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玄武岩纤维范文1
1.1玄武岩纤维技术特性玄武岩纤维的外观比较平滑，并且其在使用过程中不会对人的生命安全造成威胁。主要具备以下几个特性：⑴纤维较细，比表面积大。同时表面浸润性强，与沥青的粘结效果好。⑵纤维具有较好的分散性，确保了其在沥青混合料中分布的均匀性。⑶抗拉强度偏高，能够有效地增强沥青混合料的性能。⑷不吸水、不怕潮，易于运输储存，也有助抵制沥青氧化老化。⑸抗老化性强，并且不会发生变质，也不容易受温度的影响。
1.2路用性能玄武岩纤维的技术特性相比一般的材料而言，相对较好。而且其路面上面层集料采用的是同一种材料，所以能够较好地实现矿料和沥青的粘结。除此以外，玄武岩纤维还能够在一定程度上增强路面的低温抗裂能力、路面抗滑能力等，路用性能明显优于普通的路面。
2玄武岩纤维SMA路面配合比设计
2.1原材料试验
2.1.1粗集料粗集料采用玄武岩碎石，碎石规格为:9.5～13.2mm、4.75～9.5mm。其技术标准及试验结果见表。
2.1.2细集料细集料采用石灰岩碎石加工的机制砂，规格为0～3mm。其技术标准及试验结果见表2。
2.1.3其他在这个过程中，填料选用的材料为石灰岩矿粉。在试验完成后，采用表格统计了SBS改性沥青的试验结果。所有的数据都显示，其每项技术指标都符合施工标准。
2.2设计结果在整个试验过程中，马歇尔试验法是进行配合比设计的主要方法。依照试验结果来看，SMA-13沥青混合料油石比OAC为5.4%。⑴对4.75mm以上粗集料的毛体积密度、全部矿料的毛体积密度及4.75mm以上粗集料松方密度进行测量，同时计算出4.75mm以上粗集料的VCADRC。⑵在设计过程中，将5.4%油石比作为设定为SMA－13马歇尔试件的油石比，同时在试件成型时，按照一定的比例加入玄武岩纤维。通过观察试验结果发现，试件的级配均满足要求。⑶通过分析浸水马歇尔、冻融劈裂等试验结果，可以总结出一点：混合料掺加一定比例的玄武岩纤维之后，沥青混合料最佳油石比取5.4%。
3施工工艺控制
3.1施工温度一般而言，玄武岩纤维SMA路面必须在温度偏高的条件下铺筑。SMA的出厂温度在170～185℃之间，在进行施工时，如果环境温度较高，应尽量选用出厂温度值相对较低的材料。相反的情况下，则需选择出厂温度较高的。
3.2混合料拌和⑴通常，拌和机必须配置一个纤维稳定剂投料装置。若一些拌和设备没有具备这个条件，则可以对拌和机设备加以改进，进而实现纤维稳定剂投料装置的安装[6]。⑵在添加纤维的过程中，应尽量选择专用的纤维。这个过程中要注意纤维的加入方法，喷入沥青1s钟后，应一次完成纤维的添加工作。同时要注意控制好加料的顺序以及纤维拌和的时间。⑶在进行试拌过程时，可以利用现场温度测量的方式，检查计算机打印的温度。此阶段应保持温度的稳定性。
3.3运输在实际的施工中，一般选用吨位较大的车辆来装载混合料。为了避免混合料散温太快，或者在运输阶段受到污染，工作人员应采用篷布保护好材料。等到装载混合料的车辆进入施工场地时，应保持其轮胎的整洁。为保证摊铺工作不发生中断，应提前准备一些拌和好的混合料。施工人员暂且可以将这些拌和好的材料存储在仓库中，等到摊铺工作开始时再启封混合料。
3.4摊铺⑴按照施工要求，在对玄武岩矿物纤维改性沥青SMA混合料上面层摊铺厚度进行控制时，需要使用到非接触式平衡梁装置。在具体的工作中，最好选用一台初始压实度较高、抗离析作用强的摊铺机施工。如果在摊铺工作中，使用的是2台履带式摊铺机，则应注意对路面均匀度的控制。⑵与普通沥青混合料的摊铺温度相比，改性沥青SMA混合料的摊铺温度相对较高，一般高出普通混合料10～20℃范围内。若施工过程中，路表的温度相对较低，已经低至15℃时，应暂停路面的摊铺工作。⑶在运输、铺筑SMA混合料时，工作人员要加强对混合料的观察，若观察到沥青出现析漏的状况，应及时找出缘由。与此同时，施工人员必须及时采取措施，比如增加纤维数量、降低施工温度等。
3.5碾压⑴在进行SMA路面施工时，应保证压路机的数量在一定范围内。完成混合料的摊铺工作后，必须立刻开展路面的碾压工作。此过程中不能做出片刻的停留，更不应在低温状态下开展工作。⑵刚性碾静压是进行初压的一种有效方式。通过试验可以得出一个结论，在玄武岩纤维SMA路面施工中，可以采用振动压路机进行初压。其能够有效地防止沥青混合料发生推移。在对路面进行初压时，一旦发现沥青混合料产生推移，应及时对混合料矿料级配及油石比作出检查。⑶在复压工作中，需要使用到两种机械，即振动压路机以及振荡压路机。尤其是在桥面施工中，工作人员必须注意振荡压路机压实性能的发挥。此外，复压工作不能盲目地开展，可以与初压工作交叉开展，也可以在完成初压工作之后进行。⑷双钢轮压路机是终压工作中较为常用的一种机械。终压的主要目的，是为了清理掉轮胎的痕迹。在一般的工程施工中，对路面终压一遍即可。如果在复压完成后，轮迹已经完全消失，则可以省略掉终压环节。在对SMA路面进行施工时，应禁止使用轮胎压路机开展碾压工作。
4结语
玄武岩纤维范文2
关键词：玄武岩纤维；混凝土梁；试验研究；裂缝；变形
中图分类号：TU528.572文献标志码：A
Abstract： In order to study the influence of mixing of basalt fiber on crack and deformation of reinforced concrete beams， five test beams were made with the parameters of volume ratio and length of basalt fiber， and the static load tests were carried out. The test data of crack distribution， crack width and midspan deflection of basalt fiber reinforced concrete beams in the process of stress were obtained and compared with common concrete beams. Based on the analysis results of test data， the calculation methods of maximum crack width and short term stiffness of basalt fiber reinforced concrete beams were presented. The results show that the mixing of basalt fiber can effectively prevent cracks extension in reinforced concrete beams and improve the ductility of beams.
