Penyelidikan mengenai gentian basalt dalam aplikasi kejuruteraan awam

1. Arahan permohonan utama

• Bahan tetulang konkrit

Konkrit Gentian (BFRC): Jalan pintas Serat Basalts (6-24mm) dicampur ke dalam konkrit (jumlah pencampuran 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 berbasikal beku-cair meningkat sebanyak 40%).

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

• Pengukuhan dan pembaikan struktur

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

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

• Struktur komposit baharu

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

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

2.Kelebihan Teknikal dan Data Teras

3. Kemajuan Penyelidikan dan Kes Lazim

• Penyelidikan dalam negeri

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

Universiti Tenggara: cadangan BF/epoksi resin laminate diperkukuh teknologi rasuk konkrit bertetulang, hayat keletihan dilanjutkan lebih daripada 3 kali ganda.

• Permohonan antarabangsa

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

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

• Kes Kejuruteraan

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

USA - San Francisco Bay Area Rapid Transit (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 terdedah kepada pelucutan, agen gandingan baharu (cth, pengubah silan) perlu dibangunkan.

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

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

• Hala tuju penyelidikan masa hadapan

Komposit gentian pintar: penderia tertanam untuk mencapai pemantauan kesihatan struktur (cth, ketegangan, kesedaran diri retak).

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

Tetulang sinergi berbilang skala: mengadun dengan gentian karbon dan gentian keluli untuk membina komposit kecerunan.

5.Ringkasan

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