玄武岩纤维混凝土高温性能研究综述

摘 要：随着玄武岩纤维混凝土（BF混凝土）在建筑中的应用日益广泛以及对建筑防火安全重视度的提高，对BF混凝土的防火安全研究日益重要。文章在综合各研究人员研究结果的基础上，通过对BF混凝土高温性能表现的分析，总结出高温下BF混凝土性能变化规律，为其防火安全提供了依据，有利于BF混凝土的使用推广。

关键词：玄武岩纤维；纤维混凝土；力学性能；高温

引言

玄武岩纤维具有耐高温、抗拉性好、抗压缩性能好、隔热性强、生产能耗小等一系列优点[1]，在国家的支持下，越来越广泛的应用在建筑中。我国是玄武岩纤维生产大国，国内众多研究人员进行了BF混凝土的理论和试验研究，取得了很多研究成果。

混凝土性能会受到环境的影响，火灾产生的高温环境对混凝土的力学性能和耐久性影响显著，严重威胁建筑使用安全。因此本文在对众多研究人员研究结果进行汇总的基础上，重点分析了BF混凝土受高温之后的性能表现，以期总结出高温下BF混凝土性能变化规律，推动BF混凝土在建筑中的广泛使用。

1 机理分析

1.1 高温破坏机理

从混凝土内部化学结构来看，在高温下，水泥水化产物失水，胶凝材料的整体结构遭到破坏，从而造成骨料之间的相互分离。从混凝土结构的内部受力来看，混凝土在高温状态内部产生温度梯度，温度梯度在混凝土结构内部形成拉应力，从而使混凝土结构受力破坏。当混凝土强度较高时，其韧性较低，高温状态混凝土内部水汽化逃逸产生压力，造成混凝土的机械破坏。

1.2 纤维增强机理

内部掺杂的纤维在混凝土受力时能够在一定程度上传递和协调混凝土结构内力，使其内力分布更均匀，从而延缓了脆弱部位的出现，使混凝土的力学强度得以增强。混凝土内掺杂纤维，在一定程度上起到钢筋的作用，增强混凝土的整体性，而且由于掺杂纤维的比表面积更大，混凝土整体性更强，使得纤维混凝土的韧性、抗疲劳特性、抗冲击性能表现优秀。

2 混凝土高温力学性能

针对建筑混凝土性能研究重点，从抗压强度、烧失率、抗压变形性能、冲击韧性四个方面总结了BF混凝土受高温后的力学性能。

2.1 抗压强度

BF混凝土的高温后抗压强度与温度所承受温度有关，在其他条件相同的情况下，当混凝土强度等级小于C60时，BF混凝土抗压强度随温度升高先略有升高，而后显著下降，当强度大于C60时，BF混凝土抗压强度随温度升高而降低，近似呈线性关系[2]。BF混凝土高温后抗压强度还受玄武岩纤维掺杂量影响，在其他条件相同的情况下，隨玄武岩纤维掺杂量增大，混凝土抗压强度先升高后降低，在温度高于600摄氏度后，这一趋势不明显[3]，不同掺杂量的BF混凝土抗压强度接近。

2.2 烧失率

在其他条件相同的情况下，BF混凝土烧失率随受热温度的升高而增大。BF混凝土的烧失率还与BF掺杂量有关，玄武岩纤维的掺杂会提高混凝土出现孔隙的概率，在其他条件相同的情况下，BF混凝土的烧失率随玄武岩纤维掺量的升高而增大，这一表现在200℃的实验中表现尤为明显[4]。

2.3 抗压变形性能

BF混凝土高温后抗压变形性能由其应力-应变曲线进行分析。BF混凝土的极限应力、极限应变与温度有关，在其他条件相同的情况下，BF混凝的极限应力和极限应变都随温度的升高而降低，降低幅度明显。玄武岩纤维的掺杂起到增强混凝土抗压变形性能的作用，然而玄武岩纤维掺杂比例与BF混凝土抗压变形性能之间无明显规律性，在其他条件相同的情况下，BF混凝土抗压变形能力随玄武岩纤维掺量的增加而上下波动[2]。

2.4 冲击韧性

玄武岩纤维在混凝土中的掺杂形成了一个均匀乱向分布体系[5]，纤维的存在，沟通连接了混凝土各部分，在受到冲击时，将冲击力向冲击部位周围快速传递，另外，玄武岩纤维传递冲力的过程中还会产生能量损耗，从而降低了BF混凝土直接在冲击部位破坏的概率。随温度升高，在其他条件相同的情况下，BF混凝土的冲击韧性降低；随玄武岩纤维掺量增加，仅在玄武岩纤维掺量不同的情况下，BF混凝土的冲击韧性得以增强[6]。

3 结束语

本文对BF混凝土高温下性能表现进行了总结，找到了高温下BF混凝土抗压强度、烧失率、抗压变形性能和冲击韧性方面的变化规律。这些规律为BF混凝土建筑防火设计提供了规范，有利于确保建筑防火安全，促进BF混凝土的使用推广。

参考文献

[1]李娟.玄武岩纤维：赶上世界“头班车”[N].中国纺织报，2012-02-14（007）.

[2]朴战东.高温后玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究[D].郑州：郑州大学，2016.

[3]任韦波，许金余，白二雷，等.高温后玄武岩纤维增强混凝土的动态力学特性[J].爆炸与冲击，2015（1）：36-42.

[4]陈炜，何耀，林可心，等.高温后玄武岩纤维高强混凝土的力学特性[J].硅酸盐通报，2014（5）：1246-1250.

[5]任韦波，许金余，张宗刚，等.高温后玄武岩纤维增强混凝土的冲击变形特性[J].建筑材料学报，2014（5）：768-773.

[6]任韦波，许金余，刘远飞，等.高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征[J].振动与冲击，2014（10）：167-171+188.

作者简介：董学超（1996-），男，汉族，河北省涞水县人，本科，在读学生。

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