玄武巖纖維的性能及其制品在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

玄武巖纖維的性能及其制品在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

趙黨鋒1劉華武1樊曉輝2張銀華3陳志剛4(1．天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津，300160;2．陜西省紡織科學(xué)研究所，西安，710038;3．岳陽紡織工程中心，岳陽，414200;4．天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津，300132)

摘要:玄武巖纖維是繼碳纖維和玻璃纖維后又一種值得關(guān)注的無機(jī)高性能纖維材料。介紹了玄武巖纖維的化學(xué)成分、各項(xiàng)優(yōu)越特性以及玄武巖纖維制品(短切紗、土工織物以及玄武巖纖維復(fù)合筋)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用和作用。隨著玄武巖纖維性能和產(chǎn)量的提高，玄武巖纖維及其制品將在土木工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:玄武巖纖維，高性能纖維，玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，土木工程

中圖分類號(hào):TQ343．4;TS156．68文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004－7093(2010)08－0039－06

高性能纖維在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用一直受到人們的關(guān)注，常用于混凝土增強(qiáng)的高性能纖維材料有玻璃纖維、碳纖維和對(duì)位芳綸(以下簡(jiǎn)稱芳綸)。玻璃纖維不耐堿、老化快、與混凝土的適配性差，所以自上世紀(jì)60年代以來，在土木建筑中較少使用玻璃纖維增強(qiáng)混凝土。碳纖維和芳綸的生產(chǎn)技術(shù)難以掌握，生產(chǎn)過程嚴(yán)重污染環(huán)境，產(chǎn)品價(jià)格一直居高不下，使其在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用受到極大的制約。因?yàn)樗�泥是�?qiáng)堿性材料，目前土木建筑采用的纖維增強(qiáng)水泥，其添加的纖維主要是聚丙烯纖維和鋼纖維，作為無活性材料完全靠物理方法固定在混凝土中，而且最高添加量也只有2%體積分?jǐn)?shù)。所以這些纖維增強(qiáng)水泥，其實(shí)只是在混凝土凝固初期減少了水泥裂紋，從而提高了水泥的強(qiáng)度，并不是真正的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，即纖維承受了高于基質(zhì)材料的應(yīng)力。

建材界一直尋找一種高活性、高剛度、耐腐蝕、耐磨、長(zhǎng)壽、高強(qiáng)度、分散均勻的環(huán)保纖維。通過試驗(yàn)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析，我們認(rèn)為玄武巖纖維也許就是這樣一種建材界正在尋找的理想纖維。主要從事于紡織新材料、新產(chǎn)品的開發(fā)課題研究。我國(guó)在2005年研發(fā)成功玄武巖纖維。與玻璃纖維、碳纖維、芳綸等其他高性能纖維相比，玄武巖纖維具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):如力學(xué)性能佳，耐高溫性能好，耐酸耐堿，有更好的耐環(huán)境性能等優(yōu)點(diǎn)。玄武巖纖維是以玄武巖礦石為原料，經(jīng)過熔融紡絲制備的新型纖維，其熔化過程中堿金屬氧化物析出很少，池爐排放的煙塵中基本無有害物質(zhì)，是對(duì)環(huán)境無污染的綠色健康纖維材料。玄武巖纖維與火山灰水泥中的火山灰有著相同的成分和密度，其與水泥的相容性和分散性好于其他增強(qiáng)纖維�？梢灶A(yù)見玄武巖纖維將作為新型高性能纖維，廣泛地應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域。

1玄武巖纖維的化學(xué)成分玄武巖的化學(xué)組成一般為SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2 O3、FeO、TiO2、K2 O、Na2 O等及少量雜質(zhì)，其中主要成分為SiO2、Al2O3、CaO和MgO。玄武巖中含有的不同組分會(huì)賦予纖維特定的性能。例如:SiO2的含量增加有利于提高纖維的彈性;SiO2、Al2 O3、TiO2、MnO和Cr2 O3的含量增加可提高纖維的化學(xué)穩(wěn)定性;SiO2、Al2O3、TiO2含量增加時(shí)，可提高熔體的黏度，有利于制取長(zhǎng)纖維;CaO、MgO的含量增加有利于原料的熔化和制取細(xì)纖產(chǎn)業(yè)用紡織品應(yīng)用維;Fe2O3大量增加后可提高纖維的使用溫度。因此在制造普通玄武巖纖維的時(shí)候，可以有側(cè)重性地選取不同成分含量的玄武巖，或者添加相應(yīng)輔料，生產(chǎn)出具有特殊優(yōu)異性能的特種玄武巖纖維。例如高彈性玄武巖纖維、耐腐蝕玄武巖纖維、使用溫度高于800℃的玄武巖纖維等。

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