Истраживање базалтних влакана у грађевинским инжењерствима
1. Главна упутства за примену
- Материјали за армирање бетона
Влакнасти бетон (BFRC): Пречица Базалтна влакнас (6-24 мм) се мешају у бетон (количина мешавине 0,1%-0,5%), што може значајно побољшати отпорност на пуцање (смањити ширину пукотине за 30%-50%), отпорност на ударце (повећати се 2-3 пута) и издржљивост (отпорност на циклусе смрзавања и одмрзавања повећана је за 40%).
Замена челичне арматуре: У корозивним срединама (нпр. поморска техника), арматуре од базалтних влакана (БФРП шипке) може заменити челичну арматуру како би се избегли проблеми са корозијом. На пример, употреба бфрп Очекује се да ће арматура у стубовима прекоморског моста у Ћингдаоу продужити његов век трајања на више од 100 година.
- Структурно ојачање и поправка
Арматура од влакнасте тканине/мреже: Базалтна влакнаста тканина (затезна чврстоћа ≥2000MPa) се лепи на површину греда и стубова, што може повећати носивост за 20%-30%. На пример, након што је стари мост у Сечуану ојачан BF тканином, индекс носивости је надограђен са Аутопута-II на Класу I.
Сеизмичко ојачање: композити ојачани влакнима (БФРП) омотане бетонске стубове, што може побољшати дуктилност и капацитет потрошње енергије, и погодно је за зграде у подручјима склоним земљотресима.
- Нове композитне структуре
Сендвич панели од базалтних влакана и полимера: користе се за лагане кровове и преградне зидове, са високом чврстоћом и топлотном изолацијом (топлотна проводљивост ≤ 0,05 W/mK).
3Д штампање грађевинског материјала: базалтна влакна-армирани цементни материјали могу остварити штампање сложених структура и смањити грађевински отпад.
2. Техничке предности и основни подаци
| Индикатори учинка | Базалтна влакна | Материјал за поређење (стаклена влакна) |
| Затезна чврстоћа | 3000-4800 МПа | 2000-3500 МПа |
| Отпорност на алкалије (pH=13) | Задржавање чврстоће ≥90% | Стаклена влакна: задржавање чврстоће ≤ 50% |
| Еколошке предности: потрошња енергије у производњи је само 30% од потрошње стаклених влакана и може се 100% рециклирати. | ||
3. Напредак истраживања и типични случајеви
- Домаћа истраживања
Универзитет Цингхуа: развио је модификовани бетон од базалтних влакана и нано-силицијум диоксида са повећањем чврстоће на притисак од 25% и смањењем пропустљивости хлоридних јона од 60%.
Југоисточни универзитет: предложена технологија армиранобетонских греда армираних BF/епоксидним ламинатима, век трајања на замор продужен за више од 3 пута.
- Међународна пријава
Јапан: Након земљотреса у Ханшину, једна висока зграда у Осаки усвојила је зидове ојачане BF мрежом, а сеизмичке перформансе су побољшане за 40%.
Европа: Армирани бетон BF је коришћен у капијама за контролу поплава у Венецији, у Италији, са веком трајања од 50 година отпорним на ерозију морском водом.
- Инжењерски случајеви
Кина - мост Хонг Конг-Џухај-Макао: Базалтна влакна Композитни материјал се користи у антикорозивном слоју неких стубова, смањујући трошкове одржавања за 30%.
САД - брзи транзит у области залива Сан Франциска (BART): BF тканина се користи у арматури облоге тунела, а отпорност на деформацију је повећана за 25%.
4. Изазови и будући правци
- Постојећи проблеми
Недовољне перформансе међуповршинског везивања: спој између влакана и бетона/смоле је склон љуштењу, потребно је развити нове агенсе за везивање (нпр. модификаторе силана).
Недостатак података о дугорочним перформансама: карактеристике пузања BF арматуре у условима високе температуре и високе влажности (податаци из периода дужег од 10 година су још увек непотпуни).
Јединственост стандардног система: спецификације инжењерског пројектовања за BF материјале у различитим земљама још увек нису у потпуности утврђене (Кина је објавила GB/T 38143-2019, али детаљи примене треба да се усаврше).
- Будући правац истраживања
Интелигентни влакнасти композити: уграђени сензори за праћење здравља структуре (нпр. напрезање, самосвест о пукотинама).
Зелена технологија припреме: смањити температуру топљења и цртања (тренутно је потребно 1400-1500 ℃) и развити процес са ниским садржајем угљеника.
Вишеразмерно синергијско ојачање: мешање са угљеничним влакнима и челичним влакнима за изградњу градијентних композита.
5. Резиме
Примена базалтна влакна у грађевинарству се преместило из лабораторије у инжењерску праксу, а његове исплативе и еколошки прихватљиве особине одговарају потражњи за зеленим зградама у оквиру циља „двоструког угљеника“. У будућности је неопходно пробити се кроз оптимизацију интерфејса, верификацију дугорочне издржљивости и друге кључне технологије, а истовремено промовисати побољшање спецификација дизајна и синергије индустријског ланца, како би се убрзала његова примена великих размера у великој инфраструктури, поморском инжењерству, спречавању земљотреса и катастрофа и другим сценаријима.
