研究了高温作用下素混凝土、玄武岩纤维混凝土、玄武岩-高吸水树脂混凝土及玄武岩-纤维素混杂纤维混凝土的力学性能,建立了高温作用后混凝土的抗压强度预测模型。结果表明:纤维的掺入能够提高混凝土的耐高温性能;对于抗压强度,玄武岩-纤维素混杂纤维混凝土的抗压强度值最高,400℃时,其抗压强度相较素混凝土提高了36.3%;对于抗折强度,玄武岩和高吸水树脂混掺对混凝土抗折强度的提升效果最优;建立的高温作用下混凝土抗压强度预测模型的精度较高。

研究了不同短切纤维(改性聚丙烯纤维MPPF、仿钢纤维ISF、玄武岩纤维BF)及掺量对珊瑚混凝土力学性能的影响,并对其破坏形态进行了分析。结果表明,纤维珊瑚混凝土早期抗压强度增长速率快而后期强度增长速率缓慢;当珊瑚混凝土中分别掺入1 kg/m^3、2 kg/m^3和3 kg/m^3的MPPF与ISF时,珊瑚混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度与抗折强度较空白组均有所增加;相比于ISF,MPPF对珊瑚混凝土力学性能的改善效果更为显著,且最佳MPPF掺量为2 kg/m^3;当珊瑚混凝土中掺入BF时,珊瑚混凝土的力学性能有所降低;掺加纤维可以改善混凝土的脆性,使其破坏时表现出良好的延性。

采用尺寸分别为6 mm、12 mm、20 mm的玄武岩纤维和聚丙烯纤维对粗骨料粒径为5~10 mm和10~20 mm的透水混凝土的透水系数、孔隙率、抗压强度、抗折强度以及冻融耐久性变化规律进行了分析,并与普通透水混凝土进行了对比。结果表明,纤维的掺入以及纤维尺寸的递增能够提升透水混凝土的力学性能和冻融耐久性;透水混凝土的透水性能、力学性能和冻融耐久性均随着骨料粒径的增大而增加;玄武岩纤维在增强透水混凝土性能方面优于聚丙烯纤维;尺寸为12 mm的玄武岩纤维和粒径为10~20 mm的骨料更适用于改善透水混凝土的性能。

通过掺入5%~30%的橡胶颗粒、1~5 kg/m^3的玄武岩纤维,开展了玄武岩纤维橡胶混凝土力学性能及抗冻耐久性能试验研究,分析了不同配比下试件的抗压强度变化规律,探讨了玄武岩纤维、橡胶颗粒掺量对混凝土试件质量损失率、相对动弹性模量的影响。结果表明,掺入橡胶颗粒会导致混凝土抗压强度下降,但玄武岩纤维能保持试件破坏时的整体性;当橡胶颗粒用量较少时,玄武岩纤维的掺入能有效提高试件的抗压强度;橡胶颗粒及玄武岩纤维均能在不同程度上提高混凝土试件的抗冻性能,10%的橡胶颗粒掺量对冻融过程中的质量损失有较好的控制作用,但掺量过多时效果不明显;玄武岩纤维掺量对试件冻融过程中的质量损失、相对动弹模量变化相对不敏感,试件的冻融性质受橡胶颗粒的影响更加显著。

以磷酸镁水泥砂浆3 d、7 d和28 d的抗压、抗折和拉伸黏结强度为评判指标,研究了玄武岩纤维对磷酸镁水泥砂浆力学性能的影响,建立了声波纵波脉冲速度与抗压强度的理论关系式。结果表明,掺量不超过2 kg/m^3的玄武岩短切纤维有助于提高砂浆的抗压强度;短切玄武岩纤维的掺入可以显著增强砂浆的抗折强度,建议掺量为3~5.5 kg/m^3;砂浆的拉伸黏结强度会随纤维掺量的增加而提高,建议掺量为5~6 kg/m^3;纵波波速可以用于测定磷酸镁水泥修补砂浆的抗压强度。

研究了不同体积掺量(0.1%、0.2%、0.3%)的玄武岩纤维和引气剂(0.03%、0.05%、0.08%)对混凝土抗冻性能和力学性能的影响。结果表明,混掺玄武岩纤维和引气剂可以提高混凝土的抗冻性,且最优掺量分别为0.2%和0.03%;相同纤维掺量时,随着引气剂掺量的增加,混凝土的力学性能降低;引气剂掺量不变时,掺入0.2%的玄武岩纤维对混凝土力学性能的提高效果最佳。

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。

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。