Key words： basalt fiber； concrete beam； experimental research； crack； deformation
0引言
混凝土是当今建筑行业使用最广泛的建筑材料之一，其应用遍布于民用和工业建筑、交通、水利、军事、海港等各工程领域，但混凝土抗拉强度低、易开裂、变形性能差等缺陷在一定程度上影响了工程质量，限制了其更广泛的应用。长期以来许多学者都在探索改善混凝土性能的方法和途径[1]。吴中伟[2]曾经提出“复合化是水泥基材料高性能化的主要途径，纤维增强是核心”。纤维混凝土较普通混凝土具有更好的抗裂性能，已成为当今混凝性研究的热点[34]。纤维的掺入使普通混凝土梁最大裂缝宽度与短期刚度的计算公式不再适用于纤维混凝土梁，目前各国相关学者对于纤维混凝土的研究主要集中在碳纤维与钢纤维上，对于玄武岩纤维混凝土多见其基本力学性能的研究，而对玄武岩纤维混凝土梁短期刚度和裂缝的研究尚未见系统报道。玄武岩纤维作为一种新兴的环保型无机纤维材料，具有性价比高、抗拉强度高、耐腐蚀、耐高温、抗裂性能好等优点，是其他纤维材料的良好替代品[5]。相关研究表明[69]，把纤维掺入到混凝土中可有效阻止混凝土梁裂缝的开展并提高混凝土梁的变形能力。针对上述情况，本文通过玄武岩纤维混凝土简支梁受弯试验，着重探究玄武岩纤维的掺入对混凝土梁裂缝开展与变形的影响，为玄武岩纤维混凝土在工程中的应用提供理论依据。
1试验概况
1.1试验梁设计
根据玄武岩纤维长度和体积掺率的不同，设计并制作5根试验梁，试验梁的外形尺寸和配筋均一致，梁宽b为160 mm，梁高h为300 mm，跨度l为2 300 mm，净跨l0为2 100 mm。受拉纵筋采用HRB335级钢筋，受压纵筋采用HPB300级钢筋，箍筋采用直径为10 mm的HPB300级钢筋，箍筋间距为100 mm。试验梁参数如表1所示。试验梁配筋如图1所示。
3试验分析
3.1裂缝分析
最大裂缝宽度随荷载变化曲线如图6所示。裂缝观测仪观测到的跨越裂缝的玄武岩纤维如图7所示。
由图6可以看出：相同荷载作用下，玄武岩纤维混凝土梁最大裂缝宽度均小于普通混凝土梁，混凝土中掺入玄武岩纤维能起到阻裂效果；对比试验梁L112与L212，L130与L230，当玄武岩纤维长度相同时，玄武岩纤维体积掺率越大，相同荷载作用下试验梁最大裂缝宽度越小，增大玄武岩纤维体积掺率在一定程度上可提高混凝土的抗裂性能；将试验梁L112与L130，L212与L230进行对比发现，随着玄武岩纤维长度的增加，相同荷载作用下试验梁裂缝宽度有所减小，此现象证实了玄武岩纤维长度是影响混凝土抗裂性能的因素之一，适当增加纤维长度可对混凝土的抗裂性能产生有利影响。玄武岩纤维在混凝土中乱向分布，其良好的抗拉强度性能降低了微裂缝周围的应力集中现象，阻止了混凝土梁内部微裂缝的发展，当混凝土开裂时，跨越裂缝的纤维能继续承受裂缝间的拉应力，在一定范围内提高玄武岩纤维长度，增大纤维的体积掺率，可使玄武岩纤维乱向分布更广，跨越的微裂缝数更多，阻裂效果更明显。
3.2试验梁变形分析
试验梁荷载跨中挠度曲线如图8所示。由图8可以看出：玄武岩纤维混凝土梁同普通混凝土梁的受力过程均经历3个阶段，即未开裂阶段、带裂缝工作阶段与破坏阶段。
未开裂阶段5根试验梁荷载挠度曲线呈直线变化，玄武岩纤维混凝土梁与普通混凝土梁荷载挠度曲线的斜率几乎相同，掺有玄武岩纤维的试验梁挠度相比梁L00变化不大。
带裂缝工作阶段试验梁受拉区混凝土开裂，试验梁荷载挠度曲线出现转折，由于受拉区钢筋的作用，混凝土即使开裂，裂缝发展也比较缓慢，在该阶段试验梁荷载挠度曲线斜率相比未开裂阶段有所下降，但基本呈直线状，可认为试验梁在此阶段仍具有很好的线弹性。从表3可知，玄武岩纤维的体积掺率和长度都是影响试验梁变形的因素，玄武岩纤维可连接裂缝两端，与混凝同承担拉应力，起到阻裂作用，提高了混凝土梁的整体性，进而改善梁的刚度。
破坏阶段随着荷载的不断增加，受拉区钢筋屈服，荷载挠度曲线再次出现拐点，试验梁挠度增量增大，试验梁最终破坏时玄武岩纤维混凝土梁挠度大于普通混凝土梁，原因是玄武岩纤维的掺入能增强混凝土梁的变形能力，提高受弯构件的延性。4试验梁最大裂缝宽度与短期刚度计算4.1最大裂缝宽度计算
以《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）中钢筋混凝土梁的裂缝宽度计算公式为参考并结合文献[10]～[12]，提出玄武岩纤维混凝土梁的裂缝宽度计算方法。
式中：ωmax为普通钢筋混凝土梁最大裂缝宽度；Es为纵向受拉钢筋弹性模量；αcr为构件受力特征系数，取1.9；Ψ为裂缝间纵向钢筋应变不均匀系数；ftk为混凝土轴心抗拉强度标准值；σsk为按荷载效应标准组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力；deq为受拉钢筋的等效直径；c为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离；ρte为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；di为第i种纵向受拉钢筋公称直径；ni为第i种纵向受拉钢筋的根数；vi为第i种纵向受拉钢筋的相对粘结特性系数。
通过对式（1）中受拉钢筋应力、钢筋应变不均匀系数、平均裂缝间距、构件受力特征系数的分析可知，玄武岩纤维的掺入只对钢筋应力的变化有着不可忽略的影响，这与文献[10]中钢纤维的掺入对混凝土梁最大裂缝宽度计算公式各参数的影响一致。
（3）基于试验数据，提出了玄武岩纤维混凝土梁最大裂缝宽度和短期刚度计算公式，结果表明计算值与试验实测值吻合较好。
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玄武岩纤维范文3
关键词：玄武岩纤维产业;产业环境;评价;吉林省
