Výskum čadičových vlákien v aplikáciách v stavebníctve

1. Hlavné pokyny na aplikáciu

• Materiály na výstuž betónu

Vláknobetón (BFRC): Skratka Čadičové vláknos (6-24 mm) sa primiešavajú do betónu (množstvo zmesi 0,1% - 0,5%), čo môže výrazne zlepšiť odolnosť voči trhlinám (zníženie šírky trhlín o 30% - 50%), odolnosť voči nárazu (zvýšenie 2-3-krát) a trvanlivosť (odolnosť voči cyklickým zmrazovaniam a rozmrazovania sa zvýšila o 40%).

Výmena oceľovej výstuže: V korozívnom prostredí (napr. lodné inžinierstvo) sa používajú výstužné tyče z čadičových vlákien (BFRP tyče) môže nahradiť oceľovú výstuž, aby sa predišlo problémom s koróziou. Napríklad použitie bfrp Očakáva sa, že výstuž pilierov mosta cez more v Čching-tao predĺži jeho životnosť na viac ako 100 rokov.

• Štrukturálna výstuž a oprava

Výstuž z vláknitej tkaniny/sieťoviny: Na povrch nosníkov a stĺpov sa nalepí čadičová vláknitá tkanina (pevnosť v ťahu ≥2000 MPa), čo môže zvýšiť nosnosť o 20 % – 30 %. Napríklad po vystužení starého mosta v S’-čchuane tkaninou BF sa jeho nosnosť zvýši z triedy Diaľnica II na triedu I.

Seizmická výstuž: kompozity vystužené vláknami (BFRP) obalené betónové stĺpy, ktoré môžu zvýšiť ťažnosť a spotrebu energie a sú vhodné pre budovy v oblastiach náchylných na zemetrasenie.

• Nové kompozitné štruktúry

Sendvičové panely z čadičových vláknitých polymérov: používajú sa na ľahké strechy a priečky, s vysokou pevnosťou a tepelnou izoláciou (tepelná vodivosť ≤ 0,05 W/mK).

Stavebné materiály vyrobené 3D tlačou: čadičové vlákno-vystužené cementové materiály dokážu realizovať tlač zložitých štruktúr a znížiť stavebný odpad.

2. Technické výhody a základné údaje

3. Pokrok vo výskume a typické prípady

• Domáci výskum

Univerzita Tsinghua: vyvinula modifikovaný betón z čadičových vlákien, nano-oxidu kremičitého s 25 % zvýšením pevnosti v tlaku a 60 % znížením priepustnosti chloridových iónov.

Juhovýchodná univerzita: navrhnutá technológia železobetónových nosníkov z BF/epoxidovej živice, únavová životnosť predĺžená viac ako 3-krát.

• Medzinárodná prihláška

Japonsko: Po zemetrasení v Hanshine prijala výšková budova v Osake šmykovú stenu vystuženú sieťovinou BF a seizmické vlastnosti sa zlepšili o 40 %.

Európa: Železobetón BF bol použitý v protipovodňových bránach v Benátkach v Taliansku s životnosťou 50 rokov proti erózii morskou vodou.

• Inžinierske prípady

Čína – most Hongkong-Ču-chaj-Macao: Čadičové vlákno V antikoróznej vrstve niektorých pilierov sa používa kompozitný materiál, čo znižuje náklady na údržbu o 30 %.

USA – Rýchla preprava v oblasti Sanfranciského zálivu (BART): Tkanina BF sa používa na vystuženie obloženia tunelov a odolnosť voči deformácii sa zvyšuje o 25 %.

4. Výzvy a budúce smerovanie

• Existujúce problémy

Nedostatočná medzifázová väzba: rozhranie medzi vláknom a betónom/živicou je náchylné na odlupovanie, je potrebné vyvinúť nové spojovacie činidlá (napr. modifikátory silánu).

Nedostatok údajov o dlhodobom výkone: charakteristiky tečenia výstuže BF v prostredí s vysokou teplotou a vysokou vlhkosťou (údaje za viac ako 10 rokov sú stále nedokonalé).

Jednotnosť štandardného systému: technické špecifikácie pre materiály BF v rôznych krajinách ešte neboli úplne stanovené (Čína vydala normu GB/T 38143-2019, ale podrobnosti o aplikácii je potrebné spresniť).

• Budúci smer výskumu

Inteligentné vláknité kompozity: zabudované senzory na monitorovanie stavu konštrukcie (napr. deformácia, samouvedomenie si trhlín).

Zelená technológia prípravy: zníženie teploty topenia a ťahania (v súčasnosti je potrebných 1400 – 1500 ℃) a vývoj nízkouhlíkového procesu.

Viacúrovňová synergická výstuž: miešanie s uhlíkovými a oceľovými vláknami na vytvorenie gradientných kompozitov.

5. Zhrnutie

Aplikácia čadičové vlákno v stavebníctve sa presunulo z laboratória do inžinierskej praxe a jeho nákladovo efektívne a ekologické vlastnosti zodpovedajú dopytu po zelených budovách v rámci cieľa „dvojitého uhlíka“. V budúcnosti je potrebné prelomiť optimalizáciu rozhrania, overovanie dlhodobej životnosti a ďalšie kľúčové technológie a zároveň podporovať zlepšenie konštrukčných špecifikácií a synergií priemyselných reťazcov s cieľom urýchliť jeho rozsiahle uplatnenie vo rozsiahlej infraštruktúre, námornom inžinierstve, prevencii zemetrasení a katastrof a iných scenároch.