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江西南京长江大桥维修所用的玄武岩纤维,有啥特别的?

作者: 发布时间:2020-06-04 11:26:18点击:13628

曾经封闭维修27个月的南京长江大桥,再度通车时,焕然一新、“轻装上阵”。在一些关键部位,先进复合材料玄武岩纤维已嵌入体内,就像给大桥穿上一层坚硬而轻盈的铠甲。

  “玄武岩纤维的强度是钢材的5—10倍,重量却只有钢材的四分之一至三分之一。”说起新材料的应用,玄武岩纤维生产应用地方联合工程研究中心主任吴智深表示,“以玄武岩纤维、碳纤维为代表的高性能纤维,广泛应用于能源环境、交通海洋、航天航空等领域。”

  玄武岩纤维为何能受到青睐呢?小鹿君这就和大家一起来了解一下~

  玄武岩纤维有何过人之处

  玄武岩纤维是玄武岩石料在1450℃~1500℃熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有金属光泽。

  我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维(碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维)之一,实现了工业化生产。玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。

  中国科学院地质物理研究所院士刘嘉麒表示,玄武岩纤维材料更大的特点是具有特殊性能,热传导系数低,阻燃性能好,是既耐高温又耐低温的上好绝热材料,可用于制造防火毯、防火帘等阻燃材料和高温过滤领域的过滤基布、过滤材料、耐高温毡等。

  中国工程院院士周丰峻在第二届玄武岩纤维产品应用学术研讨会上表示,利用玄武岩纤维及其复合材料的高强抗力,耐腐蚀、耐高低温等特性,可在工程建设中发挥重要作用,尤其是在潮湿环境建设中的交通路面、隧道工程、码头工程、岛礁工程等,采用玄武岩纤维复合材料作为基础设施的结构增强材料,不仅可以提高工程的抗力,还大大延长使用寿命。

  清华大学土木工程系教授冯鹏认为,玄武岩纤维作为一种高性能纤维,做成复合材料后具有质轻、高强、可设计、耐腐蚀、施工便捷、无磁、绝缘等特点和优势,可应用于桥梁、工业平台等结构,可作为电塔、烟道等功能结构件。同时其可加工性,可以应用于新型建筑或景观工程中。

  除此之外,玄武岩纤维介电系数高,绝缘性能好,可制作多种电器配件;吸音系数高,抗电磁辐射功能强,对于安全至关重要。

  其先天不足的地方,是成分波动比较大。由于玄武岩是地球熔岩形成的,因此,同一矿点的成分都可能波动较大,这会对纤维的稳定性造成影响。生产成本高,由于玄武岩资源丰富,原料成本较低,但其生产成本较高,主要涉及到较高的能源价格和铂铑合金漏板消耗较大。同时,生产效率低下。由于玄武岩熔体导热性差,析晶上限温度较高容易析晶,因此生产工艺条件高,成纤难度大。

  大资本时代的绿色新“蓝海”

  从有待观望的“能源新宠”到资本市场的大热风口,玄武岩纤维这个千亿级的庞大市场正在加速完成自己的转变,衍生出一系列商业模式和增长空间,成长为新的投资“蓝海”。

  2018年8月,四川省达州市投资4亿元,打造年生产规模为2万吨的玄武岩纤维生产研发基地;9月,总投资9000万元的采用池窑生产玄武岩连续纤维中试项目在四川省德阳市高新区罗江园区正式点火;2019年3月,投资近25亿元,占地约260亩的四川省广安华蓥市玄武岩纤维新材料产业园正式开建……

  有预测显示,“十三五”期间,我国玄武岩纤维产量将达到15万吨以上的规模。

  “玄武岩纤维产业具有非常广阔的市场发展前景。”刘嘉麒认为,玄武岩纤维具有综合性能好、用途广、性价比高等特点,在正常生产加工过程中不产生有毒物质,是21世纪高新“绿色工业材料”。

  只要玄武岩纤维产品的性能、质量和数量达到要求,其市场潜力非常大。有业内人士估计,目前,全世界生产的玄武岩纤维还满足不了需求的百分之一。

  “玄武岩纤维将会是又一个千亿级的市场。”汇尔杰新材料科技股份有限公司董事长杨兴明表示。目前,已制定出台了多项标准和行业标准,为玄武岩纤维产业的发展拓宽了空间、创造了条件,玄武岩纤维的市场认知度得到了极大提升,市场需求也逐年增长。

