Cercetări privind fibrele de bazalt în aplicații în inginerie civilă

1. Principalele instrucțiuni de aplicare

• Materiale de armare a betonului

Beton cu fibre (BFRC): Scurtătură Fibră de bazaltBetonul (6-24 mm) este amestecat în beton (cantitate de amestec 0,1%-0,5%), ceea ce poate îmbunătăți semnificativ rezistența la fisuri (reducerea lățimii fisurii cu 30%-50%), rezistența la impact (creșterea de 2-3 ori) și durabilitatea (rezistența la ciclurile de îngheț-dezgheț crește cu 40%).

Înlocuirea armăturii din oțel: În medii corozive (de exemplu, inginerie marină), barele de armare din fibră de bazalt (Bare BFRP) poate înlocui armătura din oțel pentru a evita problemele de coroziune. De exemplu, utilizarea bfrp Se așteaptă ca armarea piloților unui pod transmare din Qingdao să îi prelungească durata de viață la peste 100 de ani.

• Consolidare și reparații structurale

Armare cu plasă/țesătură fibroasă: Pânza fibroasă de bazalt (rezistență la tracțiune ≥2000MPa) este aplicată pe suprafața grinzilor și stâlpilor, ceea ce poate crește capacitatea portantă cu 20%-30%. De exemplu, după ce un pod vechi din Sichuan este armat cu plasă fibroasă de bazalt, indicele de sarcină este îmbunătățit de la Clasa II la Clasa I.

Armare seismică: compozite armate cu fibre (BFRP) coloane de beton înfășurate, care pot spori ductilitatea și capacitatea de consum de energie și sunt potrivite pentru clădirile din zonele predispuse la cutremure.

• Noi structuri compozite

Panouri sandwich din fibră de bazalt-polimer: utilizate pentru acoperișuri ușoare și pereți despărțitori, cu rezistență ridicată și izolație termică (conductivitate termică ≤ 0,05 W/mK).

Materiale de construcție pentru imprimare 3D: fibră de bazaltMaterialele cimentoase armate pot realiza imprimarea structurilor complexe și pot reduce deșeurile din construcții.

2. Avantaje tehnice și date de bază

3. Progresul cercetării și cazuri tipice

• Cercetare internă

Universitatea Tsinghua: a dezvoltat un beton modificat compozit din fibră de bazalt și nano-silice cu o creștere a rezistenței la compresiune de 25% și o reducere a permeabilității ionilor de clorură de 60%.

Universitatea Southeast: tehnologie propusă pentru grinzi din beton armat cu laminat BF/rășină epoxidică, durata de viață la oboseală extinsă de peste 3 ori.

• Cerere internațională

Japonia: După cutremurul de la Hanshin, o clădire înaltă din Osaka a adoptat un perete de forfecare armat cu plasă BF, iar performanța seismică a fost îmbunătățită cu 40%.

Europa: Betonul armat cu BF a fost utilizat în porțile de control al inundațiilor din Veneția, Italia, cu o durată de viață de 50 de ani împotriva eroziunii apei de mare.

• Cazuri de inginerie

Podul China - Hong Kong-Zhuhai-Macao: Fibră de bazalt Materialul compozit este utilizat în stratul anticoroziv al unor piloni, reducând costurile de întreținere cu 30%.

SUA - San Francisco Bay Area Rapid Transit (BART): Materialul BF este utilizat în armarea căptușelii tunelurilor, iar rezistența la deformare este crescută cu 25%.

4. Provocări și direcții viitoare

• Probleme existente

Performanță insuficientă de lipire interfacială: interfața dintre fibră și beton/rășină este predispusă la dezizolare, fiind necesară dezvoltarea unor noi agenți de cuplare (de exemplu, modificatori de silan).

Lipsa datelor privind performanța pe termen lung: caracteristicile de fluaj ale armăturii BF în medii cu temperatură ridicată și umiditate ridicată (datele pe mai mult de 10 ani sunt încă imperfecte).

Uniformitatea sistemului standard: specificațiile de proiectare inginerească pentru materialele BF în diferite țări nu au fost încă pe deplin stabilite (China a publicat GB/T 38143-2019, dar detaliile aplicării urmează să fie rafinate).

• Direcția viitoare de cercetare

Compozite inteligente din fibre: senzori încorporați pentru monitorizarea stării structurale (de exemplu, deformare, autoconștientizarea fisurilor).

Tehnologie de preparare ecologică: reducerea temperaturii de topire și tragere (în prezent este necesară 1400-1500 ℃) și dezvoltarea unui proces cu emisii reduse de carbon.

Armare sinergică multi-scală: amestecare cu fibră de carbon și fibră de oțel pentru a construi compozite gradiente.

5. Rezumat

Aplicarea fibră de bazalt În ingineria civilă, tehnologia a trecut de la laborator la practică inginerească, iar atributele sale rentabile și ecologice corespund cererii de clădiri verzi, în cadrul obiectivului „dual-carbon”. În viitor, este necesar să se depășească optimizarea interfeței, verificarea durabilității pe termen lung și alte tehnologii cheie și, în același timp, să se promoveze îmbunătățirea specificațiilor de proiectare și a sinergiilor lanțului industrial, pentru a accelera aplicarea sa la scară largă în infrastructura la scară largă, ingineria marină, prevenirea cutremurelor și a dezastrelor și alte scenarii.