การวิจัยเส้นใยบะซอลต์ในการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมโยธา

1.ทิศทางการใช้งานหลัก

• วัสดุเสริมคอนกรีต

ไฟเบอร์คอนกรีต (BFRC): ทางลัด เส้นใยบะซอลต์s (6-24 มม.) จะถูกผสมลงในคอนกรีต (ปริมาณการผสม 0.1%-0.5%) ซึ่งสามารถปรับปรุงความต้านทานการแตกร้าวได้อย่างมีนัยสำคัญ (ลดความกว้างของรอยแตกร้าวลง 30%-50%) ความต้านทานต่อแรงกระแทก (เพิ่มขึ้น 2-3 เท่า) และความทนทาน (ความต้านทานต่อการแข็งตัวและละลายเพิ่มขึ้น 40%)

การเปลี่ยนเหล็กเสริม: ในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน (เช่น วิศวกรรมทางทะเล) เหล็กเสริมเส้นใยบะซอลต์ (บาร์ BFRP) สามารถใช้แทนเหล็กเสริมเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการกัดกร่อนได้ เช่น การใช้ บีเอฟอาร์พี การเสริมความแข็งแรงเสาสะพานข้ามทะเลในเมืองชิงเต่าคาดว่าจะช่วยยืดอายุการใช้งานได้มากกว่า 100 ปี

• การเสริมกำลังและซ่อมแซมโครงสร้าง

การเสริมแรงด้วยผ้าใยหิน/ตาข่าย: ผ้าใยหินบะซอลต์ (แรงดึง ≥2000MPa) จะถูกนำไปติดบนพื้นผิวของคานและเสา ซึ่งสามารถเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักได้ 20%-30% ตัวอย่างเช่น หลังจากเสริมความแข็งแรงด้วยผ้าใยหินบะซอลต์ (BF) บนสะพานเก่าในเสฉวน ระดับการรับน้ำหนักจะได้รับการยกระดับจาก Highway-II เป็น Class I

การเสริมแรงแผ่นดินไหว: วัสดุผสมเสริมเส้นใย (บีเอฟอาร์พี) เสาคอนกรีตหุ้ม ซึ่งสามารถเพิ่มความเหนียวและความสามารถในการใช้พลังงาน เหมาะกับอาคารในพื้นที่เสี่ยงแผ่นดินไหว

• โครงสร้างคอมโพสิตใหม่

แผงแซนด์วิชไฟเบอร์โพลีเมอร์บะซอลต์ ใช้สำหรับหลังคาและผนังกั้นน้ำหนักเบา มีทั้งความแข็งแรงสูงและฉนวนกันความร้อน (ค่าการนำความร้อน ≤ 0.05 W/mK)

วัสดุก่อสร้างการพิมพ์ 3 มิติ: เส้นใยบะซอลต์วัสดุซีเมนต์เสริมแรงสามารถพิมพ์โครงสร้างที่ซับซ้อนได้และลดขยะจากการก่อสร้าง

2.ข้อได้เปรียบทางเทคนิคและข้อมูลหลัก

3. ความก้าวหน้าในการวิจัยและกรณีศึกษาทั่วไป

• การวิจัยภายในประเทศ

มหาวิทยาลัยชิงหัว: พัฒนาคอนกรีตดัดแปลงคอมโพสิตไฟเบอร์บะซอลต์-นาโน-ซิลิกาที่มีความแข็งแรงอัดเพิ่มขึ้น 25% และลดการซึมผ่านของไอออนคลอไรด์ได้ 60%

มหาวิทยาลัยเซาท์อีสต์: เสนอเทคโนโลยีคานคอนกรีตเสริมเหล็กลามิเนตเรซินอีพอกซี BF/อายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า 3 เท่า

• การสมัครระดับนานาชาติ

ประเทศญี่ปุ่น: หลังจากเกิดแผ่นดินไหวที่ฮันชิน อาคารสูงในโอซากะได้นำผนังรับแรงเฉือนที่เสริมด้วยตาข่าย BF มาใช้ และสามารถต้านทานแผ่นดินไหวได้ดีขึ้นถึง 40%

