Bazaltszálak kutatása építőmérnöki alkalmazásokban

1. Fő alkalmazási irányok

• Betonerősítő anyagok

Szálbeton (BFRC): Rövidítés Bazaltszáls (6-24 mm) vastagságú granulátumokat kevernek a betonba (keverési mennyiség 0,1%-0,5%), ami jelentősen javíthatja a repedésállóságot (a repedés szélessége 30%-50%-kal csökken), az ütésállóságot (2-3-szorosára nő), és a tartósságot (a fagyás-olvadás ciklusokkal szembeni ellenállás 40%-kal nő).

Acélbetétek cseréje: Korrozív környezetben (pl. hajóépítés), bazaltszálas betonacélok (BFRP rudak) helyettesítheti az acélbetétet a korróziós problémák elkerülése érdekében. Például a használata bfrp Egy csingtaji tengeren átívelő híd pilléreinek megerősítése várhatóan több mint 100 évre meghosszabbítja a híd élettartamát.

• Szerkezeti megerősítés és javítás

Szálas/hálós megerősítés: A gerendák és oszlopok felületére bazalt szálas szövetet (szakítószilárdság ≥2000MPa) ragasztanak, ami 20-30%-kal növelheti a teherbírást. Például egy régi szecsuáni hidat BF szövettel erősítenek meg, így a teherbírás Highway-II-ről I. osztályra emelkedik.

Szeizmikus megerősítés: szálerősítésű kompozitok (BFRP) burkolt betonoszlopok, amelyek növelhetik a képlékenységet és az energiafogyasztást, és alkalmasak földrengésveszélyes területeken lévő épületekhez.

• Új kompozit szerkezetek

Bazaltszálas polimer szendvicspanelek: könnyűszerkezetes tetőkhöz és válaszfalakhoz használják, nagy szilárdsággal és hőszigeteléssel (hővezető képesség ≤ 0,05 W/mK).

3D nyomtatású építőanyagok: bazalt rostA megerősített cementtartalmú anyagok komplex szerkezeti nyomtatást tesznek lehetővé és csökkentik az építési hulladékot.

2. Műszaki előnyök és alapvető adatok

3. Kutatási előrehaladás és tipikus esetek

• Belföldi kutatás

Tsinghua Egyetem: bazaltszál-nano-szilícium-dioxid kompozittal módosított betont fejlesztett ki, amely 25%-kal növelte a nyomószilárdságot és 60%-kal csökkentette a kloridion-áteresztőképességet.

Délkeleti Egyetem: javasolt BF/epoxigyanta laminátummal erősített vasbeton gerenda technológia, több mint háromszorosára növelve a kifáradási élettartamot.

• Nemzetközi bejelentés

Japán: A Hanshin földrengés után egy oszakai toronyházban BF hálós erősítésű nyírófalat alkalmaztak, ami 40%-kal javította a szeizmikus teljesítményt.

Európa: BF vasbetont használtak árvízvédelmi kapukban Velencében, Olaszországban, 50 éves élettartammal a tengervíz eróziójával szemben.

• Mérnöki esetek

Kína - Hongkong-Zhuhai-Makaó híd: Bazaltszál Egyes pillérek korróziógátló rétegében kompozit anyagot használnak, ami 30%-kal csökkenti a karbantartási költségeket.

USA - San Francisco-öbölbeli gyorsvasút (BART): BF szövetet használnak az alagútbélés megerősítésében, és az alakváltozási ellenállás 25%-kal megnő.

4. Kihívások és jövőbeli irányok

• Meglévő problémák

Nem megfelelő határfelületi kötési teljesítmény: a szálak és a beton/gyanta közötti határfelület hajlamos a leválásra, új kapcsolószereket (pl. szilán módosítókat) kell kifejleszteni.

Hosszú távú teljesítményadatok hiánya: a BF betonacél kúszási jellemzői magas hőmérsékleten és magas páratartalmú környezetben (több mint 10 éves adatok még mindig hiányosak).

A szabványrendszer egységessége: a BF-anyagokra vonatkozó mérnöki tervezési előírások különböző országokban még nem teljesen alakultak ki (Kína kiadta a GB/T 38143-2019 szabványt, de az alkalmazás részleteit még finomítani kell).

• Jövőbeli kutatási irány

Intelligens szálas kompozitok: beágyazott érzékelők a szerkezeti állapot monitorozásához (pl. feszültség, repedés önfelismerés).

Zöld előkészítési technológia: az olvadási és húzási hőmérséklet csökkentése (jelenleg 1400-1500 ℃ szükséges), és alacsony szén-dioxid-kibocsátású eljárás kidolgozása.

Többléptékű szinergikus megerősítés: szénszálas és acélszálas keverés gradiens kompozitok létrehozásához.

5. Összefoglalás

Az alkalmazás bazalt rost Az építőmérnöki tudományok a laboratóriumból a mérnöki gyakorlatba költöztek, költséghatékony és környezetbarát tulajdonságai pedig megfelelnek a „kettős szén-dioxid-kibocsátás” célkitűzésének zöld épületek iránti igényének. A jövőben át kell törni az interfészoptimalizálást, a hosszú távú tartósság-ellenőrzést és más kulcsfontosságú technológiákat, ugyanakkor elő kell mozdítani a tervezési specifikációk és az ipari láncok szinergiáinak fejlesztését, hogy felgyorsítsák széleskörű alkalmazásukat a nagyméretű infrastruktúrákban, a tengerészetben, a földrengés- és katasztrófamegelőzésben, valamint más forgatókönyvekben.