Ricerca sulle fibre di basalto nelle applicazioni dell'ingegneria civile

1. Principali indicazioni di applicazione

• Materiali di rinforzo del calcestruzzo

Calcestruzzo fibrorinforzato (BFRC): scorciatoia Fibra di basaltos (6-24 mm) vengono miscelati nel calcestruzzo (quantità di miscelazione 0,1%-0,5%), il che può migliorare significativamente la resistenza alle crepe (riduzione della larghezza delle crepe del 30%-50%), la resistenza agli urti (aumento di 2-3 volte) e la durata (resistenza ai cicli di gelo-scongelamento aumentata del 40%).

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 transoceanico a Qingdao ne prolungherà la durata di vita a più di 100 anni.

• Rinforzo e riparazione strutturale

Rinforzo in tessuto/rete di fibre: il tessuto in fibre di basalto (resistenza alla trazione ≥2000 MPa) viene incollato sulla superficie di travi e colonne, aumentando la capacità di carico del 20%-30%. Ad esempio, dopo che un vecchio ponte nel Sichuan è stato rinforzato con tessuto BF, la capacità di carico è passata da Highway-II a Classe I.

Rinforzo sismico: compositi rinforzati con fibre (BFRP) colonne in calcestruzzo avvolte, che possono migliorare la duttilità e la capacità di consumo energetico e sono adatte per edifici in zone soggette a terremoti.

• Nuove strutture composite

Pannelli sandwich in fibra di basalto e polimero: utilizzati per tetti leggeri e pareti divisorie, con elevata resistenza e isolamento termico (conduttività termica ≤ 0,05 W/mK).

Materiali da costruzione per la stampa 3D: fibra di basalto- i materiali cementizi rinforzati possono realizzare stampe con strutture complesse e ridurre gli scarti di costruzione.

2. Vantaggi tecnici e dati fondamentali

3. Progressi della ricerca e casi tipici

• Ricerca nazionale

Università di Tsinghua: sviluppato calcestruzzo modificato composito di fibre di basalto e nano-silice con aumento del 25% della resistenza alla compressione e riduzione del 60% della permeabilità agli ioni cloruro.

Southeast University: proposta tecnologia per travi in ​​cemento armato rinforzate con laminato in resina epossidica/BF, durata della fatica prolungata di oltre 3 volte.

• Domanda internazionale

Giappone: dopo il terremoto di Hanshin, un grattacielo di Osaka ha adottato una parete di taglio rinforzata con rete BF e le prestazioni sismiche sono migliorate del 40%.

Europa: il calcestruzzo armato BF è stato utilizzato nelle paratoie anti-inondazione di Venezia, in Italia, con una durata di 50 anni contro l'erosione causata dall'acqua marina.

• Casi di ingegneria

Cina - Ponte Hong Kong-Zhuhai-Macao: fibra di basalto nello strato anticorrosione di alcuni moli viene utilizzato materiale composito, riducendo i costi di manutenzione del 30%.

USA - San Francisco Bay Area Rapid Transit (BART): il tessuto BF viene utilizzato per rinforzare il rivestimento del tunnel e la resistenza alla deformazione aumenta del 25%.

4. Sfide e direzioni future

• Problemi esistenti

Prestazioni di legame interfacciale insufficienti: l'interfaccia tra fibra e calcestruzzo/resina è soggetta a distacco, è necessario sviluppare nuovi agenti di accoppiamento (ad esempio, modificatori di silano).

Mancanza di dati sulle prestazioni a lungo termine: caratteristiche di scorrimento del rinforzo BF in ambienti ad alta temperatura e alta umidità (i dati raccolti dopo oltre 10 anni sono ancora imperfetti).

Uniformità del sistema standard: le specifiche di progettazione ingegneristica per i materiali BF nei vari Paesi non sono ancora state completamente stabilite (la Cina ha pubblicato GB/T 38143-2019, ma i dettagli dell'applicazione devono essere perfezionati).

• Direzione futura della ricerca

Compositi in fibra intelligenti: sensori incorporati per il monitoraggio della salute strutturale (ad esempio, deformazione, autoconsapevolezza delle crepe).

Tecnologia di preparazione ecologica: riduzione della temperatura di fusione e di trafilatura (attualmente necessaria 1400-1500℃) e sviluppo di un processo a basse emissioni di carbonio.

Rinforzo sinergico multiscala: miscelazione con fibra di carbonio e fibra di acciaio per realizzare compositi a gradiente.

5.Riepilogo

L'applicazione di fibra di basalto L'ingegneria civile si è spostata dal laboratorio alla pratica ingegneristica, e le sue caratteristiche di economicità ed ecocompatibilità soddisfano la domanda di edifici ecosostenibili nell'ambito dell'obiettivo "dual-carbon". In futuro, sarà necessario innovare nell'ottimizzazione dell'interfaccia, nella verifica della durabilità a lungo termine e in altre tecnologie chiave, promuovendo al contempo il miglioramento delle specifiche di progettazione e delle sinergie di filiera industriale, al fine di accelerarne l'applicazione su larga scala in infrastrutture di grandi dimensioni, ingegneria navale, prevenzione di terremoti e disastri e altri scenari.