Investigación sobre fibras de basalto en aplicaciones de ingeniería civil
1. Instrucciones principales de la aplicación
- Materiales de refuerzo para hormigón
Hormigón reforzado con fibras (BFRC): Atajo Fibra de basaltoLas partículas de 6-24 mm se mezclan en el hormigón (cantidad de mezcla del 0,1% al 0,5%), lo que puede mejorar significativamente la resistencia al agrietamiento (reduciendo el ancho de las grietas entre un 30% y un 50%), la resistencia al impacto (aumentando entre 2 y 3 veces) y la durabilidad (la resistencia a los ciclos de congelación y descongelación aumenta en un 40%).
Sustitución del refuerzo de acero: En entornos corrosivos (por ejemplo, ingeniería marina), barras de refuerzo de fibra de basalto (Barras de BFRP) pueden reemplazar el refuerzo de acero para evitar problemas de corrosión. Por ejemplo, el uso de bfrp Se prevé que el refuerzo de los pilares de un puente marítimo en Qingdao prolongue su vida útil a más de 100 años.
- Refuerzo estructural y reparación
Refuerzo con tela/malla de fibra: Se adhiere tela de fibra de basalto (resistencia a la tracción ≥2000 MPa) a la superficie de vigas y columnas, lo que puede aumentar la capacidad de carga entre un 20 % y un 30 %. Por ejemplo, después de reforzar un antiguo puente en Sichuan con tela de fibra de basalto, su clasificación de carga pasó de la categoría II a la categoría I.
Refuerzo sísmico: compuestos reforzados con fibras (BFRP) columnas de hormigón envueltas, que pueden mejorar la ductilidad y la capacidad de consumo de energía, y son adecuadas para edificios en zonas propensas a terremotos.
- Nuevas estructuras compuestas
Paneles sándwich de fibra de basalto y polímero: se utilizan para techos ligeros y tabiques, con alta resistencia y aislamiento térmico (conductividad térmica ≤ 0,05 W/mK).
Materiales de construcción impresos en 3D: fibra de basaltoLos materiales cementicios reforzados permiten la impresión de estructuras complejas y reducen los residuos de construcción.
2. Ventajas técnicas y datos principales
| Indicadores de desempeño | Fibra de basalto | Material de comparación (fibra de vidrio) |
| Resistencia a la tracción | 3000-4800 MPa | 2000-3500 MPa |
| Resistencia a los álcalis (pH=13) | Retención de fuerza ≥90% | Fibra de vidrio: retención de resistencia ≤ 50% |
| Ventajas medioambientales: el consumo energético de producción es solo el 30% del de la fibra de vidrio y se puede reciclar al 100%. | ||
3. Avances en la investigación y casos típicos
- Investigación nacional
Universidad de Tsinghua: desarrolló un hormigón modificado con un compuesto de fibra de basalto y nano-sílice que presenta un aumento del 25 % en la resistencia a la compresión y una reducción del 60 % en la permeabilidad a los iones cloruro.
Universidad del Sudeste: propone una tecnología de vigas de hormigón armado reforzadas con laminado de resina epoxi/BF, que prolonga la vida útil a la fatiga en más de 3 veces.
- Solicitud internacional
Japón: Tras el terremoto de Hanshin, un edificio de gran altura en Osaka adoptó un muro de corte reforzado con malla BF, y su comportamiento sísmico mejoró en un 40%.
Europa: En Venecia, Italia, se utilizó hormigón armado BF en las compuertas de control de inundaciones, con una vida útil de 50 años contra la erosión del agua de mar.
- Casos de ingeniería
China - Puente Hong Kong-Zhuhai-Macao: Fibra de basalto En la capa anticorrosión de algunos pilares se utiliza material compuesto, lo que reduce los costes de mantenimiento en un 30%.
EE. UU. - Sistema de transporte rápido del Área de la Bahía de San Francisco (BART): El tejido BF se utiliza en el refuerzo del revestimiento de los túneles, y la resistencia a la deformación aumenta en un 25 %.
4. Retos y direcciones futuras
- Problemas existentes
Rendimiento insuficiente de la unión interfacial: la interfaz entre la fibra y el hormigón/resina es propensa a desprenderse, por lo que es necesario desarrollar nuevos agentes de acoplamiento (por ejemplo, modificadores de silano).
Falta de datos de rendimiento a largo plazo: características de fluencia del refuerzo BF en un entorno de alta temperatura y alta humedad (los datos de más de 10 años aún son imperfectos).
Uniformidad del sistema estándar: las especificaciones de diseño de ingeniería para materiales BF en varios países aún no se han establecido completamente (China ha publicado la norma GB/T 38143-2019, pero los detalles de aplicación deben perfeccionarse).
- futuras líneas de investigación
Materiales compuestos de fibra inteligentes: sensores integrados para lograr la monitorización del estado estructural (por ejemplo, deformación, autoconciencia de grietas).
Tecnología de preparación ecológica: reducir la temperatura de fusión y estirado (actualmente se necesitan entre 1400 y 1500 ℃) y desarrollar un proceso con bajas emisiones de carbono.
Refuerzo sinérgico a múltiples escalas: combinación de fibra de carbono y fibra de acero para construir compuestos con gradiente.
5. Resumen
La aplicación de fibra de basalto En ingeniería civil, la tecnología ha pasado del laboratorio a la práctica, y sus características de rentabilidad y respeto al medio ambiente se ajustan a la demanda de edificios sostenibles en el marco del objetivo de la doble huella de carbono. En el futuro, será necesario avanzar en la optimización de la interfaz, la verificación de la durabilidad a largo plazo y otras tecnologías clave, e impulsar al mismo tiempo la mejora de las especificaciones de diseño y las sinergias de la cadena industrial, con el fin de acelerar su aplicación a gran escala en infraestructuras de gran envergadura, ingeniería marítima, prevención de terremotos y desastres, entre otros ámbitos.
