Исследования базальтовых волокон в гражданском строительстве

1.Основные направления применения

• Материалы для армирования бетона

Фибробетон (BFRC): короткий путь Базальтовое волокноВ бетон добавляют фракции (6-24 мм) (количество ингредиентов 0,1%-0,5%), что позволяет значительно повысить трещиностойкость (уменьшить ширину трещин на 30%-50%), ударопрочность (увеличить в 2-3 раза) и долговечность (повысить стойкость к циклическому замораживанию-оттаиванию на 40%).

Замена стальной арматуры: В коррозионных средах (например, в морском строительстве) арматурные стержни из базальтового волокна (БПЛА-стержни) может заменить стальную арматуру, чтобы избежать проблем с коррозией. Например, использование bfrp Ожидается, что укрепление опор моста через море в Циндао продлит срок его службы более чем до 100 лет.

• Укрепление и ремонт конструкций

Армирование базальтовой тканью/сеткой: Армирование балок и колонн базальтовой тканью (прочность на разрыв ≥2000 МПа) позволяет увеличить несущую способность на 20–30%. Например, после армирования старого моста в Сычуани базальтовой тканью, грузоподъемность моста была повышена с класса «Шоссе II» до класса «I».

Сейсмическое армирование: армированные волокном композиты (БФРП) бетонные колонны, обернутые оболочкой, которые могут повысить пластичность и энергоемкость, а также подходят для зданий в сейсмоопасных районах.

• Новые композитные конструкции

Сэндвич-панели на основе базальтового волокна и полимера: применяются для облегченных кровель и перегородок, обладают высокой прочностью и теплоизоляцией (теплопроводность ≤ 0,05 Вт/мК).

3D-печатные строительные материалы: базальтовое волокно-армированные цементные материалы позволяют реализовать сложную структурную печать и сократить строительные отходы.

2.Технические преимущества и основные данные

3.Прогресс исследований и типичные случаи

• Внутренние исследования

Университет Цинхуа: разработал модифицированный бетон на основе базальтового волокна и нано-кремнеземного композита с повышением прочности на сжатие на 25% и снижением проницаемости хлорид-ионов на 60%.

Юго-Восточный университет: предложил технологию армирования железобетонных балок слоистым материалом BF/эпоксидной смолы, усталостная долговечность увеличена более чем в 3 раза.

• Международная заявка

Япония: После землетрясения в Хансине в высотном здании в Осаке была применена армированная сетка BF для стен жесткости, что позволило улучшить сейсмостойкость на 40%.

Европа: железобетон марки BF использовался при строительстве защитных ворот от наводнений в Венеции (Италия) со сроком службы 50 лет, устойчивым к эрозии под воздействием морской воды.

• Инженерные кейсы

Мост Китай — Гонконг — Чжухай — Макао: Базальтовое волокно В антикоррозийном слое некоторых опор используется композитный материал, что позволяет сократить расходы на обслуживание на 30%.

США - Система скоростного транспорта залива Сан-Франциско (BART): ткань BF используется для армирования обделки туннелей, а сопротивление деформации увеличивается на 25%.

4. Проблемы и будущие направления

• Существующие проблемы

Недостаточная эффективность сцепления на границе раздела: граница раздела между волокном и бетоном/смолой склонна к отслоению, необходимо разработать новые связующие агенты (например, модификаторы силана).

Отсутствие данных о долгосрочных эксплуатационных характеристиках: характеристики ползучести арматуры BF в условиях высоких температур и высокой влажности (данные за более чем 10 лет все еще несовершенны).

Единообразие системы стандартов: технические условия проектирования материалов BF в разных странах еще полностью не установлены (Китай выпустил GB/T 38143-2019, но детали применения еще будут уточнены).

• Будущее направление исследований

Интеллектуальные волокнистые композиты: встроенные датчики для мониторинга состояния конструкции (например, определение деформации, трещин).

Технология зеленой подготовки: снижение температуры плавления и волочения (в настоящее время требуется 1400-1500 ℃) и разработка низкоуглеродного процесса.

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

5.Резюме

Применение базальтовое волокно В гражданском строительстве технология перешла из лабораторных исследований в инженерную практику, а её экономическая эффективность и экологичность соответствуют требованиям к экологичным зданиям в рамках концепции «двойного углеродного следа». В будущем необходимо прорваться через оптимизацию интерфейсов, проверку долгосрочной прочности и другие ключевые технологии, одновременно способствуя совершенствованию проектных спецификаций и синергии производственных цепочек, чтобы ускорить её широкомасштабное применение в крупномасштабной инфраструктуре, морском строительстве, предотвращении землетрясений и стихийных бедствий и других сценариях.