Penelitian serat basal dalam aplikasi teknik sipil

1.Petunjuk aplikasi utama

• Bahan penguat beton

Beton Serat (BFRC): Jalan Pintas Serat Basalts (6-24mm) dicampur ke dalam beton (jumlah pencampuran 0,1%-0,5%), yang secara signifikan dapat meningkatkan ketahanan retak (mengurangi lebar retak hingga 30%-50%), ketahanan benturan (meningkat hingga 2-3 kali lipat), dan daya tahan (ketahanan siklus beku-cair meningkat hingga 40%).

Penggantian tulangan baja: Dalam lingkungan korosif (misalnya teknik kelautan), batang penguat serat basal (Batang BFRP) dapat menggantikan tulangan baja untuk menghindari masalah korosi. Misalnya, penggunaan bfrp Penguatan pada pilar jembatan lintas laut di Qingdao diperkirakan akan memperpanjang umur jembatan tersebut hingga lebih dari 100 tahun.

• Penguatan dan perbaikan struktural

Penguatan Kain Serat/Jaring: Kain serat basal (kekuatan tarik ≥2000MPa) direkatkan pada permukaan balok dan kolom, yang dapat meningkatkan daya dukung beban sebesar 20%-30%. Misalnya, setelah sebuah jembatan tua di Sichuan diperkuat dengan kain serat basal (BF), peringkat bebannya ditingkatkan dari Jalan Raya-II menjadi Kelas I.

Penguatan seismik: komposit yang diperkuat serat (BFRP) kolom beton yang dibungkus, yang dapat meningkatkan keuletan dan kapasitas konsumsi energi, dan cocok untuk bangunan di daerah rawan gempa.

• Struktur komposit baru

Panel sandwich serat-polimer basal: digunakan untuk atap ringan dan dinding partisi, dengan kekuatan dan isolasi termal tinggi (konduktivitas termal ≤ 0,05 W/mK).

Bahan bangunan pencetakan 3D: serat basal-bahan semen yang diperkuat dapat mewujudkan pencetakan struktur yang kompleks dan mengurangi limbah konstruksi.

2. Keunggulan Teknis dan Data Inti

3. Kemajuan Penelitian dan Kasus-Kasus Khas

• Penelitian dalam negeri

Universitas Tsinghua: mengembangkan beton modifikasi komposit serat basal-nano-silika dengan peningkatan kuat tekan 25% dan pengurangan permeabilitas ion klorida 60%.

Universitas Tenggara: mengusulkan teknologi balok beton bertulang laminasi resin BF/epoksi, yang memperpanjang masa lelah lebih dari 3 kali lipat.

• Aplikasi internasional

Jepang: Setelah gempa bumi Hanshin, gedung tinggi di Osaka mengadopsi dinding geser yang diperkuat jaring BF, dan kinerja seismiknya ditingkatkan sebesar 40%.

Eropa: Beton bertulang BF digunakan di pintu gerbang pengendali banjir di Venesia, Italia, dengan masa pakai 50 tahun terhadap erosi air laut.

• Kasus Teknik

Jembatan Tiongkok - Hong Kong-Zhuhai-Makau: Serat basal bahan komposit digunakan pada lapisan anti-korosi beberapa pilar, mengurangi biaya pemeliharaan hingga 30%.

AS - San Francisco Bay Area Rapid Transit (BART): Kain BF digunakan dalam penguatan lapisan terowongan, dan ketahanan deformasi ditingkatkan sebesar 25%.

4. Tantangan dan Arah Masa Depan

• Masalah yang ada

Kinerja ikatan antarmuka tidak memadai: antarmuka antara serat dan beton/resin rentan terhadap pengelupasan, agen penggandeng baru (misalnya, pengubah silana) perlu dikembangkan.

Kurangnya data kinerja jangka panjang: karakteristik mulur tulangan BF pada lingkungan suhu tinggi dan kelembapan tinggi (data lebih dari 10 tahun masih belum sempurna).

Keseragaman sistem standar: spesifikasi desain rekayasa untuk material BF di berbagai negara belum sepenuhnya ditetapkan (Tiongkok telah merilis GB/T 38143-2019, tetapi detail aplikasinya masih harus disempurnakan).

• Arah penelitian masa depan

Komposit serat cerdas: sensor tertanam untuk mencapai pemantauan kesehatan struktural (misalnya, regangan, kesadaran retakan).

Teknologi persiapan hijau: mengurangi suhu peleburan dan penarikan (saat ini membutuhkan 1400-1500℃), dan mengembangkan proses rendah karbon.

Penguatan sinergis multi-skala: pencampuran dengan serat karbon dan serat baja untuk membangun komposit gradien.

5.Ringkasan

Penerapan serat basal Teknik sipil telah beralih dari laboratorium ke praktik rekayasa, dan atributnya yang hemat biaya dan ramah lingkungan sesuai dengan tuntutan bangunan hijau di bawah tujuan "karbon ganda". Di masa depan, perlu dilakukan terobosan dalam optimasi antarmuka, verifikasi ketahanan jangka panjang, dan teknologi kunci lainnya, sekaligus mendorong peningkatan spesifikasi desain dan sinergi rantai industri, untuk mempercepat penerapannya dalam skala besar dalam infrastruktur skala besar, teknik kelautan, pencegahan gempa bumi dan bencana, serta skenario lainnya.