  有分析认为,近几十年来,我国的复合材料得到了快速发展,有着发展和推广应用连续玄武岩纤维的坚实基础。而且,我国地域辽阔,玄武岩矿床储量极其丰富,又有新材料应用的庞大市场。再加上玄武岩矿石是一种天然的材料,其生产过程中无硼或其它碱金属氧化物排出,因此其烟尘中无有害物质析出,对大气不会造成污染,属于环保型材料。

  杨兴明表示,中国具有低成本制造玄武岩纤维得天独厚的条件,有着完全自主知识产权的低成本、大规模发展连续玄武岩纤维的新技术、新装置、新工艺。当前全世界玄武岩纤维的技术及规模尚处于初级阶段,这给我国继续发展先进技术提供了很大的发展空间和市场机遇。

  可以说,在我国经济面临资源、能源、环保与可持续发展约束不断加剧的背景中,率先发展这一特种无机非金属矿新材料产业具有重要的战略意义。

  对公路建设将起“材料革命”的作用

  2018年6月20日,以“交通让世界更美好”为主题的2018年世界交通运输大会举办期间,由中国公路学会主办,玄武岩纤维生产及应用技术地方联合工程研究中心协办的“中国公路学会玄武岩纤维公路产业协同创新共同体”(以下简“共同体”)在北京成立,这标志着玄武岩纤维在公路交通行业发展的新时期正式开启。

  中国交通建设股份有限公司原副总裁、中国公路学会专家委员会副主任兼秘书长、“共同体”新任理事长侯金龙表示,玄武岩纤维有着优异的路用性能,在公路交通行业有巨大的应用空间,但目前应用得还相对较少。

  侯金龙认为,玄武岩纤维材料有三方面的优点。

  一是环保,玄武岩纤维具有资源节约、环境友好型的特点。“玄武岩纤维来自于天然石头,又用于人工石头,石头来石头去”。具体来说,玄武岩纤维是以天然玄武岩为原料,经1450℃至1500℃高温熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板块速拉制而成的连续纤维,整个生产过程中,没有工业废水、废气及其他工业垃圾的产生,被誉为“21世纪的新材料”。

  二是相对于木质素纤维、玻璃纤维等其他类型的纤维,路用技术指标高,有着优异的耐高温、耐低温、化学稳定性、抗老化性能、水稳定性能、电热绝缘性能等。根据目前的理论研究、科技攻关和工程应用情况,路用玄武岩纤维生产工艺和技术都已经很成熟,可以有效降低路面的裂缝和车辙的病害,大大延长路面使用寿命,在改善和提升路面结构抗疲劳性能、高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等方面均有显著效果。同时,材料有短切纱、工土布、土工格栅、复合筋材等多种应用形式,显示出优异的路用性能和应用前景。

  三是玄武岩纤维应用广泛。基于环保和路用技术指标高两项优势,同时作为我国四大高技术纤维之一,是我国“十三五”战略性新兴产业重点产品,在航空航天、舰船、兵器制造等国防军工领域有广泛的应用,在土建交通、石头化工、汽车制造、道路建设、海底隧道等多领域也展现出了多领域应用优势和巨大的市场前景。

  除此之外,侯金龙还认为,这项工作的推进可以更好的服务于“四个交通”“交通强国”“一带一路”等战略。“下一步还要进一步加强行业的研究。通过在工程建设、养护以及桥梁工程等方面的应用,推进交通行业的标准化、装配化、行业化、工厂化、智能化、轻型化,推进行业的品质工程的建设”。

  2020年6月2日,河南省郑西高速尧栾路面二标YLLM-2完成玄武岩纤维沥青混凝土下面层科研试验路铺筑。

  该科研试验路为河南省交通运输厅科技推广项目,即“基于玄武岩纤维的同寿命沥青砼路面应用研究”,由中交一公局集团有限公司郑西高速尧栾段路面二标YLLM-2项目施工、项目公司及河南交院工程技术有限公司主导进行科研项。

  沥青混凝土掺加玄武岩纤维具有较高的强度和弹性模量,与沥青和集料有较好的亲和力,对沥青混合料稳定度有明显的增强作用。玄武岩纤维沥青混凝土具有绿色环保的特点,可提高路面抗疲劳开裂能力、低温抗开裂能力、抗车辙能力、增加沥青油膜的强度及抗疲劳性能,增强沥青油膜的水稳定性,抗氧化及抗老化进而提高路面耐久性。

  郑西高速公路尧栾段玄武岩纤维沥青混凝土下面层科研项目研究完成,将大面积推广应用。在绿色环保社会发展中,玄武岩纤维以独特的优势为公路可持续发展做出了突出的贡献。


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