Исследования базальтовых волокон в применении в гражданском строительстве.

1. Основные направления применения

• Армирующие материалы для бетона

Фибробетон (BFRC): упрощенный подход Базальтовое волокноВ бетон добавляют частицы (6-24 мм) (количество добавки 0,1%-0,5%), что позволяет значительно улучшить трещиностойкость (уменьшить ширину трещин на 30%-50%), ударопрочность (увеличить в 2-3 раза) и долговечность (устойчивость к циклам замораживания-оттаивания повысить на 40%).

Замена стальной арматуры: в агрессивных средах (например, в судостроении) используются арматурные стержни из базальтового волокна (Стержни из BFRP) может заменить стальную арматуру, чтобы избежать проблем с коррозией. Например, использование бфрп Ожидается, что усиление опор морского моста в Циндао продлит срок его службы более чем на 100 лет.

• Укрепление и ремонт конструкций

Армирование базальтовым волокном/сеткой: базальтовое волокно (предел прочности на растяжение ≥2000 МПа) наносится на поверхность балок и колонн, что может увеличить несущую способность на 20–30%. Например, после армирования старого моста в провинции Сычуань базальтовым волокном его несущая способность повысилась с класса II до класса I.

Сейсмическое усиление: армированные волокнами композиты (БФРПОбмотанные бетонные колонны, которые могут повысить пластичность и энергоемкость, подходят для зданий в сейсмоопасных районах.

• Новые композитные конструкции

Сэндвич-панели из базальтового волокна и полимера: используются для легких кровельных конструкций и перегородок, обладают высокой прочностью и теплоизоляционными свойствами (теплопроводность ≤ 0,05 Вт/мК).

3D-печать строительных материалов: базальтовое волокно—Армированные цементные материалы позволяют осуществлять печать сложных конструкций и сокращать количество строительных отходов.

2. Технические преимущества и основные данные

3. Ход исследований и типичные случаи.

• Отечественные исследования

Университет Цинхуа разработал модифицированный бетон на основе композита из базальтового волокна и нанокремнезема, обеспечивающий увеличение прочности на сжатие на 25% и снижение проницаемости для хлорид-ионов на 60%.

Юго-восточный университет: предложена технология железобетонных балок, армированных ламинатом из BF/эпоксидной смолы, что позволило увеличить срок службы при усталостных нагрузках более чем в 3 раза.

• Международное приложение

Япония: После землетрясения в Хансине в высотном здании в Осаке были использованы несущие стены, армированные сеткой BF, что позволило улучшить сейсмостойкость на 40%.

Европа: Железобетон, усиленный биоразлагаемым железобетоном, был использован в шлюзах для защиты от наводнений в Венеции, Италия, и имеет срок службы 50 лет, что обеспечивает защиту от эрозии морской водой.

• Инженерные кейсы

Китай — мост Гонконг-Чжухай-Макао: Базальтовое волокно Композитный материал используется в антикоррозионном слое некоторых опор, что позволяет снизить затраты на техническое обслуживание на 30%.

США - Система скоростного общественного транспорта залива Сан-Франциско (BART): Ткань BF используется для усиления облицовки тоннеля, что повышает сопротивление деформации на 25%.

4. Вызовы и перспективы развития

• Существующие проблемы

Недостаточная прочность сцепления на границе раздела: поверхность раздела между волокном и бетоном/смолой склонна к отслаиванию, необходимо разработать новые связующие агенты (например, силановые модификаторы).

Отсутствие данных о долговременной эксплуатации: характеристики ползучести арматуры BF в условиях высоких температур и высокой влажности (данные за более чем 10 лет все еще неполны).

Единообразие системы стандартов: технические спецификации для материалов BF в разных странах еще не полностью установлены (Китай выпустил GB/T 38143-2019, но детали применения еще предстоит уточнить).

• Направления дальнейших исследований

Интеллектуальные волоконные композиты: встроенные датчики для мониторинга состояния конструкции (например, деформация, самодиагностика трещин).

Экологически чистая технология получения: снижение температуры плавления и вытяжки (в настоящее время требуется 1400-1500℃) и разработка низкоуглеродного процесса.

Многомасштабное синергетическое армирование: смешивание с углеродным и стальным волокном для создания градиентных композитов.

5. Резюме

Применение базальтовое волокно В гражданском строительстве технология перешла из лаборатории в практическую эксплуатацию, а ее экономичность и экологичность соответствуют требованиям к «зеленым» зданиям в рамках цели «двойного выброса углерода». В будущем необходимо прорыв в оптимизации интерфейсов, проверке долгосрочной долговечности и других ключевых технологиях, а также одновременно способствовать совершенствованию проектных спецификаций и синергии производственной цепочки, чтобы ускорить ее широкомасштабное применение в крупномасштабной инфраструктуре, морском строительстве, сейсмо- и стихийных бедствиях и других областях.