Bazalta šķiedru pētījumi civilās inženierijas pielietojumos

1. Galvenie lietošanas norādījumi

• Betona armatūras materiāli

Šķiedru betons (BFRC): Īss griezums Bazalta šķiedraBetonā iemaisa 6–24 mm biezas šķiedras (maisījuma daudzums 0,1–0,5 %), kas var ievērojami uzlabot plaisu izturību (samazināt plaisu platumu par 30–50 %), triecienizturību (palielināties 2–3 reizes) un izturību (sasalšanas un atkušanas cikla izturība palielinās par 40 %).

Tērauda stiegrojuma nomaiņa: Korozīvā vidē (piemēram, kuģu būvniecībā), bazalta šķiedras stiegrojuma stieņi (BFRP stieņi) var aizstāt tērauda stiegrojumu, lai izvairītos no korozijas problēmām. Piemēram, izmantojot bfrp Paredzams, ka Cjindao pāri jūrai esošā tilta balstu nostiprināšana pagarinās tā kalpošanas laiku līdz vairāk nekā 100 gadiem.

• Konstrukciju nostiprināšana un remonts

Šķiedru auduma/sieta stiegrojums: uz siju un kolonnu virsmas tiek uzklāts bazalta šķiedras audums (stiepes izturība ≥2000 MPa), kas var palielināt nestspēju par 20–30 %. Piemēram, pēc tam, kad vecs tilts Sičuaņā ir stiegrots ar BF audumu, slodzes vērtējums tiek paaugstināts no Highway-II uz I klasi.

Seismiskā stiegrošana: šķiedru stiegroti kompozītmateriāli (BFRP) ietītas betona kolonnas, kas var uzlabot elastību un enerģijas patēriņa jaudu, un ir piemērotas ēkām zemestrīču pakļautās zonās.

• Jaunas kompozītmateriālu konstrukcijas

Bazalta šķiedras-polimēra sendvičpaneļi: tiek izmantoti viegliem jumtiem un starpsienām, ar augstu izturību un siltumizolāciju (siltumvadītspēja ≤ 0,05 W/mK).

3D drukāšanas būvmateriāli: bazalta šķiedraArmēti cementa materiāli var realizēt sarežģītas struktūras drukāšanu un samazināt būvniecības atkritumus.

2. Tehniskās priekšrocības un pamatdati

3. Pētījuma progress un tipiski gadījumi

• Vietējie pētījumi

Tsinghua Universitāte: izstrādāja ar bazalta šķiedru-nano-silīcija dioksīda kompozītmateriālu modificētu betonu ar 25% spiedes stiprības pieaugumu un 60% hlorīda jonu caurlaidības samazinājumu.

Dienvidaustrumu Universitāte: ierosinātā BF/epoksīdsveķu lamināta armētā dzelzsbetona siju tehnoloģija, noguruma kalpošanas laiks pagarināts vairāk nekā 3 reizes.

• Starptautisks pieteikums

Japāna: Pēc Hanšinas zemestrīces Osakas augstceltnē tika izmantota ar BF sietu pastiprināta bīdes siena, un seismiskā veiktspēja uzlabojās par 40 %.

Eiropa: BF dzelzsbetons tika izmantots plūdu kontroles vārtos Venēcijā, Itālijā, ar 50 gadu kalpošanas laiku pret jūras ūdens eroziju.

• Inženiertehniskie gadījumi

Ķīna — Honkongas–Džuhai–Makao tilts: Bazalta šķiedra Dažu balstu pretkorozijas slānī tiek izmantots kompozītmateriāls, kas samazina uzturēšanas izmaksas par 30 %.

ASV — Sanfrancisko līča apgabala ātrgaitas tranzīts (BART): tuneļu oderējuma stiegrojumā tiek izmantots BF audums, un deformācijas izturība tiek palielināta par 25 %.

4. Izaicinājumi un nākotnes virzieni

• Esošās problēmas

Nepietiekama starpfāžu sasaistes veiktspēja: šķiedru un betona/sveķu saskarne ir pakļauta atdalīšanai, ir jāizstrādā jauni sasaistes līdzekļi (piemēram, silāna modifikatori).

Ilgtermiņa veiktspējas datu trūkums: BF stiegrojuma šļūdes raksturlielumi augstā temperatūrā un augstā mitruma vidē (vairāk nekā 10 gadu dati joprojām ir nepilnīgi).

Standarta sistēmas vienveidība: BF materiālu inženiertehniskās projektēšanas specifikācijas dažādās valstīs vēl nav pilnībā noteiktas (Ķīna ir izlaidusi GB/T 38143-2019, bet pieteikuma detaļas vēl ir jāprecizē).

• Turpmākais pētījumu virziens

Inteliģenti šķiedru kompozītmateriāli: iestrādāti sensori konstrukcijas veselības uzraudzībai (piemēram, deformācijai, plaisu pašapziņai).

Zaļā sagatavošanas tehnoloģija: samazināt kušanas un vilkšanas temperatūru (pašlaik nepieciešama 1400–1500 ℃) un attīstīt mazoglekļa procesu.

Daudzpakāpju sinerģiska pastiprināšana: sajaukšana ar oglekļa šķiedru un tērauda šķiedru, lai izveidotu gradientu kompozītmateriālus.

5. Kopsavilkums

Piemērošana bazalta šķiedra Civilinženierijā tehnoloģijas ir pārgājušas no laboratorijas uz inženierpraksi, un to izmaksu ziņā efektīvās un videi draudzīgās īpašības atbilst pieprasījumam pēc zaļajām ēkām saskaņā ar "divkāršā oglekļa" mērķi. Nākotnē ir nepieciešams izlauzties cauri saskarnes optimizācijai, ilgtermiņa izturības pārbaudei un citām svarīgām tehnoloģijām, vienlaikus veicinot projektēšanas specifikāciju un rūpniecisko ķēžu sinerģiju uzlabošanu, lai paātrinātu to plaša mēroga pielietojumu liela mēroga infrastruktūrā, jūras inženierijā, zemestrīču un katastrofu novēršanā un citos scenārijos.