የእሳተ ገሞራ ድንጋይን በመጠቀም "ጥይት መከላከያ ቬስት" ያላቸውን የባህር መዋቅሮችን መግጠም? ባለብዙ ልኬት ባስታልት ፋይበሮች ለብረት ፋይበሮች የዝገት ስቴሜትን ይሰብራሉ

የባህር ተሻጋሪ ድልድዮች፣ ጥልቅ የውሃ ተርሚናሎች፣ የባህር ዳርቻ የንፋስ እርሻዎች... እነዚህ በውቅያኖስ ውስጥ የተገነቡት "ግዙፍ ግዙፍ" ለማየት አስደናቂ ቢሆኑም፣ በየቀኑ የሚደርስባቸውን "ጭካኔ የተሞላበት ስቃይ" የሞገድ መሸርሸር፣ የጨው እና የአልካላይን ዝገት እና እርጥብ-ደረቅ ዑደቶችን ይቋቋማሉ። በእንደዚህ አይነት አካባቢ፣ ያንን ጠንካራነት ያረጋግጣል የኮንክሪት መዋቅሮች ሳይበላሹ መቆየት - ከመስበር፣ ከመሰነጠቅ ወይም ያለጊዜው ከመጥፋት ነፃ መሆን - ለዓለም አቀፉ የምህንድስና ማህበረሰብ ለረጅም ጊዜ አስቸጋሪ ፈተና ሆኖ ቆይቷል።
ለረጅም ጊዜ፣ የብረት ፋይበርጥንካሬን ለመጨመር እና ስንጥቅን ለመከላከል በተደጋጋሚ በኮንክሪት ውስጥ ተጨምረዋል። ​​ሆኖም ግን፣ የብረት ፋይበሮች ብዙውን ጊዜ ለጨው ርጭት እና ለባህር ውሃ አስቸጋሪ ሁኔታዎች ተስማሚ አይደሉም፤ ክሎራይድ አዮኖች በኮንክሪት ውስጥ ያሉትን ስንጥቆች አንዴ ከገቡ በኋላ የብረት ፋይበሮቹ ዝገት እና በመጠን ይስፋፋሉ፣ ይህም ኮንክሪት ከውስጥ ወደ ውጭ እንዲሰነጠቅ እና መዋቅራዊ ውድቀትን ያፋጥናል።
በቅርቡ፣ በባህር ምህንድስና ከፍተኛ ዘላቂነት ላይ ያተኮረ አዲስ የቁሳቁስ ጥናት እጅግ ተስፋ ሰጪ መፍትሄ አቅርቧል፡ የባሳሌት ፋይበር-- ከተፈጥሮ የእሳተ ገሞራ ድንጋይ ክሮችን በመሳል የሚመረተው -- ከዝገት ሙሉ በሙሉ ነፃ በሆነ "ትጥቅ" ንብርብር ውስጥ የባህር ኮንክሪትን ለመሸፈን ሊያገለግል ይችላል። ይህ የሚገኘው "ለመዋቅራዊ ትስስር ትላልቅ ክሮች" እና "ለቀዳዳ ማሸጊያ ትናንሽ ክሮች" ጥምረት ባለው ባለብዙ ደረጃ የደረጃ አሰጣጥ ሞዴል ነው።

I. በእሳተ ገሞራ ድንጋይ ውስጥ የተደበቁ የዝገት መከላከያ ምስጢሮች

በነባር ቁሳቁሶች ውስጥ ያሉትን ወሳኝ ጉድለቶች መፍታት - በተለይም የብረት ፋይበሮች ለዝገት የመጋለጥ ተጋላጭነት እና ኦርጋኒክ ፋይበር (እንደ ፖሊፕሮፒሊን ወይም ፖሊቪኒል አልኮሆል ያሉ) በአልካላይን ኮንክሪት አካባቢዎች ውስጥ የእርጅና እና የመበላሸት ዝንባሌ -ባሳልት ፋይበሮች እጅግ በጣም ከፍተኛ በሆነ የሙቀት መጠን ንፁህ የተፈጥሮ የእሳተ ገሞራ ድንጋይን በማቅለጥ እና ወደ ፋይበር በመሳብ የሚመረቱት ዋና መዋቅራዊ ማዕቀፋቸው በዋናነት የማይሞርፎስ የሲሊኮን-ኦክስጅን እና የአሉሚኒየም-ኦክስጅን ትስስር አውታረ መረብን ያካትታል። ይህ ተፈጥሯዊ፣ በድንጋይ ላይ የተመሰረተ መዋቅር በኮንክሪት ውስጥ እና ከፍተኛ የጨው መጠን ባለው የባህር ውሃ አካባቢ ውስጥ ለጠንካራ የአልካላይን ቀዳዳ ፈሳሾች ሲጋለጥ እጅግ በጣም ከፍተኛ የኬሚካል አለመቻቻል ያሳያል፣ በዚህም ከ"ዝገት፣ ዝገት እና ጥራዝ መስፋፋት" ጋር የተያያዙ አካላዊ አደጋዎችን በመሠረቱ ያስወግዳል። የላቀ የስንጥቅ መቋቋም እና የውሃ መከላከያ ለማግኘት፣ የቅርብ ጊዜ ጥናቶች ከባህላዊው "ነጠላ-ፋይበር" ፓራዲየም ይርቃሉ፣ በምትኩ "ባለብዙ ደረጃ ተመሳሳይነት ያለው የባሳሌት ፋይበር ስርዓት" ያቀርባሉ፡

