Investigación sobre fibras de basalto en aplicacións de enxeñaría civil
1. Principais instrucións de aplicación
- Materiais de reforzo de formigón
Formigón de fibra (BFRC): Atallo Fibra de basaltoOs cementos (6-24 mm) mestúranse co formigón (cantidade de mestura 0,1 %-0,5 %), o que pode mellorar significativamente a resistencia ás gretas (reducir o ancho da greta entre un 30 % e un 50 %), a resistencia ao impacto (aumentar de 2 a 3 veces) e a durabilidade (a resistencia aos ciclos de conxelación e desconxelación aumenta nun 40 %).
Substitución do reforzo de aceiro: en ambientes corrosivos (por exemplo, enxeñaría mariña), barras de reforzo de fibra de basalto (Barras BFRP) pode substituír o reforzo de aceiro para evitar problemas de corrosión. Por exemplo, o uso de bfrp Espérase que o reforzo nos piares dunha ponte transmarítima en Qingdao prolongue a súa vida útil a máis de 100 anos.
- Reforzo e reparación estrutural
Reforzo de tea/malla de fibra: A tea de fibra de basalto (resistencia á tracción ≥2000 MPa) aplícase á superficie de vigas e columnas, o que pode aumentar a capacidade de carga entre un 20 % e un 30 %. Por exemplo, despois de reforzar unha ponte antiga en Sichuan con tea de fibra de basalto, a clasificación de carga mellora de Clase II a Clase I.
Reforzo sísmico: materiais compostos reforzados con fibras (BFRP) columnas de formigón envoltas, que poden mellorar a ductilidade e a capacidade de consumo de enerxía, e son axeitadas para edificios en zonas propensas a terremotos.
- Novas estruturas compostas
Paneis tipo sándwich de fibra de basalto e polímero: empregados para cubertas e paredes divisorias lixeiras, con alta resistencia e illamento térmico (condutividade térmica ≤ 0,05 W/mK).
Materiais de construción para impresión 3D: fibra de basaltoOs materiais cementosos reforzados poden realizar impresións de estruturas complexas e reducir os residuos de construción.
2. Vantaxes técnicas e datos básicos
| Indicadores de rendemento | fibra de basalto | Material de comparación (fibra de vidro) |
| Resistencia á tracción | 3000-4800 MPa | 2000-3500 MPa |
| Resistencia aos álcalis (pH=13) | Retención da forza ≥90% | Fibra de vidro: retención de resistencia ≤ 50% |
| Vantaxes ambientais: o consumo de enerxía na produción é só do 30 % da fibra de vidro e pódese reciclar ao 100 %. | ||
3. Progreso da investigación e casos típicos
- Investigación nacional
Universidade de Tsinghua: desenvolveu formigón modificado composto de fibra de basalto e nano-sílice cun aumento da resistencia á compresión do 25 % e unha redución da permeabilidade aos ións de cloruro do 60 %.
Universidade do Sueste: proposta de tecnoloxía de vigas de formigón armado con laminado de resina epoxi BF, prolonga a vida útil á fatiga en máis de 3 veces.
- Solicitude internacional
Xapón: Despois do terremoto de Hanshin, un edificio de gran altura en Osaca adoptou un muro de corte reforzado con malla de ferro fundido, e o rendemento sísmico mellorou nun 40 %.
Europa: O formigón armado con BF empregouse en comportas de control de inundacións en Venecia, Italia, cunha vida útil de 50 anos contra a erosión da auga do mar.
- Casos de enxeñaría
Ponte China - Hong Kong-Zhuhai-Macao: fibra de basalto Na capa anticorrosión dalgúns piares utilízase material composto, o que reduce o custo de mantemento nun 30 %.
EUA - Tránsito rápido da área da baía de San Francisco (BART): o tecido BF úsase no reforzo do revestimento dos túneles e a resistencia á deformación aumenta nun 25 %.
4. Desafíos e direccións futuras
- Problemas existentes
Rendemento de unión interfacial insuficiente: a interface entre a fibra e o formigón/resina é propensa ao desprendimento, polo que é necesario desenvolver novos axentes de acoplamento (por exemplo, modificadores de silano).
Falta de datos de rendemento a longo prazo: características de fluencia do reforzo de BF en ambientes de alta temperatura e alta humidade (os datos de máis de 10 anos aínda son imperfectos).
Uniformidade do sistema estándar: as especificacións de deseño de enxeñaría para materiais BF en varios países aínda non se estableceron completamente (China publicou GB/T 38143-2019, pero os detalles da aplicación deben refinarse).
- Dirección de investigación futura
Compostos de fibra intelixentes: sensores integrados para lograr a monitorización da saúde estrutural (por exemplo, deformación, autoconciencia de gretas).
Tecnoloxía de preparación ecolóxica: reducir a temperatura de fusión e estiramento (actualmente necesita 1400-1500 ℃) e desenvolver un proceso baixo en carbono.
Reforzo sinérxico multiescala: mestura con fibra de carbono e fibra de aceiro para construír materiais compostos en gradiente.
5. Resumo
A aplicación de fibra de basalto na enxeñaría civil pasou do laboratorio á práctica da enxeñaría, e os seus atributos rendibles e respectuosos co medio ambiente adáptanse á demanda de edificios verdes baixo o obxectivo da "dual emisión de carbono". No futuro, é necesario superar a optimización da interface, a verificación da durabilidade a longo prazo e outras tecnoloxías clave, e ao mesmo tempo promover a mellora das especificacións de deseño e as sinerxías da cadea industrial, co fin de acelerar a súa aplicación a grande escala en infraestruturas a grande escala, enxeñaría mariña, prevención de terremotos e desastres e outros escenarios.
