Recherche sur les fibres de basalte dans les applications de génie civil

1. Principales instructions d'application

• matériaux de renforcement du béton

Béton fibré (BFRC) : Solution de facilité Fibre de basalteLes s (6-24 mm) sont mélangés au béton (quantité de mélange 0,1 %-0,5 %), ce qui peut améliorer considérablement la résistance aux fissures (réduction de la largeur des fissures de 30 % à 50 %), la résistance aux chocs (augmentation de 2 à 3 fois) et la durabilité (résistance aux cycles de gel-dégel augmentée de 40 %).

Remplacement des armatures en acier : Dans les environnements corrosifs (par exemple, en génie maritime), les barres d'armature en fibres de basalte (barres BFRP) peut remplacer les armatures en acier pour éviter les problèmes de corrosion. Par exemple, l'utilisation de bfrp Le renforcement des piliers d'un pont transocéanique à Qingdao devrait prolonger sa durée de vie à plus de 100 ans.

• Renforcement et réparation des structures

Renforcement par tissu/treillis de fibres : Un tissu de fibres de basalte (résistance à la traction ≥ 2 000 MPa) est appliqué sur la surface des poutres et des colonnes, ce qui permet d’accroître leur capacité portante de 20 à 30 %. Par exemple, après le renforcement d’un ancien pont du Sichuan avec ce type de tissu, sa capacité portante est passée de la catégorie « Autoroute II » à la catégorie « I ».

Renforcement sismique : composites renforcés par fibres (BFRP) des colonnes en béton enveloppées, ce qui peut améliorer la ductilité et la capacité d'absorption d'énergie, et convient aux bâtiments situés dans des zones sismiques.

• Nouvelles structures composites

Panneaux sandwich en fibre de basalte-polymère : utilisés pour les toitures légères et les cloisons, avec une résistance élevée et une isolation thermique (conductivité thermique ≤ 0,05 W/mK).

Matériaux de construction pour l'impression 3D : fibre de basalteLes matériaux cimentaires renforcés permettent de réaliser des impressions de structures complexes et de réduire les déchets de construction.

2. Avantages techniques et données essentielles

3. État d'avancement de la recherche et cas typiques

• Recherche nationale

Université Tsinghua : a mis au point un béton modifié par un composite de fibres de basalte et de nano-silice, avec une augmentation de 25 % de la résistance à la compression et une réduction de 60 % de la perméabilité aux ions chlorure.

Université du Sud-Est : proposition d’une technologie de poutre en béton armé renforcée par un stratifié BF/résine époxy, durée de vie en fatigue prolongée de plus de 3 fois.

• application internationale

Japon : Après le séisme de Hanshin, un immeuble de grande hauteur à Osaka a adopté un mur de cisaillement renforcé par un treillis BF, et ses performances sismiques ont été améliorées de 40 %.

Europe : Le béton armé BF a été utilisé dans les portes anti-inondation de Venise, en Italie, avec une durée de vie de 50 ans contre l'érosion par l'eau de mer.

• Études de cas en ingénierie

Chine - Pont Hong Kong-Zhuhai-Macao : Fibre de basalte Un matériau composite est utilisé dans la couche anticorrosion de certains piliers, réduisant ainsi les coûts de maintenance de 30 %.

États-Unis - Métro de la baie de San Francisco (BART) : Le tissu BF est utilisé pour le renforcement du revêtement des tunnels, et la résistance à la déformation est augmentée de 25 %.

4. Défis et orientations futures

• Problèmes existants

Performances d'adhérence interfaciale insuffisantes : l'interface entre la fibre et le béton/la résine est sujette au décollement, de nouveaux agents de couplage (par exemple, des modificateurs de silane) doivent être développés.

Manque de données de performance à long terme : caractéristiques de fluage du renforcement BF dans un environnement à température et humidité élevées (plus de 10 ans de données restent imparfaites).

Uniformité du système de normes : les spécifications de conception technique des matériaux BF dans divers pays n'ont pas encore été pleinement établies (la Chine a publié la norme GB/T 38143-2019, mais les détails d'application doivent être précisés).

• orientations futures de la recherche

Composites à fibres intelligentes : capteurs intégrés pour assurer la surveillance de l'intégrité structurelle (par exemple, déformation, auto-détection des fissures).

Technologie de préparation écologique : réduire la température de fusion et d’étirage (actuellement de 1400 à 1500 °C) et développer un procédé à faible émission de carbone.

Renforcement synergique multi-échelle : mélange de fibres de carbone et de fibres d'acier pour construire des composites à gradient.

5. Résumé

L'application de fibre de basalte En génie civil, cette technologie est passée du laboratoire à la pratique. Ses atouts économiques et écologiques répondent à la demande de bâtiments durables dans le cadre de l'objectif de « double bilan carbone ». À l'avenir, il sera nécessaire de maîtriser l'optimisation des interfaces, la vérification de la durabilité à long terme et d'autres technologies clés, tout en favorisant l'amélioration des spécifications de conception et les synergies de la chaîne industrielle, afin d'accélérer son application à grande échelle dans les infrastructures de grande envergure, le génie maritime, la prévention des séismes et des catastrophes, et d'autres domaines.