ማክሮ-መዋቅራዊ ጠማማ የባሳልት ፋይበር (SBF): በማትሪክስ ውስጥ የተበተኑ ሻካራ፣ ረጅም እና የተጠማዘዙ ክሮች፤ ዋናው ተግባራቸው ያሉትን ማክሮ-ስንጥቆች ማዋሃድ እና አንድ ላይ ማያያዝ ሲሆን ይህም ከስንጥቅ በኋላ የሚፈጠር የመተጣጠፍ ጥንካሬ እና የመሸከም ጥንካሬን ይሰጣል።

ጥቃቅን መዋቅራዊ የተከተፉ የባሳልት ማይክሮፋይበሮች (NBF)፡ ልክ እንደ አሸዋ ቅንጣቶች፣ በጠንካራው የሲሚንቶ ማትሪክስ ውስጥ ባሉ ጥቃቅን ቀዳዳዎች እና ቦዮች ውስጥ በጥብቅ የሚታሸጉ፣ የባህር ውሃ ዘልቆ የሚገባባቸውን መንገዶች በብቃት የሚዘጉ እና የመነሻ ጥቃቅን ስንጥቆችን ስርጭት የሚገቱ ጥቃቅን ማይክሮፋይበሮች።

ይህ "ሻካራ እና ጥሩ ጥምረት" ስትራቴጂ በኮንክሪት መዋቅር ውስጥ ጥልቅ የሆነ ጥቅጥቅ ያለ እና ውስብስብ የሆነ ድር ይፈጥራል - የውሃ መከላከያ እና የመሰነጣጠቅ ቁጥጥርን በአንድ ጊዜ የሚቋቋም ሁሉን አቀፍ የመከላከያ ዘዴ።

II. "ጨካኝ" የ270-ቀን እርጥብ-ደረቅ የብስክሌት ሙከራ

ይህ አዲስ ኮንክሪት በባህር አካባቢ ውስጥ "ረጅም ዕድሜ" ሊያገኝ ይችል እንደሆነ ለማወቅ፣ የምርምር ቡድኑ እጅግ በጣም ጥብቅ የሆነ ተለዋጭ እርጥብ-ደረቅ አካባቢን አስመስሏል። ይህም የባህር ውሃ መፍትሄን ክምችት በእጥፍ ማሳደግ እና ናሙናዎቹን ለከፍተኛ ሙቀት ማድረቅ (በ45°ሴ) እና ሙሉ ሙሌት ተለዋጭ ዑደቶች ማቅረብን ያካትታል - እያንዳንዱ የ24 ሰዓት ጊዜ አንድ ሙሉ እርጥብ-ደረቅ ዑደት ይፈጥራል።
ይህንን አድካሚ ፈተና ለ270 ቀናት ካሳለፉ በኋላ፣ የተለያዩ የፋይበር ሲስተሞችን ያካተቱ የኮንክሪት ናሙናዎች በጣም የተለያዩ የአፈጻጸም ውጤቶችን አሳይተዋል፡

ኦል-ባስታልት ባለብዙ ደረጃ ድብልቅ ቡድን (B15N02፡ ማለትም፣ 1.5% ሻካራ ፋይበር + 0.2% ማይክሮፋይበር)፡ ይህ ቡድን እጅግ አስደናቂ ውጤቶችን አስገኝቷል። ከ270 ቀናት በኋላ፣ ተመጣጣኝ የመተጣጠፍ ጥንካሬ ማቆየት መጠኑ በሚያስደንቅ ሁኔታ 76.14% ሲሆን፣ የመጀመሪያው የመሰነጠቅ ጥንካሬ ማቆየት መጠኑ ደግሞ 90.67% ደርሷል። በተጨማሪም፣ በባህር ውሃ መጋለጥ ምክንያት በሚፈጠር የወለል መፍሰስ ምክንያት የሚፈጠረው የጅምላ ኪሳራ 1.43% ብቻ ነበር። ከአካባቢ የአየር ንብረት ለውጥ ጋር ሲጋፈጥ፣ አጠቃላይ የቁሳቁስ መበላሸት ሂደቱ እጅግ በጣም ቀርፋፋ እና ቀስ በቀስ ቀጥሏል።

