玄武岩纤维
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玄武岩纤维范文第1篇
关键词:连续玄武岩纤维;防火隔热;过滤环保;增强复合;高技术纤维
连续玄武岩纤维(CBF)是以天然的火山喷出岩作为原料,将其破碎后加入熔窑中,在1450℃～1500℃熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维。以CBF为增强体可制成各种性能优异的复合材料,可广泛应用于消防、环保、航空航天、军工、车船制造、工程塑料、建筑等军工和民用领域,故CBF被誉为21世纪的新材料[1]。随着国外工艺技术的不断改进以及新市场的不断开拓,玄武岩纤维有望成为第四大高强高模纤维。
1国内外发展研究状况
1.1国外发展研究状况
以玄武岩为主要原料生产的岩棉自从1840年首先在英国威尔斯试制成功到现在已有160多年的历史[2]。1922年在美国专利(OS1438428)出现由法国人Paul提出玄武岩纤维制造技术,但没有实质性生产。
20世纪50年代初期,德国、捷克和波兰等东欧国家以玄武岩为原料,采用离心法生产出了纤维平均直径为25μm～30μm的玄武岩棉。随后60年代初期,美国、前苏联、德国等大力发展垂直立吹法生产工艺,使玄武岩棉产量迅速增长。前苏联引进了德国立吹法制造矿物棉的生产专利,在消化、吸收的基础上,成功地将该项技术应用于玄武岩棉的生产,设计生产能力为日产38吨～40吨玄武岩棉。玄武岩纤维的研究工作主要集中在前苏联。玄武岩纤维于1953―1954 年由苏联莫斯科玻璃和塑料研究院开发出[3]。苏联早在20世纪60―70年代就致力于连续玄武岩纤维的研究工作,乌克兰建筑材料工业部设立了专门的别列切绝热隔音材料科研生产联合体,主要任务是研制CBF及其制品制备工艺的生产线。联合体的科研实验室于 1972 年开始研制制备CBF,曾经研制出 20 多种CBF制品的生产工艺[4]。1973年,前苏联新闻机构报道了有关玄武岩纤维材料在其国内广泛应用的情况。1985年在前苏联的乌克兰率先实现工业化生产,产品全部用于前苏联国防军工和航天p航空领域。
1991年前苏联解体后,此项目开始公开,并用于民用项目。目前连续玄武岩主要研发及生产基地在俄罗斯及乌克兰两个国家。苏联的解体,客观上影响了CBF的推广应用,但是,由于玄武岩纤维具有有别于碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维的一系列优异性能,而且性价比好,引起了美国、欧盟等国防军工领域的高度重视。
1.2国内发展研究现状
我国自20世纪70年代起,就断断续续地开展对CBF的研究,但未获得成功。2001年哈尔滨工业大学组建了专门的研究队伍致力于玄武岩纤维制备技术的研发。2004年哈尔滨工业大学深圳研究院与成都航天万欣科技有限公司组建了成都航天拓鑫科技有限公司,进一步研究改进玄武岩连续纤维制造设备功能,开发出玄武岩纤维终端产品。
2002年,我国正式将连续玄武岩纤维列入国家863计划,承担该课题项目的深圳俄金碳材料科技有限公司(由深圳黄金屋真空科技有限公司与俄罗斯一家军工材料研究院合资组建的)和大型民营企业横店集团等3家股东注资2000万元人民币,于2003年12月成立了横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司。经近两年来的技术开发,横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司采用创新的生产技术和“一步法”工艺,取得了以纯天然玄武岩(不添加任何辅料)为原料生产连续玄武岩纤维的研发成果,并成功实现了工业化生产。该公司不仅掌握了电熔炉、火焰炉、气电结合的生产技术,而且生产的多轴向织物树脂基复合材料及玄武岩纤维片材等复合材料等产品得到军工和民用领域有关用户的认可。
目前,发展中的横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司是继俄罗斯等独联体与美国之后的全世界具有一定规模、排名第六位的生产工厂。有专家学者预测: 2010年全国生产玄武岩连续纤维1万t,2020年为7万t～10万t。
2玄武岩纤维(CBF)的性能
2.1新型环保性材料
CBF具有非人工合成的纯天然性,加之生产过程无害,且产品寿命长,是一种低成本p高性能p洁净程度理想的新型绿色主动环保材料。由于玄武岩熔化过程中没有硼和其他碱金属氧化物排出,使CBF制造过程的池炉排放烟尘中无有害物质析出,不向大气排放有害气体,无工业垃圾及有毒物质污染环境。玄武岩纤维在很大程度上可代替玻璃纤维,被广泛用于航天航空、石油化工、汽车、建筑等多领域,因而,CBF被誉为21世纪“火山岩变丝”、“点石成金”的新型环保纤维。
2.2功能性优良的材料
CBF是继碳纤维p芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维支柱,在许多条件下可替代碳纤维p芳纶纤维,在某些场合甚至比上述两种纤维性能还好。玄武岩纤维及其制品的异常优越性能具体表现在以下几个方面:
(1)显著的耐高温性能和热震稳定性。CBF的使用温度范围为-260 ℃～880 ℃,这一温度远远高于芳纶纤维、无碱E玻纤、石棉、岩棉、不锈钢,接近硅纤维、硅酸铝纤维和陶瓷纤维;热震稳定性好,在500℃下保持不变, 在900℃时原始重量仅损失3%[5]。
(2)较低的热传导系数。CBF的热传导系数为0.031 W/m・K～0.038 W/m・K,低于芳纶纤维、硅酸铝纤维、无碱玻纤、岩棉、硅纤维、碳纤维和不锈钢。
(3)高的弹性模量和抗拉强度。CBF的弹性模量为:9100 kg/mm2～11000 kg/mm2,高于无碱玻纤、石棉、芳纶纤维、聚丙烯纤维和硅纤维。CBF 的抗拉强度为3800～4800 MPa,比大丝束碳纤维、芳纶、PBI纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维都要高,与S玻璃纤维相当。
(4)化学稳定性好。CBF的耐酸性和耐碱性均比铝硼硅酸盐纤维好[6～7]。其耐久性、耐候性、耐紫外线照射、耐水性、抗氧化等性能均可与天然玄武岩石头相媲美。
