對玄武巖復合材料來說，影響其力學性能的因素很多，下面討論纖維含量對玄武巖復合材料拉伸強度的影響，溫度對疲勞性能的影響，基體對抗彈性能的影響等。

（1）纖維含量對拉伸強度的影響

隨著纖維增強熱塑性復合材料在各領域被廣泛應用，對這種新型材料的研究也逐漸增多，對玄武巖纖維增強高密度聚乙烯復合材料的增強規律與機理研究較少，一些研究者研究了纖維長度對玄武巖增強高密度聚乙烯復合材料的力學性能的影響。

圖 1纖維長度對復合材料力學性能的影響

由圖可以看出， 5%、7.5%、10%三種纖維含量的復合材料的拉伸強度隨纖維長度變化的趨勢基本一致，纖維長度在 0~8mm之間時拉伸強度逐漸增大，且隨著纖維長度的增加增速逐漸放緩，纖維長度為8mm 時拉伸強度達到最大值，5%含量的為25.26MPa，7.5%含量的為29.25MPa，10%含量的為32.05MPa；纖維長度為10mm時，3種纖維含量的復合材料拉伸強度基本都有所下降；纖維含量高于10mm時，3種含量的材料拉伸強度變化趨勢規律不明顯，5%含量與 7.5%含量的復合材料拉伸強度略高于10mm時的拉伸強度，10%含量的復合材料纖維長度為12mm 時高于10mm時的拉伸強度，纖維長度為 16mm 時低于10mm 時的拉伸強度。

三種含量的復合材料的拉伸模量的變化趨勢與拉伸強度的變化趨勢基本一致，這是因為纖維含量一定時，不同纖維長度的復合材料中所有數目的纖維與樹脂基體粘合界面的比表面積是一樣的，在低應力狀態下纖維對 PE 基體的限制作用差別不大，因此最后計算的模量與拉伸強度的變化趨勢一致。而3種纖維含量的復合材料的缺口沖擊強度在 0~8mm 之間時隨著纖維的長度的增 加而升高是因為纖維含量一定時，纖維長度越長纖維端點越少，裂紋展開更慢，因此缺口沖擊強度有所增強。纖維長度為 10mm 時，由于纖維斷裂使得實際的纖維端點比 8mm 長度時更多，此時復合材料的缺口沖擊強度有所下降。纖維長度高于12mm 時，由于纖維斷裂的隨機性，無法直接判斷此時纖維端點的多少，由于斷裂后的長度仍要比10mm后的長度長，因此雖然變化趨勢不再明顯，仍比 10mm時的缺口沖擊強度高。

一些研究者研究了玄武巖纖維增強不飽和聚酯樹脂復合材料的拉伸性能，復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率隨著玄武巖長度的變化情況，可以看出，不同長度的玄武巖均能有效提高復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率，而且都是隨著纖維長度的增加而先增加、后降低的趨勢，6mm長的玄武巖對復合材料的提升效果最為顯著，拉伸強度和斷裂伸長率由166MPa和2.88%提升到了210MPa和4.32%，即分別提高了27%和50%。

圖2 鋪入不同長度玄武巖的復合材料的拉伸性能

（2）溫度對疲勞性能的影響

玄武巖纖維增強樹脂基復合材料是多相材料，其力學性能既決定于各組分材料和制造工藝，更易于受到加載方式和周圍環境特別是溫度和濕度的影響，當它作為承重構件被用于機械結構中時，長期服役載荷作用下的疲勞性能是一個重要的安全評定指標。目前，一些研究對單向玄武巖纖維增強環氧樹脂基復合材料進行了不同溫度下拉拉載荷下的疲勞試驗。

圖3 不同溫度對玄武巖復合材料疲勞性能的影響

從圖中可以看出，應力水平越大，溫度越高，其疲勞壽命越短，疲勞壽命降低S-N曲線斜率逐漸變小，主要原因是在較高的應力水平下，加載的應力大使材料內部摩擦產生的熱較多，室溫下摩擦產生的熱與試驗溫度下設置的溫度相差不大，導致其疲勞壽命相差較小；相比之下在較低的應力水平下，加載應力小于材料內部摩擦產生的熱量較少。室溫與高溫下設置的溫度相差較大，使其疲勞壽命相差較大；在相同的應力水平條件下，溫度越高疲勞壽命越小，當溫度達到50℃時，樹脂基體已經出現了比較輕微的熔融，試件表面層軟化熱解，而達到更高的70℃時，溫度點越接近樹脂基體的玻璃化溫度，試件的熔融分解現象越劇烈，這加速了材料基體內部開裂和分層等現象，最終導致失效破壞。

