Bazalto pluoštų tyrimai civilinės inžinerijos srityje

1. Pagrindinės taikymo kryptys

• Betono armatūros medžiagos

Fibrobetonas (BFRC): Trumpasis pjūvis Bazalto pluoštasĮ betoną įmaišomi 6–24 mm skersmens klijai (maišymo kiekis 0,1–0,5 %), kurie gali žymiai pagerinti atsparumą įtrūkimams (sumažinti įtrūkimo plotį 30–50 %), atsparumą smūgiams (padidinti 2–3 kartus) ir ilgaamžiškumą (atsparumas užšalimo ir atšildymo ciklams padidėja 40 %).

Plieninės armatūros keitimas: Korozinėje aplinkoje (pvz., laivų inžinerijoje), bazalto pluošto armatūros strypai (BFRP strypai) gali pakeisti plieninę armatūrą, kad būtų išvengta korozijos problemų. Pavyzdžiui, naudojant bfrp Tikimasi, kad Čingdao mieste esančio tilto per jūrą atramų sutvirtinimas pailgins jo tarnavimo laiką iki daugiau nei 100 metų.

• Konstrukcijų sutvirtinimas ir remontas

Pluošto audinio / tinklelio armatūra: bazalto pluošto audinys (tempimo stipris ≥2000 MPa) klijuojamas ant sijų ir kolonų paviršiaus, kuris gali padidinti apkrovą 20–30 %. Pavyzdžiui, sutvirtinus seną tiltą Sičuane BF audiniu, apkrovos klasė padidinama nuo Highway-II iki I klasės.

Seisminis armatūros sluoksnis: pluoštu armuoti kompozitai (BFRP) apvyniotos betoninės kolonos, kurios gali padidinti tąsumą ir energijos suvartojimo pajėgumą, ir tinka pastatams žemės drebėjimų paveiktose vietovėse.

• Naujos kompozicinės konstrukcijos

Bazalto pluošto-polimero sumuštinių plokštės: naudojamos lengviems stogams ir pertvaroms, pasižyminčioms dideliu stiprumu ir šilumos izoliacija (šilumos laidumas ≤ 0,05 W/mK).

3D spausdinimo statybinės medžiagos: bazalto pluoštasArmuotos cementinės medžiagos gali realizuoti sudėtingos struktūros spausdinimą ir sumažinti statybines atliekas.

2. Techniniai pranašumai ir pagrindiniai duomenys

3. Tyrimų eiga ir tipiniai atvejai

• Vietiniai tyrimai

Tsinghua universitetas: sukūrė bazalto pluošto, nanodalelių ir silicio dioksido kompozitu modifikuotą betoną, kurio gniuždymo stipris padidėjo 25 %, o chlorido jonų pralaidumas sumažėjo 60 %.

Pietryčių universitetas: siūloma BF/epoksidinės dervos laminato gelžbetonio sijų technologija, kurios nuovargio tarnavimo laikas pailgintas daugiau nei 3 kartus.

• Tarptautinė paraiška

Japonija: Po Hanšino žemės drebėjimo Osakoje daugiaaukštis pastatas pritaikė BF tinkleliu armuotą šlyties sieną, o seisminės savybės pagerėjo 40 %.

Europa: BF gelžbetonis buvo naudojamas potvynių kontrolės vartuose Venecijoje, Italijoje, o jo tarnavimo laikas nuo jūros vandens erozijos buvo 50 metų.

• Inžineriniai atvejai

Kinija – Honkongo, Džuhajaus ir Makao tiltas: Bazalto pluoštas Kai kurių atramų antikoroziniame sluoksnyje naudojama kompozicinė medžiaga, todėl priežiūros išlaidos sumažėja 30 %.

JAV – San Francisko įlankos greitasis tranzitas (BART): tunelių dangos sutvirtinimui naudojamas BF audinys, o jo atsparumas deformacijai padidėja 25 %.

4. Iššūkiai ir ateities kryptys

• Esamos problemos

Nepakankamas tarpfazinio sukibimo efektyvumas: pluošto ir betono/dervos sąsaja linkusi atsisluoksniuoti, reikia kurti naujus sukibimo agentus (pvz., silano modifikatorius).

Ilgalaikių eksploatacinių duomenų trūkumas: BF armatūros šliaužimo charakteristikos aukštoje temperatūroje ir didelėje drėgmės aplinkoje (daugiau nei 10 metų duomenys vis dar yra netikslūs).

Standartinės sistemos vienodumas: BF medžiagų inžinerinio projektavimo specifikacijos įvairiose šalyse dar nėra iki galo nustatytos (Kinija išleido GB/T 38143-2019, tačiau taikymo detalės dar bus patikslintos).

• Būsima tyrimų kryptis

Pažangūs pluošto kompozitai: įmontuoti jutikliai, skirti konstrukcijos būklės stebėjimui (pvz., deformacijos, įtrūkimų savikontrolei).

Žalioji paruošimo technologija: sumažinti lydymo ir tempimo temperatūrą (šiuo metu reikia 1400–1500 ℃) ir sukurti mažai anglies dioksido išskiriantį procesą.

Daugialypis sinerginis armatūros derinys: maišymas su anglies pluoštu ir plieno pluoštu, siekiant sukurti gradientinius kompozitus.

5. Santrauka

Taikymas bazalto pluoštas Civilinė inžinerija iš laboratorijos persikėlė į inžinerinę praktiką, o jos ekonomiškos ir aplinkai nekenksmingos savybės atitinka ekologiškų pastatų paklausą siekiant „dvigubos anglies dioksido“ tikslo. Ateityje būtina peržengti sąsajų optimizavimo, ilgalaikio patvarumo tikrinimo ir kitų pagrindinių technologijų ribas ir tuo pačiu metu skatinti projektavimo specifikacijų bei pramonės grandinės sinergijos tobulinimą, siekiant paspartinti jos plataus masto taikymą didelio masto infrastruktūroje, jūrų inžinerijoje, žemės drebėjimų ir nelaimių prevencijoje bei kituose scenarijuose.