Pananaliksik sa mga basalt fibers sa mga aplikasyon ng civil engineering
1. Pangunahing mga direksyon sa aplikasyon
- Mga materyales na nagpapatibay ng kongkreto
Fiber Concrete (BFRC): Short-cut Basalt Fibers (6-24mm) ay hinahalo sa kongkreto (halos halaga 0.1%-0.5%), na maaaring makabuluhang mapabuti ang crack resistance (bawasan ang lapad ng crack ng 30%-50%), impact resistance (pagtaas ng 2-3 beses), at tibay (freeze-thaw cycling resistance nadagdagan ng 40%).
Pagpapalit ng steel reinforcement: Sa mga kinakaing unti-unting kapaligiran (hal. marine engineering), basalt fiber reinforcing bars (Mga bar ng BFRP) ay maaaring palitan ang steel reinforcement upang maiwasan ang mga problema sa kaagnasan. Halimbawa, ang paggamit ng bfrp ang reinforcement sa mga pier ng isang cross-sea bridge sa Qingdao ay inaasahang magpapahaba ng buhay nito sa higit sa 100 taon.
- Structural reinforcement at repair
Fiber Cloth/Mesh Reinforcement: Ang basalt fiber cloth (tensile strength ≥2000MPa) ay idinidikit sa ibabaw ng mga beam at column, na maaaring tumaas ang load carrying capacity ng 20%-30%. Halimbawa, pagkatapos na palakasin ang isang lumang tulay sa Sichuan gamit ang telang BF, ang rating ng pagkarga ay na-upgrade mula Highway-II hanggang Class I.
Seismic reinforcement: fiber-reinforced composites (BFRP) mga nakabalot na kongkretong mga haligi, na maaaring mapahusay ang ductility at kapasidad sa pagkonsumo ng enerhiya, at angkop para sa mga gusali sa mga lugar na madaling lindol.
- Mga bagong composite structure
Basalt fiber-polymer sandwich panel: ginagamit para sa magaan na bubong at partition wall, na may parehong mataas na lakas at thermal insulation (thermal conductivity ≤ 0.05 W/mK).
3D printing building materials: basalt fiber-Reinforced cementitious materyales ay maaaring mapagtanto kumplikadong istraktura ng pag-print at mabawasan ang construction waste.
2. Teknikal na Kalamangan at Pangunahing Data
| Mga Tagapagpahiwatig ng Pagganap | Basalt fiber | Paghahambing ng materyal (glass fiber) |
| lakas ng makunat | 3000-4800 MPa | 2000-3500 MPa |
| Alkali resistance (pH=13) | Pagpapanatili ng lakas ≥90% | Glass fiber: pagpapanatili ng lakas ≤ 50% |
| Mga kalamangan sa kapaligiran: ang pagkonsumo ng enerhiya ng produksyon ay 30% lamang ng glass fiber, at maaaring 100% recycled. | ||
3. Pag-unlad ng Pananaliksik at Mga Karaniwang Kaso
- Panloob na pananaliksik
Tsinghua University: binuo basalt fiber-nano-silica composite modified concrete na may 25% compressive strength increase at 60% chloride ion permeability reduction.
Southeast University: iminungkahing BF/epoxy resin laminate reinforced reinforced concrete beam technology, ang buhay ng pagkapagod ay pinalawig ng higit sa 3 beses.
- Internasyonal na aplikasyon
Japan: Pagkatapos ng Hanshin earthquake, isang mataas na gusali sa Osaka ang nagpatibay ng BF mesh reinforced shear wall, at ang seismic performance ay napabuti ng 40%.
Europe: Ginamit ang BF reinforced concrete sa mga flood control gate sa Venice, Italy, na may habang-buhay na 50 taon laban sa pagguho ng tubig-dagat.
- Mga Kaso ng Engineering
China - Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge: Basalt fiber Ang pinagsama-samang materyal ay ginagamit sa anti-corrosion layer ng ilang mga pier, na binabawasan ang gastos sa pagpapanatili ng 30%.
USA - San Francisco Bay Area Rapid Transit (BART): BF fabric ay ginagamit sa tunnel lining reinforcement, at ang deformation resistance ay tumaas ng 25%.
4.Mga Hamon at Direksyon sa Hinaharap
- Mga kasalukuyang problema
Hindi sapat na pagganap ng pagbubuklod ng interface: ang interface sa pagitan ng hibla at kongkreto/resin ay madaling matanggal, kailangang bumuo ng mga bagong ahente ng pagkakabit (hal., silane modifier).
Kakulangan ng pangmatagalang data ng pagganap: mga creep na katangian ng BF reinforcement sa ilalim ng mataas na temperatura at mataas na kahalumigmigan na kapaligiran (higit sa 10 taon ng data ay hindi pa rin perpekto).
Pagkakapareho ng karaniwang sistema: ang mga detalye ng disenyo ng engineering para sa mga materyales ng BF sa iba't ibang bansa ay hindi pa ganap na naitatag (Inilabas ng China ang GB/T 38143-2019, ngunit ang mga detalye ng aplikasyon ay dapat pinuhin).
- Direksyon ng pananaliksik sa hinaharap
Intelligent fiber composites: naka-embed na mga sensor para makamit ang structural health monitoring (hal., strain, crack self-awareness).
Green paghahanda teknolohiya: bawasan ang temperatura ng pagkatunaw at pagguhit (kasalukuyang kailangan 1400-1500 ℃), at bumuo ng mababang-carbon na proseso.
Multi-scale synergistic reinforcement: paghahalo sa carbon fiber at steel fiber upang makabuo ng gradient composites.
5.Buod
Ang aplikasyon ng basalt fiber sa civil engineering ay lumipat mula sa laboratoryo patungo sa engineering practice, at ang cost-effective at environment friendly na mga katangian nito ay umaangkop sa pangangailangan para sa mga berdeng gusali sa ilalim ng layunin ng "dual-carbon". Sa hinaharap, kinakailangan na masira ang interface optimization, pangmatagalang pag-verify ng tibay at iba pang mga pangunahing teknolohiya, at kasabay nito ay isulong ang pagpapabuti ng mga pagtutukoy ng disenyo at mga industriyal na chain synergies, upang mapabilis ang malakihang aplikasyon nito sa malakihang imprastraktura, marine engineering, pag-iwas sa lindol at kalamidad at iba pang mga sitwasyon.
