玄武岩纤维土工格栅技术手册

1、玄武岩纤维介绍
  玄武岩连续纤维材料被誉为“21世纪的新材料”，以玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后加入熔炉中，在1450℃～1500℃熔融后，将均匀的熔融物通过拉丝漏板先拉成粗纤维，然后粗纤维由拉丝机拉制成各种规格的连续纤维，并根据后续用途采用不同的浸润剂进行浸润处理，加工形成最终产品。
  与玻璃纤维、碳纤维、芳纶等其它高性能纤维相比，玄武岩纤维不仅力学性能佳，而且具有很多优异功能性，如耐高温性能好，可在-260～700℃范围内连续工作；耐酸耐碱，抗紫外线性能强，吸湿性低，有更好的耐环境性能；绝缘性能好，高温过滤性佳，抗辐射等。因此玄武岩纤维是碳纤维的低价替代品，是继碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维。
  （1）、优异的力学性能：
  玄武岩纤维的抗拉强度为3000～4900Mpa，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。而断裂伸长率则大于碳纤维，成品的耐冲击性能要好于碳纤维。
                                                    表1 各种纤维材料的机械性能对比
性能
玄武岩纤维
聚丙烯纤
S玻纤
芳纶
碳纤维
抗拉强度（MPa）
3000～4800
410-800
4020～4650
2900～3400
2500～6000
弹性模量（GPa）
95～110
4.2～6.0
88～91
70～140
230～600
断裂伸长率（%）
1.5～3.2
4.7
5.3
2.8～3.6
1.5～2.0



  （2）、突出的化学稳定性：
  玄武岩纤维耐酸碱和水的腐蚀。玄武岩纤维含有的K2O、MgO和TiO2等成分对提高纤维耐化学腐蚀及防水性能起到重要的作用。玄武岩纤维在饱和Ca(OH)2溶液以及在水泥等碱性介质中耐久性好，能保持高度的稳定性。
表2玄武岩纤维与E玻纤的化学稳定性对比
介质种类
在各种介质中煮沸3小时后的质量损失（%）
玄武岩纤维
E－玻璃纤维
H2O（水）
1.6
6.2
2N NaOH（碱）
2.8
6.0
2N HCL（酸）
2.2
38.9
  （3）、突出的物理性能：
  玄武岩纤维耐温性能好，使用温度范围为：-260～700℃（软化点为960℃），而玻璃纤维为-60～450℃。玄武岩纤维在400℃下工作时，其断裂强度能够保持85%。而碳纤维氧化性差，300℃即有气体产生；芳纶最高使用温度也只有250℃。
玄武岩纤维具有良好介电性能，其体积电阻率比E玻璃纤维高一个数量级。
表3 各种纤维材料的物理性能对比
性能
玄武岩纤维
E玻纤
芳纶
碳纤维
密度（g/cm3）
2.6～2.8
2.54
1.45
1.78
使用温度（oC）
－260～700
－60～450
最高250
最高2000
热传导系数（w/m·k）
0.031～0.038
0.034～0.040
0.04～0.13
5～185
比体积电阻（ohm·M）
1×1012
1×1011
3×1013
2×10－5
吸音系数（%）
0.9～0.99
0.8～0.93


