Onderzoek naar basaltvezels in civiele techniektoepassingen

1. Belangrijkste toepassingsinstructies

• Betonversterkingsmaterialen

Vezelbeton (BFRC): een snelle oplossing Basaltvezels (6-24 mm) worden gemengd in beton (menghoeveelheid 0,1%-0,5%), wat de scheurweerstand aanzienlijk kan verbeteren (vermindering van de scheurbreedte met 30%-50%), de slagvastheid (verhoogd met 2-3 keer) en de duurzaamheid (verhoogd met 40%).

Vervanging van stalen wapening: In corrosieve omgevingen (bijv. maritieme techniek) kunnen basaltvezelwapeningsstaven (BFRP-staven) kan stalen wapening vervangen om corrosieproblemen te voorkomen. Bijvoorbeeld het gebruik van bfrp Versteviging van de pijlers van een zeebrug in Qingdao zal naar verwachting de levensduur ervan verlengen tot ruim 100 jaar.

• Structurele versterking en reparatie

Vezeldoek/gaasversterking: Basaltvezeldoek (treksterkte ≥ 2000 MPa) wordt op het oppervlak van balken en kolommen geplakt, wat het draagvermogen met 20%-30% kan verhogen. Zo gaat de draagkracht van een oude brug in Sichuan, nadat deze is versterkt met BF-doek, omhoog van Highway-II naar Klasse I.

Seismische versterking: vezelversterkte composieten (BFRP) omwikkelde betonnen kolommen, die de ductiliteit en het energieverbruik kunnen verbeteren en geschikt zijn voor gebouwen in aardbevingsgevoelige gebieden.

• Nieuwe composietstructuren

Basaltvezel-polymeer sandwichpanelen: worden gebruikt voor lichtgewicht daken en scheidingswanden, met zowel hoge sterkte als thermische isolatie (warmtegeleiding ≤ 0,05 W/mK).

3D-geprinte bouwmaterialen: basaltvezel-versterkte cementmaterialen kunnen complexe structuurafdrukken realiseren en bouwafval verminderen.

2. Technische voordelen en kerngegevens

3. Onderzoeksvoortgang en typische gevallen

• Binnenlands onderzoek

Tsinghua Universiteit: ontwikkelde een gemodificeerd beton met basaltvezels, nanosilicacomposiet en een druksterktetoename van 25% en een vermindering van de permeabiliteit van chloride-ionen met 60%.

Southeast University: voorgestelde technologie voor gewapende betonbalken met BF/epoxyharslaminaat, waardoor de vermoeiingslevensduur met meer dan 3 keer wordt verlengd.

• Internationale aanvraag

Japan: Na de aardbeving van Hanshin werd een hoogbouw in Osaka voorzien van een met BF-net versterkte schuifwand. De seismische prestaties verbeterden hierdoor met 40%.

Europa: BF-gewapend beton werd gebruikt in sluisdeuren in Venetië, Italië, met een levensduur van 50 jaar tegen erosie door zeewater.

• Technische cases

China - Hong Kong-Zhuhai-Macao-brug: Basaltvezel In de anticorrosielaag van sommige pijlers wordt composietmateriaal gebruikt, waardoor de onderhoudskosten met 30% worden verlaagd.

VS - San Francisco Bay Area Rapid Transit (BART): BF-weefsel wordt gebruikt voor de versterking van tunnelbekledingen, waardoor de vervormingsweerstand met 25% toeneemt.

4. Uitdagingen en toekomstige richtingen

• Bestaande problemen

Onvoldoende grensvlakbinding: de grensvlakverbinding tussen vezels en beton/hars is gevoelig voor afbladderen. Er moeten nieuwe koppelingsmiddelen (bijv. silaanmodificatoren) worden ontwikkeld.

Gebrek aan gegevens over de prestaties op lange termijn: kruipkarakteristieken van BF-wapening in een omgeving met hoge temperaturen en een hoge vochtigheidsgraad (gegevens van meer dan 10 jaar zijn nog steeds niet volledig).

Uniformiteit van het standaardsysteem: de technische ontwerpspecificaties voor BF-materialen in verschillende landen zijn nog niet volledig vastgesteld (China heeft GB/T 38143-2019 uitgegeven, maar de toepassingsdetails moeten nog worden verfijnd).

• Toekomstige onderzoeksrichting

Intelligente vezelcomposieten: ingebouwde sensoren voor het monitoren van de structurele gezondheid (bijvoorbeeld het detecteren van spanning en scheuren).

Groene voorbereidingstechnologie: verlaag de smelt- en trektemperatuur (momenteel 1400-1500℃) en ontwikkel een koolstofarm proces.

Synergetische versterking op meerdere schalen: mengen met koolstofvezels en staalvezels om gradiëntcomposieten te construeren.

5. Samenvatting

De toepassing van basaltvezel De civiele techniek is van het laboratorium naar de ingenieurspraktijk verhuisd en de kosteneffectieve en milieuvriendelijke eigenschappen ervan sluiten aan bij de vraag naar groene gebouwen binnen het streven naar "dubbele koolstof". In de toekomst is het noodzakelijk om de interface-optimalisatie, verificatie van duurzaamheid op lange termijn en andere sleuteltechnologieën te doorbreken 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.