(5)吸音系数较高。CBF的吸音系数为0.9～0.99,高于无碱玻纤和硅纤维;优良的透波性和一定的吸波性,吸音和隔音性能优异,具有良好的隐身性能, 可制作隐身材料。
(6)良好的电绝缘性和介电性能。CBF的比体积电阻较高为1×1012 Ω・m,大大高于无碱玻纤和硅纤维;体积电阻率比电绝缘E玻璃纤维高一个数量级,介电损失角正切高50 %。
(7)较低的吸湿性。CBF的吸湿性低于0.1 %,低于芳纶纤维、岩棉和石棉。
(8)天然的硅酸盐相溶性。与水泥p混凝土的分散性好,结合力强,热胀冷缩系数一致,耐候性好。
表1给出了CBF与各种纤维材料的物理性能对比。
3玄武岩纤维(CBF)的应用
3.1防火隔热领域的应用
CBF用于防火服正处于起步阶段,由于其本身的特殊性能,用于防火服领域有较大的优势。CBF是无机纤维,具有不燃性、耐温性(-269℃～650℃)、无有毒气体排出、绝热性好、无熔融或滴落、强度高、无热收缩现象等优点。缺点是比重较芳纶纤维大,穿着的舒适感不如芳纶纤维防火服。如果CBF与其他纤维混纺可制成阻燃面料,用于部队的相关装备显然是有明显优势的。
3.2在过滤环保领域的应用
CBF是一种新型的绿色环保材料,可用于环保领域有害介质、气体的过滤、吸附和净化,特别是在高温过滤领域,CBF的长期使用温度是650℃,远优于传统过滤材料,是过滤基布、过滤材料、耐高温毡的首选材料。
目前过滤材料主要有天然纤维、各种合成纤维、各种无机纤维和金属纤维。由于对耐高温提出了更高的要求,又引进了Nomex、Procon、Torcon、Basfil、P84等。但是,目前所有的过滤材料都不能解决过滤高温介质的问题,而CBF可以在-269℃~650℃的范围内长期使用,它的耐高温性能是其他材料所无法比拟的。
3.3CBF增强树脂基复合材料的应用
CBF具有良好的技术特性:低容重,低导热率,低吸湿率和对腐蚀介质的化学稳定性,能够降低结构重量,形成新型结构材料。利用这些特性,在军品和民品领域有广泛的应用。玄武岩纤维增强树脂基复合材料是制造坦克装甲车辆的车身材料,可减轻其重量;用于制造火炮材料,尤其是用于炮管热护套材料可以大大提高火炮的命中率和射击精度。在枪弹、引信、弹匣、大口径机枪枪架、坦克装甲车辆的薄板装甲、汽车发动机罩、减震装置等方面有大量的应用。在船舶工业中可大量用于船壳体、机舱绝热隔音和上层建筑;用CBF蜂窝板可制成火车车厢板,既减轻了车厢的重量,又具有一种良好的阻燃性能。
CBF具有良好的增强效应.单纤维拔丝试验表明,CBF与环氧聚合物的黏合能力高于E玻璃纤维,而且在采用硅烷偶联剂处理后其黏合能力还会进一步提高,因此,玄武岩纤维可以代替即将禁用的石棉来作为耐高温结构复合材料、橡胶技术制品等增强材料,也可用于制作制动器、离合器等摩擦片的增强材料。表2为各种纤维增强环氧树脂基复合材料的机械性能比较。
另外,CBF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,已引起广泛重视并将快速发展。
3.4在电子技术领域的应用
CBF具有良好的介电性能。其含有较多的导电氧化物,是不适合做介电材料的,但是采用某种浸润剂处理纤维表面后,其介电损失角正切比常规玻纤大大降低,它的体积电阻率比E玻璃纤维高一个数量级,所以 CBF非常适合用于耐热介电材料[1]。
CBF是优良的绝缘材料,利用这一介电特性和吸湿率低、耐温好的特性,可以制成高质量印刷电路板,此外,CBF还可以用作风力发电叶片的增强材料[8]。
4玄武岩纤维(CBF)生产工艺
虽然CBF的生产技术看似简单,但实际上颇为复杂,需要很多的技术诀窍。为实现高质量玄武岩纤维的工业生产,需要考虑各方面的技术复杂性和设计专用设备。
图1为目前典型的CBF生产工艺流程:首先要选用合适的玄武岩矿原料,经破碎、清洗后的玄武岩原料储存在料仓1中待用,经喂料器2用提升输送机3输送到定量下料器4喂入单元熔窑,玄武岩原料在1500℃左右的高温初级熔化带5下熔化,目前玄武岩熔制窑炉均是采用顶部的天然气喷嘴6的燃烧加热。熔化后的玄武岩熔体流入拉丝前炉7,为了确保玄武岩熔体充分熔化,其化学成分得到充分的均化以及熔体内部的气泡充分挥发,一般需要适当提高拉丝前炉中的熔制温度,同时还要确保熔体在前炉中的较长停留时间。最后,玄武岩熔体进入两个温控区,将熔体温度调至约1350℃左右的拉丝成型温度,初始温控带用于“粗”调熔体温度,成型区温控带用于“精”调熔体温度。来自成型区的合格玄武岩熔体经200 孔的铂铑合金漏板8拉制成纤维,拉制成的CBF在施加合适浸润剂9后经集束器10及纤维张紧器11,最后至自动绕丝机12[9]。
1―料仓;2―喂料器;3―提升输送机;4―定量下料器;5―原料初级熔化带;6―天然气喷嘴;7―二级熔制带(前炉);8―铂铑合金漏板;9―施加浸润剂;10―集束器;11―纤维张紧器;12-自动卷丝机
尽管连续玄武岩纤维在各个方面表现出优异的特性,但是如果想要将这些特性发挥出来,仍有一些技术上的困难要去克服。
5目前面临的问题
5.1玄武岩成分波动大
CBF的生产存在一些困难。不同类型的玄武岩矿石具有不同的特性和化学结构。由于玄武岩是由地球熔岩形成的,因此造成它的先天不足,就是其成分的波动,不仅不同矿床成分波动较大,就是同一矿点化学成分也有一定的波动范围。这就直接导致玄武岩纤维性能波动大,使其在高端领域上的大量应用受到限制。制造CBF对使用的玄武岩原料有一定的选择性,一般要求玄武岩原料中基本没有耐高温的晶相,这种晶相在不完全的熔制工艺中易形成二次结晶的晶核而影响玄武岩拉丝过程的稳定性[9]。
5.2生产过程中消耗的成本
连续CBF主要成本集中在所用的天然气燃料,铂铑合金漏板的消耗量及其使用寿命。
(1)较高的能源价格
我国天然气的价格较高,为了保证连续玄武岩纤维的生产成本,就必须改造矿石熔化炉,燃气-空气系统,燃气烧喷的结构,采用新工艺技术,新型能源供应系统,新的耐火材料和保温材料[10]。
(2)铂铑合金漏板的消耗
连续玄武纤维岩生产过程中随着漏板温度的提高,高温蠕变会影响到纤维成型过程的稳定性及漏板的使用寿命,熔体中的含铁类氧化物成分会明显增加对铂铑合金的侵蚀,铂铑拉丝用漏板也是玄武岩纤维生产工艺中的关键设备之一,它直接影响着纤维生产的效率,纤维的质量及检修周期,最终影响玄武岩纤维的生产成本。能否实现2000 吨以上的池窑化生产和1200～2000孔多孔大漏板拉丝工艺还有待研究[3]。
6结论与展望
