Ricerca sulle fibre di basalto nelle applicazioni di ingegneria civile
1. Istruzioni principali per l'applicazione
- Materiali di rinforzo per calcestruzzo
Calcestruzzo fibrorinforzato (BFRC): scorciatoia Fibra di basaltoLe particelle (6-24 mm) vengono mescolate al calcestruzzo (in una percentuale compresa tra lo 0,1% e lo 0,5%), migliorando significativamente la resistenza alle crepe (riducendo l'ampiezza delle crepe del 30%-50%), la resistenza agli urti (aumentandola di 2-3 volte) e la durabilità (aumentando del 40% la resistenza ai cicli di gelo-disgelo).
Sostituzione dell'armatura in acciaio: in ambienti corrosivi (ad esempio ingegneria navale), barre di rinforzo in fibra di basalto (barre BFRP) può sostituire l'armatura in acciaio per evitare problemi di corrosione. Ad esempio, l'uso di bfrp Si prevede che il rinforzo dei piloni di un ponte sul mare a Qingdao ne prolungherà la durata a oltre 100 anni.
- Rinforzo e riparazione strutturale
Rinforzo con tessuto/rete in fibra: un tessuto in fibra di basalto (resistenza alla trazione ≥2000 MPa) viene applicato sulla superficie di travi e pilastri, aumentando la capacità portante del 20%-30%. Ad esempio, dopo il rinforzo di un vecchio ponte nel Sichuan con tessuto in fibra di basalto, la sua classificazione di carico è passata da "Autostrada II" a "Classe I".
Rinforzo sismico: compositi rinforzati con fibre (BFRP) colonne in calcestruzzo avvolte, che possono migliorare la duttilità e la capacità di assorbimento di energia, e sono adatte per edifici in zone sismiche.
- Nuove strutture composite
Pannelli sandwich in fibra di basalto e polimero: utilizzati per tetti e pareti divisorie leggere, offrono elevata resistenza e isolamento termico (conduttività termica ≤ 0,05 W/mK).
Materiali da costruzione stampati in 3D: fibra di basalto-I materiali cementizi rinforzati consentono di realizzare stampe di strutture complesse e di ridurre gli sprechi edili.
2. Vantaggi tecnici e dati principali
| Indicatori di performance | Fibra di basalto | Materiale di confronto (fibra di vetro) |
| Resistenza alla trazione | 3000-4800 MPa | 2000-3500 MPa |
| Resistenza agli alcali (pH=13) | Mantenimento della forza ≥90% | Fibra di vetro: mantenimento della resistenza ≤ 50% |
| Vantaggi ambientali: il consumo energetico per la produzione è solo il 30% di quello della fibra di vetro e il materiale è riciclabile al 100%. | ||
3. Progressi della ricerca e casi tipici
- Ricerca interna
L'Università Tsinghua ha sviluppato un calcestruzzo modificato con un composito di fibre di basalto e nano-silice, ottenendo un aumento del 25% della resistenza alla compressione e una riduzione del 60% della permeabilità agli ioni cloruro.
Università del Sud-Est: proposta di tecnologia per travi in cemento armato rinforzate con laminato in resina epossidica/BF, con durata a fatica triplicata.
- Applicazione internazionale
Giappone: Dopo il terremoto di Hanshin, un grattacielo di Osaka ha adottato pareti di taglio rinforzate con rete metallica BF, ottenendo un miglioramento del 40% delle prestazioni sismiche.
Europa: Il calcestruzzo armato BF è stato utilizzato nelle paratoie di controllo delle inondazioni a Venezia, in Italia, con una durata di 50 anni contro l'erosione dell'acqua marina.
- Casi di ingegneria
Cina - Ponte Hong Kong-Zhuhai-Macao: Fibra di basalto Il materiale composito viene utilizzato nello strato anticorrosione di alcuni pilastri, riducendo i costi di manutenzione del 30%.
USA - San Francisco Bay Area Rapid Transit (BART): il tessuto BF viene utilizzato per il rinforzo del rivestimento delle gallerie e la resistenza alla deformazione è aumentata del 25%.
4. Sfide e prospettive future
- problemi esistenti
Prestazioni di adesione interfacciale insufficienti: l'interfaccia tra fibra e calcestruzzo/resina è soggetta a distacco, è necessario sviluppare nuovi agenti accoppianti (ad esempio, modificatori silanici).
Mancanza di dati sulle prestazioni a lungo termine: caratteristiche di scorrimento viscoso dell'armatura BF in ambienti ad alta temperatura e umidità (i dati relativi a oltre 10 anni sono ancora incompleti).
Uniformità del sistema standard: le specifiche di progettazione ingegneristica per i materiali BF nei vari paesi non sono ancora state completamente definite (la Cina ha pubblicato la norma GB/T 38143-2019, ma i dettagli applicativi devono essere perfezionati).
- Direzioni future della ricerca
Compositi in fibra intelligenti: sensori integrati per il monitoraggio strutturale (ad esempio, rilevamento automatico di deformazioni e crepe).
Tecnologia di preparazione ecocompatibile: ridurre la temperatura di fusione e di estrusione (attualmente sono necessari 1400-1500℃) e sviluppare un processo a basse emissioni di carbonio.
Rinforzo sinergico multiscala: combinazione con fibra di carbonio e fibra d'acciaio per la realizzazione di compositi a gradiente.
5. Riepilogo
L'applicazione di fibra di basalto Nell'ingegneria civile, l'innovazione si è spostata dal laboratorio alla pratica ingegneristica, e le sue caratteristiche di economicità e rispetto dell'ambiente si adattano alla domanda di edifici verdi nell'ambito dell'obiettivo "doppio carbonio". In futuro, sarà necessario superare le sfide legate all'ottimizzazione dell'interfaccia, alla verifica della durabilità a lungo termine e ad altre tecnologie chiave, promuovendo al contempo il miglioramento delle specifiche di progettazione e delle sinergie della filiera industriale, al fine di accelerarne l'applicazione su larga scala in grandi infrastrutture, ingegneria marittima, prevenzione dei terremoti e dei disastri e altri scenari.