የብረት ፋይበር ሃይብሪድ ግሩፕ (S15N02): ዝገት ከመጀመሩ በፊት፣ ይህ ቡድን እጅግ በጣም ከፍተኛ የመጀመሪያ የመተጣጠፍ አፈፃፀም አሳይቷል - ይህም የብረት ፋይበሮቹ በውስጣቸው ያለው ከፍተኛ ጥንካሬ ቀጥተኛ ውጤት ነው። ሆኖም፣ በ270 ቀናት ምልክት፣ የብረት ፋይበር የተጠናከረ ኮንክሪት በአፈፃፀም ላይ መሠረታዊ እና ከባድ ተገላቢጦሽ ተደርጎበታል። በሰፊው ዝገት ምክንያት፣ ተመጣጣኝ የመተጣጠፍ ጥንካሬ ማቆየት መጠኑ ወደ 50.22% ወርዷል (ጥንካሬውን በግማሽ ቀንሷል)፤ በኋለኞቹ ደረጃዎች፣ የተለያዩ አካባቢያዊ ዝገት ያስከተለው የማስፋፊያ ቅጦች እና ስንጥቆች በግልጽ ታይተዋል።

III. በአጉሊ መነጽር የሚደረግ ፉክክር፡- ባሳልት የተረጋጋ ሆኖ እያለ ብረት ለምን ይወድቃል?

በስካኒንግ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) የተቀረጹ ምስሎች በሁለቱ ቁሳቁሶች መካከል ያለውን የአፈጻጸም ልዩነት መሠረታዊ ተፈጥሮ በቀጥታ ያሳያሉ፡

የብረት ፋይበሮች አስከፊ ውድቀት፡- የባህር ውሃ እና ኦክስጅን በቀላሉ በኮንክሪት ውስጥ በሚገኙ ጥቃቅን ክፍተቶች ውስጥ በመግባት ብረቱን በመገናኘት ከባድ የኤሌክትሮኬሚካል ዝገት ያስከትላል። የተፈጠረው ቀይ-ቡናማ የብረት ዝገት መጠን ከመጀመሪያው መጠኑ ከ2 እስከ 6.5 እጥፍ ይደርሳል። ይህ ግዙፍ ውስጣዊ ግፊት በቀጥታ በዙሪያው ባለው የሲሚንቶ ማትሪክስ ላይ "ይገፋል"፣ የራዲያል ማይክሮ-ስንጥቆች አውታረ መረብ ይፈጥራል። ውስጣዊ ጉዳት እየጠነከረ ሲሄድ፣ በብረት ፋይበሮች እና በኮንክሪት ማትሪክስ መካከል ያለው ትስስር ሙሉ በሙሉ ይወድቃል፤ በመጨረሻም፣ በጭነት ስር፣ ፋይበሮቹ በቀላሉ ሊወጡ ወይም ሊንሸራተቱ ይችላሉ - ሙሉ በሙሉ ወይም በከፊል - በዚህም የመዋቅር ድልድይ ጥንካሬያቸውን ያጣሉ።

ረጋ ያለ መላመድ የባሳልት ፋይበርየባሳልት ፋይበርዎች ለባህር ውሃ ሲጋለጡ ምንም አይነት የመጠን መስፋፋት አያሳዩም። የሃይድሮሊሲስ ሂደታቸው - በSi-O-Si ቦንዶች ረጋ ባለ መሟሟት የሚታወቀው - እጅግ በጣም ቀርፋፋ በሆነ ፍጥነት ይቀጥላል፣ ይህም በናኖስኬል ላይ ትንሽ፣ አካባቢያዊ የሆነ የጉድጓድ መቆራረጥ እና የገጽታ መወጠርን ያስከትላል። ይህ ስውር የወለል መወጠር ማትሪክስን ከመጉዳት ይልቅ፣ በፋይበሮቹ እና በአካባቢው ኮንክሪት መካከል ያለውን የተጠላለፈ ግጭት በትክክል ያጎላል።

በተጨማሪም፣ የኮንክሪት ድብልቅ ዲዛይኖች ብዙውን ጊዜ ባህላዊውን ሲሚንቶ በከፊል ለመተካት እንደ ዝንብ አመድ እና ስላግ ያሉ የኢንዱስትሪ ተረፈ ምርቶችን ያካትታሉ። ይህ አሰራር በምርት ወቅት የካርቦን ልቀትን በ27% ቢቀንስም፣ የኮንክሪት የረጅም ጊዜ አልካላይነትን በእጅጉ ይቀንሳል። ይህ ለባሳልት ፋይበር ረጋ ያለ፣ "አልካላይን የሚቋቋም የመከላከያ ካፕሱል" ውጤታማ በሆነ መንገድ ይፈጥራል፣ ይህም የመሟሟት መጠናቸውን የበለጠ ያጨናግፋል።