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。我们要充分认识到:第一,我国连续玄武岩纤维与发达国家的巨大差距和亟待强化发展的重要意义;第二,加强工艺及设备的工程化配套研究,进一步加强高新技术纤维产业信息化和标准化工作的重要性,由浙江石金玄武岩纤维有限公司牵头制定的《水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维》(GB/T 23265―2009)国家技术标准在列。这是我国乃至全球第一个有关玄武岩纤维的国家级技术标准,将于今年11月5日全面实施。我们也要继续努力进一步加强相关检测标准制定,推动连续玄武岩纤维产业安全和可持续发展。
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玄武岩纤维范文第2篇
关键词：玄武岩纤维混凝土；粘结锚固性能；滑移；粘结强度；粘结应力滑移本构关系
中图分类号：TU528.572文献标志码：A
Abstract： In order to study the bondanchorage properties between basalt fiber reinforced concrete （BFRC） and steel bars， the loading end， the free end slip and strain of steel bars under various loads were acquired. Bond stressslip curves and bond stress curves along anchorage length were obtained through 18 center pullout specimens and 9 beam specimens loading experiment. The experiment results show that basalt fiber has an adverse impact on the bondanchorage properties between steel bars and concrete and reduces the ultimate bond strength. 25 mm basalt fiber shows greater ultimate bond strength between concrete and steel bars than 15 mm basalt fiber. The bondanchorage properties between BFRC and steel bars will be improved with the increase of the concrete strength. Relative thickness of concrete cover has little effect on bondanchorage properties. Strain curves of anchor steel bars are concave as a whole and decrease gradually along anchorage length. The bond stress curves along anchorage length are multimodal. The constitutive relation of bond stress and slip between BFRC and steel bars on the basis of experiment data can provide reference for the theory and engineering design of BFRC.
Key words： basalt fiber reinforced concrete； bond anchorage property； slip； bond strength； constitutive relation of bond stress and slip
0引言
在钢筋混凝土结构中，混凝土和钢筋的粘结作用是保证钢筋和混凝土这2种材料共同工作的基本前提。玄武岩纤维作为一种天然无机材料，具有较高的抗拉性能、良好的化学稳定性与热稳定性、高性价比等特点，被称为21世纪无污染的“绿色工业材料”。以混凝土作为基体，掺入玄武岩纤维，充分发挥2种材料的优势，可很大程度上改善混凝土抗拉性能低、易开裂、耐腐蚀性差等不足，起到增强增韧、延长寿命等作用。
目前，中国对玄武岩纤维混凝土（BFRC）的研究仍处于初期阶段，主要涉及力学性能、耐久性等研究[14]。各国关于混凝土与钢筋的粘结锚固性能已做了大量研究，主要涉及影响混凝土与钢筋粘结性能的因素、粘结滑移本构关系等。关于BFRC与钢筋粘结锚固性能研究的报道尚较少，为了拓宽BFRC的理论研究与工程实际应用，BFRC与钢筋粘结锚固性能的研究愈发成为不可忽视的问题。本文以玄武岩纤维掺量、纤维长度、混凝土强度、混凝土相对保护层厚度、钢筋表面特征为参数，采用梁式试验和中心拔出试验探讨参数改变对BFRC与钢筋粘结锚固性能的影响。
1试验方案
（2）长度为25 mm纤维BFRC与钢筋的粘结锚固性能优于长度为15 mm纤维的。混凝土强度的增加可提高BFRC与钢筋的粘结性能，混凝土相对保护层厚度的变化对钢筋粘结锚固性能影响不大。
（3）BFRC中钢筋应变、粘结应力沿锚固长度的分布规律与普通混凝土相似。根据梁式试件粘结应力滑移曲线回归可得到玄武岩纤维混凝土与钢筋粘结应力滑移本构关系。
（4）可考虑工程设计时对锚固长度乘以修正系数1.15作为BFRC与钢筋锚固长度计算依据。参考文献：
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玄武岩纤维范文第3篇
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。
参考文献：
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[4] 孙浩.吉林石化公司碳纤维产品市场发展方向研究[D].上海：上海师范 大学，2012.