（3）基體對抗彈性能的影響

樹脂基體對玄武巖復合材料的抗彈性能的影響，報道不多，表為不同樹脂基體玄武巖纖維復合材料的抗彈性能，可以看到在相同面密度下，乙烯基酯樹脂基體的比吸能最高。一些研究者認為這與纖維和樹脂之間的應力波傳播速度匹配性有關，當樹脂和纖維的傳播速度匹配較好時，復合材料中應力波的傳播速度相當，在相同的作用時間內參與吸能的纖維較多，使復合材料的抗彈性能增強，匹配不好時，復合材料中的應力波傳播速度較低因其復合材料侵徹區域過度破壞，降低復合材料的抗彈性能。

表1 樹脂基體類型對玄武巖纖維復合材料抗彈性能的影響

圖為靶試試驗后兩種復合材料的破孔照片，在混雜復合材料中高溫強度高、隔熱阻燃效果好的玄武巖材料可以抑制熱量向超高分析量聚乙烯纖維層的傳遞，進一步提升了復合材料的抗彈性能。玄武巖具有比其他纖維更粗糙的表面，其協同變形時發生大的“摩擦鎖定”等機制將對復合材料吸能及協同變形產生重大影響，因此對其宏觀變形和細觀損傷機制的模擬有助于深入了解其抗彈機制。

圖4 靶試試驗后復合材料破孔照片a)玄武巖復合材料迎彈面彈孔；b)玄武巖復合材料背彈面彈孔c)玄武巖復合材料破孔橫切面d)玄武巖/超高分子量聚乙烯復合材料迎彈面彈孔e)玄武巖/超高分子量聚乙烯復合材料背彈面彈孔f)玄武巖/超高分子量聚乙烯復合材料破孔橫切面

（4）纖維含量對耐久性能的影響

有些研究者通過在石膏基復合材料(PGC)中摻入不同直徑、長度和數量的玄武巖纖維，探究玄武巖纖維對PGC的耐久性能的影響。結果表明，玄武巖的滲入能顯著降低 PGC 的溶蝕率。隨著玄武巖摻入量的增加，試樣干濕循環和凍融循環強度整體提高。 PGC的干濕循環與凍融循環強度系數整體隨著玄武巖摻入量的增多而增大，該項研究結果可以為纖維改性石膏基復合材料的耐久性研究提供參考。

（5）對抗壓強度的影響

通過改變短切玄武巖纖維的摻量及長度測試了纖維對混凝土力學性能的影響。不同齡期混凝土試樣的抗壓強度試驗結果如圖5 所示。圖 5 中 C0 為不摻加纖維的空白試樣，BFI1-BFI4 表示長度為 12 mm 的纖維摻量分別為 0.05%、0.1%、0.3%、0.5%，BFII1-BFII4 表示長度為22 mm的纖維摻量分別為 0.05%、0.1%、0.3%、0.5%。結果表明：（1）無論是否摻加玄武巖纖維，各組混凝土試樣的抗壓強度均隨著齡期的增長而增大。（2）7d 齡期時摻加纖維的混凝土試樣的抗壓強度均大于未摻加纖維混凝土試樣的抗壓強度；齡期為 28、90d時， 摻加纖維的混凝土試樣的抗壓強度與未摻加纖維混凝土試樣的抗壓強度相比，沒有統一規律。

圖5 不同齡期混凝土試樣的抗壓強度

近年來，在混凝土中摻入纖維以配置復合混凝土提供了新思路。研究表明，在混凝土中摻入纖維能提高其力學性能，其中玄武巖纖維作為天然巖石纖維與混凝土基體成分相似，將其摻入混凝土中性能表現較好，圖6為混凝土的立方體抗壓強度，由圖可知，橡膠摻入量相同，粒狀橡膠混凝土的抗壓強度較高，玄武巖摻入量相同，粒狀與粉狀橡膠混凝土的抗壓強度變化趨勢相同，即隨著纖維長度變化呈現減小、增大再減小的趨勢。當纖維強度為6mm時，其抗壓強度分別降低了0.4%、6.8%，長為12mm時，其抗壓強度分別提高了8.3%、2.4%，長為18mm時，其抗壓強度分別降低了0.6%和6.1%。分析其原因，當玄武巖纖維摻入量相同時，長6mm的纖維數量最多，攪拌時出現分散不均勻的現象，增加了纖維與水泥的界面薄弱區，分散不均勻的纖維擴大了薄弱界面，因此對混凝土抗壓強度為負提升。

圖6 玄武巖纖維橡膠混凝土的立方體抗壓強度

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