  （4）、与硅酸盐的天然相容性：
   玄武岩纤维是由天然的火山岩直接拉制而成，自身密度、成份、容重均与水泥相当，且具有天然的耐碱性，与水泥、混凝土混合时分散性好，结合力强，热胀冷缩系数一致。
  2、玄武岩纤维土工格栅：
       玄武岩纤维土工格栅是一种用于路面增强、老路补强，加固路基及软土基的优良土工合成材料。在处理沥青路面反射裂纹应用上，已成为不可替代的材料。该产品是以玄武岩纤维通过国际先进的经编工艺制成网状基材，经表面涂覆处理而制成的半刚性制品。具有经、纬双向很高的抗拉强度和较低的延伸率，并具有耐高 温、耐低寒、抗老化、耐腐蚀等优良性能，广泛应用于沥青路面、水泥路面及路基的增强和铁路路基、堤坝护坡、机场跑道、防沙治沙等工程项目。
  （1）、产品介绍
    玄武岩土工格栅是选用耐碱耐酸耐腐蚀的玄武岩纤维纱，利用国外先进经编机织成基材，采用经编定向结构，充分利用织物中纱线强力，使其具有良好的抗拉强度，抗撕裂强度和耐蠕变性能，并经过优质改性沥青涂覆处理而成的平面网络状材料。玄武岩土工格栅具有玄武岩纤维具有耐高温、抗冻融（-260-650℃）、与沥青混凝土热膨胀系数一致、抗拉强度高、防紫外线、耐化学稳定性好、抗老化等优点，从而得以用于路面增强，抵抗裂缝车辙等公路病害产生，结束了沥青路面难以增强的难题。
玄武岩纤维沥青混凝土在常温下的弹性模量与沥青混凝土弹性模量比高达24:1，具有很高的抗变形能力，断裂延伸率在3.1%左右。玄武岩纤维具有耐高温、抗冻融（-260-650℃）、与沥青混凝土热膨胀系数一致、抗拉强度高、防紫外线、耐化学稳定性好、抗老化等优点，由于沥青混合料的拌合温度高达190℃以上，因此耐高温的玄武岩纤维是替代聚酯纤维、木质素纤维的极具竞争优势的新材料。它既适应高达190℃沥青搅拌施工时的耐高温要求，又是增强水泥混凝土防渗抗裂的优良建筑材料。
  （2）、产品特点
  <1> 高抗拉强度低延伸率：玄武岩纤维土工格栅是以玄武岩纤维为原料，而玄武岩纤维的抗拉强度极高，超过了其它纤维与普通金属。同时它的模量很高，具有很高的抗变形能力，断裂延伸率小于3%。
  <2> 物理化学稳定性极好：玄武岩纤维本身具有很强的耐酸碱腐蚀性，玄武岩土工格栅能够抵抗各种物理磨损和化学侵蚀，还能抵御生物侵蚀和气候变化，保证其性能不受损失。
  <3> 无长期蠕变：作为增强材料，具备在长期荷载的情况下抵抗变形的能力即抗蠕变性是极为重要的，玄武岩纤维不会发生蠕变，确保了产品能够长期保持性能。
  <4> 热稳定性好：玄武岩纤维的熔点在1500℃以上，长期使用温度在-260°~650°之间，保证了玄武岩土工格栅在摊铺作业中承受高温的稳定性。
  <5> 抗疲劳开裂：玄武岩土工格栅在沥青面层中，能够将车轮压过路面而产生的压应力和拉应力分散，在两块受力区域之间形成缓冲带，应力逐步变化而不是突变，减少了应力突变对沥青面层的破坏。同时玄武岩土工格栅的低延伸率减小了路面的弯沉量，保证了路面不会发生过度变形。
  <6> 耐高温车辙：在沥青面层中使用玄武岩土工格栅，其在沥青面层中起到骨架作用。沥青混凝土中集料贯穿于格栅间，形成复合力学嵌锁体系，限制集料运动，增加了沥青面层中的横向约束力，沥青面层中各部分彼此牵制，防止了沥青面层的推移从而起到抵抗车辙的作用。
  <7> 抗低温缩裂：在低温条件下，沥青混凝土遇冷收缩，产生拉应力，当拉应力超过沥青混凝土拉伸强度时，产生裂纹。玄武岩土工格栅在沥青面层中的应用，提高了面层横向拉伸强度，使得沥青混凝土的拉伸强度大大提高，可以抵抗较大的拉应力而不致发生破坏。另外，即使因为局部区域产生裂纹，在裂纹发生的应力集中，经玄武岩土工格栅的传递而消失，裂纹不会发展成裂缝。
  <8> 与沥青混合料的相容性：玄武岩土工格栅在后处理工艺中涂覆的材料是针对沥青混合料设计的，每根纤维都被充分涂覆，与沥青具有很高的相容性，从而确保了玄武岩纤维土工格栅在沥青层中不会与沥青混合料产生隔离，而是牢固地结合在一起
  （3）、产品规格及性能参数
表4 玄武岩纤维土工格栅技术参数
玄武岩纤维土工格栅技术参数
分类
型号
断裂强度(KN/m)
断裂伸长率(%)
网格尺寸(mm×mm)
幅宽(m）
经向
纬向
经向
纬向
玄武岩纤维土工格栅
BG2525
≥25
≥25
≤3
≤3
12～50
1～6
BG3030
≥30
≥30
≤3
≤3
12～50
1～6
BG4040
≥40
≥40
≤3
≤3
12～50
1～6
BG5050
≥50
≥50
≤3
≤3
12～50
1～6
BG8080
≥80
≥80
≤3
≤3
12～50
1～6
BG100100
≥100
≥100
≤3
≤3
12～50
1～6
BG120120
≥120
≥120
≤3
≤3
12～50
1～6
自粘式玄武岩纤维土工格栅
BGA2525
≥25
≥25
≤3
≤3
12～50
1～6
BGA3030
≥30
≥30
≤3
≤3
12～50
1～6
BGA4040
≥40
≥40
≤3
≤3
12～50
1～6
BGA5050
≥50
≥50
≤3
≤3
12～50
1～6
BGA8080
≥80
≥80
≤3
≤3
12～50
1～6
BGA100100
≥100
≥100
≤3
≤3
12～50
1～6
BGA120120
≥120
≥120
≤3
≤3
12～50
1～6
  备注:
  1、我公司生产的土工格栅常规的网格尺寸为12.7mm和25.4mm。
  2、常规幅宽为2m、4m和6m。
  3、土工格栅的强度、幅宽及网格尺寸可以根据用户的要求定制。
                                                     表5 玄武岩纤维土工格栅技术规格

