我国现存的各种建（构）筑物的总面积在400亿m2以上，并以每年5亿m2的速度增长，其中绝大多数是混凝土及砌体结构，至少有507-/0以上己投入使用20年以上。而且据相关资料，由于设计和施工过程中的技术问题和管理不当，目前设计寿命为50年的建筑物，实际寿命仅为30年，造成了资源的浪费：加上我国是地震灾害多发国家，震后建筑物的加固修复工作在震后重建中显得尤为重要。如何对现有建筑物进行维护，加固改造、处理各类病害，将成为未来建筑领域的主题。目前，一些发达国家的建筑物改造工程已达到建筑市场总量的6%‘”。
纤维增强复合材料( Fiber Reinforced Polymer／Plastic)具有质量轻、抗拉强度高、密度低、抗疲劳性强等独特的性能。广泛应用于世界军工生产与航空航天领域。随着近年来材料工业的迅速发展，粘贴纤维增强材料加固成为了针对粘钢加固结构易被腐蚀和工作效率不高等缺陷发展起来的一种新兴的加固方法。该种材料技术用于土建结构加固始于上世纪80年代中期，特别是在1994年美国的N orhridge地震和1995年日本的阪神地震后的快速。碳纤维加固技术起到重大作用后，粘贴纤维增强复合材料在建筑。
工程加固得到了各国的广泛重视。美国和日本等国近二十年来创办了纤维增强混凝土结构的相关的期刊。成立了相关的专业委员会。也提出了纤维增强混凝土结构的相关规范等。我国从1997开始研究纤维增强材料加固修复混凝土结构，现己出版（碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS146 2003 ）和《混凝土结构设计加固规范》(GB50367- 2006)'。国内外应用于建筑结构加固的纤维增强复合材料主要有碳纤维增强复合材料（CFRP）、玻璃纤维增强复合材料（GFRP）和芳纶纤维增强复合材料（AFRP）。CFRP以较高的抗拉强度和弹性模量在三种主要纤维增强复合材料中应用最为普遍。同时。目前使用的纤维增强复合材料也暴露出了一些缺点：①AFRP和GFRP热稳定性、耐高温、抗碱性差；②CFRP物理、力学性能较好但价格昂贵，依赖进口；③CFRP加固的构件易发生脆性破坏，特别是高温下碳纤维抗拉强度下降明显，FRP有导电性，不能应用在要求绝缘的场合。鉴于CFRP.GFRPAFRP在以上几个方面的缺陷，亟需一种价格低廉且具独特力学性能的工程加固材料。因此。本文建议将一种综合性能较好的玄武岩纤维增强复合材料f BFRP)应用于建筑结构加固。
1玄武岩纤维材料
1.1玄武岩纤维的特性
连续玄武岩纤维(C ontinuous Basalt Fibre)，简称CBF或BF.是一种无机纤维材料，是以火山爆发形成的一种玻璃态的玄武岩矿石为原料经粉碎、高温熔融后。通过喷丝板拉伸而成的纤维，其外观为深棕色，色泽与碳纤维十分相似。玄武岩矿石本身就是一种玻璃态矿石，完全可以用这种单一的玄武岩矿石熔融后拉丝而成纤维，成纤后其它化学组分不变，玄武岩纤维与其他纤维各性能指标比较见表1。
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研究表明，将玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维分别在100℃、200℃、400℃、600℃、1 200℃下加热2h冷却后进行强度测试，发现三种纤维加热超过200。C后强度均会出现下降，碳纤维和玻璃纤维强度下降十分明显。而玄武岩纤维加热到600℃后强度保持率还在9%以上，强度保持率温度关系如图1所示。三种纤维加热到1200℃后的体积维持情况如
图2所示。另有研究证实¨1'131。玄武岩纤维在100~250℃下，抗拉强度可提高3D，而玻璃纤维下降23%：玄武岩纤维在70℃的热水作用下。强度可保持1200h一般玻璃纤维不到200h便会失去强度。