中图分类号：TQ343 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）26-0118-02
玄武岩纤维产业作为新兴发展起来的绿色产业，属于可持续发展的有竞争力的新材料行业，市场前景良好。对吉林省玄武岩纤维产业发展环境的分析对吉林省此行业的发展具有深远意义。
1 发展环境体系构成
1.1 市场需求环境
玄武岩纤维由于其独特的优越性，在道路桥梁土建、产业用纺织品和航空航天领域等方面都有广泛的运用。玄武岩纤维的众多用途导致市场需求量大，发展环境良好。近年来，我国玄武岩纤维的市场需求量逐年大幅递增。
1.2 技术环境
我省目前开发纤维类产品技术比较成熟，有生产化纤产品的大型企业-吉林化纤集团有限责任公司，生产品种丰富且技术成熟。由长春工业大学牵头，联合中科院长春应用化学研究所、吉林大学等10家单位，于2012年组建成立了“合成树脂、合成橡胶、碳纤维协同创新中心”，形成了最为合理并且完整的高分子产品研发、设计、生产、应用链条。
1.3 人力资源环境
吉林省拥有众多高水平的科研机构与高水平的研究型大学，科研院所研究实力雄厚，拥有众多的专业人才，因此具备较强的现代科研能力。
同时在地质勘测、原材料成分分析和产品设计等方面，吉林省也拥有煤田地质勘查设计研究所、吉林省纺织工业设计研究院等专业机构，可以提供技术上的支持。
1.4 政策环境
国家十二五规划将大力发展玄武岩纤维产业，2009年12月中科院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室上报中办和国办的《中科院专家关于发展新资源经济拉动新一轮经济增长的建议》，该《建议》将玄武岩纤维生产技术列为新资源技术，同时也提出了玄武岩纤维具有的优异性及良好的未来前景。
1.5 社会化服务环境
玄武岩纤维产业园是社会化服务环境的集中体现。吉林省建成世界最大的高强度玄武岩纤维基地，华阳集团与俄罗斯合资的30 kt/a高强度玄武岩纤维及制品项目，该项目总投资为8.05亿元。玄武岩纤维具备碳纤维的大部分功能，但价格仅为1/10，更容易在民用市场推广。
2 发展环境评价
2.1 评价指标体系构建与数据收集
依据前文对于影响吉林省玄武岩纤维产业发展的环境要素的探讨，结合自身获得的相关统计数据，本文从市场需求、技术、人力资源、政策、社会化服务等5个方面的环境要素选取吉林省玄武岩纤维产业发展环境评价指标，构建吉林省玄武岩纤维产业发展环境评价模型。
2.2 吉林省玄武岩纤维产业发展环境对其发展影响研究
2.2.1 指标权重的确定和评分
本文采用层次分析法来确定研究对象各研究指标的权重值。我们首先建立属于吉林省玄武岩纤维产业环境的模型，根据建立模型的方法把复杂环境问题先层次化。再对要素进行计算和分析，确定各个要素的重要性，得出定量化的结论。最后再进一步计算出组合权重。
2.2.2 模糊综合评价模型
研究采取问卷的形式来收集数据，我们请各位专家为每个指标评分，通过每个指标所得到的分数可以了解其对研究对象的影响程度。吉林省玄武岩纤维产业环境研究的指标一共有20项，分别按照从数字1开始进行排序。
通过借鉴闵氏和罗氏的多因素综合分析法的思想，规定研究对象的评价项目指标满分为10分，按照一定规则对评价项目指标进行评分，一般分为4～5 等，对于每个指标依次给定一个分值供专家选择。每个数值在后面都有一定的说明。从而得到10位专家的评价表。
①确定因素集F和评定集E。
因素集F即指标的集合，一般有：
F={fi}，i=1，2，…，n
在我们这里，F={f1，f2，…，f20}。
评定集E即评价等级的集合，一般有
E={ej}，j=1，2，…，m
在这里，E={e1，e2，e3，e4}={重要，较重要，一般，不重要}。
②统计、确定各因素评价隶属度向量，并计算出隶属度矩阵R。
隶属度rij是指多个评价主体对某个评价目标在fi方面做出ej评定的可能性程度。隶属度向量：
Ri=（ri1，ri2，…，rim），i=1，2，…n，
求和rij，其和为1，隶属度矩阵R=（R1，R2，…， Rn）T=（rij）。在本文中，n=20， m=4， 隶属度矩阵为：
R-
③确定权重向量WF等。
WF为评价指标的权重或权系数向量。在本文中：
WF=（0.02，0.04，0.06，0.08，0.07，0.07，0.06，0.06，0.06，0.06，
0.07，0.06，0.06，0.05， 0.03， 0.04，0.04， 0.03， 0.02，0.02）
另外，还有评定集的数值化结果WE。在本论文中
WE=（10， 8.5， 7， 5.5）。
④按一定运算规则，计算出综合评定向量S及综合评定值μ。
通常S=WF*R，μ=WE*ST。在本文中：
S=（0.276，0.393，0.252，0.079），μ=8.299。
依据上述计算分析，得出吉林省玄武岩纤维产业发展环境得分为8.299 分（满分为10分） 。这个结果可以帮助我们从总体上把握吉林省玄武岩纤维产业发展环境的现状。
3 发展环境评价结果与讨论
通过前文数据的分析，从模糊综合评价法所得到的结果能够看到玄武岩纤维产业发展环境的总体得分为8.299分，说明在模糊综合评价法中，玄武岩纤维产业的发展还是比较完善的，对于玄武岩纤维行业有很好的推动作用。
通过共词分析法所得出的共词关系分析图上可以看出，专家对于吉林省玄武岩纤维产业发展环境持有一种比较客观的评价。
从图上可以看出，相对于企业因素而言，产业结构、设备、政府和企业支持以及人才数对于玄武岩纤维产业发展至关重要。应该在抓重点环境要素的同时，对其他相对来说较不重要的环境要素也要采取一定的措施，共同完善发展。
我们可以得出以下结论，吉林省玄武岩纤维产业发展的人才相对丰富，能够成为玄武岩纤维产业进步的动力，但在数量上有所欠缺，各高校和科研机构应该注意培养这方面的人才;同时政府应该加大政策支持力度，保证玄武岩纤维产业的顺利发展。
