Изследване на базалтови влакна в приложения в гражданското строителство

1. Основни указания за приложение

• Материали за армиране на бетон

Фибробетон (BFRC): Пърз път Базалтови влакнаs (6-24 мм) се смесват в бетона (количество на сместа 0,1%-0,5%), което може значително да подобри устойчивостта на пукнатини (намаляване на ширината на пукнатините с 30%-50%), удароустойчивостта (увеличаване с 2-3 пъти) и издръжливостта (устойчивостта на цикли на замръзване-размразяване се увеличава с 40%).

Подмяна на стоманена армировка: В корозивни среди (напр. морско инженерство), армировъчни пръти от базалтови влакна (BFRP пръти) може да замени стоманената армировка, за да избегне проблеми с корозията. Например, използването на бфрп Очаква се армировката в стълбовете на морски мост в Кингдао да удължи живота му до повече от 100 години.

• Структурно укрепване и ремонт

Армировка с влакнеста тъкан/мрежа: Базалтова влакнеста тъкан (якост на опън ≥2000MPa) се залепва върху повърхността на гредите и колоните, което може да увеличи товароносимостта с 20%-30%. Например, след като стар мост в Съчуан е подсилен с BF тъкан, товароносимостта се повишава от Highway-II до Class I.

Сеизмично армиране: влакнесто армирани композити (БФРП) обвити бетонни колони, които могат да подобрят пластичността и енергоемкостта и са подходящи за сгради в земетръсни райони.

• Нови композитни структури

Сандвич панели от базалтови влакна и полимер: използват се за леки покриви и преградни стени, с висока якост и топлоизолация (топлопроводимост ≤ 0,05 W/mK).

3D печат на строителни материали: базалтови влакна-армираните циментови материали могат да реализират сложна структурна печат и да намалят строителните отпадъци.

2. Технически предимства и основни данни

3. Напредък на изследванията и типични случаи

• Вътрешни изследвания

Университет Цинхуа: разработи модифициран бетон, комбиниран с базалтови влакна и нано-силициев диоксид, с 25% увеличение на якостта на натиск и 60% намаление на пропускливостта на хлоридни йони.

Югоизточен университет: предложена технология за стоманобетонни греди с BF/епоксидна смола, удължена на експлоатационния живот повече от 3 пъти.

• Международно заявление

Япония: След земетресението в Ханшин, висока сграда в Осака използва армирана с BF мрежа стена, а сеизмичните характеристики са подобрени с 40%.

Европа: Стоманобетон BF е използван в защитни врати за контрол на наводнения във Венеция, Италия, с експлоатационен живот от 50 години срещу ерозия от морска вода.

• Инженерни случаи

Китай - мостът Хонконг-Джухай-Макао: Базалтови влакна В антикорозионния слой на някои стълбове се използва композитен материал, което намалява разходите за поддръжка с 30%.

САЩ - Бърз транспорт в района на залива на Сан Франциско (BART): BF тъканта се използва в армировката на облицовката на тунели, а устойчивостта на деформация е увеличена с 25%.

4. Предизвикателства и бъдещи насоки

• Съществуващи проблеми

Недостатъчна производителност на междуфазово свързване: интерфейсът между фибрите и бетона/смола е склонен към отлепване, необходимо е разработването на нови свързващи агенти (напр. модификатори на силан).

Липса на данни за дългосрочни характеристики: характеристики на пълзене на BF армировка при висока температура и висока влажност (данните от повече от 10 години все още са несъвършени).

Единство на стандартната система: спецификациите за инженерно проектиране за BF материали в различните страни все още не са напълно установени (Китай публикува GB/T 38143-2019, но подробностите за приложението предстои да бъдат уточнени).

• Бъдеща насока на изследването

Интелигентни влакнести композити: вградени сензори за постигане на мониторинг на структурното здраве (напр. деформация, самоосъзнаване на пукнатини).

Зелена технология за подготовка: намаляване на температурата на топене и изтегляне (в момента е необходима 1400-1500 ℃) и разработване на нисковъглероден процес.

Многомащабно синергично армиране: смесване с въглеродни влакна и стоманени влакна за изграждане на градиентни композити.

5. Резюме

Прилагането на базалтови влакна в строителното инженерство се е преместило от лабораторията в инженерната практика, а неговите рентабилни и екологични качества отговарят на търсенето на зелени сгради в рамките на целта за „двоен въглерод“. В бъдеще е необходимо да се направи пробив в оптимизацията на интерфейса, проверката на дългосрочната издръжливост и други ключови технологии, като същевременно се насърчава подобряването на проектните спецификации и синергиите в индустриалните вериги, за да се ускори мащабното му приложение в мащабна инфраструктура, морско инженерство, предотвратяване на земетресения и бедствия и други сценарии.