Έρευνα για τις ίνες βασάλτη σε εφαρμογές πολιτικού μηχανικού

1. Κύριες οδηγίες εφαρμογής

• Υλικά οπλισμού σκυροδέματος

Σκυρόδεμα από ίνες (BFRC): Συντομευμένη διαδρομή Βασαλτική ίναs (6-24mm) αναμειγνύονται στο σκυρόδεμα (ποσότητα ανάμειξης 0,1%-0,5%), γεγονός που μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αντοχή στις ρωγμές (μείωση του πλάτους της ρωγμής κατά 30%-50%), την αντοχή σε κρούσεις (αύξηση κατά 2-3 φορές) και την ανθεκτικότητα (αύξηση της αντοχής στους κύκλους ψύξης-απόψυξης κατά 40%).

Αντικατάσταση χαλύβδινου οπλισμού: Σε διαβρωτικά περιβάλλοντα (π.χ. ναυπηγική μηχανική), οι ράβδοι οπλισμού από ίνες βασάλτη (Μπάρες BFRP) μπορεί να αντικαταστήσει τον οπλισμό χάλυβα για την αποφυγή προβλημάτων διάβρωσης. Για παράδειγμα, η χρήση bfrp Η ενίσχυση στους πυλώνες μιας γέφυρας που διασχίζει τη θάλασσα στο Τσινγκτάο αναμένεται να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της σε περισσότερα από 100 χρόνια.

• Δομική ενίσχυση και επισκευή

Ενίσχυση με ύφασμα/πλέγμα ινών: Ύφασμα από ίνες βασάλτη (αντοχή σε εφελκυσμό ≥2000MPa) επικολλάται στην επιφάνεια δοκών και κολόνων, γεγονός που μπορεί να αυξήσει την ικανότητα μεταφοράς φορτίου κατά 20%-30%. Για παράδειγμα, μετά την ενίσχυση μιας παλιάς γέφυρας στο Σιτσουάν με ύφασμα BF, η ονομαστική ικανότητα φορτίου αναβαθμίζεται από Highway-II σε Class I.

Σεισμική ενίσχυση: σύνθετα υλικά ενισχυμένα με ίνες (BFRP) τυλιγμένες κολώνες από σκυρόδεμα, οι οποίες μπορούν να ενισχύσουν την ολκιμότητα και την ενεργειακή ικανότητα και είναι κατάλληλες για κτίρια σε περιοχές επιρρεπείς σε σεισμούς.

• Νέες σύνθετες κατασκευές

Πάνελ σάντουιτς από ίνες βασάλτη-πολυμερές: χρησιμοποιούνται για ελαφριές στέγες και διαχωριστικά τοιχώματα, με υψηλή αντοχή και θερμομόνωση (θερμική αγωγιμότητα ≤ 0,05 W/mK).

Υλικά κατασκευών για τρισδιάστατη εκτύπωση: ίνα βασάλτη-τα ενισχυμένα τσιμεντοειδή υλικά μπορούν να πραγματοποιήσουν εκτύπωση σύνθετης δομής και να μειώσουν τα απόβλητα κατασκευής.

2. Τεχνικά πλεονεκτήματα και βασικά δεδομένα

3. Πρόοδος της έρευνας και τυπικές περιπτώσεις

• Εγχώρια έρευνα

Πανεπιστήμιο Tsinghua: ανέπτυξε τροποποιημένο σύνθετο σκυρόδεμα από βασαλτικές ίνες-νανο-πυριτία με αύξηση της αντοχής σε θλίψη κατά 25% και μείωση της διαπερατότητας των ιόντων χλωρίου κατά 60%.

Πανεπιστήμιο Νοτιοανατολικής Αγγλίας: προτεινόμενη τεχνολογία δοκών οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένου με πολυστρωματικό BF/εποξειδική ρητίνη, με παράταση της διάρκειας ζωής σε κόπωση κατά περισσότερο από 3 φορές.

• Διεθνής αίτηση

Ιαπωνία: Μετά τον σεισμό Hanshin, ένα ψηλό κτίριο στην Οσάκα υιοθέτησε τοίχο οπλισμένο με πλέγμα BF και η σεισμική του απόδοση βελτιώθηκε κατά 40%.