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玄武岩纤维范文4
关键词：混凝土基础；玄武岩纤维；正交试验；功效系数法
中图分类号：TU528.041文献标识码：A
Orthogonal test research mixture ratio of concrete prepared with basalt-fiber utilized in electric transimission line
LIU Xiaosheng， NI Wen，TANG Chang，XU Li，JING Rongzhen
（1.University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083；2.State Grid Smart Grid Research Institute,Beijing 102200,China）
Abstract：Fiber is admixed to effectively enhance tensile performance of the concrete. Vertical distribution angle is widened in foundation design of poles and towers which decrease the total amount of basic concrete. Orthogonal test and COP method is adopted to test compressive strength and splitting tnesile strength of 18 groups basalt-fiber concrete. Effects of every factor on the concrete is directly analysed based on orthogonal tests. Optimized mixture ratio is obtained according to the comprehensive analysis of the effects of 4 factors at different levels. Reasonlable mixture ratio is derived in a small number of tests from the optimized factor and level in basic engineering .
Key words: concrete foundation; basalt fiber; orthogonal test; COP
引言
随着我国西北电网750kV示范工程成功运行实践、直流±800kV和交流1000kV输变电试验示范工程建设，我国已成为世界上最大的电力市场。输电线路杆塔基础在输电线路工程设计和施工环节中占有非常重要的地位[1]。杆塔基础的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占有很大的比重，地基基础作为输变电工程的重要组成部分，对造价、工期和环境保护等多方面都具有重要的影响，也是电网长期安全运行的重要保障。我国电网建设的快速发展对输变电工程地基基础理论和工程技术方面提出了新的机遇和挑战。
刚性基础是目前输电线路杆塔主要基础形式之一。由于无需钢筋的特点，刚性基础的混凝土消耗量大，工程造价亦随之提高。通过掺入纤维有效提高混凝土的抗拉性能，即可在杆塔基础设计时增大其刚性角，减少混凝土总用量。玄武岩纤维，是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，与有机聚丙烯纤维相比，玄武岩纤维的弹性模量、拉伸强度、分散性和砂浆、混凝土的亲和力都具有明显的优点，并且价格低廉, 来源广泛。因此有必要通过正交试验对玄武岩纤维增强输电线路混凝土基础配合比进行深入研究。
1．试验材料
针对塔基设计的特点，试验采用粉煤灰－矿渣粉双掺胶凝材料体系，混凝土强度等级设计值为C40。
（1）本试验采用的水泥是北京金隅集团生产的P•O 42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰为北京华能热电厂的一级高钙粉煤灰，矿渣粉为北京首钢嘉华建材有限公司生产的S95矿渣粉；
（2）骨料：细骨料采用鞍钢集团的尾矿，模数为2，粗骨料采用级配良好的碎石，平均粒径为5～20mm；
（3）外加剂：采用北京慕湖建材公司生产的PVC减水剂，使用量为胶凝材料的3‰；
（4）纤维：采用北京厚德交通科技有限公司生产的玄武岩纤维。
2．正交试验设计
正交试验是研究多因素多水平的一种高效率、快速、经济的实验设计方法。针对混凝土性能研究的复杂性和不确定性，正交表可以有效、科学地分析掺入纤维的各个因素对混凝土抗压性能和劈裂抗拉性能的影响程度，找出纤维增强混凝土的优化配合比。出于经济性和力学性能的考虑，故设定正交因子与水平如下：
因子A：纤维长度，水平分别为6mm、9mm、12mm；
因子B：纤维掺量，水平分别是0.1%、0.15%、0.2%；
因子C:水泥用量，水平分别是占在混凝土所用胶
凝材料的30%、40%、50%，其余胶凝材料由粉煤灰和矿渣粉组成，本实验中保持粉煤灰和矿渣粉比例为1:1，胶凝材料掺入总量为408kg/m3不变，；
因子D：砂率，水平分别0.3、0.35、0.4；
根据实际工程需要，主要考核指标为28天抗压强度及劈裂抗拉强度。
3．正交试验方法及结果分析
3．1试验方法及结果
采用100mmx100mmx100mm试模制作18组共54个试块，在标准养护条件下养护28d，根据《GBT 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》测定试块的力学性能。
正交试验混凝土配合比见表1。
表1 正交试验设计混凝土配合比