ยุโรป: คอนกรีตเสริม BF ถูกนำมาใช้ในประตูควบคุมน้ำท่วมในเมืองเวนิส ประเทศอิตาลี ซึ่งมีอายุการใช้งาน 50 ปี ป้องกันการกัดเซาะของน้ำทะเล

• กรณีศึกษาทางวิศวกรรม

สะพานจีน-ฮ่องกง-จูไห่-มาเก๊า: เส้นใยบะซอลต์ วัสดุคอมโพสิตใช้ในชั้นป้องกันการกัดกร่อนของท่าเทียบเรือบางส่วน ช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาได้ 30%

สหรัฐอเมริกา - ระบบขนส่งมวลชนด่วนบริเวณอ่าวซานฟรานซิสโก (BART): ผ้า BF ใช้ในการเสริมความแข็งแรงผนังอุโมงค์ และเพิ่มความต้านทานการเสียรูปได้ 25%

4.ความท้าทายและทิศทางในอนาคต

• ปัญหาที่มีอยู่

ประสิทธิภาพการยึดติดระหว่างอินเทอร์เฟซไม่เพียงพอ: อินเทอร์เฟซระหว่างไฟเบอร์และคอนกรีต/เรซินมีแนวโน้มที่จะหลุดออก จำเป็นต้องพัฒนาตัวแทนการเชื่อมต่อใหม่ (เช่น ตัวปรับเปลี่ยนไซเลน)

ขาดข้อมูลประสิทธิภาพในระยะยาว: ลักษณะการไหลตัวของการเสริมแรง BF ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความชื้นสูง (ข้อมูลมากกว่า 10 ปียังไม่สมบูรณ์)

ความสม่ำเสมอของระบบมาตรฐาน: ข้อกำหนดการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับวัสดุ BF ในประเทศต่างๆ ยังไม่ได้รับการกำหนดอย่างสมบูรณ์ (จีนได้เผยแพร่ GB/T 38143-2019 แล้ว แต่รายละเอียดการใช้งานยังต้องได้รับการปรับปรุง)

• ทิศทางการวิจัยในอนาคต

คอมโพสิตไฟเบอร์อัจฉริยะ: เซ็นเซอร์ฝังตัวเพื่อตรวจสอบสุขภาพโครงสร้าง (เช่น ความเครียด การรับรู้ตนเองของรอยแตกร้าว)

เทคโนโลยีการเตรียมสีเขียว: ลดอุณหภูมิการหลอมและการดึง (ปัจจุบันต้องใช้ 1,400-1,500℃) และพัฒนากระบวนการคาร์บอนต่ำ

การเสริมแรงแบบหลายมาตราส่วน: การผสมผสานกับเส้นใยคาร์บอนและเส้นใยเหล็กเพื่อสร้างคอมโพสิตแบบไล่ระดับ

5.สรุป

การประยุกต์ใช้งาน เส้นใยบะซอลต์ วิศวกรรมโยธาได้เปลี่ยนจากห้องปฏิบัติการไปสู่ภาคปฏิบัติทางวิศวกรรม และคุณสมบัติที่คุ้มค่าและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของวัสดุนี้สอดคล้องกับความต้องการอาคารสีเขียวภายใต้เป้าหมาย “คาร์บอนคู่” ในอนาคต จำเป็นต้องพัฒนาเทคโนโลยีสำคัญอื่นๆ เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพอินเทอร์เฟซ การตรวจสอบความทนทานในระยะยาว และเทคโนโลยีอื่นๆ ควบคู่ไปกับการส่งเสริมการพัฒนาข้อกำหนดการออกแบบและการทำงานร่วมกันของห่วงโซ่อุตสาหกรรม เพื่อเร่งการประยุกต์ใช้วัสดุนี้ในวงกว้างในโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ วิศวกรรมทางทะเล การป้องกันแผ่นดินไหวและภัยพิบัติ และสถานการณ์อื่นๆ