Pesquisa sobre fibras de basalto em aplicações de engenharia civil

1. Principais instruções de aplicação

• Materiais de reforço para concreto

Concreto Fibroso (BFRC): Atalho Fibra de basaltoPartículas de 6 a 24 mm são misturadas ao concreto (na proporção de 0,1% a 0,5%), o que pode melhorar significativamente a resistência a fissuras (reduzindo a largura das fissuras em 30% a 50%), a resistência ao impacto (aumentando de 2 a 3 vezes) e a durabilidade (aumentando em 40% a resistência a ciclos de congelamento e descongelamento).

Substituição da armadura de aço: Em ambientes corrosivos (ex.: engenharia naval), barras de reforço de fibra de basalto (Barras BFRP) pode substituir o reforço de aço para evitar problemas de corrosão. Por exemplo, o uso de bfrp O reforço dos pilares de uma ponte marítima em Qingdao deverá prolongar sua vida útil para mais de 100 anos.

• Reforço e reparo estrutural

Reforço com tecido/malha de fibra: O tecido de fibra de basalto (resistência à tração ≥2000MPa) é colado na superfície de vigas e colunas, o que pode aumentar a capacidade de carga em 20% a 30%. Por exemplo, após uma antiga ponte em Sichuan ser reforçada com tecido de fibra de basalto, sua classificação de carga foi elevada de Rodovia II para Classe I.

Reforço sísmico: compósitos reforçados com fibras (BFRP) colunas de concreto envoltas, que podem aumentar a ductilidade e a capacidade de consumo de energia, sendo adequadas para edifícios em áreas propensas a terremotos.

• Novas estruturas compostas

Painéis sanduíche de fibra de basalto e polímero: utilizados em coberturas leves e paredes divisórias, com alta resistência e isolamento térmico (condutividade térmica ≤ 0,05 W/mK).

Materiais de construção para impressão 3D: fibra de basaltoMateriais cimentícios reforçados permitem a impressão de estruturas complexas e reduzem o desperdício na construção civil.

2. Vantagens Técnicas e Dados Essenciais

3. Progresso da pesquisa e casos típicos

• Pesquisa nacional

Universidade de Tsinghua: desenvolveu concreto modificado com compósito de fibra de basalto e nano-sílica, apresentando aumento de 25% na resistência à compressão e redução de 60% na permeabilidade aos íons cloreto.

Universidade do Sudeste: propôs tecnologia de viga de concreto armado reforçada com laminado de resina epóxi/BF, prolongando a vida útil à fadiga em mais de 3 vezes.

• Aplicação internacional

Japão: Após o terremoto de Hanshin, um edifício de vários andares em Osaka adotou paredes de cisalhamento reforçadas com malha BF, e o desempenho sísmico foi melhorado em 40%.

Europa: O concreto armado BF foi utilizado em comportas de controle de enchentes em Veneza, Itália, com uma vida útil de 50 anos contra a erosão da água do mar.

• Casos de Engenharia

China - Ponte Hong Kong-Zhuhai-Macau: Fibra de basalto O material compósito é utilizado na camada anticorrosiva de alguns píeres, reduzindo o custo de manutenção em 30%.

EUA - Sistema de Trânsito Rápido da Área da Baía de São Francisco (BART): O tecido BF é utilizado no reforço do revestimento de túneis, aumentando a resistência à deformação em 25%.

4. Desafios e Direções Futuras

• Problemas existentes

Desempenho insuficiente de adesão interfacial: a interface entre a fibra e o concreto/resina é propensa a se desprender, sendo necessário desenvolver novos agentes de acoplamento (por exemplo, modificadores de silano).

Falta de dados de desempenho a longo prazo: características de fluência do reforço BF em ambiente de alta temperatura e alta umidade (os dados de mais de 10 anos ainda são incompletos).

Uniformidade do sistema padrão: as especificações de projeto de engenharia para materiais de alto-forno em vários países ainda não foram totalmente estabelecidas (a China lançou a norma GB/T 38143-2019, mas os detalhes de aplicação ainda precisam ser refinados).

• Direções futuras de pesquisa

Compósitos de fibra inteligentes: sensores integrados para monitoramento da integridade estrutural (ex.: deformação, autoconsciência de fissuras).

Tecnologia de preparação ecológica: reduzir a temperatura de fusão e trefilação (atualmente necessária entre 1400 e 1500 °C) e desenvolver um processo de baixo carbono.

Reforço sinérgico multiescalar: mistura de fibra de carbono e fibra de aço para construir compósitos com gradiente de composição.

5. Resumo

A aplicação de fibra de basalto Na engenharia civil, a tecnologia de construção sustentável passou do laboratório para a prática, e seus atributos de baixo custo e respeito ao meio ambiente atendem à demanda por construções verdes, dentro do objetivo de "dupla emissão de carbono". No futuro, será necessário avançar na otimização da interface, na verificação da durabilidade a longo prazo e em outras tecnologias-chave, além de promover o aprimoramento das especificações de projeto e das sinergias da cadeia produtiva, a fim de acelerar sua aplicação em larga escala em grandes infraestruturas, engenharia marítima, prevenção de terremotos e desastres, entre outros cenários.