试验编号 水 水泥 粉煤灰 矿渣粉 细骨料 粗骨料 减水剂 纤维掺量 纤维长度/mm
1 163.2 122.4 142.8 142.8 600 1 401 1.224 2.5 6
2 163.2 163.2 122.4 122.4 700 1 302 1.224 3.75 6
3 163.2 204 102 102 800 1 202 1.224 5.0 6
4 163.2 163.2 122.4 122.4 800 1 202 1.224 2.5 9
5 163.2 204 102 102 600 1 401 1.224 3.75 9
6 163.2 122.4 142.8 142.8 700 1 302 1.224 5.0 9
7 163.2 204 102 102 800 1 202 1.224 2.5 12
8 163.2 122.4 142.8 142.8 700 1 302 1.224 3.75 12
9 163.2 163.2 122.4 122.4 600 1 401 1.224 5.0 12
3．2正交试验结果分析
3．2．1极差分析
表2 试验结果极差分析表
指标 因素 k1j k2j k3j Rj
抗压
强度
/MPa A 47.670 39.793 46.186 7.877
B 41.100 43.463 49.087 7.987
C 45.833 44.380 43.437 2.396
D 44.167 46.217 43.267 2.950
劈裂
抗拉
强度
/MPa A 4.430 4.273 4.070 0.360
B 4.013 4.303 4.457 0.444
C 4.290 4.247 4.237 0.053
D 4.340 4.153 4.280 0.187
在表2中，kij表示因素j所在的列对应水平i的试验指标数据和的平均值，表中kij与Rj的相互关系为:
Rj=max{k1j，k2j，k3j}－min{k1j，k2j，k3j}（1）
Rj值越大，说明相对应的因素对指标的影响程度越深。为直观表现各因素水平的变化对指标的影响，可将水平变化作为横坐标，将抗压强度、劈裂抗拉强度分别作为横坐标，绘出水平和指标关系图，结合表2可得如下结论：
（1） 对于掺入纤维的混凝土的28天抗压强度值，各影响因素的Rj值从大到小排序为：B>A>D>C，即纤维掺量为最重要的影响因素，其后依次为纤维长度、砂率和水泥在胶凝材料中的用量。纤维掺量越大，抗压强度值越高；纤维长度为6mm对抗压强度提高效果比9mm和12mm的明显，砂率和水泥在胶凝材料中的用量对强渡影响没有以上两种因素显著。
（2） 对于掺入纤维的混凝土的28天劈裂抗拉强度值，各影响因素的Rj值从大到小排序为：B>A>D>C，即纤维掺量为最重要的影响因素，其后依次为纤维长度、砂率和水泥在胶凝材料中的用量。玄武岩纤维0.2%掺量对混凝土劈裂抗拉强度值影响较大；纤维长度在6mm时混凝土劈裂抗拉强度值达到最佳；砂率0.3时抗拉值要高于另外俩种水平；水泥在胶凝材料中的用量不是主要影响因素。
表3正交实验设计L9(34)测试结果分析表
试验编号 因子 试验结果 功效系数 总功效系数
A B C D 28d抗压
强度/MPa 28d劈裂抗
拉强度/MPa d1 d2
1 1 1 1 1 45.12 4.30 0.90 0.93 0.94
2 1 2 2 2 48.08 4.36 0.96 0.94 0.97
3 1 3 3 3 49.81 4.63 0.99 1.00 1.00
4 2 1 2 3 34.89 4.04 0.70 0.87 0.85
5 2 2 3 1 37.21 4.38 0.74 0.95 0.89
6 2 3 1 2 47.28 4.40 0.94 0.95 0.96
7 3 1 3 2 43.29 3.70 0.86 0.80 0.88
8 3 2 1 3 45.10 4.17 0.90 0.90 0.93
9 3 3 2 1 50.17 4.34 1.00 0.94 0.98
K1 2.91 2.67 2.829 2.811 结论：影响因素排序：B>A>C>D最佳试验条件：A1B3C1D1
即：纤维长度6mm，用量0.2%，水泥用量为胶凝材料30%，砂率0.3
K2 2.7 2.79 2.799 2.811
K3 2.79 2.94 2.769 2.781
R 0.21 0.27 0.06 0.03
3．2．2功效系数法
由于抗压强度和劈裂抗拉强度是混凝土基础最重要的力学性能，故本试验属于多目标等水平的正交设计。为优选合适的试验条件，本研究采用了功效系数法[3]：即设正交设计考察n个目标，需给每个目标赋予一个功效系数，代表其在总功效中的贡献值。如第i个目标效果最好，规定其功效系数为1，记为di=1；如第j个目标效果最差，则规定其功效系数为0，记为dj=0；其余各考核目标的功效系数，规定为该目标值与最好目标值的比值。另外，规定n个指标的总功效系数为：，d值用来表示多个目标的综合优劣情况，d值越大表示综合效果越好。
从表3可知，试验3的总功效系数最大，其试验条件是A1B3C3D3。
从极差R和K值大小可以看出，影响纤维混凝土28d抗压强度和劈裂抗拉强度的因素排序是：纤维长度>纤维掺量>水泥用量>砂率，并且各因子最优水平为A1B3C1D1。
综上所述，最优的试验条件为A1B3C1D1，即：纤维长度6mm，纤维掺量0.2%，水泥用量为胶凝材料30%，砂率0.3。由于上表中没有A1B3C1D1，做验证实验后测得28天试块抗压强度49.78MPa，劈裂抗拉强度4.86MPa，综合指标优于上表所列试验组合。
4．结论
（1）本试验利用粉煤灰和矿渣粉复掺取代部分水泥在混凝土中的应用，细骨料采用鞍钢的尾矿砂，不但有效的降低成本，而且随着矿物外加剂的添加，明显地改善了混凝土的工作性和耐久性能。掺入玄武岩纤维后，混凝土基础的力学性能进一步得到提升。这表明了选用合适的纤维长度和掺量，与矿物外加剂之间产生协同作用，可以使混凝土基础获得工程应用所需的优越性能。
