Кусок базальтовой породы нельзя просто добавить в бетонную смесь и ожидать, что он будет вести себя как продукт на основе контролируемых волокон. Порода должна подходить для плавления и волочения. Расплав должен оставаться стабильным при прохождении через крошечные отверстия. Затем волокна необходимо защитить, отрезать, упаковать и проверить на соответствие требуемым эксплуатационным характеристикам. Каждый этап влияет на то, что в итоге получает подрядчик.
В компании «Шандун Цзяньбан Химическое волокно» (Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd.) мы уделяем особое внимание именно этому последнему звену: тому, как тот или иной сорт базальтового волокна ведет себя в реальной цементной или асфальтовой смеси. Это Ассортимент изделий из базальтового волокна Ecocretefiber™ включает в себя рубленые волокна для этих двух областей применения. Это же сырьё может также превратиться в ровинг, ткань или стержень из волокноармированного полимера (FRP) в результате дальнейшей переработки, однако это уже другие продукты, к которым применяются иные правила проектирования.
В данном руководстве рассматривается весь путь базальта от карьера до готовой нити. В нём объясняется, почему важны химический состав породы, поведение расплава, конструкция втулок, калибровка и стабильность резки. Затем в нём показано, как покупатель может превратить описание продукта в практический план обеспечения качества для бетона или асфальта.
Начните с правильного базальтового камня
Базальт — это магматическая порода, образовавшаяся в результате остывания лавы. Он содержит несколько оксидов, в основном кремнезем и глинозем, а также различные количества железа, кальция, магния и щелочей. Потенциальный источник волокон требует проведения химического анализа и испытаний на плавление. Не каждый карьер дает породу, из которой при одинаковых технологических условиях можно получить волокна однородного качества.
Залежи базальта различаются в зависимости от региона, поэтому широкий диапазон содержания оксидов полезен для отбора горной породы, но не может служить универсальной спецификацией при закупках. Производитель проверяет соответствие выбранной руды заданному диапазону и отслеживает наличие нежелательных минеральных фаз, влаги и изменений в партиях. Более высокое содержание кремнезема не означает автоматически более прочную нить, а более темный цвет горной породы не свидетельствует о лучшей коррозионной стойкости.
Выбор породы связывает химический состав с поведением материала в процессе. После плавления базальт должен течь с вязкостью, подходящей для волочения. Если он становится слишком вязким, его прохождение через втулку затрудняется. Если при охлаждении расплава образуются кристаллы, нити могут обрываться или их диаметр может варьироваться. Исследование поведения базальтового расплава в процессе прядения волокон объясняет, почему необходимо одновременно контролировать минеральный состав, вязкость и кристаллизацию. Таким образом, стабильный источник сырья и тщательное смешивание могут быть не менее важны, чем температура в печи, указанная в брошюре.
Покупателю редко требуется полная спецификация сырья. Покупателю необходимо подтверждение того, что поставляемый сорт имеет стабильные показатели диаметра, длины, прочности и технологических характеристик от партии к партии. Возможность отслеживания от партии волокон до протокола испытаний гораздо полезнее, чем общее утверждение о том, что все базальтовые волокна обладают одинаковыми свойствами.
Что происходит на заводе по производству базальтового волокна?
Основной технологический процесс легко представить: отобранная руда подготавливается, плавится и вытягивается в непрерывные нити. На практике каждая операция требует контроля. Размер и влажность горной породы влияют на подачу и теплообмен. Печь должна обеспечивать получение однородного расплава. Нити формируются с помощью втулки с множеством мелких отверстий, а их диаметр задается системой вытяжки. Обычно во время охлаждения на нити наносится финишное покрытие или калибрирующее покрытие, после чего следует намотка, а для рубленых изделий — резка и упаковка.
ASTM D8448/D8448M-22 В стандарте описываются нити из базальтового волокна, включая ровинги и рубленое волокно. В области применения стандарта отмечается метод вытяжки из расплава и типичное использование проклейки. Именно поэтому утверждение о том, что базальтовое волокно производится “без дополнительных материалов”, следует рассматривать с осторожностью. Горная порода может являться основным сырьем для плавления, в то время как обработка поверхности, упаковка или последующая пропитка смолой по-прежнему относятся к процессу производства готовой продукции.
Термостабильность — это нечто большее, чем просто температурный показатель
Печь, работающая в диапазоне температур, обычно рассматриваемых для базальтового волокна, не гарантирует получения стабильного нити. Диапазон условий, при которых возможно вытягивание волокна, зависит от руды. Операторам необходим расплав, который был бы однородным и обладал достаточной текучестью на выходе из втулки, без преждевременной кристаллизации. В ходе недавних экспериментальных исследований были изучены верхний предел кристаллизации и температура волочения. Это более правильный подход к управлению технологическим процессом, чем утверждение, что каждый базальт необходимо плавить при одном конкретном наборе параметров.
