1水泥混凝土的進(jìn)展趨勢及玄武巖纖維在水泥混凝土中的應(yīng)用一、引言月異，取得了大批先進(jìn)、成熟的技術(shù)成果，混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)水平已躋身世界先進(jìn)展列。在建筑材料方面開發(fā)出一大批型高強(qiáng)和高性能材料，如高強(qiáng)混凝土，已廣泛應(yīng)用于根本建設(shè)領(lǐng)域并顯示出其在建設(shè)工程中的重要地位。但是，我們應(yīng)當(dāng)看到在大規(guī)模建設(shè)取得巨大成就的同時(shí)，還存在著一些問題，目前，在工程構(gòu)造領(lǐng)域中一個(gè)相當(dāng)普遍的問題是混凝土的耐久性和其裂縫問題，而且近年來已呈現(xiàn)出日益增多的趨勢，已影響到生活和生產(chǎn)，并困擾著大批工程技術(shù)人員和治理人員。二、一般水泥混凝土的特點(diǎn)和產(chǎn)生裂縫的緣由化而成的人造石材，這種材料具有很多優(yōu)點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度高、價(jià)格低廉、原材料豐富、易澆筑任意外形、不同強(qiáng)度、不同性能的構(gòu)筑物等。已經(jīng)成為路橋工程的主要建筑材料。但水泥混凝土存在著韌性差，脆性大，抗沖擊性能低，易凍融、簡潔受溫度濕度變化而開裂等缺陷，使混凝土在實(shí)際工作環(huán)境的使用遇到了很多問題，集中表現(xiàn)為混凝土裂縫。狀態(tài)的主要因素，裂縫產(chǎn)生的緣由主要有以下兩種類型：(一) 形變變化引起的裂縫。變形作用，如溫度變形、收縮變形等諸多因素，統(tǒng)稱為變形作用引起的裂縫問80%以上。1. 塑性裂縫拌和物中顆粒間布滿水，假設(shè)養(yǎng)護(hù)缺乏，外表失水速度超過內(nèi)部水向外表遷移的速率，就會(huì)造成毛細(xì)管中產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié){體產(chǎn)生收縮。影響混凝土塑性收縮開裂的內(nèi)部因素是水灰比、細(xì)摻料、混凝土的溫度、分散時(shí)間等；外部因素是風(fēng)速、環(huán)境溫度、相對濕度等。2、枯燥收縮裂縫土的水分蒸發(fā)、枯燥過程是由外向內(nèi)、由表及里漸漸進(jìn)展的。由于混凝土蒸發(fā)枯燥格外緩慢，產(chǎn)生枯燥收縮裂縫多在一個(gè)月以上，有時(shí)甚至更長，而且裂縫發(fā)生在表層很淺的位置，裂縫微小，有時(shí)呈平行狀或網(wǎng)狀，常常不被人們注視。干縮引起的裂縫混凝土凝固初期到混凝土完全硬化這段時(shí)間產(chǎn)生裂縫的主要緣由。但是要特別留意，由于碳化和鋼筋銹蝕的作用，干縮裂縫不僅損害薄壁構(gòu)造的抗?jié)B性和耐久性，也會(huì)使大體積混凝土的外表裂縫進(jìn)展成為更嚴(yán)峻的裂縫，侵蝕混凝土中的配筋，影響構(gòu)造的耐入性和承載力氣。3、溫度裂縫。7502J溫度上升〔可達(dá)70℃左右，甚至更高。對于大體積混凝土來說，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)峻，由于混凝土內(nèi)部和外表的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力和溫度差成正比，當(dāng)這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力〔主要是混凝土抗拉強(qiáng)度〕時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。同樣在混凝土的工作過程中由于界面內(nèi)部溫差過大同樣會(huì)產(chǎn)生裂縫。(二)設(shè)計(jì)、材料、施工和使用緣由引起的裂縫。