Дослідження базальтових волокон у цивільному будівництві

1. Основні напрямки застосування

• Матеріали для армування бетону

Фібробетон (BFRC): Скорочений шлях Базальтове волокноs (6-24 мм) змішуються з бетоном (кількість суміші 0,1%-0,5%), що може значно покращити стійкість до тріщин (зменшити ширину тріщин на 30%-50%), ударостійкість (збільшити в 2-3 рази) та довговічність (стійкість до циклічного заморожування-відтавання збільшитися на 40%).

Заміна сталевої арматури: у корозійних середовищах (наприклад, у морському машинобудуванні) використовуються базальтово-волокнисті арматурні стрижні (BFRP-бруски) може замінити сталеву арматуру, щоб уникнути проблем з корозією. Наприклад, використання бфрп Очікується, що армування опор морського мосту в Циндао продовжить термін його служби до понад 100 років.

• Підсилення та ремонт конструкцій

Армування волокнистою тканиною/сіткою: базальтова волокниста тканина (міцність на розтяг ≥2000 МПа) наклеюється на поверхню балок і колон, що може збільшити несучу здатність на 20%-30%. Наприклад, після того, як старий міст у провінції Сичуань армовано тканиною BF, коефіцієнт навантаження підвищено з класу міцності II до класу I.

Сейсмостійке армування: композити, армовані волокном (БФРП) обмотані бетонні колони, що може підвищити пластичність та енергоємність, а також підходить для будівель у сейсмостійких районах.

• Нові композитні структури

Сендвіч-панелі з базальтового волокна та полімеру: використовуються для легких дахів та перегородок, мають високу міцність та теплоізоляцію (теплопровідність ≤ 0,05 Вт/мК).

Будівельні матеріали, надруковані на 3D-принтері: базальтове волокно-армовані цементні матеріали можуть реалізувати складний структурний друк та зменшити будівельні відходи.

2. Технічні переваги та основні дані

3. Прогрес дослідження та типові випадки

• Внутрішні дослідження

Університет Цінхуа: розробив модифікований бетон з базальтового волокна, нанокремнезему та композиту зі збільшенням міцності на стиск на 25% та зниженням проникності для іонів хлориду на 60%.

Південно-східний університет: запропонована технологія залізобетонних балок, закріплених ламінатом BF/епоксидної смоли, що збільшує термін служби до втоми більш ніж у 3 рази.

• Міжнародна заявка

Японія: Після землетрусу Хансін у висотній будівлі в Осаці було використано армовану сіткою BF стіну, що на 40% підвищило сейсмічні характеристики будівлі.

Європа: Залізобетон марки BF був використаний у воротах для боротьби з повенями у Венеції, Італія, зі терміном служби 50 років, стійким до ерозії морською водою.

• Інженерні кейси

Китай – міст Гонконг-Чжухай-Макао: Базальтове волокно У антикорозійному шарі деяких опор використовується композитний матеріал, що знижує витрати на обслуговування на 30%.

США – швидкісний транспорт у районі затоки Сан-Франциско (BART): тканина BF використовується для армування облицювання тунелів, а опір деформації збільшується на 25%.

4. Виклики та майбутні напрямки

• Існуючі проблеми

Недостатня ефективність міжфазного зчеплення: поверхня розділу між волокном та бетоном/смолою схильна до відшаровування, необхідно розробити нові зв'язуючі агенти (наприклад, модифікатори силану).

Відсутність даних про довгострокові характеристики експлуатаційних характеристик: характеристики повзучості арматури BF в умовах високої температури та високої вологості (дані за понад 10 років все ще недосконалі).

Єдність стандартної системи: інженерні проектні вимоги для матеріалів BF у різних країнах ще не повністю встановлені (Китай опублікував GB/T 38143-2019, але деталі застосування потребують уточнення).

• Майбутній напрямок досліджень

Інтелектуальні волокнисті композити: вбудовані датчики для моніторингу стану конструкції (наприклад, деформація, самосвідомість тріщин).

Зелена технологія підготовки: зниження температури плавлення та витяжки (наразі потрібно 1400-1500 ℃) та розробка низьковуглецевого процесу.

Багатомасштабне синергетичне армування: змішування з вуглецевим волокном та сталевим волокном для створення градієнтних композитів.

5. Підсумок

Застосування базальтове волокно Технологія цивільного будівництва перейшла з лабораторії в інженерну практику, а її економічно ефективні та екологічно чисті характеристики відповідають попиту на зелені будівлі в рамках мети «подвійного вуглецю». У майбутньому необхідно прорватися через оптимізацію інтерфейсу, перевірку довгострокової міцності та інші ключові технології, а також сприяти вдосконаленню проектних специфікацій та синергії промислових ланцюгів, щоб прискорити її широкомасштабне застосування у великомасштабній інфраструктурі, морському машинобудуванні, запобіганні землетрусам та стихійним лихам та інших сценаріях.