Переход от небольших печей и втулок к более крупным производственным линиям сопряжен с инженерными сложностями. Увеличение количества отверстий может повысить производительность, но при этом усложняет обеспечение равномерности температуры, распределения потока, предотвращение обрывов нитей и техническое обслуживание. Само по себе большое количество отверстий не является гарантией снижения энергопотребления или повышения качества. Требуйте стабильной производительности, последовательных испытаний продукции и отчётов по каждой партии, а не просто заявлений о размерах отдельных машин.
Диаметр нити и размеры определяют форму будущего изделия
Непрерывная нить может быть намотана в виде ровинга, сформирована в текстильное изделие или разрезана на короткие волокна. Диаметр влияет на площадь поверхности и количество волокон в килограмме. Он также может влиять на удобство обработки и прочность отдельного волокна. Проклейка помогает защитить волокна во время обработки и может подбираться с учётом совместимости со связующим веществом или смолой. Её необходимо учитывать, когда важны эксплуатационные характеристики соединения.
В случае бетона следующей проблемой являются дисперсия и воздействие щелочей. В случае асфальта — смешивание с горячим заполнителем и вяжущим. В случае FRP ключевую роль играют объемная доля смолы и волокон. Сертификат на сырой ровинг сам по себе не подтверждает эксплуатационные характеристики ни одного из этих готовых изделий.
Характеристики волокнистого материала определяются не только прочностью на разрыв
Прочность на разрыв и модуль упругости являются полезными отборочными характеристиками, однако они измеряются на конкретном образце с использованием установленной методики. Данные, полученные для отдельного волокна, пряжи и бетонной балки, не являются взаимозаменяемыми. Прочность, измеренная для пряжи, может отличаться от результата, полученного для отдельного волокна. Важную роль играют повреждения, скручивания, выравнивание и геометрия испытания.
В настоящее время в списке Ecocretefiber™ указаны прочность на разрыв не менее 1 200 МПа, модуль упругости не менее 75 ГПа, Плотность 2,6–2,8 г/см³, а также стандартные длины отрезов: 3, 6, 9 и 12 мм для указанного в каталоге продукта из базальтового волокна. Приведенные данные относятся к конкретному продукту, представленному на странице товара, и не отражают характеристики всех видов базальтового волокна, представленных на рынке. Покупателям рекомендуется запрашивать актуальный технический паспорт и сертификат партии, включая точные методы испытаний и допуски для выбранного сорта.
Еще одним важным свойством является долговечность самой матрицы. Базальт является неорганическим материалом и не подвергается коррозии, как сталь, однако сильнощелочной поровый раствор цемента все же может изменить свойства силикатного волокна. На конечный результат влияют химический состав волокна, проклейка, температура, влажность и время воздействия. Экспериментальные исследования коротких волокон в щелочном вяжущем выявили значительную потерю базальта в исследуемой системе. Этот результат не является определяющим для всех случаев применения портландцемента. Он показывает, почему общего утверждения о постоянной щелочестойкости недостаточно. В случаях, когда важны долгосрочные эксплуатационные характеристики, следует указать соответствующее испытание на сохранение свойств или испытание на долговечность композитного материала.
В случае асфальта волокно подвергается воздействию тепла при смешивании и взаимодействует с другим вяжущим. Его полезным свойством является поведение асфальтобетонной смеси при заданном содержании волокон, гранулометрическом составе, содержании вяжущего и степени уплотнения. Не следует переносить результаты испытаний на щелочную стойкость бетона или показатели прочности отдельного волокна на характеристики дорожного покрытия.
| Этап | Контроль поставщиков по запросу | Проверка покупателя |
| Породы и расплав | Выбранная сырьевая смесь и стабильный процесс плавления | Идентификация партии и отслеживаемость партии |
| Нить и прядь | Диаметр, испытание на растяжение, отделка или калибровка | Технический паспорт и сертификат на поставляемую марку |
| Измельчённый продукт | Длина отреза, влажность, упаковка, чистота | Отбор проб и распределение в целевой смеси |
| Готовый композитный материал | Подходящая рецептура и способ получения | Испытания свежего и затвердевшего бетона или асфальта |
Подберите измельченное волокно для бетона, строительного раствора или асфальта
Бетон и строительный раствор
Измельчённый базальт можно использовать в качестве распределённого вторичного армирования в плитах, сборных элементах, ремонтных растворах и других цементных смесях. Короткие волокна могут способствовать сдерживанию растрескивания или улучшению заданных показателей вязкости при правильном составлении смеси. Требуемый результат должен быть сформулирован в виде поддающегося проверке критерия, поскольку одно и то же волокно может вести себя по-разному в зависимости от нового заполнителя, вяжущего, добавки или последовательности смешивания.
