玄武岩纤维在土木工程中的应用研究进展

玄武岩纤维是一种由天然玄武岩矿石在高温下融化而制成的非人工合成的高性能无机纤维材料,是我国继碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维之后又一重点发展的新型高技术纤维.本文介绍了玄武岩纤维的性能特点,综述了玄武岩纤维及其制品在土木工程中的应用现状及研究进展,重点探讨了玄武岩纤维有优势的应用方向,归纳了玄武岩纤维在土木工程领域的相关标准,并对玄武岩纤维在土木工程领域的应用推广提出了建议,以期对玄武岩纤维复合材料在土木工程中的应用和推广提供有价值的参考.     

玄武岩纤维填料在废水处理中的应用

在相同实验条件下,采用间歇非稳态实验方法对分别含有弹性填料、组合填料和玄武岩纤维填料的接触氧化池进行了氧传质效能的研究以及玄武岩纤维填料的挂膜实验。结果表明:与无填料的相比,含玄武岩纤维填料的接触氧化池氧传质系数(KLa(20))最大增加了37%,弹性填料的KLa(20)最大增加了50%,组合填料的KLa(20)最大增加了22%;玄武岩纤维在通过7 d的培养后,生物膜对于废水中化学耗氧量的去除率可达到85.3%,玄武岩纤维的总生物量为90~150 kg/m3,优于弹性填料和组合填料。     

1种聚氨酯纤维填料的水处理效果研究

采用生物滤池工艺,研究了1种聚氨酯纤维绳状编织填料的挂膜情况以及不同工况对填料处理效果的影响,并通过单因素分析研究了C/N、HRT、DO含量对污水处理效果的影响。结果表明,该填料挂膜后具有良好的脱氮效果;当COD/ρ(TN)为13.3～16.7、HRT为12～20 h、DO的质量浓度约为3 mg/L时处理效果良好,COD、TN、NH_3~-N的去除率分别达到85%、70%、70%以上。微生物镜检可知,填料表面及内部微生物丰富,这些微生物共同构成了一个复杂的生态系统,有利于COD和氮的脱除。生物滤池中有机物的降解过程无论是在好氧和厌氧阶段均符合一级反应动力学方程,且拟合相关性较好。     

玄武岩纤维的性能及其应用

玄武岩纤维作为一种各项性能优异的高科技纤维,相比于其他高科技纤维具有突出的环保特性和低成本特性,受到国内外的广泛关注和研究,并在诸多领域实现应用。介绍了玄武岩纤维的力学、热学、阻燃、电绝缘和声绝缘等性能,及其在军工、航天航空、土木建筑、汽车、石油等领域的应用。     

玄武岩纤维的开发及应用

介绍了玄武岩纤维的主要成分和优点,国外玄武岩产业的技术发展历程,以及国内玄武岩产业的产业现状、典型公司的概况和进出口情况。详述了玄武岩纤维生产过程中组分对玄武岩纤维性能的影响,列举描述了玄武岩纤维的应用领域,指出了玄武岩纤维存在的一些问题。研究认为,国家倡导的玄武岩纤维发展方向,有巨大的应用潜力。但是玄武岩纤维由于原料成分波动大,生产品质不稳定,因此需要对此进行改进,扩大玄武岩纤维的应用。     

玄武岩纤维在载体方向的应用现状

介绍了国内玄武岩纤维作为催化剂载体、微生物载体的最新研究成果,及其在空气净化、水处理方向的实际应用。在分析相关专利和文献的同时,认为载体和环保方向的应用将为玄武岩纤维提供广阔的市场空间。     

玄武岩纤维水泥土填料抗压强度及耐久性研究

为保证水泥土无侧限抗压强度和耐久性满足要求,通过外掺玄武岩纤维的方式,基于室内试验对玄武岩纤维水泥土抗压强度及耐久性展开了研究。研究表明,纤维泥土抗压强度随水泥掺量增加呈线性增长,且纤维掺量为0.3%的抗压强度最大,较素水泥土抗压强度至少提高了41.0%;NaCl溶液养生方式抑制了纤维水泥土强度的发展,较标准养生方式的纤维水泥土抗压强度平均降低了11.8%;干湿冻融作用下,随水泥掺量增加,纤维水泥土抗压强度呈线性增长,且干湿作用后强度较冻融作用大,水泥掺量每增加1%,纤维水泥土干湿作用和冻融作用后抗压强度至少分别提高了13.6%、20.5%;随玄武岩纤维掺量增加,水泥土抗压强度先快速增大后缓慢减小,且纤维掺量为0.3%,干湿或冻融后水泥土抗压强度出现最大值。     

