玄武岩纤维的性能及其制品在土木工程领域的应用
毕业论文
2014/3/21
玄武岩纤维的性能及其制品在土木工程领域的应用
赵党锋1刘华武1樊晓辉2张银华3陈志刚4(1．天津工业大学纺织学院，天津，300160;2．陕西省纺织科学研究所，西安，710038;3．岳阳纺织工程中心，岳阳，414200;4．天津电子信息职业技术学院，天津，300132)
摘要:玄武岩纤维是继碳纤维和玻璃纤维后又一种值得关注的无机高性能纤维材料。介绍了玄武岩纤维的化学成分、各项优越特性以及玄武岩纤维制品(短切纱、土工织物以及玄武岩纤维复合筋)在土木工程领域的应用和作用。随着玄武岩纤维性能和产量的提高，玄武岩纤维及其制品将在土木工程领域具有广阔的应用前景。
关键词:玄武岩纤维，高性能纤维，玄武岩纤维增强复合材料，土木工程
中图分类号:TQ343．4;TS156．68文献标识码:A文章编号:1004－7093(2010)08－0039－06
高性能纤维在土木工程领域的应用一直受到人们的关注，常用于混凝土增强的高性能纤维材料有玻璃纤维、碳纤维和对位芳纶(以下简称芳纶)。玻璃纤维不耐碱、老化快、与混凝土的适配性差，所以自上世纪60年代以来，在土木建筑中较少使用玻璃纤维增强混凝土。碳纤维和芳纶的生产技术难以掌握，生产过程严重污染环境，产品价格一直居高不下，使其在土木工程领域中的应用受到极大的制约。因为水泥是强碱性材料，目前土木建筑采用的纤维增强水泥，其添加的纤维主要是聚丙烯纤维和钢纤维，作为无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%体积分数。所以这些纤维增强水泥，其实只是在混凝土凝固初期减少了水泥裂纹，从而提高了水泥的强度，并不是真正的纤维增强复合材料，即纤维承受了高于基质材料的应力。
建材界一直寻找一种高活性、高刚度、耐腐蚀、耐磨、长寿、高强度、分散均匀的环保纤维。通过试验和文献数据分析，我们认为玄武岩纤维也许就是这样一种建材界正在寻找的理想纤维。主要从事于纺织新材料、新产品的开发课题研究。我国在2005年研发成功玄武岩纤维。与玻璃纤维、碳纤维、芳纶等其他高性能纤维相比，玄武岩纤维具有很多独特的优势:如力学性能佳，耐高温性能好，耐酸耐碱，有更好的耐环境性能等优点。玄武岩纤维是以玄武岩矿石为原料，经过熔融纺丝制备的新型纤维，其熔化过程中碱金属氧化物析出很少，池炉排放的烟尘中基本无有害物质，是对环境无污染的绿色健康纤维材料。玄武岩纤维与火山灰水泥中的火山灰有着相同的成分和密度，其与水泥的相容性和分散性好于其他增强纤维。可以预见玄武岩纤维将作为新型高性能纤维，广泛地应用于土木工程领域。
1玄武岩纤维的化学成分玄武岩的化学组成一般为SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2 O3、FeO、TiO2、K2 O、Na2 O等及少量杂质，其中主要成分为SiO2、Al2O3、CaO和MgO。玄武岩中含有的不同组分会赋予纤维特定的性能。例如:SiO2的含量增加有利于提高纤维的弹性;SiO2、Al2 O3、TiO2、MnO和Cr2 O3的含量增加可提高纤维的化学稳定性;SiO2、Al2O3、TiO2含量增加时，可提高熔体的黏度，有利于制取长纤维;CaO、MgO的含量增加有利于原料的熔化和制取细纤产业用纺织品应用维;Fe2O3大量增加后可提高纤维的使用温度。因此在制造普通玄武岩纤维的时候，可以有侧重性地选取不同成分含量的玄武岩，或者添加相应辅料，生产出具有特殊优异性能的特种玄武岩纤维。例如高弹性玄武岩纤维、耐腐蚀玄武岩纤维、使用温度高于800℃的玄武岩纤维等。
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