Текущая ситуация в Китае GB/T 23265-2023, *Измельчённое базальтовое волокно для цементного бетона и строительных растворов*, заменившую редакцию 2009 года, на которую ссылаются в более старых отраслевых публикациях. В случае, если это применимо к проекту, следует использовать текущую редакцию. В ней рассматриваются волокнистые материалы; производитель бетона и инженер по-прежнему должны проверить соответствие всей смеси требованиям соответствующих проектных норм. Для получения заданного результата испытания на изгиб после появления трещин, ASTM C1609/C1609M-24 предлагает признанный метод испытания балок в тех юрисдикциях, где он применяется.
Ecocretefiber™ обеспечивает ориентировочную 1,0-3,0 кг/м³ диапазон значений для общих испытаний бетона и строительного раствора, приведенный на странице, посвященной базальтовой продукции. Данный диапазон является отправной точкой. Окончательный состав должен соответствовать проектным требованиям к свежей обрабатываемости, дисперсии, прочности, трещиностойкости, долговечности и укладке. Это не дает права на отказ от использования сетки или арматуры без инженерного проекта и надлежащих доказательств эксплуатационных характеристик.
Дорожные асфальтобетонные смеси
При производстве асфальта измельчённый базальт смешивают с заполнителем и вяжущим для получения однородной смеси. Волокно может способствовать стабилизации вяжущего и изменять поведение асфальта при образовании колеи, воздействии влаги или растрескивании, однако каждый конкретный результат зависит от рецептуры асфальта. Компания Ecocretefiber™ приводит ориентировочные 0,21 TP3T–0,41 TP3T от общей массы смеси для испытаний асфальта с учетом особенностей конкретной смеси. Это не универсальная рецептура дорожного покрытия.
В Китае также действует отдельный действующий стандарт, GB/T 42280-2022, *Измельчённые базальтовые волокна для дорожных асфальтобетонных смесей*. Разграничение стандартов на асфальт и цемент позволяет избежать ситуации, когда покупатель запрашивает не тот квалификационный документ. В ходе пробного производства необходимо проверить дозирование, сухое смешивание или иную утвержденную последовательность подачи компонентов, температуру смеси, распределение вяжущего, уплотнение, а также испытания эксплуатационных характеристик, указанные в технических условиях на дорожное покрытие.
Нити, ткани и изделия из стеклопластика
Непрерывный базальтовый ровинг можно сплести или пропитать смолой для изготовления другого типа арматуры. Это открывает возможности для создания композитных материалов, однако свойства готового изделия зависят от смолы, ориентации волокон, условий отверждения и условий испытаний. Рубленное волокно для бетона не может заменить конструкционный стержень из стеклопластика, а результаты испытаний ровинга на растяжение не могут служить основанием для оценки готового стержня. Если в проекте предусмотрено использование стержня, необходимо получить отдельный стандарт, сертификат на продукт и инженерное одобрение.
Масштаб, затраты и заявления об экологичности
Производство базальта сопряжено с реальными проблемами, связанными с увеличением масштабов производства. Размер печи, втулки из платиновых сплавов, энергозатраты на технологический процесс, объем производства и разработка готовой продукции — все эти факторы влияют на экономическую эффективность поставщика. Для оценки производственной мощности, потребления электроэнергии на тонну, цены на руду и экономии от предлагаемой конструкции печи необходимы актуальные данные, относящиеся конкретно к данному заводу. Их невозможно определить на основе общих отраслевых показателей.
Более крупная печь позволяет распределить фиксированные теплопотери на больший объем продукции, однако фактическое энергопотребление зависит от выхода готовой продукции, вида топлива, структуры электроэнергетики, конструкции печи, простоев, а также доли волокна, соответствующего техническим требованиям. Увеличение количества отверстий для втулок может повысить номинальную производительность, но при этом создаст дополнительные требования к управлению и техническому обслуживанию. Если при покупке решающим фактором является производственная мощность, уточните у поставщика текущие сроки изготовления, стабильный месячный объем производства, выход качественной продукции и реалистичный план поставок.
Для экологического сравнения также необходима четко определённая основа. Использование природного сырья не приводит к исчезновению выбросов при плавке. Нагрев и волочение требуют затрат энергии, а также необходимо учитывать затраты на отделку, упаковку, транспортировку, переработку отходов и последующую обработку композитных материалов. Если для проекта требуется количественное подтверждение показателей выбросов углерода, запросите экологическую декларацию для конкретного продукта или оценку жизненного цикла с чётко определённой функциональной единицей. Формулы “без отходов” и “нулевые выбросы” не являются обоснованными выводами, основанными исключительно на природном происхождении сырья.