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玄武岩纤维和各类树脂复合时。比玻璃纤维和碳纤维有着更强的亲和力。能够有效提高加固效果和加固构件的耐久性。玄武岩矿床在我国东部大陆边缘和青藏高原及周边地区都有丰富的储量，并且玄武岩矿石开采和生产工艺非常便捷，只需经高温熔融后快速拉制成纤维。目前。玄武岩纤维的价格仅为碳纤维的1/6。
由表1、2的数据及文献[ 12 16 17 18]的分析可知，玄武岩纤维与玻璃纤维力学性能相当，并优于芳纶纤维；玄武岩纤维的耐腐蚀性能明显强于玻璃纤维和芳纶纤维：在抗高温性能方面。玄武岩纤维高于碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维。虽然目前玄武岩纤维抗拉强度和弹性模量比碳纤维低，但是综合延性、成本、耐腐蚀性及抗高温性等方面，玄武岩纤维
有一定的优势。
有一定的优势。
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1.2 国内外玄武岩纤维的发展
玄武岩纤维作为一种新型绿色环保材料出现于20世纪60年代。苏联莫斯科玻璃和塑料研究院于1953- 1954年开发出玄武岩纤维。1960- 1970年代，全苏玻璃钢与玻璃纤维乌克兰分院根据前苏联国防部的指令，开始研制玄武岩纤维材料。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C BF曾研制出20多种CBF制品的生产工艺；1985年CBF研制成功并实现了工业化生产。由此可见。CBF从开发出到投入生产有30多年的历史。近几年来，美国、日本、德国等一些科技发达国家都加强了对CBF的研究开发，并取得了一系列新的应用研究成果。
我国开展玄武岩纤维的研究较晚。20世纪90年代中期，南京玻璃纤维研究设计院最早在中国开始CBF的研究，专注于适合充当隔热材料的超细玄武岩纤维，主要用于战斗机的发动机外壳等军工用途，但目前仍然停留在实验室阶段。2002年11月我国将“CBF及其复合材料”批准列为国家863计划：2003年该863计划成果与浙江民营企业对接成立了横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司。该公司经过一年多的研究试验。己掌握了CBF生产工艺技术。2004年开始在上海实现产业化，部分技术达到国际先进水平和领先水平。目前，国内许多厂家相继立项生产C BF主要产品为耐碱CBF原丝、纺织纱、短切纤维薄毡、无捻粗纱网布、FRP筋等。
2玄武岩纤维应用于建筑结构加固的研究现状
目前，玄武岩纤维在建筑结构加固方面的试验研究较少。从搜集到的文献资料看，国内玄武岩纤维加固研究起步于最近两年的时间，并先于其他国家。东南大学吴刚等进行了玄武岩纤维丝束缠绕与碳纤维布包裹加固圆柱和方柱在低周反复荷载下的对比试验，证实了玄武岩纤维加固对提高混凝土柱抗剪承载力、延性及耗能能力的有效性，指出玄武岩纤维丝束缠绕加固能够显著提高混凝土柱的抗剪承载力。改变试件的破坏形态，在相近侧向约束刚度下，玄武岩纤维加固对柱承载力的提高及延性、耗能等结构性能的改善都能够达到、甚至超过CFRP加固柱。BFRP加固混凝土柱具有更好的抗震性能。试验结果如表3所示。
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河北建筑工程学院李志强等，对6根混凝土梁进行了抗剪加固试验研究。通过分析加固后梁的破坏特征、抗剪承载力，证实了采用玄武岩纤维对混凝土梁进行加固能延缓斜裂缝的出现，约束斜裂缝的发展。从而提高梁的抗剪承载能力、刚度以及变形能力。同等条件下。该试验方案比采用碳纤维加固更加经济。河北建筑工程学院麻建锁等，列采用玄武岩纤维布对6根混凝土偏压柱进行加固试验研究，试验结果表明，玄武岩纤维加固偏压柱的极限承载能力和变形能力都得到了明显提高。