玄武岩纤维范文第4篇
关键词：玄武岩纤维筋；输电线路；铁塔基础设计方法；承载力；刚度；混凝土灌注桩 文献标识码：A
中图分类号：TU984 文章编号：1009-2374（2016）19-0142-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.19.068
玄武岩纤维复合材料（BFRP）具有抗拉强度高、抗腐蚀性能优良、重量轻、耐疲劳、耐高低温等优良特性，因此在沿海地区的输电线路工程中，采用轻质高强、绝缘、耐高低温和耐腐蚀的玄武岩纤维复合筋，进行基础混凝土结构的配筋，有望有效提高沿海地区输电线路基础结构的耐腐蚀性，延长使用寿命。
本文依托江苏省电力公司2014年科技项目《玄武岩纤维在输电塔基础中应用研究》，对玄武岩纤维筋应用于铁塔基础中采用的设计方法进行研究。
1 设计原则
由于BFRP良好的抗腐蚀性能，长期耐久性有保证，因此BFRP筋混凝土灌注桩可用在环境恶劣的沿海或者强腐蚀地区，但在设计使用过程中必须采取一定的设计方法和设计原则。一般BFRP筋混凝土灌注桩基础设计可采用等强度（面积）设计或等刚度设计原则。
等强度（面积）设计原则就是使BFRP筋与钢筋具有相同的设计应力和使用应力，通常做法是用相同截面积的BFRP筋代替钢筋，可用在对竖向承载力和裂缝控制要求不高，并且不是水平荷载和水平位移控制的桩基中，其刚度较低，在桩身开裂之前与钢筋混凝土桩具有相同的刚度，其水平位移与稳定控制良好，开裂之后刚度下降较钢筋混凝土桩要快，在相同水平荷载下水平位移是同等钢筋混凝土桩的3～4倍。
等刚度设计可用在对承载力较高且由水平荷载或水平位移控制的桩基中，其刚度、竖向承载力、水平承载力和水平位移、裂缝控制等，无论是桩身开裂前或开裂后都等同或强于钢筋混凝土桩，是一种保守的设计方法。
2 单桩承载力标准值
第一，一级杆塔桩基，有条件时应采用现场静载荷试验，并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；二级杆塔桩基应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算，并参照地质条件相同的试桩资料，综合确定。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静载荷试验确定；对三级杆塔桩基，如无原位测试资料时，可利用承载力经验参数估算。
第二，采用现场静载荷试验确定单桩下压极限承载力标准值时，在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1%，且不应小于3根，工程总桩数在50根以内时不应小于2根。试验及单桩下压极限承载力取值按JGJ 94-2008附录C方法进行。
4 玄武岩筋灌注桩施工构造要求
4.1 玄武岩筋锚固
根据《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》（GB 50608-2010），BFRP筋最小锚固长度不应小于35d，当锚固长度不足时，应采用可靠的机械锚固措施。玄武岩纤维筋在节点处的锚固，可采用以下两种方式：一是采用订制弯折筋搭接锚固的方法；二是直线筋在端部直接采用螺帽形成扩大端的锚固方式，两者都很有效地实现梁柱锚固。
4.2 玄武岩筋搭接连接
图2是玄武岩筋常见的两种搭接方式，需保证35d的搭接长度，以保证力的有效传递，搭接处可以用铁丝、塑料扎带或玄武岩纤维原丝浸透环氧树脂后残绕再涂抹环氧树脂密封。
4.3 玄武岩箍筋
玄武岩筋易加工成形，可以在工厂做成各种形状，一般桩基中需要的螺旋箍筋和方形箍筋需在工厂定制
加工。
5 结语
采用BFRP筋等面积设计时需考虑单桩竖向承载力和水平承载力的降低，特别要注意水平承载力和水平位移，因为等面积时桩身刚度比混凝土桩低，其水平位移易超限，按刚度折算的话在相同水平荷载下BFRP筋混凝土桩水平侧移是钢筋混凝土桩的3～4倍。
采用等刚度设计时，竖向承载力和水平承载力都与钢筋混凝土桩类似，裂缝控制要更强，但需考虑刚度变大时，BFRP筋变密集或直径变大在施工时可能出现的
问题。
参考文献
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塑料筋耐腐蚀性研究[J].土木建筑与环境工程，
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腐蚀规律试验研究[J].混凝土与水泥制品，2002，
（1）.
玄武岩纤维范文第5篇
吉林市永鹏农副产品公司展位前，观展者争相品尝通心粉。这种黑米、玉米、大米制成的全谷物通心粉是该公司新研发的，具有自主知识产权。价格也很平民化，一袋一斤装仅卖10元。一上午就卖了几大箱产品。永鹏的展位上，还摆放着其出品的老爷岭牌系列大米、杂粮、菌类等特产。“三面环山，一面环水”的老爷岭一带，有机肥料充足、气候独特，为农作物生长创造了最佳条件，所以这里的土特产品口感和营养，都特棒！”该公司年销售额超过两亿元。
舒兰市天永有机食品公司也来卖杂粮，但他们打出了历史牌、稀缺牌：“我们带来的稗子米属于东北濒临灭绝的稀有品种，刚展出来就销售一空！舒兰天德乡产的小米，是清朝时的贡米，连嘉庆皇赞赏过。天德乡是省政府确定的有机小杂粮基地。天永牌绿小米蛋氨酸含量是大米的2.4倍，维生素B1含量比小麦高23.9%，比玉米高83.8%……有机小杂粮现已销往京沪等地。”天永公司负责人说。
同样抢手的还有公司的大米。负责人说，这种稻花香米，市场售价每市斤28元。“怎么这么贵？”对方回答：“种植过程中添加了牛奶”――这可真令观展者大开眼界！
舒兰市天永有机食品基地公司始建于2002年，是吉林省政府确定的有机小杂粮基地。由舒兰市天永有机食品基地有限责任公司牵头领办创办了舒兰市永天杂粮种植专业合作社，是吉林地区规模和成员数量最大的农村合作组织之一，现以形成公司+协会+基地+合作社+农户的生产经营模式，并具有一定的生产规模，为舒兰市有机食品产业更好的发展奠定了坚实的基础。
