البحث عن ألياف البازلت في تطبيقات الهندسة المدنية
1. اتجاهات التطبيق الرئيسية
- مواد تقوية الخرسانة
الخرسانة الليفية (BFRC): اختصار ألياف البازلتيتم خلط s (6-24 مم) في الخرسانة (كمية الخلط 0.1٪ -0.5٪)، مما يمكن أن يحسن بشكل كبير مقاومة الشقوق (تقليل عرض الشقوق بنسبة 30٪ -50٪)، ومقاومة التأثير (زيادة بمقدار 2-3 مرات)، والمتانة (زيادة مقاومة دورة التجميد والذوبان بنسبة 40٪).
استبدال التسليح الفولاذي: في البيئات المسببة للتآكل (على سبيل المثال الهندسة البحرية)، يتم استخدام قضبان التسليح المصنوعة من ألياف البازلت (قضبان BFRP) يمكن استبدال حديد التسليح لتجنب مشاكل التآكل. على سبيل المثال، استخدام بي إف آر بي من المتوقع أن يؤدي تعزيز أرصفة الجسر البحري في تشينغداو إلى إطالة عمره الافتراضي لأكثر من 100 عام.
- التعزيز والإصلاح الهيكلي
تقوية الألياف/الشبكة: يُلصق قماش ألياف البازلت (قوة شد ≥ 2000 ميجا باسكال) على سطح العوارض والأعمدة، مما يزيد من قدرة تحمل الأحمال بنسبة 20%-30%. على سبيل المثال، بعد تقوية جسر قديم في سيتشوان بقماش ألياف البازلت، رُفع تصنيف الحمل من فئة الطريق السريع II إلى الفئة I.
التعزيزات الزلزالية: المركبات المقواة بالألياف (بى اف ار بي) الأعمدة الخرسانية الملفوفة، والتي يمكن أن تعزز من ليونة واستهلاك الطاقة، وهي مناسبة للمباني في المناطق المعرضة للزلازل.
- هياكل مركبة جديدة
ألواح ساندويتش من ألياف البازلت والبوليمر: تستخدم في الأسقف خفيفة الوزن والجدران الفاصلة، ذات قوة عالية وعزل حراري (الموصلية الحرارية ≤ 0.05 واط/م كلفن).
مواد البناء المطبوعة ثلاثية الأبعاد: ألياف البازلت-يمكن للمواد الأسمنتية المقواة تحقيق طباعة هيكلية معقدة وتقليل نفايات البناء.
2. المزايا التقنية والبيانات الأساسية
| مؤشرات الأداء | ألياف البازلت | مادة المقارنة (الألياف الزجاجية) |
| قوة الشد | 3000-4800 ميجا باسكال | 2000-3500 ميجا باسكال |
| مقاومة القلويات (الرقم الهيدروجيني = 13) | الاحتفاظ بالقوة ≥90% | الألياف الزجاجية: احتفاظ بالقوة ≤ 50% |
| المزايا البيئية: استهلاك الطاقة الإنتاجية هو 30% فقط من الألياف الزجاجية، ويمكن إعادة تدويرها بنسبة 100%. | ||
3. تقدم البحث والحالات النموذجية
- البحث المحلي
جامعة تسينغهوا: تطوير الخرسانة المعدلة المركبة من ألياف البازلت والنانوسيليكا مع زيادة في قوة الضغط بنسبة 25% وانخفاض في نفاذية أيونات الكلوريد بنسبة 60%.
جامعة الجنوب الشرقي: اقترحت تقنية عوارض الخرسانة المسلحة المقواة باستخدام راتنجات BF/epoxy، مما أدى إلى إطالة عمر التعب بأكثر من 3 مرات.
- طلب دولي
اليابان: بعد زلزال هانشين، اعتمد مبنى شاهق الارتفاع في أوساكا جدار القص المقوى بشبكة BF، وتم تحسين الأداء الزلزالي بنسبة 40%.
أوروبا: تم استخدام الخرسانة المسلحة بالبروبيلين في بوابات التحكم في الفيضانات في البندقية بإيطاليا، مع عمر افتراضي يصل إلى 50 عامًا ضد تآكل مياه البحر.
- حالات هندسية
الصين - جسر هونغ كونغ-تشوهاي-ماكاو: ألياف البازلت يتم استخدام المواد المركبة في طبقة مقاومة التآكل لبعض الأرصفة، مما يقلل من تكاليف الصيانة بنسبة 30%.
الولايات المتحدة الأمريكية - نظام النقل السريع في منطقة خليج سان فرانسيسكو (BART): يتم استخدام نسيج BF في تعزيز بطانة النفق، كما يتم زيادة مقاومة التشوه بنسبة 25%.
4. التحديات والتوجهات المستقبلية
- المشاكل الموجودة
أداء ربط الواجهة غير الكافي: الواجهة بين الألياف والخرسانة/الراتنج معرضة للتجريد، ويجب تطوير عوامل ربط جديدة (على سبيل المثال، معدلات السيلان).
عدم وجود بيانات الأداء على المدى الطويل: خصائص الزحف لتعزيزات BF تحت بيئة ذات درجة حرارة عالية ورطوبة عالية (أكثر من 10 سنوات من البيانات لا تزال غير كاملة).
توحيد النظام القياسي: لم يتم بعد تحديد مواصفات التصميم الهندسي لمواد BF في مختلف البلدان بشكل كامل (أصدرت الصين GB/T 38143-2019، ولكن سيتم تحسين تفاصيل التطبيق).
- اتجاه البحث المستقبلي
مركبات الألياف الذكية: أجهزة استشعار مدمجة لتحقيق مراقبة الصحة الهيكلية (على سبيل المثال، الإجهاد، والوعي الذاتي بالشقوق).
تكنولوجيا التحضير الخضراء: تقليل درجة حرارة الانصهار والرسم (تحتاج حاليًا إلى 1400-1500 درجة مئوية)، وتطوير عملية منخفضة الكربون.
التعزيز التآزري متعدد المقاييس: المزج بين ألياف الكربون وألياف الفولاذ لبناء مركبات متدرجة.
5. الملخص
تطبيق ألياف البازلت انتقلت تقنية البناء في الهندسة المدنية من المختبرات إلى الممارسة الهندسية، وتتوافق خصائصها الاقتصادية والصديقة للبيئة مع متطلبات المباني الخضراء في إطار هدف "الكربون المزدوج". في المستقبل، من الضروري تطوير تحسينات في الواجهات، والتحقق من المتانة طويلة الأمد، وغيرها من التقنيات الرئيسية، مع تعزيز تحسين مواصفات التصميم وتآزر سلسلة التوريد الصناعية، لتسريع تطبيقها على نطاق واسع في مشاريع البنية التحتية واسعة النطاق، والهندسة البحرية، والوقاية من الزلازل والكوارث، وغيرها.