（2）通过正交设计和功效系数法，对玄武岩纤维混凝土的指标28d抗压强度和28d劈裂抗拉做了少数的几组试验，找出了影响玄武岩纤维增强混凝土基础的主次因素，获得了基于抗压强度和劈裂抗拉强度的最优配合比，即：纤维长度6mm，纤维掺量0.2%，水泥用量为胶凝材料的30%,砂率0.3，测得28d抗压强度49.78MPa，劈裂抗拉强度4.86MPa。此配合比可以使得基础在满足刚性角要求的前提下，大量节省混凝土用量。随着混凝土抗拉和抗裂性能的提升，也使柔性基础中的钢筋用量得以减少，从而为整个工程直接节省材料成本。
参考文献
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玄武岩纤维范文5
“点石成金”的新型环保纤维
石头也可以制成纤维吗？答案是肯定的。大家可能已经注意到，早在玄武岩纤维被制作成之前，由叶腊石、石英砂、石灰石、硼钙石、硼镁石、萤石等原料制成的玻璃纤维就广泛应用于建筑物内外墙体保温、防水、抗裂等。但在玻璃纤维制作过程中人们发现，由于这些原料中含有硼和其他碱金属氧化物，所以在融化排放烟尘中有较多的有害气体。而玄武岩由于主要成份是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁等，所以其在经过高温熔融、澄清均化后的原料拉制成纤维的过程比较清洁，既不向大气排放有害气体，也没有工业垃圾及有毒物质污染环境，所以它在很大程度上可代替玻璃纤维。因而，连续玄武岩纤维被誉为21世纪“火山岩变丝”、“点石成金”的新型环保纤维。
不过，要将坚硬的天然玄武岩作为原料生产连续纤维绝非易事，需要较高的技术支持。据了解，从上世纪60年代开始，国外便展开了玄武岩纤维及其复合材料的相关研究，并且已在许多领域获得了应用，比如前苏联玻璃钢与玻璃纤维科学研究院乌克兰分院早在上世纪60年代～70年代就致力于这方面的研究工作。1985年，第一座连续玄武岩纤维工业化生产线在乌克兰纤维实验室（TZI）建成投产，之后，俄罗斯、乌克兰等国家已用400孔池窑拉丝工艺生产连续玄武岩纤维及其制品，年产量700吨左右。美国则采用800孔池窑拉丝工艺，年产量为1000吨～1500吨，这些国家的工作也分别形成了自主知识产权的壁垒。
而连续玄武岩纤维独特的优点更让世人赞叹，比如其力学性能佳，耐高温性能好，可在-269～700℃范围内连续工作，耐酸耐碱，抗紫外线性能强，吸湿性低，有更好的耐环境性能。此外，其还有良好的绝缘性能、高温过滤性和透波性能等。化工专家经过测试后发现，使用连续玄武岩纤维制作的短切毡、无捻粗纱和单向织物比同类型的无碱玻纤产品有着更高的断裂载荷和更高的杨氏模量（材料的刚性参数），特别适合应用于近年飞速发展的风力发电机叶片产业。相关数据显示，玄武岩纤维的模量和拉伸强度分别比无碱玻纤高15%和25%，因而将成为1.5兆瓦或2兆瓦风力发电机叶片承力部位的理想材料。
更让业界动心的是，玄武岩在自然界中分布非常广泛，我国秦岭南麓、甘肃祁连山、黑龙江五大连池、吉林长白山、新疆准噶尔盆地、喜马拉雅山、青海昆仑山、山西大同以及华南沿海一带都有大量的玄武岩矿藏分布。而目前，玄武岩主要用作一些低附加值的建筑及道路用的填料石子，还有一些也可用作较高附加值的矿物棉原料，而如果将玄武岩加工成连续玄武岩纤维，则可以大大提高这种矿物的价值。
进入“十二五”发展规划
我国的玄武岩纤维开发在上世纪七十年代也做过一些基础研发工作，但由于种种原因，只持续几年就不了了之。上世纪八十年代末，我国开发了专利化高强玻璃纤维，基本满足了军工项目对高强玻璃纤维的需求。到了上世纪九十年代中后期，为了满足某军工翻版项目的需要，国家又专拨经费重新启动了玄武岩纤维项目，而本次启动的玄武岩纤维项目主要是开发生产玄武岩纤维棉，用作隔热应用。在大约2年后，建成一条小型玄武岩超细纤维棉生产线。其间，也邀请了一些乌克兰的技术专家作了有关玄武岩纤维生产的技术咨询。由于超细玄武岩棉与传统隔热材料相比在隔热性能上并无明显的优势，而生产成本又高，因此目前的超细玄武岩棉仅在某些军工项目上得到极少量的应用。
近几年来，我国科技部也对连续玄武岩纤维的研究给予了极大的关注和重视。2001年7月我国原驻俄罗斯大使馆公使衔科技参赞黄寿增曾向国内发回了《21世纪新材料---玄武岩纤维》的专题报告；在2002年9月和2004年5月、11月国家科技部分别将“玄武岩连续纤维及其复合材料”项目列入国家863计划和国家级火炬计划、国家科技型中小企业创新基金。
由此算起，连续玄武岩纤维在全世界的开发成功和批量生产的历史大概有20年左右。在此期间，我国的中国建筑科学研究院和南京玻璃纤维研究设计院也先后断断续续地开展了连续玄武岩纤维的研发，但是都没有开发成功。真正具备乌克兰、俄罗斯“一段法”采用纯天然火山岩、不加任何辅料的连续玄武岩纤维生产应该是我国列入国家863计划以后，由深圳俄金碳材料科技有限公司承担了该863计划课题，之后其技术成果作价入股成立的“横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司”将其成果转化，实现了批量生产。
玄武岩纤维直径是头发丝的1/10，重量是同直径钢筋的1/3，抗拉强度是钢筋的4倍，用在道路领域能降低20%的成本。玄武岩不含磷硫，是无机非金属材料，广泛用于消防、环保、化工、汽车、建筑、航空航天领域。近年来，随着城市化进程和基础设施建设的大力开展，对玄武岩原料的需求更加旺盛，被誉为“21世纪绿色环保新材料”，是继碳纤维、芳纶、玻璃纤维之后的又一种高技术纤维。目前，我国已把玄武岩纤维明确列入鼓励类产业目录，属于国家支持发展的战略性新兴材料。
