Raziskave bazaltnih vlaken v gradbeništvu
1. Glavna navodila za uporabo
- Materiali za ojačitev betona
Vlaknasti beton (BFRC): Bližnjica Bazaltna vlaknas (6–24 mm) se vmešajo v beton (količina mešanice 0,1–0,5 %), kar lahko znatno izboljša odpornost proti razpokam (zmanjša širino razpok za 30–50 %), odpornost na udarce (poveča se za 2–3-krat) in vzdržljivost (odpornost na cikle zmrzovanja in odmrzovanja se poveča za 40 %).
Zamenjava jeklene armature: V korozivnih okoljih (npr. ladijsko inženirstvo) se uporabljajo armaturne palice iz bazaltnih vlaken (BFRP palice) lahko nadomesti jekleno ojačitev, da se preprečijo težave s korozijo. Na primer, uporaba bfrp Ojačitev stebrov mostu čez morje v Qingdau naj bi podaljšala njegovo življenjsko dobo na več kot 100 let.
- Strukturna ojačitev in popravilo
Ojačitev z vlakneno tkanino/mrežo: Na površino nosilcev in stebrov se nalepi bazaltna vlaknena tkanina (natezna trdnost ≥2000 MPa), kar lahko poveča nosilnost za 20–30 %. Na primer, po ojačitvi starega mostu v Sečuanu s tkanino BF se nosilnost nadgradi z razreda Highway-II na razred I.
Potresna ojačitev: vlaknasto ojačani kompoziti (BFRP) oviti betonski stebri, ki lahko izboljšajo duktilnost in porabo energije ter so primerni za stavbe na potresno ogroženih območjih.
- Nove kompozitne strukture
Sendvič plošče iz bazaltnih vlaken in polimerov: uporabljajo se za lahke strehe in predelne stene, z visoko trdnostjo in toplotno izolacijo (toplotna prevodnost ≤ 0,05 W/mK).
Gradbeni materiali za 3D-tiskanje: bazaltna vlakna-armirani cementni materiali lahko uresničijo kompleksno strukturno tiskanje in zmanjšajo gradbene odpadke.
2. Tehnične prednosti in osnovni podatki
| Kazalniki uspešnosti | Bazaltna vlakna | Primerjalni material (steklena vlakna) |
| Natezna trdnost | 3000–4800 MPa | 2000–3500 MPa |
| Odpornost na alkalije (pH=13) | Ohranjanje trdnosti ≥90% | Steklena vlakna: ohranitev trdnosti ≤ 50 % |
| Okoljske prednosti: poraba energije pri proizvodnji je le 30 % steklenih vlaken in jih je mogoče 100 % reciklirati. | ||
3. Napredek raziskav in tipični primeri
- Domače raziskave
Univerza Tsinghua: razvila modificiran beton iz kompozita bazaltnih vlaken in nano-silicijevega dioksida s 25-odstotnim povečanjem tlačne trdnosti in 60-odstotnim zmanjšanjem prepustnosti kloridnih ionov.
Univerza Jugovzhodne Anglije: predlagana tehnologija armiranobetonskih nosilcev z laminatom BF/epoksi smole, življenjska doba se je podaljšala za več kot 3-krat.
- Mednarodna prijava
Japonska: Po potresu v Hanshinu je visoka stolpnica v Osaki uporabila strižno steno, ojačano z mrežo BF, in potresna odpornost se je izboljšala za 40 %.
Evropa: V Benetkah v Italiji so v zapornicah za nadzor poplav uporabili armirani beton BF, ki ima življenjsko dobo 50 let in je odporen proti eroziji zaradi morske vode.
- Inženirski primeri
Kitajska - most Hong Kong-Zhuhai-Macao: Bazaltna vlakna V protikorozijski plasti nekaterih stebrov se uporablja kompozitni material, kar zmanjša stroške vzdrževanja za 30 %.
ZDA - hitri tranzit v območju zaliva San Francisco (BART): Tkanina BF se uporablja za ojačitev obloge predorov, odpornost proti deformacijam pa se poveča za 25 %.
4. Izzivi in prihodnje smeri
- Obstoječe težave
Nezadostna zmogljivost medfaznega lepljenja: vmesnik med vlakni in betonom/smolo je nagnjen k luščenju, zato je treba razviti nova vezivna sredstva (npr. modifikatorje silana).
Pomanjkanje podatkov o dolgoročni učinkovitosti: značilnosti lezenja armature BF pri visokih temperaturah in visoki vlažnosti (podatki za več kot 10 let so še vedno nepopolni).
Enotnost standardnega sistema: specifikacije inženirskega načrtovanja za materiale BF v različnih državah še niso v celoti določene (Kitajska je izdala GB/T 38143-2019, vendar je treba podrobnosti uporabe še izpopolniti).
- Prihodnja raziskovalna smer
Inteligentni vlaknasti kompoziti: vgrajeni senzorji za spremljanje strukturnega zdravja (npr. deformacije, samozavedanje razpok).
Zelena tehnologija priprave: znižanje temperature taljenja in vlečenja (trenutno je potrebnih 1400–1500 ℃) ter razvoj nizkoogljičnega postopka.
Večstopenjska sinergistična ojačitev: mešanje z ogljikovimi vlakni in jeklenimi vlakni za izdelavo gradientnih kompozitov.
5. Povzetek
Uporaba bazaltna vlakna V gradbeništvu se je tehnologija preselila iz laboratorija v inženirsko prakso, njene stroškovno učinkovite in okolju prijazne lastnosti pa ustrezajo povpraševanju po zelenih stavbah v okviru cilja "dvojnega ogljika". V prihodnosti bo treba prebiti optimizacijo vmesnikov, preverjanje dolgoročne trajnosti in druge ključne tehnologije ter hkrati spodbujati izboljšanje projektnih specifikacij in sinergij industrijskih verig, da bi pospešili njeno obsežno uporabo v obsežni infrastrukturi, pomorskem inženirstvu, preprečevanju potresov in nesreč ter drugih scenarijih.