上海大学欧阳煜等参考现行《混凝土加固设计规范》中的纤维加固理论公式，对玄武岩纤维布加固混凝土梁抗弯和抗剪承载力进行了计算分析，从理论角度探讨了玄武岩纤维对混凝土梁的加固效果，并指出采用现有规范对玄武岩纤维加固结构构件的计算方法有待试验验证；在后续研究中，考虑玄武岩纤维布宽度、间距、加固量等因素，对5根玄武岩纤维加固混凝土梁的抗剪性能进行了试验研究，指出玄武岩纤维能有效提高混凝土梁的抗剪承载力及变形能力，并根据实验结果提出了玄武岩纤维加固混凝土梁的抗剪承载力公式心”。其中。玄武岩纤维布抗剪承载力公式为：
上海大学欧阳煜等参考现行《混凝土加固设计规范》中的纤维加固理论公式，对玄武岩纤维布加固混凝土梁抗弯和抗剪承载力进行了计算分析，从理论角度探讨了玄武岩纤维对混凝土梁的加固效果，并指出采用现有规范对玄武岩纤维加固结构构件的计算方法有待试验验证；在后续研究中，考虑玄武岩纤维布宽度、间距、加固量等因素，对5根玄武岩纤维加固混凝土梁的抗剪性能进行了试验研究，指出玄武岩纤维能有效提高混凝土梁的抗剪承载力及变形能力，并根据实验结果提出了玄武岩纤维加固混凝土梁的抗剪承载力公式心”。其中。玄武岩纤维布抗剪承载力公式为：
韩国Jongsu ng SiI1等，对10根玄武岩纤维布加固混凝土的简支梁进行了四点加载破坏试验。加固试件设计成不同加固量(123层）以及不同的纤维布粘贴长度(0. 8L 1L)；Jongsung Sm所属课题组还在相同工况下进行了玻璃纤维布加固混凝土简支梁试件的试验。试验均得到了一些非常有意义的结论：粘贴一层玄武岩纤维布对提高加固试件的极限强度收效甚微。屈服强度可提高15%：粘贴二层和三层玄武岩纤维布的加固试件。屈服强度、极限强度分别提高26%、27%和16%、29%，不同粘贴长度的加固试件受力性能并无明显不同；粘贴三层玄武岩纤维布的加固试件易发生纤维与混凝土的剥离破坏。二层玄武岩纤维布能够充分发挥玄武岩纤维的自身强度，并能避免剥离破坏：与同等工况下玻璃纤维布加固试验相比玄武岩纤维布加固试件体现出更好的延性。破坏前有明显征兆。加不同量和粘贴不同长度进行加固，采用二片玄武岩纤维布的比采用一片和三片片材具有更好的加固效果，更能充分发挥出玄武岩纤维布延性好的优点。增加玄武
岩纤维布的粘贴长度并不能提高梁的抗弯承载能力。
3需进一步研究的问题
虽然国内外在玄武岩纤维加固混凝土构件方面进行了一些试验研究，但是对掌握玄武岩纤维加固混凝土构件的破坏特征和承载力提高程度并基于此得到玄武岩纤维加固结构构件的设计方法，还有许多工作需要完善和进一步开展，主要体现在如下几个方面：
(1)玄武岩纤维对混凝土构件的抗弯加固试验研究比较少，仅韩国Jongsung Sm等进行了初步研究，但U型箍和压条在抗弯加固中对梁底纤维的锚固作用欠考虑。在此种情况下得到的采用二片玄武岩纤维布得到更好的加固效果的结论有待验证，后续试验研究需要加强锚固措施，以发挥玄武岩纤维布的强度，从而改善加固效果；
(2)目前玄武岩加固构件的试验研究仅停留在简支梁及柱试件的基础上。实际工程中纤维加固对象主要是连续梁、板、柱及框架节点构件。需进一步研究连续构件采用玄武岩纤维加固后承载力提高程度和弯矩重分布变化及破坏模式的转变以建议加固后连续构件较理想的破坏模式。采用玄武岩纤维对框架节点和短柱的抗震加固试验研究还有待深入：
(3)相比目前应用的其他纤维材料，玄武岩纤维具有较好的耐高温性，有必要进行有防火保护的玄武岩纤维加固混凝土构件火灾下的受力性能和破坏机理研究。玄武岩纡维具有较好的延性和树脂增强性。加固构件在受载过程中发生的粘结破坏以及混凝土剥离破坏特征需要通过试验进一步研究：
(4)玄武岩纤维具有较高的抗拉强度、低廉的价格、较好的耐腐蚀及耐高温性能。另外，国内玄武岩矿产丰富，其发展也具有很好的政策优势。目前，对于抗震加固、承载力提高较少和需要耐高温、耐腐蚀的加固工程，可以采用玄武岩纤维。在一般的加固工程中亦可部分取代碳纤维或者混合碳纤维使用。随着玄武岩纤维制作工艺日趋成熟以及力学性能的提高。其在建筑结构加固领域的应用前景广阔。
资料下载：
玄武岩纤维及其在建筑结构加固中的应用研究进展_欧阳利军.pdf
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