公司依托舒兰市政府已经过多年运作，相继分别取得了欧盟ECOCERT、南京国家环保总局OFDC、农业部北京中绿华夏COFCC有机认证，总面积23318.4市亩。
电话：0432-68636399
吉林市农业生态旅游的领军者――圣鑫葡萄酒庄园带来了雾凇山葡萄酒系列产品，现场提供免费品尝。与众不同的是，他们没用一次性塑料杯，用的全是高脚杯，彰显高档、浪漫。销售人员还搬出当代名人到访图片为品牌“代言”。占地80亩的圣鑫酒庄在吉林市松花湖坝下，临近朱雀山国家森林公园。庄园内不仅一步一景，还有5棵百年古梨树，山坡果园、地下酒窖等，充满关东风情，被评为国家AAA级旅游景区。听了这些介绍，你都会觉得如果不买上一瓶酒，真太遗憾了！
江城特产也有挺“另类”的――新疆大枣！销售人员笑着说，大枣是他们在新疆的生产基地种植的，国安将其精选包装后销售，也算“江城造”。此外，国安还现场展出了茶、中药饮片、细贵药材等热销产品。
吉林得利斯食品公司，这次除展售火腿、香肠外，还卖起了泡椒凤爪等，看来他们也创新了。
吉林市：“象形展位”展形象
江城吉林市本次形象展位的布局也是“象形的”――像松花江穿城而过形成的“反S”形状。以水之蓝色为主调，辅以雪花等冬景元素，江城展位的色调也凸显了其凇情雪韵的景观特色。借个性化的精巧构思，江城馆备受关注，成为博览会6号展馆的“靓点”。
4块展板分别介绍十大功能区以及名特优商品――万昌大米、马鹿角粉、碳纤维自行车等。
金赛科技制造的中空纳滤膜系列产品占据了展位中心最抢眼的地段。其展示也很有创意：将一缸滴有墨汁的脏水抽进纳滤膜过滤器，滤出的清水置入另一缸中，再由一台小泵打到一只鱼缸内，那里有七八条鱼儿在悠游。一名工作人员说：“用纳滤膜过滤后的水，鱼儿能存活，人也可以直接饮用。”金赛的纳滤膜产品已在吉林市的水处理领域得到应用。
吉林市形象展位上的3块大屏幕，与众不同。它不叫LED，而叫DET，每一块都是由12个60英寸的液晶屏拼接而成的。据工作人员介绍：DET液晶屏全称为“等离子无限（无缝）拼接墙系统”，是世界上最先进的液晶显示屏。现场采用的屏幕是吉林德浩荣基电子科技公司生产的，其采用了韩国知名厂家的等离子面板，物理拼缝只有1毫米，最大程度地减少图像失真。
吉林市的两个企业形象展位本次依旧是吉林化纤集团和吉林石化两个“主角”。化纤集团连年入选东博会，是因为它创下了竹纤维生产基地、碳纤维原丝生产基地和腈纶生产基地3个“全国之最”，并被确定为全国唯一的“保健功能纺织品原料基地”。这次，其展位上除了有碳纤维、竹纤维等织造的服装、家居用品外，还新添了“碳纤维汽车和碳纤维电暖地热”等新品。而这些新品的生产者，都是化纤集团的下游企业。
碳纤维汽车――这台红黑相间的碳纤维改装车，其引擎盖、尾翼等部件都是碳纤维的。生产这些配件的大连兴科控股工作人员说，他们正在与长城和奇瑞这两家整车厂洽谈合作。碳纤维电暖地热也是兴科生产的，用电量很低，成本比水暖还省，且具有抗腐蚀、远红外保健功能等优点。这种成型产品刚刚推广，市场售价每平方米180元，一般家庭还是可以承受的。除了帮下游企业打市场外，化纤集团还在展区内辟出一角用于招商。他们精心包装了年产1万吨碳纤维、15万吨竹浆粕等6个项目寻找合作伙伴。这些项目都代表化纤集团“十二五”期间的新品主攻方向。
吉林石化公司展位摆放着两个黄色物件，非常可爱。它们名为“油宝宝”――由输油管线和一滴石油的形象构成，是上海世博会石油馆的吉祥物。吉化展位上同样展出了其各种下游企业生产的终端名牌产品，如嘉宝莉的木器漆、儿童漆，雕牌洗洁精，立白洗衣液等――购石化的原料都能做什么？在此一目了然。
点“石”成“金”
“以前农村用来铺路、砌墙的火山渣，经过加工变成玄武岩纤维制品后，一下子身价倍增。”辉南县的吉林玖鑫玄武岩公司总经理聂文辉说。
玄武岩纤维范文第6篇
关键词：钢筋混凝土箱梁；预应力；加固设计；
Abstract: this paper first analyzes the reasons of the bridge crack, prestressed concrete box girder structure reinforcement design, combined with the example of prestressed reinforced concrete box girder structure strengthening construction for guidance.
Keywords: reinforced concrete box bridge; Prestressed; Reinforcement design;
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
桥梁是交通中不可缺少的重要组成部分，在人类社会的发展中起到重要的作用。在对桥梁进行加固设计之前，需要对桥梁现状进行全面的研究，尤其是预应力钢筋混凝土箱梁的裂缝研究。桥梁往往在形成机理和表现形式等方面存在着问题，这些问题也是桥梁设计理论和施工方法等因素不合理所导致的。
1预应力钢筋混凝土箱梁结构加固设计
1.1裂缝情况及原因分析
引起预应力钢筋混凝土桥梁裂缝的原因有很多，主要有荷载引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、地基础变形引起的裂缝等。钢筋锈蚀引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、施工工艺质量引起的裂缝等。荷载引起的裂缝是由于外载荷的直接应力和次生应力作用产生的。在设计计算阶段，荷载引起的裂缝可能由于设计计算阶段的漏算、模型不合理、结构不合理、设计断面不足、钢筋布置失误、预应力加载不足和安全系数不足等原因产生。在施工阶段，荷载引起的裂缝可能由于预制结构了解不清、构造处置不当、没有完全按照图纸施工、翻身和运输安装随意、施工顺序不当等原因造成的。