序批式生物膜——活性污泥复合反应器与活性污泥反应器的碳氮去除研究

采用SBR反应器对比研究了序批式生物膜-活性污泥复合反应器(HSBR)与活性污泥反应器(SBR)的碳氮去除。结果表明,两反应器在COD、NH₄-N去除率方面无明显差异,但HSBR的NH₄-N过程去除速率显著高于SBR反应器,且HSBR反应器的TN去除率可达62.95%,高于活性污泥反应器39.3%。HSBR的悬浮污泥和附着污泥的比硝化速率分别为2.14 mgNH₄-N/(gTS.h)和1.16 mg mgNH₄-N/(gTS.h),比反硝化速率分别为0.16 mgNO_X-N/(gTS.h)和1.22 mgNO_X-N/(gTS.h),显示HSBR的硝化作用主要集中在悬浮污泥中,而反硝化作用则主要是由生物膜附着污泥完成。     

玄武岩纤维填料不同布置间距处理生活污水的研究

以玄武岩纤维(BF)作为生物填料应用于生活污水处理,选取BF进行生物巢培养,并对生物巢形成时间进行了对比分析,探究了不同BF水中COD、氨氮和总氮的去除效果。结果表明:BF三种BF填料布置间距对COD、氨氮和总氮的去除率总体上随水力停留时间(HRT)的延长而提高,BF填时,对生活污水中COD、氨氮和总氮的去除率分别达到88.4%、83.3%和64.7%。     

改性玄武岩纤维水处理填料的理化性能分析

为了探究改性玄武岩纤维水处理填料的理化性能,研究了改性玄武岩纤维填料的结构及其吸水性能、充氧性能、表面自由能、亲水性能等,并与弹性填料、组合填料的性能进行对比。结果表明:改性玄武岩纤维填料中含有亲水基团,且表面比较粗糙;改性玄武岩纤维填料具有较高的含水率和回潮率,分别为64. 8%,11. 32%,其干燥速率低于弹性填料和组合填料;改性玄武岩纤维填料在20℃下的氧总传质系数为0. 383 7min~(-1),高于组合填料的0. 357 2 min~(-1),低于弹性填料的0. 421 4 min~(-1);改性玄武岩纤维填料与水的接触角为60. 52°,均低于其他两种填料,其表面自由能也最高。     

玄武岩纤维对NR/SBR并用胶性能的影响

研究玄武岩纤维用量对天然橡胶/丁苯橡胶并用胶硫化特性、物理性能和动态力学性能的影响。结果表明:玄武岩纤维能够明显缩短并用胶的焦烧时间和正硫化时间;当玄武岩纤维用量小于10份时,无机填料分散性较好,并用胶综合物理性能变化较小;当玄武岩纤维用量大于10份时,各项物理性能下降明显;增大玄武岩纤维用量,并用胶的Payne效应增强,加工性能下降。     

我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议

简要回顾了国内外连续玄武岩纤维(CBF)的发展现状,重点介绍了我国CBF及其复合材料在各个领域应用的研发项目和成果。研究表明,我国对CBF的研究涉及熔融拉丝及熔炉技术、CBF及其复合材料特性,以及该新材料在结构加固、增强混凝土、耐酸碱腐蚀、压力容器、结构材料、高温过滤、防弹装甲等诸多领域,近年来掀起了CBF及其复合材料的研究热。预见我国将成为CBF及其复合材料研究、生产和应用的大国。并就确保该新材料产业健康、有序的发展,提出了一些看法与建议,指出要以科学慎重的眼光、务实稳健的心态对待CBF及其复合材料事业,同时,国家应加大支持力度。     

玄武岩纤维及其复合材料性能研究

本文研究了一种与玄武岩纤维相匹配的环氧基体及其与玄武岩纤维复合材料的性能。对比了玄武岩纤维／环氧和S2玻纤／环氧两种复合材料的性能。结果证明玄武岩纤维可替代一部份的玻璃纤维。     

玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料性能研究

以聚丙烯(PP)树脂为基体,加入玄武岩纤维(BF)和相关助剂,通过双螺杆挤出机熔融共混制得相应复合材料。考查相容剂对PP/BF复合材料性能影响、对PP/BF复合材料和PP/玻璃纤维(GF)复合材料力学性能、微观形貌和耐热氧老化等性能进行对比。通过实验数据分析,加入相容剂后,拉伸强度提高126.8%,弯曲强度提高223.8%,弯曲弹性模量提高119.9%,悬臂梁缺口冲击强度提高223.2%。在同样质量配比下,PP/BF复合材料较PP/GF复合材料拉伸强度提高9.8%,弯曲强度提高11.0%,弯曲弹性模量提高5.8%,悬臂梁缺口冲击强度降低10.7%。从微观电镜分析,加入相容剂可明显改善纤维与PP基材界面浸润程度。另外,BF比GF更易使复合材料老化,常规热氧老化剂1010和168对纤维增强PP类材料耐老化效果并不好,用等量自制热氧老化剂可解决此问题。     

