Onderzoek naar basaltvezels in civieltechnische toepassingen
1. Belangrijkste toepassingsinstructies
- betonversterkingsmaterialen
Vezelbeton (BFRC): een snelle oplossing BasaltvezelKorrels (6-24 mm) worden door het beton gemengd (menghoeveelheid 0,1%-0,5%), wat de scheurweerstand (vermindering van de scheurbreedte met 30%-50%), de slagvastheid (verdubbeling en verdrievoudiging) en de duurzaamheid (weerstand tegen vorst-dooi-cycli met 40% verhoogd) aanzienlijk kan verbeteren.
Vervanging van stalen wapening: In corrosieve omgevingen (bijv. in de scheepvaart), wapeningsstaven van basaltvezels (BFRP-staven) kan de stalen wapening vervangen om corrosieproblemen te voorkomen. Bijvoorbeeld het gebruik van bfrp De versterking van de pijlers van een brug over zee in Qingdao zal de levensduur ervan naar verwachting verlengen tot meer dan 100 jaar.
- Structurele versterking en reparatie
Vezeldoek/gaasversterking: Basaltvezeldoek (treksterkte ≥2000 MPa) wordt op het oppervlak van balken en kolommen aangebracht, waardoor het draagvermogen met 20-30% kan toenemen. Zo is bijvoorbeeld de draagkracht van een oude brug in Sichuan, na versterking met basaltvezeldoek, verhoogd van wegklasse II naar klasse I.
Seismische versterking: vezelversterkte composieten (BFRP) omwikkelde betonnen kolommen, die de ductiliteit en het energieabsorberend vermogen kunnen verbeteren en geschikt zijn voor gebouwen in aardbevingsgevoelige gebieden.
- Nieuwe composietstructuren
Sandwichpanelen van basaltvezel en polymeer: gebruikt voor lichtgewicht daken en scheidingswanden, met zowel hoge sterkte als thermische isolatie (warmtegeleidingsvermogen ≤ 0,05 W/mK).
3D-printen van bouwmaterialen: basaltvezel- Versterkte cementgebonden materialen maken het mogelijk om complexe structuren te printen en bouwafval te verminderen.
2. Technische voordelen en kerngegevens
| Prestatie-indicatoren | Basaltvezel | Vergelijkingsmateriaal (glasvezel) |
| Treksterkte | 3000-4800 MPa | 2000-3500 MPa |
| Alkalibestendigheid (pH=13) | Sterktebehoud ≥90% | Glasvezel: behoud van sterkte ≤ 50% |
| Milieuvoordelen: het energieverbruik voor de productie bedraagt slechts 30% van dat van glasvezel, en het materiaal kan voor 100% worden gerecycled. | ||
3. Voortgang van het onderzoek en typische voorbeelden
- Binnenlands onderzoek
Tsinghua Universiteit: ontwikkelde een gemodificeerd betonmengsel van basaltvezels en nanosilica, met een toename van 25% in druksterkte en een vermindering van 60% in chloride-ionenpermeabiliteit.
Southeast University: voorgestelde technologie voor met BF/epoxyharslaminaat versterkte gewapende betonbalken, waardoor de vermoeiingslevensduur met meer dan 3 keer wordt verlengd.
- Internationale aanvraag
Japan: Na de aardbeving in Hanshin werd bij een hoog gebouw in Osaka een met BF-gaas versterkte schuifwand toegepast, waardoor de aardbevingsbestendigheid met 40% verbeterde.
Europa: Gewapend beton van het type BF werd gebruikt in de waterkeringen van Venetië, Italië, met een verwachte levensduur van 50 jaar ter bescherming tegen erosie door zeewater.
- Technische casestudies
China - Brug tussen Hongkong, Zhuhai en Macau: Basaltvezel In de anticorrosielaag van sommige pijlers wordt composietmateriaal gebruikt, waardoor de onderhoudskosten met 30% dalen.
VS - San Francisco Bay Area Rapid Transit (BART): BF-weefsel wordt gebruikt voor de versterking van de tunnelbekleding, waardoor de weerstand tegen vervorming met 25% toeneemt.
4. Uitdagingen en toekomstige richtingen
- Bestaande problemen
Onvoldoende hechting tussen vezel en beton/hars: de hechting tussen vezel en hars laat los, er moeten nieuwe hechtmiddelen (bijv. silaanmodificatoren) worden ontwikkeld.
Gebrek aan prestatiegegevens op lange termijn: kruipeigenschappen van BF-wapening onder hoge temperatuur en hoge luchtvochtigheid (gegevens van meer dan 10 jaar zijn nog steeds onvolledig).
Uniformiteit van het standaardsysteem: de technische ontwerpspecificaties voor hoogovenslakken (BF) zijn in verschillende landen nog niet volledig vastgesteld (China heeft GB/T 38143-2019 uitgebracht, maar de toepassingsdetails moeten nog worden verfijnd).
- Toekomstige onderzoeksrichting
Intelligente vezelcomposieten: ingebouwde sensoren voor structurele gezondheidsmonitoring (bijv. rek, scheurdetectie).
Groene productietechnologie: verlaging van de smelt- en trektemperatuur (momenteel 1400-1500℃) en ontwikkeling van een koolstofarm proces.
Synergetische versterking op meerdere schaalniveaus: menging met koolstofvezel en staalvezel voor de constructie van gradiëntcomposieten.
5. Samenvatting
De toepassing van basaltvezel In de civiele techniek is technologie van het laboratorium naar de bouwpraktijk verschoven, en de kosteneffectieve en milieuvriendelijke eigenschappen sluiten aan bij de vraag naar groene gebouwen in het kader van de "dubbele koolstofuitstoot"-doelstelling. In de toekomst is het noodzakelijk om doorbraken te realiseren op het gebied van interface-optimalisatie, verificatie van de duurzaamheid op lange termijn en andere sleuteltechnologieën, en tegelijkertijd de verbetering van ontwerpspecificaties en synergieën in de industriële keten te bevorderen, om de grootschalige toepassing ervan in grootschalige infrastructuur, maritieme techniek, aardbevings- en rampenpreventie en andere scenario's te versnellen.