在使用阶段，荷载引起的裂缝可能由于受到撞击、车载过大、重型车辆过多和自然灾害等原因造成的。在进行混凝土浇注的过程中，因为结构整体不能采取隔离层等放松约束措施，混凝土在水化热和大气温度的作用下，加之混凝土的内部温度较大，混凝土内部出现较大的拉应力，导致约束裂缝的产生。
地基的变形有时会出现不均沉降和水平方向位移等，导致结构产生附加应力，造成机构开裂，地基基础的不均匀沉降的原因有：试验资料不准、结构荷载差异太大、地质勘察精度不够、分期建造的基础、地基冻胀等。
此外，预应力钢筋混凝土桥梁裂缝还包括钢筋锈蚀引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、施工工艺质量引起的裂缝等。
1.2 预应力钢筋混凝土箱梁结构加固设计
首先进行预应力钢筋混凝土桥梁的裂缝宽度计算。根据预应力混凝土桥涵设计规范（JTG62-2004）规定：钢筋混凝土构件在Ⅰ类和Ⅱ类环境下裂缝宽度不超过 0.2mm,在Ⅲ、Ⅳ类环境下混凝土构件的裂缝宽度不得超过 0.15mm。
裂缝计算的最小裂缝计算公式如下：
考虑到长期车载、超载现象严重现象，裂缝计算的较大裂缝计算公式如下：
其中σg代表裂缝处钢筋拉应力；Eg代表相临裂缝之间的距离；
然后根据荷载试验报告，箱梁各测试截面在最不利试验荷载工况作用下，实际测量的最危险结果，取得测试数据，做好加固设计的准备工作。根据裂缝计算公式和预应力钢筋混凝土箱梁结构的实测数据进行分析，最后提出钢筋混凝土箱梁结构的加固设计方案。
某预应力钢筋混凝土箱梁的实测数据如下表1所示。
表1 实测数据
根据实测数据提出三种加固设计方案，分别为挂网锚喷混凝土、底板粘贴碳纤维布、底板粘贴玄武岩纤维。由于篇幅原因，不对每一种方案进行详细说明。根据实际情况的比较选取第三种方案。
2 预应力钢筋混凝土箱梁结构加固施工
根据实际情况，最终确定的方案为底板粘贴玄武岩纤维，即（1）封闭处理。针对宽度小于 0.20mm 的裂缝。（2）清缝灌浆处理。针对宽度大于0.20mm 的裂缝。（3）在裂缝病害采取裂缝封闭后，在箱梁底板、腹板和翼缘板粘贴玄武岩纤维布。
2.1裂缝封闭
2.1.1针对宽度小于0.20mm的裂缝，首先开凿一个V形槽，宽10～20mm，深5mm。
2.1.2去除浮渣和裂缝内灰砂，烘干混凝土表面。
裂缝外用蘸有丙酮或二甲苯的回丝洗擦一遍，不可用清水洗，保持V形槽内无灰、尘油污等。
2.1.3在裂缝四周涂一层环氧浆液。
然后嵌入环氧砂浆，将其平面与原混凝土面用刮刀刮齐平。环氧树脂硬化后就可以正常使用。由于裂缝封闭使用化学药剂，操作人员如果短期接触不会产生副作用或影响不大，但是使用乙二胺等固化剂时，必须进行保护，防治皮肤灼伤。拌制环氧树脂时，要戴口罩，注意通风，并且防治火灾的发生。
2.2 裂缝灌浆
灌浆材料要求如表2 所示。
表2 裂缝修补胶（注射剂）基本性能指标
进行裂缝清理。首先开凿 V 形槽，宽 4～6mm，深 2～4mm；然后剔除裂缝口表面的松散杂物，对外露钢筋进行除锈处理，用丙酮沿缝长范围内进行洗刷。
进行埋设灌浆嘴和封缝。灌浆嘴的布置间距以 35～40cm 为宜尽量保证上宽缝可稀、窄缝要密，并且每一条裂缝保证至少有一个进浆孔和排气孔。封缝时应该保证无论缝宽大小同时封闭，防裂缝相互贯通造成跑气跑胶。在封缝后还要进行密封检查。进行灌浆，步骤如下：接通管道-胶浆注入灌浆罐-打开储气瓶阀门-打开灌浆罐-灌浆冒浆后关闭此嘴-停止该缝的压浆-停止压浆-关闭压浆嘴阀门。停止压浆的标准为出浆率持续5～10min 小于 0.1L/min。
2.3 粘贴玄武岩纤维布
粘贴玄武岩纤维布施工工艺：构件基底处理-涂刷底层涂料-环氧腻子修补-粘贴玄武岩纤维布-表面防护。
2.3.1 施工准备
应认真阅读设计施工图，拟定施工方案和施工计划；施工前应测量粘贴部位混凝土的表层含水率以及其所处环境温度；去除被加固构件表面的疏松部分，保证可以露出混凝土结构层；若粘贴玄武岩纤维材料的施工工艺有涂刷底胶的要求时，应按粘结剂供应厂商的底胶配制说明书进行操作；专人负责粘结剂的配制，并且按粘结剂供应厂商要求的配比和工艺进行配制。
2.3.2 粘贴玄武岩纤维片材
首先按加固设计部位放线定位；然后裁剪玄武岩纤维布；接着配制漫渍树脂并且均匀涂抹于所要粘贴的部位；最后用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，保证浸渍树脂充分浸透纤维布；重复上述步骤，上一层干燥后进行下一层的粘贴。
3 结语
本文首先分析预应力钢筋混凝土结构裂缝产生的原因，提出了加固设计方案，并对加固施工进行详细的说明，为预应力钢筋混凝土箱梁结构的加固设计和施工提供理论基础和施工经验。
参考文献
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玄武岩纤维范文第7篇
关键词：比鲁特构造岩浆混杂带 超基性岩块 堆积辉长岩 形成演化
1. 构造岩浆混杂带的组成
构造岩浆混杂带包括成分复杂的不同性质、不同时代的外来岩块和原地岩块，外来岩块是与混杂岩主体不同时代和成因的岩块。有比鲁特蛇纹石化橄榄岩、辉橄岩、堆积辉长岩、斜长岩、阳起石岩、辉石玄武岩、气孔状安山岩；深水环境的硅质岩、含燧石条带泥岩。原地岩块为哈拉霍圪组灰岩、都拉哈拉组石英岩、比鲁特组板岩等。岩块与围岩为构造接触，岩块大小不一，形状各异。岩块和基质均遭受不同程度的剪切。基质主要为滑石片岩、碳酸岩化、蛇纹石化橄榄岩等[1]（见表1）。
2. 主要混杂岩块的岩石学特征：
2.1 含辉橄岩碎屑灰岩、泥板岩角砾岩：岩石呈浅褐色，碎屑结构，角砾状构造。角砾含量为30―50%，以异源角砾为主，少许同源角砾。异源角砾以泥板岩为主，占10―30%，呈角砾状，次为灰岩角砾，占10―15%，次棱角状；同源角砾主要为蛇纹岩，多滑石化、透闪石化，占10―15%，次为透闪石、绿泥石碎屑。胶结物主要为滑石（10―30%），方解石与滑石混合物、褐铁矿、锆石、黑云母等。
