İnşaat mühendisliği uygulamalarında bazalt lifleri üzerine araştırmalar

1. Başlıca uygulama yönleri

• Betonarme takviye malzemeleri

Elyaf Takviyeli Beton (BFRC): Kısayol Bazalt Elyafı(6-24 mm) boyutlarındaki tanecikler betona karıştırıldığında (%0,1-%0,5 oranında), çatlak direncini (çatlak genişliğini %30-%50 oranında azaltır), darbe direncini (2-3 kat artırır) ve dayanıklılığı (donma-çözülme döngüsüne karşı direnci %40 artırır) önemli ölçüde artırabilir.

Çelik donatının değiştirilmesi: Aşındırıcı ortamlarda (örneğin denizcilik mühendisliğinde), bazalt lifli donatı çubukları (BFRP çubuklarıKorozyon sorunlarını önlemek için çelik donatının yerine kullanılabilir. Örneğin, kullanımı bfrp Çin'in Çin şehrindeki bir deniz köprüsünün ayaklarındaki güçlendirme çalışmaları, köprünün ömrünü 100 yıldan fazla uzatmayı sağlayacak.

• Yapısal güçlendirme ve onarım

Elyaf Kumaş/Örgü Takviyesi: Bazalt elyaf kumaş (çekme dayanımı ≥2000MPa), kiriş ve kolonların yüzeyine yapıştırılarak yük taşıma kapasitesini %20-30 oranında artırabilir. Örneğin, Siçuan'daki eski bir köprü BF kumaşla takviye edildikten sonra, yük taşıma kapasitesi Karayolu-II'den Sınıf I'e yükseltilmiştir.

Sismik güçlendirme: lif takviyeli kompozitler (BFRPBetonarme kolonlar, sünekliği ve enerji tüketim kapasitesini artırabilen ve deprem riski yüksek bölgelerdeki binalar için uygun olan bir malzemedir.

• Yeni kompozit yapılar

Bazalt lif-polimer sandviç paneller: Hem yüksek mukavemete hem de ısı yalıtımına (ısı iletkenliği ≤ 0,05 W/mK) sahip, hafif çatılar ve bölme duvarları için kullanılır.

3D yazıcıyla üretilen yapı malzemeleri: bazalt lifi- Takviyeli çimento esaslı malzemeler, karmaşık yapıların basımını mümkün kılar ve inşaat atıklarını azaltır.

2. Teknik Avantajlar ve Temel Veriler

3. Araştırma Gelişmeleri ve Tipik Örnekler

• Yurtiçi araştırma

Tsinghua Üniversitesi: %25 basınç dayanımı artışı ve %60 klorür iyonu geçirgenliği azalması sağlayan bazalt lifi-nano-silika kompozit modifiye beton geliştirdi.

Güneydoğu Üniversitesi: BF/epoksi reçine laminat takviyeli betonarme kiriş teknolojisi önerisiyle, yorulma ömrü 3 kattan fazla uzatıldı.

• Uluslararası başvuru

Japonya: Hanshin depreminin ardından Osaka'daki yüksek bir binada BF ağ takviyeli perde duvar sistemi kullanıldı ve depreme dayanıklılık performansı %40 oranında iyileştirildi.

Avrupa: İtalya'nın Venedik kentindeki sel kontrol kapılarında, deniz suyu erozyonuna karşı 50 yıl ömürlü BF takviyeli beton kullanılmıştır.

• Mühendislik Vakaları

Çin - Hong Kong-Zhuhai-Makao Köprüsü: Bazalt lifi Bazı iskelelerin korozyon önleyici katmanında kompozit malzeme kullanılması, bakım maliyetini %30 oranında azaltmaktadır.

ABD - San Francisco Körfez Bölgesi Hızlı Transit Sistemi (BART): Tünel kaplama takviyesinde BF kumaşı kullanılıyor ve deformasyon direnci %25 artırılıyor.

4. Zorluklar ve Gelecek Yönelimler

• Mevcut sorunlar

Yetersiz arayüzey bağlama performansı: Elyaf ile beton/reçine arasındaki arayüzey soyulmaya eğilimlidir, yeni bağlayıcı maddelerin (örneğin, silan modifiye ediciler) geliştirilmesi gerekmektedir.

Uzun vadeli performans verilerinin eksikliği: yüksek sıcaklık ve yüksek nem ortamında BF donatısının sürünme özellikleri (10 yıldan fazla süredir elde edilen veriler hala eksik).

Standart sistemin tekdüzeliği: Çeşitli ülkelerde yüksek fırın malzemeleri için mühendislik tasarım spesifikasyonları henüz tam olarak oluşturulmamıştır (Çin, GB/T 38143-2019 standardını yayınlamıştır, ancak uygulama detayları henüz iyileştirilmemiştir).

• Gelecekteki araştırma yönü

Akıllı fiber kompozitler: Yapısal sağlık izleme (örneğin, gerilim, çatlak algılama) için gömülü sensörler.

Yeşil hazırlama teknolojisi: Eritme ve çekme sıcaklığını düşürmek (şu anda 1400-1500℃ gerekiyor) ve düşük karbonlu bir süreç geliştirmek.

Çok ölçekli sinerjik takviye: kademeli kompozitler oluşturmak için karbon fiber ve çelik fiberin karıştırılması.

5.Özet

Uygulama bazalt lifi İnşaat mühendisliğinde laboratuvardan mühendislik pratiğine geçiş yapan bu teknoloji, maliyet etkinliği ve çevre dostu özellikleriyle “çift karbon” hedefi doğrultusunda yeşil binalara olan talebi karşılamaktadır. Gelecekte, arayüz optimizasyonu, uzun vadeli dayanıklılık doğrulaması ve diğer kilit teknolojilerde atılım yapılması ve aynı zamanda tasarım özelliklerinin ve endüstriyel zincir sinerjilerinin geliştirilmesi gerekmektedir; böylece büyük ölçekli altyapı, deniz mühendisliği, deprem ve afet önleme gibi alanlarda yaygın uygulaması hızlandırılabilir.