由于不合理的設(shè)計(jì)、劣質(zhì)的材料、粗糙的協(xié)作比、錯(cuò)誤的施工工藝和不當(dāng)?shù)氖褂猛瑯訒?huì)使混凝土產(chǎn)生裂縫。隨著高強(qiáng)、早強(qiáng)和泵送混凝土的大量使用，使得對混凝土裂縫把握的難度也越來越大。工程上不少構(gòu)件〔尤其是高強(qiáng)度薄壁、薄層構(gòu)造〕在開頭工作以前便消滅裂縫，各方為緣由和責(zé)任問題常常掙執(zhí)不下。雖然大多數(shù)狀況施工方擔(dān)當(dāng)了責(zé)任，質(zhì)量問題解決以后，并經(jīng)過深刻總結(jié)教訓(xùn)，但往往問題還會(huì)消滅。實(shí)際上，施工進(jìn)度的要求、混凝土自身的特性使得完全避開此類問題的消滅的難度格外大。對于已經(jīng)投入使用的工程，我們往往會(huì)覺察，構(gòu)件消滅病害如開裂、混凝土剝落、碳化的時(shí)間往往比我們預(yù)期的要早的多。比方我們目前對服役十年左右的橋梁從內(nèi)心都感覺是“老橋”了，由于已經(jīng)不同程度地消滅病害，而設(shè)計(jì)施工上是為著“百年大計(jì)”的理念建設(shè)的。標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)加大了保護(hù)層的厚度，便是國家對混凝土的耐久性提出更高的期望，同時(shí)也流露出些許無奈。設(shè)計(jì)、施工和使用方面的緣由簡潔覺察，也簡潔通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、科學(xué)施工、標(biāo)準(zhǔn)使用進(jìn)展解決，要有效的解決混凝土裂縫和耐久性問題，就必需從材料著手，探究和爭論一種低熱、低彈性模量、高極限拉伸、適當(dāng)?shù)目箟簭?qiáng)度，較高的抗拉強(qiáng)度、極限拉伸和適當(dāng)?shù)男熳儾⒃谑┕ぶ休^好的流淌性特性的高性能混凝土。三、目前水泥混凝土的進(jìn)展趨勢勢是不斷提高強(qiáng)度。這是由于使用部門不斷提高強(qiáng)度的要求所致。尤其是近50年來，片面提高強(qiáng)度而無視其它性能的傾向造成水泥生產(chǎn)向大幅度增加細(xì)度和硅酸三鈣、鋁酸三鈣的含量進(jìn)展，水泥標(biāo)號(hào)或28d50Mpa水泥外，更多的是增加單方水泥用量，降低水灰比及單方用水量。因此混凝土的流淌性隨之下降，甚至消滅必需依靠強(qiáng)力振搗才能保證密實(shí)性和均勻性的干硬性混凝土，這格外不利于現(xiàn)在大體積混凝土連續(xù)澆筑的施工，更不用說進(jìn)展泵送施工了。到80年月后，混凝土耐久性問題愈來愈銳利。因混凝土材質(zhì)劣化和環(huán)境等因素的侵蝕作用，常消滅混凝土建筑物破壞失效甚至倒塌等事故，造成巨大損失。建設(shè)起來，近幾年來，隨著交通量的增加和荷載等級(jí)的提高，鋪裝混凝土的強(qiáng)度不斷地提高，但橋面鋪裝層的破壞狀況越來越嚴(yán)峻。究其緣由是由于橋面鋪裝層隨車輛重復(fù)荷載的振動(dòng)、沖擊、拉伸和剪切等作用及溫度氣候變化引起膨脹收縮后，鋪裝層往往會(huì)產(chǎn)生局部微小裂縫，處于負(fù)彎矩的鋪裝層尤為嚴(yán)峻，當(dāng)構(gòu)造受彎時(shí)荷載15%~20%時(shí)就開頭產(chǎn)生裂縫，鋪裝層一旦消滅裂縫，隨著裂縫擴(kuò)展會(huì)造成構(gòu)造承載力降低，并會(huì)引起橋面滲水或漏水，造成鋼筋銹蝕，使凍融破壞加劇，鋪裝層就會(huì)加速破壞。有鑒于此，加上施工能耗、勞動(dòng)與環(huán)境保護(hù)，尤其是均勻性對工程安全所具有的極端重要性，因此對混凝土的工作性能提出了愈來愈高的要求，傳統(tǒng)的單一高強(qiáng)化的主流思想受到批判。