由于玄武岩纤维的优异性能，可广泛应用于石油、化工、建筑、航空航天、汽车制造、电子、冶金等领域。比如在石油开采、石油炼制、天然气化工、石油化工及化学工业中可作为不同用途的管材；用玄武岩连续纤维制造的管材可以大大减少检修期和避免断裂的危险，尤其是用于腐蚀性液体和气体的输送管道中。在我国西部开发中大有用武之地，仅“西气东输”主管线一项就有8000多公里，还不包括支线工程。在航空工业中，可用于制造如机体的部件、装饰件、动力部分和结构、滑翔机等制造材料； 发动机、气动设备废气系统的绝热、隔音材料。此外玄武岩连续纤维还可用于核电站的热力装置用来隔热和消音，甚至可以用在宇宙飞船和航天飞机上。目前，连续纤维材料正在逐步取代钢筋，广泛应用于道路桥梁、工程建设等领域，实现了真正意义上的“点石成金”。 由上可见，玄武岩连续纤维及其增强复合材料应用领域很广。这种新材料经济寿命至少在30～50年以上，目前在国际上正处于方兴未艾的发展期，在国内尚处于空白，因此，具有广阔的市场发展前景。
根据《化纤工业“十二五”发展规划》玄武岩纤维 （CBF） ：加强多孔化拉丝漏板高温变形的控制技术攻关，突破玄武岩熔体的析晶控制技术，提升产品质量性能，加强下游制品应用研发和产业化生产，形成年产6000～10000吨的产业化规模。
《纺织工业“十二五”发展规划》的新型纺织纤维发展重点中也提到，要加快提升高性能纤维产业化水平，推进碳纤维（PAN基）、芳纶纤维、聚苯硫醚纤维、玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、高强高模聚乙烯醇纤维等关键技术的开发和产业化，强化下游应用的开发能力。
多家企业介入制造
连续玄武岩纤维是唯一不添加任何其他原料的纯天然的新型高技术纤维，是重要的国家级安全战略物质，是支撑高科技产业发展的新材料，也是促进国民经济相关领域产品升级换代的基础材料，代表着世界绿色材料的发展方向。“连续玄武岩纤维及玄武岩纤维复合材料”被列为国家863计划，连续玄武岩纤维项目被列为科技型中小企业创新基金、国家级火炬计划、国防科工委“十一五”重点基础科研课题、2008年—2009年国家级重点新产品。
经过十几年的研发，目前技术已经相对成熟，已有几家企业上马生产。
山西省大同市境内及桑干河流域，火山群遗址一带拥有庞大的玄武岩矿石储量，露头玄武岩矿绵延50多平方公里，资源分布广，基本储量测算达180亿吨。位于山西大同市的玄武岩产业园区规划用地1800亩，“十二五”期间拟投资25亿元，形成年产5万吨玄武岩连续纤维及后制品加工能力，实现销售收入30亿元，税后利润8亿元。项目分三期建设，建设规模分别为：一期年产1万吨，二期年产2万吨，三期年产5万吨。一期工程用地300亩，投资6.68亿元，预计可实现年销售收入4.7亿元，利润1.74亿元，经济社会效益明显。
山西晋投玄武岩公司生产规模目前是世界第一，生产设备世界领先，项目所采用的气电结合方式代表玄武岩产业未来发展方向，生产工艺从原料开发，到熔炉熔制，再到产品成型，均为国家专利，世界惟一。目前生产 6μm、9μm、13μm、15μm、18μm等各种规格的原丝，产品性能经权威部门检测，拉伸强度已达到 0.7N/tex 以上，超过国家标准50%以上。产品得到了山西省各级部门的认可，山西省交通厅专门召开会议，对接交通厅重点办、交通科研院、建材设计院、大同市住建委、大同市规划局、山西省路桥集团公司等相关部门，建议在建设中推广使用玄武岩纤维产品。
河北通辉科技有限公司一期投资8700万元、年产3000吨的玄武岩连续纤维生产线投入试生产。根据项目进度安排，该公司将在今年年底前实现全面投产，届时，将成为北方产能最大的玄武岩连续纤维生产线之一。预计2～3年内，该项目将完成总投资2.8亿元，建成年产2万吨的北方最大的玄武岩纤维产品研发、生产、销售基地，并实现销售收入10亿元，利税2亿元，安排1600余人就业。
位于江苏省仪征市经济开发区的天龙玄武岩连续纤维高新科技有限公司，是集连续玄武岩纤维生产、研发、生产线设备制造及销售于一体的企业。企业于2007年4月18日动工建设。该项目占地面积约13.33万平方米，规划建筑面积约5万平方米，项目总投资约38000万元，全部投产后，玄武岩连续纤维的年生产规模将达5000吨。届时，可为用户提供多种规格的玄武岩连续纤维无捻粗纱、短切纱及各类玄武岩连续纤维制产品。
绿色环保性引领格局
由于玄武岩熔化过程中没有硼和其它碱金属氧化物等有害气体排出，使玄武岩连续纤维的制造过程对环境无害，克服了传统材料在生产、使用和废弃过程中需消耗大量的能源和造成环境污染等缺点，而且玄武岩纤维能自动降解成为土壤的母质，可持续和循环利用，玄武岩连续纤维是21世纪又一种新型的环保型纤维。玄武岩连续纤维的吸湿性极低，吸湿能力只有0.2%～0.3%，而且吸湿能力不随时间变化，这就保证了它在使用过程中的热稳定性、长寿命和环境协调性。
另外，玄武岩纤维还是碳纤维的低价替代品，具有一系列优异性能。尤为重要的是，由于它取自天然矿石而无任何添加剂，是目前为止唯一的无环境污染的、不致癌的绿色健康玻璃质纤维产品。所以玄武岩纤维在复合材料的增强材料领域的应用，已引起广泛的重视并将快速发展。
高技术纤维是国防军工建设和支撑高科技产业发展的重要基础材料，它直接关系到国防科技工业的建设和国民经济支柱产业的升级。玄武岩纤维就是继碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维。它是21世纪在国防军工领域有着非常重要应用的一种高技术纤维，是体现国防科技战略布局的一种新材料。
从全球的发展水平看，全世界玄武岩纤维的技术及规模尚处于初级阶段，这给我们追赶乃至超过国外的先进技术水平提供了很大的发展空间和市场机遇。在碳纤维短缺的时期，要积极开发新产品，以变应变，把碳纤维的短缺当作一个契机或转机，开发以玄武岩纤维为原料的新产品。新产品开发要源于市场，更要高于市场，应主动去引导市场，例如利用玄武岩纤维优异的综合性能和良好的性价比，去开发更多的新产品。与其他高科技纤维的发展相比，我国玄武岩纤维的发展有希望“后来者居上”，并最终成为全世界最大的生产及应用大国。
