加16%。聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维及玄武岩矿物纤维复掺时,聚乙烯醇纤维对砂浆28 d抗折强度增强效果的影响程度最大。复掺聚乙烯醇纤维0.5%、聚丙烯纤维0.5%、玄武岩纤维0.25%时,3 d、28 d抗折强度分别为9.4 MPa、13.8 MPa,28 d抗折强度比不掺纤维砂浆增加22%。

为探究玄武岩纤维(BF)掺量对混凝土孔隙结构的作用机制,进而影响抗压性能的规律,制作了玄武岩纤维掺量为0、1.5 kg/m^3、3.0 kg/m^3、4.5 kg/m^3、6.0 kg/m^3、7.5 kg/m^3的标准尺寸试块,进行抗压性能试验,得出不同BF掺量混凝土各龄期下的抗压强度。引入核磁共振(NMR)技术,测试不同BF掺量的混凝土孔隙分量结构。通过回归分析表明,随着纤维掺量的增加,混凝土抗压强度呈先增后减的趋势。BF掺量为3.5 kg/m^3时7 d、14 d抗压强度最大,较素混凝土分别增大6.4%和7.6%,BF掺量为3 kg/m^3时28 d抗压强度最大,较素混凝土增加14.1%。NMR试验结果显示,混凝土内部总孔隙率随着BF掺量的增大而增大,混凝土内部总孔隙率达到一定值后导致其抗压强度降低。通过分析抗压试验应力-应变曲线,得出BF混凝土抗压损规律,并对其增强机理进行了简要分析。

将玄武岩纤维和聚丙烯纤维以不同体积掺量分别进行单掺和混掺制备C60纤维混凝土,对纤维混凝土进行抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、冻融损伤、干燥收缩性能试验,记录不同龄期下相关性能指标的变化差异并与普通混凝土进行对比分析。结果表明,将玄武岩纤维和聚丙烯纤维混掺可以弥补单一纤维的不足,充分发挥两种纤维的不同优势,混掺纤维对混凝土劈裂抗拉强度和抗折强度的提升具有显著效果,纤维混掺可以削弱冻融损伤对混凝土抗压、抗折强度的不利影响,降低混凝土的干燥收缩变形。

将玄武岩纤维作为外掺材料掺入水泥固化风积砂中,对不同水泥掺量及玄武岩纤维掺量的水泥固化风积砂进行无侧限抗压强度试验研究。结果表明,在水泥固化风积砂中掺入玄武岩纤维后,玄武岩纤维可在水泥固化风积砂中均匀分布,形成一种良好的相互交错的支撑体系;掺入玄武岩纤维可以提高试件强度,且在纤维含量为0.5%时试件的抗压强度最大;随着水泥掺量的增加和龄期的增长,掺纤维水泥固化风积砂的抗压强度逐渐增加。

制备了3种密封膜片,并对其进行性能研究。结果发现:高温处理后,密封膜片Ⅰ和密封膜片Ⅱ中的密封胶在基布的纤维之间均有分布;密封膜片Ⅰ和密封膜片Ⅱ在250~350℃热处理后,其密封胶的形态保持良好;3种密封胶都能在一定程度上改善基布的韧性,所制密封膜片的断裂伸长率大于玄武岩基布的;经250~350℃高温处理后,3种密封膜片的断裂强力保持率均在65%以上。对密封膜片进行同步热分析发现:热分解起始阶段密封膜片的温差排序为密封膜片Ⅱ<密封膜片Ⅲ<密封膜片Ⅰ;热分解进行阶段膜片所产生的质量损失率排序为密封膜片Ⅱ<密封膜片Ⅰ<密封膜片Ⅲ;分解末尾阶段膜片的质量保持率排序为密封膜片Ⅱ>密封膜片Ⅰ>密封膜片Ⅲ。