人們在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中開頭重視貫徹可持續(xù)進(jìn)展戰(zhàn)略，混凝土強(qiáng)度已不再成為追求的單一目標(biāo)，混凝土耐久性和易施工性漸漸成為人們關(guān)注的焦綠色混凝土備受寵愛，高性能混凝土漸漸成為合理的、科學(xué)的進(jìn)展路線。要指標(biāo)，針對不同用途要求，對以下性能有重點(diǎn)地予以保證，即耐久性、施工性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。它是在大幅度提高一般混凝土性能的根底上承受現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是近年來混凝土材料進(jìn)展的一個(gè)重要方向。高性能應(yīng)當(dāng)具有以下幾個(gè)特征：把握混凝土設(shè)計(jì)的并不單是強(qiáng)度，還應(yīng)包括耐久性?？s變形。泵送混凝土還應(yīng)有良好的可泵性。依據(jù)不同用途和工作環(huán)境應(yīng)具有確定的強(qiáng)度和較高的密實(shí)度。纖維混凝土被公認(rèn)為是最具進(jìn)展前景的高性能混凝土。四、纖維混凝土砂漿或者混凝土為基材，以非連續(xù)的短纖維或者連續(xù)的長纖維作增加材料所組成的水泥基復(fù)合材料，主要作用是通過橋接作用來限制圍觀裂縫的進(jìn)展，從而改善混凝土的性能。纖維參與水泥根本中的作用：〔1〕阻裂。阻擋水泥基體中原有缺陷〔微裂縫〕的擴(kuò)展并有效延緩裂縫的消滅〔〕水泥基體的密實(shí)性，防止外界水分侵入；耐久。改善水泥基體抗凍、抗疲乏等性能，提高其耐久性；抗沖擊。提高水泥基體的耐受變形的力氣，從而改善其韌性和抗沖擊性；抗拉。在使用高彈性模量纖維前提下，可以起到提高基體的抗拉強(qiáng)度的作用；現(xiàn)在主要使用的纖維混凝的種類及優(yōu)缺點(diǎn)性差，難以施工且易銹蝕，鋼纖維混凝土的自重大、在制造方面使用大量的鋼材，加大了對鋼材的消耗，增加本錢較多。鋼纖維在使用過程中破壞形態(tài)主要是被拔出，而不會(huì)被拉斷，這說明鋼纖維的與混凝土的粘附性缺乏，這會(huì)影響提高混凝土抗拉強(qiáng)度的效果，它增韌增加的原理是當(dāng)裂縫產(chǎn)生后由于鋼材的高模量和單根的高抗拉強(qiáng)度，阻擋了裂縫的進(jìn)一步開展；但由于數(shù)量有限，對微觀裂縫約束效果不大，對抗?jié)B、凍融等性能提高并不明顯，另外，施工中鋼纖維密度過大，振搗澆注時(shí)往往會(huì)沉于混凝土下部，不行能均勻分布，這往往也是理論爭論和實(shí)際效果差異大的主要緣由。露于大氣中一段時(shí)間后，其強(qiáng)度和韌性會(huì)有大幅度下降，即由早期高強(qiáng)度、高韌性向一般混凝土退化。眾所周知，一般的玻璃纖維還有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，就是不耐堿，堿骨料反響是水泥混凝土的“癌癥〔AR〕也不適宜與一般波特蘭水泥復(fù)合，最好與低堿度水泥復(fù)合。這主要是為了減輕水泥基材對玻璃纖維外表的堿蝕作用。我國“雙保險(xiǎn)“的技術(shù)路線〕由于是”削足適履“的做法，加之，耐堿玻璃纖維在外觀上很難與一般玻璃纖維相區(qū)分，幾十年來始終難以大面積推廣。確定的抗拉強(qiáng)度，可三維亂向分布于混凝土基體中，其阻裂原理是充分發(fā)揮了纖維數(shù)量〔每公斤數(shù)千萬根〕優(yōu)勢，具有很大的外表積，對微裂縫約束，使之不至于連通，效果顯著。但是合成纖維密度小，單絲直徑較小，存在增稠效應(yīng)，不利于混凝土的震驚密實(shí)，由于合成纖維的抗拉強(qiáng)度較低，在使用過程中其破壞形態(tài)主要是纖維被拉斷，且在抗老化、耐堿方面也不夠好。2060與混凝土粘結(jié)良好的優(yōu)點(diǎn)，但由于碳纖維價(jià)格昂貴，工程應(yīng)用中受到確定的限制。