IV. ስንጥቆች ሲኖሩ ይሰራል? የወደፊት ጉዳትንም መከላከል ይችላል

በእውነተኛው ዓለም የምህንድስና አፕሊኬሽኖች ውስጥ፣ መዋቅራዊ ክፍሎች በ"ጉዳት" ሁኔታዎች ስር መስራታቸው የማይቀር ነው። ይህንን እውነታ ለማስመሰል፣ የምርምር ቡድኑ በሙከራ ናሙናዎቹ ውስጥ ከ0.1 ሚሜ እስከ 0.3 ሚሜ ስፋት ያላቸው ጥቃቅን ስንጥቆችን በሰው ሰራሽ መንገድ አስነስቷል፡

በብረት ፋይበር ቡድን ውስጥ፣ የእነዚህ ጥቃቅን ስንጥቆች መኖር እርጥበት በቀጥታ ወደ መሸፈኛ ዞን እንዲገባ አስችሏል፤ ይህም የብረት ቃጫዎቹ የድልድይ አቅም በፍጥነት እንዲጠፋ እና የቁሳቁሱ ተለዋዋጭነት በከፍተኛ ሁኔታ እንዲቀንስ ምክንያት ሆኗል። ተመሳሳይነት ያለው ባለብዙ ደረጃ የባሳሌት ፋይበር ቡድን ከ0.1 ሚሜ እስከ 0.2 ሚሜ ባለው የስንጥቅ መክፈቻ ክልል ውስጥ ልዩ የሆነ የጉዳት መቻቻል ያሳያል፣ ይህም በጥሩ ፋይበር "መሰካት" እና በሻካራ ፋይበር "ማወዛወዝ" በሚደረግ የጋራ ተግባር አማካኝነት የተገኘ ነው። ቀደም ሲል የነበሩ ስንጥቆች ወደ 0.3 ሚሜ ሲሰፉም እንኳ ቁሱ ከፍተኛ የመተጣጠፍ-የመሸከም አቅም ይይዛል፣ በዚህም በባህር ምህንድስና አፕሊኬሽኖች ውስጥ ለተጎዱ መዋቅሮች የደህንነት ገደቡን በተሳካ ሁኔታ ያራዝማል።

መደምደሚያ

ከ"የህይወት ዑደት ወጪ (LCC)" እና ዝቅተኛ የካርቦን ካርቦን አካባቢያዊ ዘላቂነት አንፃር፣ ምንም እንኳን የባሳልት ፋይበሮች በልዩ የስዕል ሂደታቸው ምክንያት ትንሽ ከፍ ያለ የመጀመሪያ የግዥ ወጪዎችን ሊያስከትሉ ቢችሉም፣ በአገልግሎት ዘመናቸው ሁሉ "ጥገና-ነጻ" ባህሪያቸው ጉልህ የሆነ የረጅም ጊዜ ጥቅሞችን ይሰጣል። በፕሮጀክቱ የአሠራር ጊዜ ውስጥ - በተለምዶ ከ50 እስከ 100 ዓመታት የሚደርስ - አጠቃቀማቸው ከተደጋጋሚ ጥገናዎች እና ከቆሻሻ መከላከያ ሽፋኖች አተገባበር ጋር የተያያዙ ከፍተኛ፣ ያልተጠበቁ አጠቃላይ ወጪዎችን ከማስወገድ ባለፈ፣ መዋቅራዊ ራስን የመሸከም አቅምን በእጅጉ ይቀንሳል፣ በዚህም የትራንስፖርት ወጪዎችን እና ለትላልቅ የባህር ዳርቻ የመጫኛ መርከቦች የቻርተር ክፍያዎችን ይቆጥባል።

በአንድ የፕሮጀክት የህይወት ዑደት ውስጥ የካርቦን ልቀትን ለመቀነስ እና የምህንድስና ደህንነትን ለማረጋገጥ እኩል ትኩረት በሚሰጥበት ዘመን፣ ይህ "የዝገት መከላከያ ጋሻ" - ከእሳተ ገሞራ ድንጋይ የተሰራ - እንደ የባህር ተሻጋሪ የትራንስፖርት አገናኞች እና የባህር ዳርቻ የንፋስ እርሻዎች ላሉ የባህር ንፁህ ኢነርጂ ፕሮጀክቶች ደህንነቱ የተጠበቀ እና የበለጠ ለአካባቢ ተስማሚ ጠባቂ ሆኖ ብቅ ብሏል።