Istraživanje bazaltnih vlakana u primjeni u građevinarstvu
1. Glavne upute za primjenu
- Materijali za armiranje betona
Vlaknasti beton (BFRC): Prečac Bazaltna vlaknas (6-24 mm) se miješaju u beton (količina miješanja 0,1%-0,5%), što može značajno poboljšati otpornost na pukotine (smanjiti širinu pukotine za 30%-50%), otpornost na udarce (povećati za 2-3 puta) i trajnost (otpornost na cikluse smrzavanja i odmrzavanja povećana za 40%).
Zamjena čelične armature: U korozivnim okruženjima (npr. brodogradnja), armaturne šipke od bazaltnih vlakana (BFRP šipke) može zamijeniti čeličnu armaturu kako bi se izbjegli problemi s korozijom. Na primjer, korištenje bfrp Očekuje se da će ojačanje stupova prekomorskog mosta u Qingdauu produžiti njegov vijek trajanja na više od 100 godina.
- Konstrukcijsko ojačanje i popravak
Armatura od vlaknaste tkanine/mreže: Bazaltna vlaknasta tkanina (vlačna čvrstoća ≥2000 MPa) lijepi se na površinu greda i stupova, što može povećati nosivost za 20%-30%. Na primjer, nakon što je stari most u Sečuanu ojačan BF tkaninom, ocjena nosivosti se povećava s klase Autocesta-II na klasu I.
Seizmičko ojačanje: kompoziti ojačani vlaknima (BFRP) omotani betonski stupovi, koji mogu poboljšati duktilnost i kapacitet potrošnje energije, te su prikladni za zgrade u područjima sklonim potresima.
- Nove kompozitne strukture
Sendvič paneli od bazaltnih vlakana i polimera: koriste se za lagane krovove i pregradne zidove, s visokom čvrstoćom i toplinskom izolacijom (toplinska vodljivost ≤ 0,05 W/mK).
3D printani građevinski materijali: bazaltna vlakna-armirani cementni materijali mogu ostvariti ispis složenih struktura i smanjiti građevinski otpad.
2. Tehničke prednosti i ključni podaci
| Pokazatelji uspješnosti | Bazaltna vlakna | Materijal za usporedbu (staklena vlakna) |
| Vlačna čvrstoća | 3000-4800 MPa | 2000-3500 MPa |
| Otpornost na alkalije (pH=13) | Zadržavanje čvrstoće ≥90% | Staklena vlakna: zadržavanje čvrstoće ≤ 50% |
| Ekološke prednosti: potrošnja energije u proizvodnji je samo 30% staklenih vlakana, a mogu se 100% reciklirati. | ||
3. Napredak istraživanja i tipični slučajevi
- Domaća istraživanja
Sveučilište Tsinghua: razvili su modificirani beton od kompozita bazaltnih vlakana i nano-silicijevog dioksida s 25% povećanja tlačne čvrstoće i 60% smanjenja propusnosti kloridnih iona.
Sveučilište Jugoistok: predložena tehnologija armiranobetonskih greda s BF/epoksidnim laminatom, vijek trajanja produžen za više od 3 puta.
- Međunarodna prijava
Japan: Nakon potresa Hanshin, visoka zgrada u Osaki usvojila je BF mrežasto ojačani zid na smicanje, a seizmičke performanse su poboljšane za 40%.
Europa: Armirani beton BF korišten je u vratima za zaštitu od poplava u Veneciji u Italiji, s vijekom trajanja od 50 godina otpornim na eroziju morskom vodom.
- Inženjerski slučajevi
Kina - most Hong Kong-Zhuhai-Macao: Bazaltna vlakna U antikorozivnom sloju nekih stupova koristi se kompozitni materijal, što smanjuje troškove održavanja za 30%.
SAD - Brzi tranzit u području zaljeva San Francisca (BART): BF tkanina se koristi u ojačanju obloge tunela, a otpornost na deformacije je povećana za 25%.
4. Izazovi i budući smjerovi
- Postojeći problemi
Nedovoljna učinkovitost međupovršinskog lijepljenja: međupovršina između vlakana i betona/smole sklona je ljuštenju, potrebno je razviti nova sredstva za spajanje (npr. modifikatore silana).
Nedostatak podataka o dugoročnim performansama: karakteristike puzanja BF armature u uvjetima visoke temperature i vlage (podaci za više od 10 godina još uvijek su nepotpuni).
Ujednačenost standardnog sustava: specifikacije inženjerskog dizajna za BF materijale u raznim zemljama još nisu u potpunosti utvrđene (Kina je objavila GB/T 38143-2019, ali detalji primjene tek trebaju biti dorađeni).
- Budući smjer istraživanja
Inteligentni vlaknasti kompoziti: ugrađeni senzori za praćenje stanja konstrukcije (npr. naprezanje, samosvijest o pukotinama).
Zelena tehnologija pripreme: smanjiti temperaturu taljenja i izvlačenja (trenutno je potrebno 1400-1500 ℃) i razviti proces s niskim udjelom ugljika.
Višeskalna sinergistička armatura: miješanje s karbonskim i čeličnim vlaknima za izgradnju gradijentnih kompozita.
5. Sažetak
Primjena bazaltna vlakna u građevinarstvu se preselio iz laboratorija u inženjersku praksu, a njegova isplativa i ekološki prihvatljiva svojstva odgovaraju potražnji za zelenim zgradama u okviru cilja „dvostrukog ugljika“. U budućnosti je potrebno probiti se kroz optimizaciju sučelja, provjeru dugoročne trajnosti i druge ključne tehnologije, a istovremeno promovirati poboljšanje specifikacija dizajna i sinergije industrijskog lanca kako bi se ubrzala njegova primjena velikih razmjera u velikoj infrastrukturi, pomorskom inženjerstvu, sprječavanju potresa i katastrofa te drugim scenarijima.
