Recerca sobre fibres de basalt en aplicacions d'enginyeria civil

1. Indicacions principals d'aplicació

• Materials de reforç de formigó

Formigó de fibra (BFRC): Drecera Fibra de basaltEls formigons (6-24 mm) es barregen amb formigó (quantitat de barreja 0,1%-0,5%), cosa que pot millorar significativament la resistència a les esquerdes (reduir l'amplada de l'esquerda en un 30%-50%), la resistència a l'impacte (augmentar de 2 a 3 vegades) i la durabilitat (la resistència als cicles de gel i desgel augmenta en un 40%).

Substitució de l'armadura d'acer: En ambients corrosius (per exemple, enginyeria marina), barres d'armadura de fibra de basalt (Barres BFRP) pot substituir l'armadura d'acer per evitar problemes de corrosió. Per exemple, l'ús de bfrp Es preveu que el reforç dels pilars d'un pont transmarí a Qingdao allargarà la seva vida útil a més de 100 anys.

• Reforç i reparació estructural

Reforç de tela de fibra/malla: La tela de fibra de basalt (resistència a la tracció ≥2000MPa) s'enganxa a la superfície de bigues i columnes, cosa que pot augmentar la capacitat de càrrega entre un 20% i un 30%. Per exemple, després que un pont antic de Sichuan es reforci amb tela de fibra de basalt, la capacitat de càrrega s'actualitza de Classe II a Classe I.

Reforç sísmic: materials compostos reforçats amb fibra (BFRP) columnes de formigó embolicades, que poden millorar la ductilitat i la capacitat de consum d'energia, i són adequades per a edificis en zones propenses a terratrèmols.

• Noves estructures compostes

Panells sandvitx de fibra de basalt i polímer: utilitzats per a cobertes lleugeres i parets divisòries, amb alta resistència i aïllament tèrmic (conductivitat tèrmica ≤ 0,05 W/mK).

Materials de construcció per impressió 3D: fibra de basaltEls materials cimentosos reforçats poden aconseguir una impressió d'estructures complexes i reduir els residus de construcció.

2. Avantatges tècnics i dades bàsiques

3. Progrés de la recerca i casos típics

• Recerca nacional

Universitat de Tsinghua: ha desenvolupat un formigó modificat compost de fibra de basalt i nano-sílice amb un augment del 25% de la resistència a la compressió i una reducció del 60% de la permeabilitat als ions de clorur.

Universitat del Sud-est: tecnologia de bigues de formigó armat amb laminat de resina epoxi/BF proposada, vida a fatiga allargada en més de 3 vegades.

• Sol·licitud internacional

Japó: Després del terratrèmol de Hanshin, un edifici alt a Osaka va adoptar un mur de cisallament reforçat amb malla BF, i el rendiment sísmic va millorar en un 40%.

Europa: El formigó armat amb BF es va utilitzar en comportes de control d'inundacions a Venècia, Itàlia, amb una vida útil de 50 anys contra l'erosió de l'aigua de mar.

• Casos d'enginyeria

Xina - Pont Hong Kong-Zhuhai-Macao: fibra de basalt El material compost s'utilitza a la capa anticorrosió d'alguns pilars, cosa que redueix el cost de manteniment en un 30%.

EUA - San Francisco Bay Area Rapid Transit (BART): el teixit BF s'utilitza en el reforç del revestiment dels túnels i la resistència a la deformació augmenta en un 25%.

4. Reptes i futures direccions

• Problemes existents

Rendiment d'unió interfacial insuficient: la interfície entre la fibra i el formigó/resina és propensa a la desprendiment, cal desenvolupar nous agents d'acoblament (per exemple, modificadors de silà).

Manca de dades de rendiment a llarg termini: característiques de fluència del reforç BF en ambients d'alta temperatura i alta humitat (més de 10 anys de dades encara són imperfectes).

Uniformitat del sistema estàndard: les especificacions de disseny d'enginyeria per a materials BF en diversos països encara no s'han establert completament (la Xina ha publicat GB/T 38143-2019, però els detalls de l'aplicació s'han de refinar).

• Direcció de recerca futura

Compostos de fibra intel·ligents: sensors integrats per aconseguir un seguiment de l'estat estructural (per exemple, autoconsciència de deformació i esquerdes).

Tecnologia de preparació verda: reduir la temperatura de fusió i estirament (actualment es necessiten 1400-1500 ℃) i desenvolupar un procés baix en carboni.

Reforç sinèrgic multiescala: barreja amb fibra de carboni i fibra d'acer per construir compostos de gradient.

5. Resum

L'aplicació de fibra de basalt L'enginyeria civil ha passat del laboratori a la pràctica de l'enginyeria, i els seus atributs rendibles i respectuosos amb el medi ambient s'adapten a la demanda d'edificis verds sota l'objectiu de la "dual-carboni". En el futur, cal superar l'optimització de la interfície, la verificació de la durabilitat a llarg termini i altres tecnologies clau, i alhora promoure la millora de les especificacions de disseny i les sinergies de la cadena industrial, per tal d'accelerar la seva aplicació a gran escala en infraestructures a gran escala, enginyeria marina, prevenció de terratrèmols i desastres i altres escenaris.