由以上幾種纖維混凝土的性能可以看出，這幾種纖維混凝土都存在一些缺陷，在滿足高性能混凝土方面都是不太抱負(fù)，無法很好地解決現(xiàn)存的一些問題。纖維混凝土進(jìn)展了幾十年的經(jīng)受告知我們：必需在纖維上有所突破，才能使纖維混凝土這種高性能混凝土真正得到廣泛使用。五、玄武巖纖維混凝土隨著生產(chǎn)技術(shù)的解密，連續(xù)玄武巖纖維〔簡稱CBF〕是近幾年來才時(shí)有報(bào)道的纖維，它是一種無機(jī)纖維1450~1500℃高溫熔融后快速拉制而成的連續(xù)纖維，其外觀為金褐色，具有卓越的綜合性能和較低的價(jià)格。連續(xù)玄武巖纖維的特性：〔1〕CBF了它與生俱來就具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定外，其中并沒有與人類安康有害的成分〔2〕性能的綜合面結(jié)合的浸潤性極好，而且CBF具有三維的分子維數(shù)與分子維數(shù)—維的線性聚合物纖維相比具有較高的抗壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和在耐惡劣環(huán)境中使用的適應(yīng)性、抗老化性等有優(yōu)異的綜合性能〔3〕本錢的低廉性。水泥混凝土用的玄武巖纖維價(jià)格并不高，明顯低于鋼纖維、碳纖維等，和合成纖維相當(dāng)〔4〕自然的纖維的耐堿性要比耐堿玻璃強(qiáng)〔1。因此，玄武巖纖維增加混凝土可以在根本建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域起運(yùn)輸領(lǐng)域帶來重大變革！F?纖維耐堿性的檢測結(jié)果：測試條件溫度℃〔h〕F纖維保存強(qiáng)度1mol/L40291%NaOH℃483%275%60462%℃注：依據(jù)國家玻璃纖維產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)視檢驗(yàn)中心的檢測報(bào)告?！娌驾^廣，價(jià)格廉價(jià)，造價(jià)低，還兼有綠色、環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)勢，產(chǎn)品符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策。且大量試驗(yàn)證明玄武巖纖維對混凝土性能有很好的改善作用，與鋼纖維和合成纖維相比，玄武巖纖維的結(jié)合性更好，玄武巖纖維抗腐蝕耐銹蝕性均好于其它纖維。因此，玄武巖纖維用于水泥混凝土中有其自身的優(yōu)勢和特點(diǎn)，相比鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、合成纖維混凝土和碳纖維混凝土較有明顯的性能、價(jià)格等綜合優(yōu)勢，替代潛力巨大。有微米級(jí)的直徑，更有其他纖維不行比較的良好分散性；加捻合股纖維是玄武巖纖維無捻粗紗，用多股平行原絲經(jīng)加捻和合股合而成的玄武巖纖維制品，抗折性好、具有良好的性能?？梢砸罁?jù)應(yīng)用環(huán)境和目的的不同制造出不同長度、不同直徑、不同捻度和捻向的產(chǎn)品規(guī)格。兩種短切纖維既可依據(jù)需要單獨(dú)參與混凝土，因其具有一樣的抗拉強(qiáng)度、彈性模量和性能，更可以混合使用，生產(chǎn)出一種全的、綜合了合成纖維和鋼纖維混凝土優(yōu)點(diǎn)的高性能混凝土。與其他纖維混凝土相比，型玄武巖纖維混凝土主要有以下優(yōu)勢：〔1〕.兩種具有同類性質(zhì)，不同直徑的纖維可以一起受力，協(xié)同工作，優(yōu)勢互補(bǔ)，既共同防裂阻裂，又共同增韌增加。著。并抑制了合成纖維的密度小，彈性模量和抗拉強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，不至于在裂縫擴(kuò)展時(shí)被拉斷，有效