2.2 辉橄岩―灰岩―泥板岩角砾岩：岩石呈灰绿色、紫绿色，碎屑结构，角砾状构造。角砾含量占50―80%，以异源角砾为主，同源角砾次之。异源角砾主要为板岩、含炭质板岩，约占20―25%，灰岩角砾占10%，角砾直径小于0.2―40Cm，少量透闪石、绢云母、绿泥石等。胶结物主要为蛇纹石、方解石、滑石。蛇纹石由纤维状和叶片状蛇纹石组成，其它为金云母、磁铁矿、褐铁矿。
2.3 含角砾蛇纹石化辉橄岩：岩石为灰绿色、黑绿色，碎屑结构，纤维―叶片状结构，块状或角砾状构造。矿物成分主要为蛇纹石、次为方解石、磁铁矿。蛇纹石为叶蛇纹石及纤蛇纹石，有的被滑石、皂石交代，并可见辉石假像。同源角砾为蛇纹石化辉橄岩和蛇纹岩，呈球状或次圆状、透镜状，直径2―40Cm，有的呈角砾状或不规则状。异源角砾以板岩为主，次棱角状到次圆状，次为灰岩角砾。胶结物主要为蛇纹石、皂石、滑石、碳酸盐岩的混合物，有时有微量的褐铁矿、磁铁矿、绿泥石、金云母等。
2.4 辉长岩：黑色、灰黑色，粗粒，辉长结构。岩石蚀变强烈，镜下可见堆晶结构，堆晶晶体为自形―半自形斜长石，有较强的堆晶生长，颗粒间相互接触有10%的间隙。堆晶斜长石具环带结构，并具生长边。斜长石为拉长石（An62），辉石多退变为次闪石，仍保留辉石假像，有时见堆晶生长边。
2.5 斜长岩：浅灰、灰白色，中―粗粒自形―半自形粒状结构，块状构造。堆晶晶体为斜长石（An65），具环带结构及堆积生长边，晶体具聚片―肖钠双晶的联合双晶，呈青鱼骨状结构，斜长石粒径为0.7―2mm，占95%，少量辉石呈纤闪石化。
2.6 辉石玄武岩：玻基斑状结构，块状构造。斑晶为浅粉红色钛普通辉石，直径0.1―0.7mm，有些为细针状晶体。钛普通辉石有平行（001）的解理，析出球粒状钛铁矿平行排列，有时呈十字双晶。斜方辉石多蛇纹石化。基质呈玻璃质，具脱玻化，约占60%。
3.构造岩浆混杂带岩块及基质的变形特征
不同岩块混杂在同一构造带中，但其变形特征各不相同，原地岩块主要为白云鄂博群灰岩、板岩、石英岩等，其形态以透镜体、长条状为主，大小悬殊，大者几百平方米，小者3―5m，或更小。其长轴基本平行于断裂带的总体方向。能干度较强的石英岩岩块破碎较强而成分较均一，棱角分明的构造角砾间由更为细小的同成分碎屑充填。巨大岩块往往由多种岩性组成，各岩块间通常呈镶嵌式接触。基质中超基性岩强烈劈理化、片理化、蛇纹石化、滑石化，已强烈挤压破碎成极为细小的碎屑物质或强片理化变形揉褶。
混杂带中东段岩块以逆冲叠覆为主，岩块规模一般较大，形态以不规则状、透镜状、岩片状为主，各岩块间均为冷侵位接触关系，岩块表面见有大量擦痕及镜面，反映岩块间存在挤压和磨擦。西段砂岩、板岩及灰岩岩块中发育大量不规则的揉褶和同生角砾。
4. 超基性岩块的岩石化学及地球化学特征
4.1 蛇纹石化辉橄岩：蛇纹石化辉橄岩可代表原超基性岩岩石类型，蛇纹石化辉橄岩岩石化学成分中TiO2、Na2O、K2O、CaO较低，MgO较高，可与国外同类岩石对比，原岩与龙达二辉橄揽岩（Dickcy，1970）相当，亦接近地幔岩（上地幔）化学成分。
蛇纹石化辉橄岩稀土分配曲线及稀土元素值表明，稀土元素总值是比较低的，低于大陆玄武岩和辉长岩的REE含量，相当于贺根山和块状辉长岩，略高贺根山超铁镁质堆积岩（曹从周等，1983），稀土分配曲线属平缓类型，轻稀土稍有富集，与平均大洋玄武岩和亚森岛玄武岩一致的。岩石中单斜辉石的存在，使岩石中存在LREE的富集，并且造成Eu的正异常。洋岛玄武岩都具有明显富集型模式，为地幔母岩低度熔融的产物，与洋岛玄武岩熔浆来源较深有关。
玄武岩纤维范文第8篇
【关键词】道路工程；沥青路面；SMA混合料；粗集料VCA；级配设计；间断级配
The Reasonable Gradation Design Research on Coarse Aggregate of SMA
Zhao Rui，Cui Qian
（Guizhou Lu Tong Highway Engineering Supervision Co.， Ltd Guiyang Guizhou 550001）
【Abstract】In view of the fact that the characteristics of coarse aggregate skeleton exert important influence on the performance of SMA mixture， the gradation design research and the VCA characteristics of SMA coarse aggregate were studied in depths. The experimental results show that in order to enhance the high temperature stability of SMA， the mixture can be composed by gap graded which 9.5～4.75mm aggregate in the ratio of 35% to 42% approximately. In this situation， the following two groups of particle，X1 （19～16mm） and X4 （9.5～4.75mm）， can compose the most dense skeleton structure. To get a larger coarse aggregate porosity for the purpose of filling more asphalt， you should use a single particle of coarse aggregate. If without special design requirements， the ration should be based on the principle of convenient construction and cost savings， may also be adopted in the median range of gradation.
