Istraživanje bazaltnih vlakana u primjeni u građevinarstvu

1. Glavne upute za primjenu

• Materijali za armiranje betona

Vlaknasti beton (BFRC): Prečica Bazaltna vlaknas (6-24 mm) se miješaju u beton (količina miješanja 0,1%-0,5%), što može značajno poboljšati otpornost na pukotine (smanjenje širine pukotine za 30%-50%), otpornost na udarce (povećanje za 2-3 puta) i trajnost (otpornost na cikluse smrzavanja i odmrzavanja povećana za 40%).

Zamjena čelične armature: U korozivnim okruženjima (npr. brodogradnja), armaturne šipke od bazaltnih vlakana (BFRP šipke) može zamijeniti čeličnu armaturu kako bi se izbjegli problemi s korozijom. Na primjer, upotreba bfrp Očekuje se da će ojačanje stubova prekomorskog mosta u Qingdaou produžiti njegov vijek trajanja na više od 100 godina.

• Konstrukcijsko ojačanje i popravak

Armatura od vlaknaste tkanine/mreže: Tkanina od bazaltnih vlakana (zatezna čvrstoća ≥2000MPa) lijepi se na površinu greda i stubova, što može povećati nosivost za 20%-30%. Na primjer, nakon što je stari most u Sečuanu ojačan BF tkaninom, oznaka nosivosti se povećava sa klase Autoput-II na klasu I.

Seizmičko ojačanje: kompoziti ojačani vlaknima (BFRP) omotani betonski stubovi, koji mogu poboljšati duktilnost i kapacitet potrošnje energije, te su pogodni za zgrade u područjima sklonim zemljotresima.

• Nove kompozitne strukture

Sendvič paneli od bazaltnih vlakana i polimera: koriste se za lagane krovove i pregradne zidove, s visokom čvrstoćom i toplinskom izolacijom (toplotna provodljivost ≤ 0,05 W/mK).

3D printanje građevinskih materijala: bazaltna vlakna-armirani cementni materijali mogu ostvariti složeno strukturno štampanje i smanjiti građevinski otpad.

2. Tehničke prednosti i osnovni podaci

3. Napredak istraživanja i tipični slučajevi

• Domaća istraživanja

Univerzitet Tsinghua: razvio je modifikovani beton od kompozita bazaltnih vlakana i nano-silicijskog dioksida sa 25% povećanja tlačne čvrstoće i 60% smanjenja propusnosti hloridnih iona.

Jugoistočni univerzitet: predložena tehnologija armiranobetonskih greda od BF/epoksidne smole, vijek trajanja produžen za više od 3 puta.

• Međunarodna prijava

Japan: Nakon zemljotresa u Hanshinu, visoka zgrada u Osaki usvojila je zidove ojačane BF mrežom, a seizmičke performanse su poboljšane za 40%.

Evropa: Armirani beton BF korišten je u ustavama za kontrolu poplava u Veneciji, Italija, s vijekom trajanja od 50 godina otpornim na eroziju morskom vodom.

• Inženjerski slučajevi

Kina - most Hong Kong-Zhuhai-Macao: Bazaltna vlakna Kompozitni materijal se koristi u antikorozivnom sloju nekih stupova, što smanjuje troškove održavanja za 30%.

SAD - Brzi tranzit u području zaliva San Francisca (BART): BF tkanina se koristi u ojačanju obloge tunela, a otpornost na deformacije je povećana za 25%.

4. Izazovi i budući pravci

• Postojeći problemi

Nedovoljne performanse međupovršinskog lijepljenja: međupovršina između vlakana i betona/smole sklona je ljuštenju, potrebno je razviti nova sredstva za spajanje (npr. modifikatore silana).

Nedostatak podataka o dugoročnim performansama: karakteristike puzanja BF armature u uslovima visoke temperature i vlažnosti (podaci za više od 10 godina su još uvijek nepotpuni).

Jedinstvenost standardnog sistema: specifikacije inženjerskog dizajna za BF materijale u raznim zemljama još nisu u potpunosti utvrđene (Kina je objavila GB/T 38143-2019, ali detalji primjene tek trebaju biti dorađeni).

• Budući smjer istraživanja

Inteligentni vlaknasti kompoziti: ugrađeni senzori za praćenje strukturnog zdravlja (npr. naprezanje, samosvijest o pukotinama).

Zelena tehnologija pripreme: smanjiti temperaturu topljenja i izvlačenja (trenutno je potrebno 1400-1500 ℃) i razviti proces s niskim udjelom ugljika.

Višeskalna sinergijska armatura: miješanje s ugljičnim vlaknima i čeličnim vlaknima za konstrukciju gradijentnih kompozita.

5. Sažetak

Primjena bazaltna vlakna u građevinarstvu se preselio iz laboratorije u inženjersku praksu, a njegove isplative i ekološki prihvatljive karakteristike odgovaraju potražnji za zelenim zgradama u okviru cilja „dvostrukog ugljika“. U budućnosti je potrebno probiti se kroz optimizaciju interfejsa, provjeru dugoročne trajnosti i druge ključne tehnologije, a istovremeno promovirati poboljšanje specifikacija dizajna i sinergije industrijskog lanca, kako bi se ubrzala njegova primjena velikih razmjera u velikoj infrastrukturi, pomorskom inženjerstvu, prevenciji zemljotresa i katastrofa i drugim scenarijima.