Ευρώπη: Το οπλισμένο σκυρόδεμα BF χρησιμοποιήθηκε σε πύλες ελέγχου πλημμυρών στη Βενετία της Ιταλίας, με διάρκεια ζωής 50 ετών κατά της διάβρωσης από το θαλασσινό νερό.

• Μηχανικές υποθέσεις

Κίνα - Γέφυρα Χονγκ Κονγκ-Ζουχάι-Μακάο: Ίνες βασάλτη Σύνθετο υλικό χρησιμοποιείται στο αντιδιαβρωτικό στρώμα ορισμένων βάθρων, μειώνοντας το κόστος συντήρησης κατά 30%.

ΗΠΑ - Ταχεία Μεταφορά στην Περιοχή του Κόλπου του Σαν Φρανσίσκο (BART): Το ύφασμα BF χρησιμοποιείται στην ενίσχυση της επένδυσης σηράγγων και η αντοχή στην παραμόρφωση αυξάνεται κατά 25%.

4. Προκλήσεις και μελλοντικές κατευθύνσεις

• Υπάρχοντα προβλήματα

Ανεπαρκής απόδοση διεπιφανειακής συγκόλλησης: η διεπιφάνεια μεταξύ ινών και σκυροδέματος/ρητίνης είναι επιρρεπής σε απογύμνωση, επομένως πρέπει να αναπτυχθούν νέοι παράγοντες σύζευξης (π.χ. τροποποιητές σιλανίου).

Έλλειψη μακροπρόθεσμων δεδομένων απόδοσης: χαρακτηριστικά ερπυσμού του οπλισμού BF σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής υγρασίας (τα δεδομένα άνω των 10 ετών είναι ακόμη ελλιπή).

Ομοιομορφία του τυποποιημένου συστήματος: οι προδιαγραφές μηχανικού σχεδιασμού για τα υλικά BF σε διάφορες χώρες δεν έχουν ακόμη καθοριστεί πλήρως (η Κίνα έχει εκδώσει το GB/T 38143-2019, αλλά οι λεπτομέρειες εφαρμογής πρέπει να βελτιωθούν).

• Μελλοντική κατεύθυνση έρευνας

Έξυπνα σύνθετα υλικά από ίνες: ενσωματωμένοι αισθητήρες για την παρακολούθηση της δομικής υγείας (π.χ., αυτογνωσία παραμόρφωσης, ρωγμής).

Τεχνολογία πράσινης προετοιμασίας: μείωση της θερμοκρασίας τήξης και έλξης (αυτήν τη στιγμή χρειάζονται 1400-1500℃) και ανάπτυξη διαδικασίας χαμηλών εκπομπών άνθρακα.

Πολυκλιμακωτή συνεργιστική ενίσχυση: ανάμειξη με ίνες άνθρακα και ίνες χάλυβα για την κατασκευή σύνθετων υλικών με κλίση.

5. Σύνοψη

Η εφαρμογή του ίνα βασάλτη Το πτυχίο πολιτικού μηχανικού έχει μετακινηθεί από το εργαστήριο στην πρακτική της μηχανικής, και τα οικονομικά αποδοτικά και φιλικά προς το περιβάλλον χαρακτηριστικά του ανταποκρίνονται στη ζήτηση για πράσινα κτίρια στο πλαίσιο του στόχου του «διπλού άνθρακα». Στο μέλλον, είναι απαραίτητο να διευρυνθεί η βελτιστοποίηση της διεπαφής, η επαλήθευση μακροπρόθεσμης ανθεκτικότητας και άλλες βασικές τεχνολογίες, και ταυτόχρονα να προωθηθεί η βελτίωση των προδιαγραφών σχεδιασμού και οι συνέργειες της βιομηχανικής αλυσίδας, προκειμένου να επιταχυνθεί η εφαρμογή του σε μεγάλης κλίμακας υποδομές, θαλάσσια μηχανική, πρόληψη σεισμών και καταστροφών και άλλα σενάρια.