玄武岩纤维原料特征分析

玄武岩纤维是以天然玄武岩为主要原料,经熔融和快速拉丝工艺制备而成的连续纤维材料,其性能受原料影响较大,且并非所有玄武岩均可直接制备玄武岩纤维。立足于玄武岩纤维原料的优选与标准化调配,以14个纤维及20个岩石样品的化学成分为基础,综合分析其化学组分、矿物组成、岩石性能、熔体结构与性质等特征。从氧化物组分类别及其摩尔比例、酸度系数、矿物组成、碱性岩种类、铝饱和程度、熔体解聚度与粘度关系等角度对可拉丝原料特征进行了归纳。结果表明,一般用于纤维生产的原料为氧化物组成摩尔分数范围RO₂=0.58~0.75、R₂O₃=0.15~0.20、RO=0.18~0.30(R为阳离子),酸度系数为3.5~5.8,非晶或隐晶质的钙碱性、偏铝质岩石,其主要矿物为斜长石和单斜辉石,不含石英、橄榄石、刚玉等高熔点矿物,通常其熔体的解聚度NBO/T为0.2~0.4、粘度lgη为0.5~1.4 Pa·s。     

玄武岩纤维对水泥稳定多孔玄武岩碎石力学性能的影响

通过开展一系列劈裂强度测试、无侧限抗压强度测试和弯拉强度测试,研究了玄武岩短切纤维对水泥稳定多孔玄武岩碎石力学性能的增强作用。龄期为7 d的混合料劈裂试验表明,玄武岩短切纤维对水泥稳定多孔玄武岩碎石的劈裂强度具有显著的增强效果,其中长度为18 mm的纤维对混合料劈裂强度的增强效果优于12 mm、24 mm的纤维。掺加长度18 mm玄武岩纤维的水泥稳定多孔玄武岩碎石,其劈裂强度、无侧限抗压强度、弯拉强度等随着纤维掺量增加先增大后减小;当掺量为碎石质量的0.10%时,纤维对混合料各项力学性能的增强效果最好;随着养护龄期的延长,混合料力学性能不断提升。研究表明掺加玄武岩短切纤维可提高水泥稳定多孔玄武岩碎石的路用性能。     

玄武岩纤维RPC基本力学性能研究

为了研究玄武岩纤维在RPC(reactive powder concrete,活性粉末混凝土)中的作用效果,以玄武岩纤维体积掺量、纤维长度、RPC水胶比和养护龄期为参数,对玄武岩纤维RPC的劈裂抗拉强度和立方体抗压强度进行了试验研究.试验结果表明:对于掺入12 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳水胶比为0.22,最佳纤维体积掺量为0.10%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了38.53%.对于掺入6 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳纤维体积掺量为0.05%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了27.16%.     

玄武岩纤维掺量对混凝土力学性能的影响

研究了掺入0．05％～0．35％的玄武岩纤维对混凝土的抗压强度,劈裂抗拉强度以及弯曲性能的影响,并采用扫描电镜对纤维在混凝土中的微观作用机理进行了分析。结果表明,当纤维的掺量在0．3％以内时,混凝土3 d、7 d、28 d的抗压、抗拉强度都有不同程度的提高,当掺量超过0．3％时,混凝土28 d的抗压、抗拉强度开始下降,且掺量越大,强度下降的也越多;弯曲试验结果表明,掺入0．05％～0．25％的玄武岩纤维后,混凝土的抗折强度平均提高7．96％,掺量为0．2％时,抗折强度提高17．0％,且掺入玄武岩纤维后,混凝土的应力-应变曲线有了明显的屈服点,混凝土的极限拉伸值增大,弹性模量降低,刚度减小,延性与柔性增加,混凝土的抗裂性增加,使用寿命延长。     

玄武者纤维及其复合材料的研究进展

对玄武岩纤维的组成成分和性能进行了总结,对玄武岩纤维在国内外的研究进展及玄武岩纤维水泥基复合材料、玄武岩纤维沥青基复合材料、玄武岩纤维树脂基复合材料、玄武岩纤维与其他纤维的复合材料在各领域的研究和应用状况进行了概述。