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玄武巖纖維的性能及其制品在土木工程領域的應用
玄武巖纖維的性能及其制品在土木工程領域的應用
趙黨鋒1劉華武1樊曉輝2張銀華3陳志剛4(1．天津工業大學紡織學院，天津，300160;2．陜西省紡織科學研究所，西安，710038;3．岳陽紡織工程中心，岳陽，414200;4．天津電子信息職業技術學院，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注的無機高性能纖維材料。介紹了玄武巖纖維的化學成分、各項優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合筋)在土木工程領域的應用和作用。隨著玄武巖纖維性能和產量的提高，玄武巖纖維及其制品將在土木工程領域具有廣闊的應用前景。
關鍵詞:玄武巖纖維，高性能纖維，玄武巖纖維增強復合材料，土木工程
中圖分類號:TQ343．4;TS156．68文獻標識碼:A文章編號:1004－7093(2010)08－0039－06
高性能纖維在土木工程領域的應用一直受到人們的關注，常用于混凝土增強的高性能纖維材料有玻璃纖維、碳纖維和對位芳綸(以下簡稱芳綸)。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60年代以來，在土木建筑中較少使用玻璃纖維增強混凝土。碳纖維和芳綸的生產技術難以掌握，生產過程嚴重污染環境，產品價格一直居高不下，使其在土木工程領域中的應用受到極大的制約。因為水泥是強堿性材料，目前土木建筑采用的纖維增強水泥，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%體積分數。所以這些纖維增強水泥，其實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度，并不是真正的纖維增強復合材料，即纖維承受了高于基質材料的應力。
建材界一直尋找一種高活性、高剛度、耐腐蝕、耐磨、長壽、高強度、分散均勻的環保纖維。通過試驗和文獻數據分析，我們認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、新產品的開發課題研究。我國在2005年研發成功玄武巖纖維。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特的優勢:如力學性能佳，耐高溫性能好，耐酸耐堿，有更好的耐環境性能等優點。玄武巖纖維是以玄武巖礦石為原料，經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，是對環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纖維。可以預見玄武巖纖維將作為新型高性能纖維，廣泛地應用于土木工程領域。
1玄武巖纖維的化學成分玄武巖的化學組成一般為SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2 O3、FeO、TiO2、K2 O、Na2 O等及少量雜質，其中主要成分為SiO2、Al2O3、CaO和MgO。玄武巖中含有的不同組分會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穩定性;SiO2、Al2O3、TiO2含量增加時，可提高熔體的黏度，有利于制取長纖維;CaO、MgO的含量增加有利于原料的熔化和制取細纖產業用紡織品應用維;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候，可以有側重性地選取不同成分含量的玄武巖，或者添加相應輔料，生產出具有特殊優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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