Basaltkiudude uuringud tsiviilehituse rakendustes

1. Peamised rakendusjuhised

• Betooni armeerimismaterjalid

Kiudbetoon (BFRC): Otsetee BasaltkiudBetooni segatakse s (6–24 mm) (segamiskogus 0,1–0,5%), mis võib oluliselt parandada pragunemiskindlust (vähendada prao laiust 30–50%), löögikindlust (suureneda 2–3 korda) ja vastupidavust (külmumis-sulamistsüklite vastupidavus suureneb 40%).

Terasarmatuuri asendamine: korrosiivsetes keskkondades (nt laevaehituses) kasutatakse basaltkiust armatuurvardaid (BFRP-vardad) saab korrosiooniprobleemide vältimiseks asendada terasarmatuuri. Näiteks bfrp Qingdaos asuva mereületava silla sammaste tugevdused peaksid pikendama silla eluiga enam kui saja aastani.

• Konstruktsiooni tugevdamine ja remont

Kiudkangas/võrgust tugevdus: Talade ja sammaste pinnale kleebitakse basaltkiudkangas (tõmbetugevus ≥2000 MPa), mis võib suurendada kandevõimet 20–30%. Näiteks pärast seda, kui Sichuani vana sild tugevdatakse BF-kangaga, tõstetakse koormusklass Highway-II-lt I klassi.

Seismiline tugevdamine: kiudtugevdatud komposiidid (BFRP) mähitud betoonpostid, mis võivad suurendada elastsust ja energiatarbimisvõimet ning sobivad hoonetele maavärinaohtlikes piirkondades.

• Uued komposiitstruktuurid

Basaltkiud-polümeer sandwich-paneelid: kasutatakse kergkatuste ja vaheseinte jaoks, millel on nii kõrge tugevus kui ka soojusisolatsioon (soojusjuhtivus ≤ 0,05 W/mK).

3D-printimise ehitusmaterjalid: basaltkiudTugevdatud tsemendimaterjalid võimaldavad luua keeruka struktuuriga printimist ja vähendada ehitusjäätmeid.

2. Tehnilised eelised ja põhiandmed

3. Uurimistöö edenemine ja tüüpilised juhtumid

• Kodumaised uuringud

Tsinghua Ülikool: arendas välja basaltkiud-nano-ränidioksiidi komposiitmodifitseeritud betooni, mille survetugevus on 25% suurem ja kloriidioonide läbilaskvus 60% väiksem.

Kagu Ülikool: kavandatud BF/epoksüvaigulaminaadist raudbetoontalade tehnoloogia, mille väsimuskindlus pikenes enam kui 3 korda.

• Rahvusvaheline taotlus

Jaapan: Pärast Hanshini maavärinat võeti Osaka kõrghoones kasutusele BF-võrgust tugevdatud nihkesein ja seismiline jõudlus paranes 40%.

Euroopa: Itaalias Veneetsias kasutati üleujutustõrjeväravate ehitamisel BF-raudbetooni, mille eluiga merevee erosiooni vastu on 50 aastat.

• Insenerijuhtumid

Hiina - Hongkongi-Zhuhai-Macao sild: Basaltkiud Mõnede tugipostide korrosioonivastases kihis kasutatakse komposiitmaterjali, mis vähendab hoolduskulusid 30%.

USA - San Francisco lahe piirkonna kiirtransport (BART): tunneli vooderdise tugevdamiseks kasutatakse BF-kangast ja deformatsioonikindlus suureneb 25%.

4. Väljakutsed ja tulevikusuunad

• Olemasolevad probleemid

Ebapiisav pindadevaheline nakkuvus: kiudude ja betooni/vaigu vaheline liides on altid koorumisele, tuleb välja töötada uued sidestusained (nt silaani modifikaatorid).

Pikaajaliste toimivusandmete puudumine: BF-armatuuri roomamisomadused kõrge temperatuuri ja kõrge õhuniiskuse keskkonnas (üle 10 aasta pikkused andmed on endiselt ebatäiuslikud).

Standardsüsteemi ühtsus: BF-materjalide tehnilised projekteerimisspetsifikatsioonid erinevates riikides pole veel täielikult kehtestatud (Hiina on avaldanud standardi GB/T 38143-2019, kuid rakenduse üksikasju tuleb täpsustada).

• Tulevane uurimissuund

Intelligentsed kiudkomposiidid: sisseehitatud andurid konstruktsiooni tervise jälgimiseks (nt deformatsioon, pragude iseteadlikkus).

Roheline ettevalmistustehnoloogia: vähendage sulamis- ja tõmbamistemperatuuri (praegu on vaja 1400–1500 ℃) ja arendage madala süsinikusisaldusega protsessi.

Mitmemõõtmeline sünergistlik tugevdamine: gradientkomposiitide ehitamiseks segamine süsinikkiu ja teraskiuga.

5. Kokkuvõte

Kohaldamine basaltkiud Ehitusinseneriteadus on liikunud laborist inseneripraktikasse ning selle kulutõhusad ja keskkonnasõbralikud omadused vastavad roheliste hoonete nõudlusele „kahekordse süsinikuheite“ eesmärgi raames. Tulevikus on vaja läbi murda liideste optimeerimise, pikaajalise vastupidavuse kontrollimise ja muude oluliste tehnoloogiate osas ning samal ajal edendada projekteerimisspetsifikatsioonide ja tööstusahela sünergia täiustamist, et kiirendada selle laialdast rakendamist suuremahulises infrastruktuuris, meretehnikas, maavärinate ja katastroofide ennetamisel ning muudes stsenaariumides.