玄武岩纤维范文6
【关键词】土木工程；FRP材料；CFRP材料
随着社会科学技术的进步， 土木工程结构学科也获得了很大的发展， 其发展在很大程度上得益于新材料的应用，如FRP材料、 CFRP材料、玄武岩纤维材料、智能材料等等，这些材料凭借优异的性能正被越来越广泛地应用于桥梁工程、民用建筑、海洋工程、地下工程等土木工程建筑。
1 FRP材料
FRP材料即纤维增强复合塑料，FRP由增强纤维和基体组成，一般用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂做基体，以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料。该材料具有抗拉强度、弹性模量小、抗剪强度低、抗腐蚀、抗疲劳性能好等特点。FRP的抗拉强度均明显高于钢筋， 与高强钢丝抗拉强度差不多，是一般钢筋的2倍至10倍。大部分FRP产品弹性模量小，约为普通钢筋的25%～ 75%，因此， FRP结构的设计通常由变形控制。FRP的抗剪强度仅为抗拉强度的5%～20%， 这使得FRP构件在连接过程中需要研制专门的锚具、夹具[1]。FRP材料可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用， 因而可提高结构的使用寿命， 这是结构材料难以比拟的。
FRP复合材料在土木工程领域的应用快速增长，可用于包括柱、墙、梁、板及面板的抗震及补强加固。FRP纤维复合材料凭借耐腐蚀性能已广泛用于加筋土中，由于该材料易被掘进机具切断，故可用于盾构法掘进竖井的混凝土墙、土钉及临时支护用的复合材料地锚，而且由于价格低廉，安装方便，干湿交替的挡土墙、地基锚杆及喷射混凝土筋中用的也很多。此外。因为良好的拉伸性，FRP材料在悬索桥及斜拉桥的缆索、预应力混凝土桥中的预应力筋中也光放应用。FRP属于人工材料，可根据工程需要采用不同纤维材料纤维含量和铺陈方式等不同工艺设计出不同强度指标、弹性模量及特殊性能要求的FRP产品，且FRP铲平形状可灵活设计。
2 CFRP材料
CFRP材料即碳纤维增强复合材料，CFRP材料是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/（g/cm3）以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/（g/cm3）左右，其比模量也比钢高。碳纤维复合材料的优点是高强度，是钢铁的5倍；出色的耐热性，可以耐受2000℃以上的高温；出色的抗热冲击性；低热膨胀系数，不宜变形量；热容量小，较为节能；比重小，仅仅对钢材料的1/5；优秀的抗腐蚀与辐射性能。
碳纤维复合材料在土木工程中的用途主要表现在碳纤维筋、碳纤维增强水泥和碳纤维增强木材。碳纤维筋的强度比低碳钢高约90%，而重量仅为后者的1/5左右；碳纤维与混凝土的附着强度高达713MPa，高于钢绞线与混凝土2197MPa的附着强度；碳纤维筋具有良好的拉伸疲劳性能及耐腐蚀、抗冲击、柔性高和易于操作的性能，因此在桥梁、码头等易受腐蚀的结构中应用较多。碳纤维增强水泥在水泥及其制品中掺和一定量高性能碳纤维和高效外加剂，以有效控制水泥及其制品塑性收缩及早期裂纹，提高水泥及其制品的密实性，增加水泥及其制品后期强度[2]。碳纤维增强木材是用碳纤维包裹木材或将碳纤维片材铺设于木材的某个侧面或中间而形成的一种新型结构材料。碳纤维的加入使木材的抗拉强度、防腐防火等性能大为提高，使其应用领域更为广泛。
3 玄武岩纤维材料
玄武岩纤维是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。类似于玻璃纤维，其性能介于高强度玻璃纤维和无碱玻璃纤维之间。玄武岩连续纤维不仅稳定性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能[3]。此外，玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。
碳纤维和是目前世界上所采用的主要的加固补强用的新型材料之一，在桥梁、隧道、房屋等结构抗震加固补强方面具有极为广阔的应用前景。利用玄武岩纤维高模量、耐冲击和低成本等优势，可以开发其在降噪、抗振和抗震等耗能领域的应用。玄武岩纤维还可以用在具有高火灾危然的工业建设项目，核电站，化学工业与石化工业，高层建筑群，造船工业，汽车制造业等领域。玄武岩纤维及其土工材料具有较高的强度、弹性模量和耐高低温、耐侵蚀等性能，也适用于路面土工格栅中的基础材料[4]。
4 智能材料
智能材料实际上是一种仿真生命系统，一方面能够感知外界环境或内部状态所发生的变化，另一方面能提供针对材料自身的或外界的某种反馈机制，适时地将材料的一种或多种性质加以改变，做出所期望的某种响应。智能材料的功能表现为：反馈功能、传感功能、响应功能、信息识别与积累功能自诊断能力、响应功能、自修复能力和自适应能力、自诊断能力。
近几年我国通过不同的方法支持智能材料与结构的研究.目前许多项智能材料及其在土木工程中的应用研究正在我国进行着。目前，智能材料与结构在土木工程中的应用主要是将智能材料，比如上文提到的碳纤维等，混入到混凝土中，使混凝土构件具有自我增强、自我诊断、自我愈合以及自我调节的功能[5]。智能材料在土木工程中重要的应用，是自动化控制技术发展、计算机科学、材料科学的重要阶段的产物。因此，土木工程的未来深受高科技材料发展的影响，对此我们国家需要长久的对其研究下去。
FRP材料、 CFRP材料、玄武岩纤维材料、智能材料已经开始应用于现代土木工程建筑，但由于价格、应用技术、观念等因素这些新型材料的应用还不够广泛。革新技术、降低成本、加大推广，这些新型材料能在现代土木工程中发挥巨大作用。
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