断裂强度（kN/m）
经向
30
50
65
80
50
65
80
纬向
30
50
65
80
50
65
80
伸长率（%）
≤3
≤3
≤3
≤3
≤3
≤3
≤3
≤3
网格尺寸（mm*mm）
25.4×25.4
25.4×25.4
25.4×25.4
25.4×25.4
25.4×25.4
12.7×12.7
12.7×12.7
12.7×12.7
弹性模量（Gpa）
85
85
85
85
85
85
85
85
耐温性（℃）
-260~650
-260~650
-260~650
-260~650
-260~650
-260~650
-260~650
-260~650
幅宽（m）
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
表面处理
改性沥青
改性沥青
改性沥青
改性沥青
改性沥青
改性沥青
改性沥青
改性沥青
耐腐蚀性
优异
优异
优异
优异
优异
优异
优异
优异
  
3 玄武岩土工格栅相关标准
  中华人民共和国交通运输行业标准《JT/T 776-2010 公路工程 玄武岩纤维及其制品》之第3部分：玄武岩纤维土工格栅，已于2010年3月25日发布，2010年7月1日正式实施。
  4 玄武岩纤维土工格栅的施工方法
  目前公司生产的玄武岩土工格栅不带自粘胶，通常采用钉子固定法。钉子固定法所需材料：一是，40×40×0.3毫米的固定用铁皮，要求平整不翘角；二是，2英寸钢钉(优质水泥钉)。其具体施工及注意事项如下：
  （1） 钉子固定法铺设玄武岩土工格栅时，先将一端用固定铁皮和钉子固定在已洒布粘层沥青的下层结构上，钉子可用锤击或射钉枪射入，再将格栅纵向拉紧并分段固定，每段长度为2-5米，对于水泥混凝土路面，可按收缩缝间距分段。钢钉位置设于接缝处，要求格栅拉紧时，其纵横向均处于挺直张紧状态。
  （2） 格栅搭接距离为：纵向接头搭接距离不小于20厘米，横向搭接距离不小于15厘米，纵向搭接应根据沥青摊铺方向，将前一幅处于后一幅之上。
  （3）不能将钉子钉于玄武岩纤维格栅上，也不能用锤子直接敲击玄武岩纤维格栅，固定好后，如发现钉子断裂或铁皮松动，则需重新固定。
  （4）玄武岩纤维格栅铺设固定完毕后，须用胶辊压路机适度碾压稳定。使格栅与原路表面粘牢固，严格控制运送混合料的车辆出入，在格栅层上禁止车辆急转向、急刹车和倾泻混合料脚料。


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