将玄武岩纤维作为外掺材料掺入到水泥固化风积砂材料中,研究了温度、水泥用量和玄武岩纤维掺量对水泥固化风积砂材料温缩应变的影响。结果表明:玄武岩纤维能有效降低水泥固化风积砂材料的温度收缩,随着玄武岩纤维掺量的增加,试件的温缩系数先减小后增大;对于水泥用量分别为10%、15%和20%的试件,对应玄武岩纤维的最佳掺量分别为0.7%、0.5%和0.5%;各因素对温缩系数的影响程度大小为:水泥用量>纤维掺量>温度。

通过正交试验研究了粉煤灰、硅灰和玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响,结合SPSS软件对试验数据进行了统计分析,运用极差分析方法得到了各因素对混凝土力学性能影响的主次顺序。结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,混凝土各龄期的力学性能呈下降趋势;随着硅灰掺量的增加,混凝土各龄期的力学性能呈上升趋势;随着玄武岩纤维掺量的增加,混凝土的抗压强度基本不变,劈裂抗拉强度得到一定提升;当粉煤灰掺量为10%、硅灰掺量为6%、玄武岩纤维掺量为0.45%时,混凝土各龄期的抗压强度和劈裂抗拉强度均最高。

针对当前高层建筑物中普通混凝土自重大,而轻骨料混凝土强度较普通混凝土低的现状,以不同玄武岩纤维体积率(Vb)、聚丙烯纤维体积率(Vp)和陶粒代取代率(Rc)为影响因素,利用正交试验法设计了9组混杂纤维轻骨料混凝土(HF-LWC),进行了抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度试验,并基于试验结果建立了强度预测模型。结果表明:三种因素对抗折强度的提升幅度大于对抗压强度和劈裂抗拉强度的提升幅度,最大增幅为45.23%;随着Vb的增加,HF-LWC的强度逐渐增大,且Vb对HF-LWC强度的影响最显著;当Vb为0.2%、Vp为0.1%、Rc为10%时,HF-LWC强度最佳;拟合得出的HF-LWC抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度模型的精度较高。

研究了玄武岩纤维(BF)掺量对掺沙漠砂混凝土抗压强度、单轴受压应力-应变曲线、劈裂抗拉强度和弹性模量的影响。结果表明:BF对掺沙漠砂混凝土的抗压强度和弹性模量影响较小;掺沙漠砂混凝土的劈裂抗拉强度随着BF掺量的增加呈先增大后减小的趋势,BF最佳掺量为0.4%;BF掺沙漠砂混凝土的应力-应变曲线发展规律与普通混凝土类似;采用普通混凝土的弹性模量计算公式能较准确地计算出BF掺沙漠砂混凝土的弹性模量。

采用低温等离子接枝方式对玄武岩纤维(BF)进行改性处理,研究了接枝介质(水、丙烯酸、乙醇)和处理时间(10、20、30、40 min)对BF表面接触角和比表面积的影响,并研究了接枝改性BF对矿渣水泥砂浆力学性能的影响。结果表明:经过接枝改性处理后,BF的表面亲水性增强,粗糙度增大;当接枝介质为水、丙烯酸、乙醇时,试件的28 d抗压强度与空白组和掺未改性BF试件相比均变化不大,但28 d抗折强度均明显增大,其中,接枝介质为乙醇改性BF试件的28 d抗折强度最高,韧性最好,这是由于接枝改性BF与基体之间的黏结力增大所导致的。

在混凝土中掺入适量的玄武岩纤维可提升混凝土的力学性能。阐述了玄武岩纤维的特点和优势,分析了玄武岩纤维混凝土的静态和动态力学性能及玄武岩纤维在混凝土中的作用机理,给出了提升玄武岩纤维混凝土力学性能的未来研究方向。

为了研究冲击荷载作用下玄武岩纤维(BF)对混凝土性能的影响,采用分离式霍普金森压杆(SHPB),在0.6 MPa冲击气压作用下对不同BF体积掺量(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%)玄武岩纤维混凝土(BFRC)进行了冲击压缩试验,并基于试验数据,选用修正后的HJC本构模型对动态冲击过程进行了模拟。结果表明:BFRC相较于素混凝土具有更好的抗冲击性能,且0.30%体积掺量的BF对混凝土的增韧效果最好;修正后的HJC模型可以较好地反映出BFRC的应力、应变状态,体现BFRC破坏过程中裂纹的发展规律,模拟结果与试验结果吻合较好。

研究了玄武岩纤维掺量对混凝土轴拉性能和抗冲击韧性的影响,观察了试件拉伸与冲击的破坏形态,测得了试件的轴拉强度、破坏冲击次数等指标。结果表明:随着玄武岩纤维掺量的增加,混凝土的轴拉强度先增大后减少;当玄武岩纤维掺量为5 kg/m3和10 kg/m3时,试件的轴拉强度相比素混凝土的轴拉强度分别提高了24.41%和50.17%;当玄武岩纤维掺量为15 kg/m3时,试件的轴拉强度相比素混凝土的轴拉强度降低了3.73%;各试件的冲击破坏裂缝均出现在试件中部;与素混凝土相比,玄武岩纤维掺量为5 kg/m3和10 kg/m3试件的破坏冲击次数分别增加了46.29%和69.66%,抗冲击韧性的改善效果明显;当玄武岩纤维掺量为15 kg/m3时,由于纤维分散不够均匀,导致试件的破坏冲击次数降低。

研究了玄武岩纤维掺量对全再生粗骨料混凝土抗压和抗折强度、破坏形态、单轴受压应力-应变曲线的影响。结果表明:掺入玄武岩纤维后,试件的抗压强度提高,受压破坏时的整体性更好;随着玄武岩纤维掺量的增加,试件的抗折强度逐渐增大,所有抗折试件均为峰值后脆性破坏;随着玄武岩纤维掺量的增加,试件的峰值应力先增大后减小,峰值应变、静压弹性模量和轴压韧性比总体均呈增大趋势。

研究了单掺、复掺玄武岩纤维和纳米SiO2对混凝土力学性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)分析了玄武岩纤维和纳米SiO2的增强机理。结果表明:单掺玄武岩纤维时,混凝土的强度得到提高,且随着玄武岩纤维长度的增加,抗折强度提高更明显;单掺纳米SiO2时,随着纳米SiO2掺量的增加,混凝土的抗压、抗折强度逐渐增大;复掺玄武岩纤维与纳米SiO2时,混凝土的抗压、抗折强度均高于两种材料分别单掺时的混凝土强度;SEM分析结果表明,纳米SiO2在混凝土中起到了填充和成核作用,同时促进了水泥水化,生成了大量C-S-H凝胶和钙矾石,这些水化产物将玄武岩纤维包裹在一起,在混凝土内部形成致密的三维网状空间结构,从而提高了混凝土的强度。