【Key words】Road engineering；Asphalt pavement；SMA mixture；VCA of coarse aggregate；Gradation design；Gap graded
1. 引言
（1）沥青玛蹄脂碎石混合料（以下简称SMA）是一种间断级配的沥青混合料，其混合料组成呈“三多一少”，即粗集料多、矿粉多、沥青多，细集料少。粗集料相互嵌挤，形成骨架结构，由“沥青+矿粉+纤维”形成的玛蹄脂胶浆填充粗集料空隙，SMA的沥青膜较一般AC型混合料厚，因而具有较好的耐久性。加之粗集料相互嵌挤形成的骨架结构，混合料又具有良好的抗车辙性能，因而SMA是一种高低温和耐久性均较优的高性能沥青混合料，多用于高速公路抗滑表层。SMA最先由德国人于上世纪五六十年明和使用，并获得了成功。上世纪90年代末才开始引入中国。SMA混合料组成设计最为关键的是粗集料的组成设计，由于SMA为间断级配，2.36mm～4.75mm之间的集料极少（几乎没有），粗集料的设计以及骨架空隙率的设计显得尤为重要。因此，本文专门针对SMA的粗集料组成设计进行了试验研究。
（2）研究和实践表明，采用集料的有效密度指标计算的混合料理论最大密度也许更接近真实值。因此，本文中若非特别注明，所使用的沥青混合料最大密度均为集料有效密度计算值。关于集料有效密度的试验方法见相关试验规程。粗集料是SMA混合料的重要组成部分（文中所说粗集料特指4.75mm以上的集料），它对SMA的结构有重大影响。本文选用SMA-16级配为研究对象。
2. 粗集料的单因素振实试验
（1）集料级配组成试验属配方试验，它有一个约束条件，即诸因素相对组成比例之和为100%，当仅有双组分时其实为单因素试验。本文在试验中将粗集料分为四个粒级，分别为19mm～16mm、16mm～13.2mm、13.2mm～9.5mm和9.5mm～4.75mm。对最大粒级和次大粒级按不同比例进行组合，以VCA最小作为目标函数，可得前二粒级组的最优组合比例，固定其比例关系不变与下一粒级再行组合并优化，最终得到诸粒级的最优组成比例。粗集料级配优化试验方案及试验结果分析见表1。
（2）从表1中得到玄武岩粗集料的最优配比为：19～16mm：16～13.2mm：13.2～9.5mm：9.5～4.75mm = 5.4：30.6：24：40。若分别以4.75mm通过率18%、25%、32%（作为上限、中值、下限级配）来分配粗集料中各组成成分的比例，则最优级配组成分别为4.43： 25.09： 19.68： 32.80（%）； 4.05：22.95：18.0：30（%）；3.67：20.81：16.32：27.20（%）。如按照规范中的级配范围取上限、中值、下限三种级配计算，粗集料中各粒组的用量比例分别为10：35：0：5（%）；5：25：22.5：23.5（%）；0：15：15：42（%）。对比可知，规范中粗集料部分的级配范围不是按照最密实骨架原则设计的，而是以颗粒“粗”（大粒径粗集料用量多）、“细”（小粒径粗集料用量多）来划分的。规范中SMA-16中值级配的粗集料相对比例与表1中的最密实级配基本相近，从这个意义上说，SMA-16的粗集料中值级配相对密实，上、下限级配的组成偏向于单一粒径。
（3）总体说来，单一粒级集料的VCA明显比多粒级集料的大，事实上，上述现象是集料紧装密度与次粒级集料含量以及级配组成的关系的反映。紧装密度大的集料其VCA必然小。如果忽略粒级数对VCA的系统影响，则可得到次粒级集料含量p与VCA的相关方程：
VCA（%）= 0.0004p2-0.0226p + 38.669
图1 玄武岩ZX、花岗岩LH和玄武岩*LX的VCA测试结果
（4）对于上式，r = 0.8138；各回归项的T值分别为：二次项，3.88；一次项，-2.235；常数项，166.091。常数项的回归效果最显著，相对于常数项，p 的变化对VCA的影响甚小，在试验范围内，p对VCA的最大影响幅值也不超过3%。
（5）对于某种特定的集料，当最大粒径一定，VCA就基本确定，试图通过调整级配而使VCA发生大的改变几乎是不可能的，但是，却可以获得粗骨架密度最大、VCA最小的级配，其比例大致为：大粒级粗集料：次粒级粗集料≈（75：25）～（71：29）。
（6）第四组试验结果反映了细集料含量对粗集料骨架结构的影响，并可通过粗集料间隙率VCA和合成级配的空隙率表征。4.75～2.36mm细集料能够极显著地增大粗集料的VCA，对粗集料骨架结构具有强烈的撑持作用。在细集料含量不大于15%时，合成级配的空隙率随细集料增多而呈线性减小，细集料含量大于15%之后，空隙率变化不大。可见，细集料在填充骨架间隙的同时也能破坏粗集料骨架结构，为此，应尽量减少4.75～2.36mm细集料的用量。
3. SMA粗集料全范围级配组合试验
为了深入研究级配组成对粗集料骨架的影响，在较大试验范围内寻找粗集料间隙率VCA的变化规律，需考虑四个因素：19.0mm～16.0mm、16.0mm～13.2mm、13.2mm～9.5mm、9.5mm～4.75mm粒级，下文分别以X1、X2、X3、X4表示，X1、X2、X3、X4的数值则代表各自在粗集料中的含量。根据各档粗集料含量的不同，一共考虑了16种级配组合（粗集料级配配方均匀设计试验方案见表2）。
4. 关于VCA测试方法的改进
VCA是一个有一定波动性的随机变量，将受到诸如试验方法、功能、容器大小等试验条件的影响。此外，密实后粗集料试件体积的测量误差也是一个很大的试验误差源。经多次尝试、比较和改进，决定在均匀设计试验中采用加配重干振实的密实方法：试验取配重为2500克（配重增至3000克时，粗集料有破碎现象――破碎率大于2%），每次试验振动时间为2分钟（VCA随振动时间呈乘幂函数衰减，当振动时间大于1.8分钟以后，VCA趋于稳定，故取试验振动时间为2分钟），在这一试验条件下，粗集料破碎率均小于0.5%。
5. 试验结果分析
（1）用上述试验方法，对3种岩石的粗集料进行了VCA试验研究，这3种岩石为张家口玄武岩、辽宁花岗岩、辽宁玄武岩（以下分别以ZX、LH、LX符号表示），试验结果见图1。对于张家口玄武岩、辽宁花岗岩，每种级配的VCA平行试验误差都很小，所有平行试验VCA值相差不超过0.5%，试验结果再现性很强，表明上述试验方法有较高精度。从图1中发现：虽然不同岩性的集料的几何形状和表面物理性质存在较大差异，但是它们的VCA线形随试验序数的变化趋势完全一致，如果将张家口玄武岩的VCA曲线向上平移2%，三种集料的VCA曲线几乎重合。这一现象表明，集料的几何形状和级配组成对VCA有系统影响。