Сравнить цену на сайте уровень готовой продукции, соответствующий установленным требованиям. Для более дешёвого волокна в пересчёте на килограмм может потребоваться более высокая дозировка, иное содержание связующего вещества или дополнительная обработка. Более дорогой сорт может позволить сократить затраты, если его подтверждённые эксплуатационные характеристики дают возможность оптимизировать конструкцию изделия. В обоих случаях необходимы конкретные результаты измерений, а не общие соотношения цен «базальт против углерода» или «базальт против стекла».
О чем спросить у поставщика базальтового волокна
В хорошо составленном запросе сначала следует описать конечный материал, а уже потом спрашивать о цене. Сообщите поставщику, будет ли волокно использоваться в портландцементном растворе, готовом бетоне, горячей асфальтовой смеси, текстиле или изделиях из стеклопластика. Укажите область применения, условия эксплуатации, оборудование для смешивания или изготовления, требуемые эксплуатационные характеристики и применимые стандарты.
1. Определите оценку. Укажите точную длину отреза или форму ровинга, а также информацию о диаметре, размерах, плотности и упаковке.
2. Проверьте однородность партии. Перед началом испытаний необходимо сопоставить сертификат анализа с поставленной партией и согласовать допуски.
3. Подтвердите факты воздействия. В случае цемента следует уточнить его щелочную стойкость в соответствующей матрице; в случае асфальта — проверить его поведение при температуре смешивания и эксплуатационные характеристики смеси.
4. Провести полевые испытания растения. Запишите точку подачи волокна, дозу, время перемешивания, степень диспергирования, технологичность, а также любые проблемы, связанные с перекачкой или уплотнением.
5. Протестируйте продукт. Используйте указанный метод для бетона, строительного раствора, асфальта или стеклопластика, при этом пороговое значение приемлемости должно быть установлено до начала производства.
В случае повторных закупок следует сохранять записи об испытаниях, привязанные к марке и партии волокна. Если происходят существенные изменения в источнике сырья, технологическом процессе, проклейке или длине отреза, необходимо определить, требует ли данное изменение проведения очередного квалификационного испытания. Такой подход позволяет превратить перспективное минеральное волокно в строительный материал с гарантированно воспроизводимыми характеристиками.
Часто задаваемые вопросы
Из каждой базальтовой породы получают волокно? Нет. Химический состав руды, вязкость расплава и особенности кристаллизации должны обеспечивать стабильное волочение. Производитель самостоятельно выбирает и контролирует источник сырья.
Базальтовое волокно производится без добавок? Расплав может состоять в основном из отборного базальтового камня, однако на вытянутые нити обычно наносится поверхностное покрытие. Более поздние продукты могут также содержать смолу или другие материалы.
Является ли измельчённый базальт тем же, что и арматура из базальтового стеклопластика? Нет. Измельченные волокна распределяются по всей смеси. Арматурные стержни из стеклопластика представляют собой инженерные композитные материалы на основе волокон и смолы, на которые распространяются отдельные правила испытаний и проектирования.
Какую дозировку следует указать для бетона? Для планирования испытаний следует руководствоваться рекомендациями поставщика, а окончательную дозировку определять на основании результатов испытаний на обрабатываемость и эксплуатационные характеристики затвердевшего бетона. Любая предлагаемая замена арматуры должна быть оценена инженером.
Является ли базальтовое волокно материалом с нулевым выбросом углерода? На основании одного лишь факта использования природного сырья нельзя сделать каких-либо количественных выводов об экологических последствиях. Для достоверного сравнения необходимо учитывать энергозатраты на производство, выход продукции, размеры изделий, транспортировку и срок службы готовой продукции.
Превратите «рок» в выверенное исполнение
Путь от базальтовой породы до надёжного волокна представляет собой цепочку решений, касающихся как материалов, так и технологических процессов. Выбор руды определяет характеристики расплава. Стабильность процесса волочения определяет качество нити. Процессы нанесения прокладочного состава, резки и упаковки влияют на форму, в которой материал поступает на завод. Окончательной проверкой служит готовый бетон, асфальт или композитный материал в условиях, с которыми ему предстоит столкнуться.
Компания «Шандун Цзяньбан» готова помочь вам оценить Ecocretefiber™ базальтовый сорт для предполагаемого состава смеси. Свяжитесь с нашей командой с указанием области применения, формы волокна, требуемых эксплуатационных характеристик и пробного объема, и мы сможем предоставить актуальную информацию о марках для вашего плана аттестации.
