Penyelidikan mengenai gentian basalt dalam aplikasi kejuruteraan awam

1. Arahan aplikasi utama

• Bahan pengukuhan konkrit

Konkrit Gentian (BFRC): Jalan pintas Serat Basalts (6-24mm) dicampurkan ke dalam konkrit (jumlah campuran 0.1%-0.5%), yang boleh meningkatkan rintangan retak dengan ketara (mengurangkan lebar retak sebanyak 30%-50%), rintangan hentaman (meningkat sebanyak 2-3 kali ganda), dan ketahanan (rintangan kitaran beku-cair meningkat sebanyak 40%).

Penggantian tetulang keluli: Dalam persekitaran menghakis (cth. kejuruteraan marin), bar tetulang gentian basalt (Bar BFRP) boleh menggantikan tetulang keluli untuk mengelakkan masalah kakisan. Contohnya, penggunaan bfrp Penguatkuasaan di tiang jambatan rentas laut di Qingdao dijangka dapat memanjangkan jangka hayatnya hingga lebih 100 tahun.

• Pengukuhan dan pembaikan struktur

Kain Gentian/Tetulang Jaring: Kain gentian basalt (kekuatan tegangan ≥2000MPa) ditampal pada permukaan rasuk dan tiang, yang boleh meningkatkan kapasiti pembawa beban sebanyak 20%-30%. Contohnya, selepas jambatan lama di Sichuan diperkukuh dengan kain BF, penarafan beban dinaik taraf daripada Lebuhraya-II kepada Kelas I.

Pengukuhan seismik: komposit bertetulang gentian (BFRP) tiang konkrit berbalut, yang boleh meningkatkan kemuluran dan kapasiti penggunaan tenaga, dan sesuai untuk bangunan di kawasan yang mudah dilanda gempa bumi.

• Struktur komposit baharu

Panel sandwic gentian-polimer basalt: digunakan untuk bumbung ringan dan dinding pembahagi, dengan kekuatan tinggi dan penebat haba (kekonduksian terma ≤ 0.05 W/mK).

Bahan binaan percetakan 3D: gentian basalt-bahan simen bertetulang boleh merealisasikan pencetakan struktur yang kompleks dan mengurangkan sisa pembinaan.

2. Kelebihan Teknikal dan Data Teras

3. Kemajuan Penyelidikan dan Kes Lazim

• Penyelidikan domestik

Universiti Tsinghua: membangunkan konkrit terubah suai komposit gentian basalt-nano-silika dengan peningkatan kekuatan mampatan sebanyak 25% dan pengurangan kebolehtelapan ion klorida sebanyak 60%.

Universiti Tenggara: teknologi rasuk konkrit bertetulang berlamina resin epoksi yang dicadangkan, jangka hayat lesu dilanjutkan lebih daripada 3 kali ganda.

• Permohonan antarabangsa

Jepun: Selepas gempa bumi Hanshin, sebuah bangunan tinggi di Osaka menggunakan dinding ricih bertetulang jejaring BF, dan prestasi seismik telah dipertingkatkan sebanyak 40%.

Eropah: Konkrit bertetulang BF telah digunakan dalam pintu kawalan banjir di Venice, Itali, dengan jangka hayat selama 50 tahun terhadap hakisan air laut.

• Kes Kejuruteraan

Jambatan China - Hong Kong-Zhuhai-Macao: Serat basalt Bahan komposit digunakan dalam lapisan anti-karat sesetengah tiang, mengurangkan kos penyelenggaraan sebanyak 30%.

Amerika Syarikat - Transit Rapid Kawasan Teluk San Francisco (BART): Fabrik BF digunakan dalam tetulang lapisan terowong, dan rintangan ubah bentuk meningkat sebanyak 25%.

4. Cabaran dan Hala Tuju Masa Depan

• Masalah sedia ada

Prestasi ikatan antara muka yang tidak mencukupi: antara muka antara gentian dan konkrit/resin mudah terlucut, agen gandingan baharu (contohnya, pengubah suai silana) perlu dibangunkan.

Kekurangan data prestasi jangka panjang: ciri rayapan tetulang BF di bawah persekitaran suhu tinggi dan kelembapan tinggi (data lebih daripada 10 tahun masih tidak sempurna).

Keseragaman sistem piawai: spesifikasi reka bentuk kejuruteraan untuk bahan BF di pelbagai negara masih belum dipastikan sepenuhnya (China telah mengeluarkan GB/T 38143-2019, tetapi butiran aplikasi akan diperhalusi).

• Hala tuju penyelidikan masa hadapan

Komposit gentian pintar: sensor terbenam untuk mencapai pemantauan kesihatan struktur (cth., ketegangan, kesedaran kendiri retak).

Teknologi penyediaan hijau: mengurangkan suhu lebur dan penarikan (kini memerlukan 1400-1500℃), dan membangunkan proses rendah karbon.

Pengukuhan sinergi berbilang skala: pengadunan dengan gentian karbon dan gentian keluli untuk membina komposit kecerunan.

5. Ringkasan

Aplikasi gentian basalt dalam kejuruteraan awam telah beralih daripada makmal kepada amalan kejuruteraan, dan ciri-ciri kos efektif dan mesra alamnya sesuai dengan permintaan untuk bangunan hijau di bawah matlamat "dwi-karbon". Pada masa hadapan, adalah perlu untuk menembusi pengoptimuman antara muka, pengesahan ketahanan jangka panjang dan teknologi utama lain, dan pada masa yang sama menggalakkan penambahbaikan spesifikasi reka bentuk dan sinergi rantaian perindustrian, untuk mempercepatkan aplikasi berskala besarnya dalam infrastruktur berskala besar, kejuruteraan marin, pencegahan gempa bumi dan bencana serta senario lain.