A’ cur “Veistean dìon-peileir” an sàs ann an structaran mara le bhith a’ cleachdadh creig bholcànach? Bidh snàithleanan basalt ioma-sgèile a’ briseadh an staing creimeadh airson snàithleanan stàilinn

Drochaidean thar-mara, cinn-uidhe uisge domhainn, tuathanasan gaoithe far a’ chladaich... Ged a tha na “fuamhairean mòra” seo a chaidh a thogail san chuan mìorbhaileach ri fhaicinn, bidh iad a’ fulang “cràdh brùideil” làitheil bleith tonn, creimeadh salainn is alcalin, agus cearcallan fliuch is tioram mu seach. Ann an àrainneachd mar sin, a’ dèanamh cinnteach gu bheil cruadhaichte Structaran Concrait fuireach slàn—saor bho bhriseadh, sgàineadh, no fàilligeadh ro-luath—air a bhith na dhùbhlan draghail do choimhearsnachd innleadaireachd na cruinne o chionn fhada.
Airson ùine mhòr, Fibre StàilinnGu tric, chaidh snàithleanan stàilinn a chur ann an concrait gus cruas a mheudachadh agus casg a chur air sgàineadh. Ach, gu tric chan eil snàithleanan stàilinn freagarrach airson suidheachaidhean cruaidh spraeadh salainn agus uisge na mara; aon uair ‘s gu bheil ianan clòraid a’ dol a-steach do na sgoltaidhean taobh a-staigh a’ choincrit, bidh na snàithleanan stàilinn a’ meirgeadh agus a’ leudachadh ann am meud, gu paradocsaigeach ag adhbhrachadh gum bi an concrait a’ sgàineadh bhon taobh a-staigh a-mach agus a’ luathachadh tuiteam structarail.
O chionn ghoirid, tha sgrùdadh stuthan ùr a tha ag amas air seasmhachd àrd airson innleadaireachd mara air fuasgladh gealltanach a thabhann: snàithleanan basalt—air a dhèanamh le bhith a’ tarraing snàithleanan bho chreig bholcànach nàdarrach—faodar a chleachdadh gus cruadhtan mara a chòmhdach ann an sreath de “armachd” a tha cha mhòr dìonach bho mheirg. Tha seo air a choileanadh tro mhodail ioma-sgèile ceumnachaidh anns a bheil measgachadh de “shnàithleanan mòra airson ceangal structarail” agus “shnàithleanan beaga airson seulachadh pores.”

I. Na dìomhaireachdan an-aghaidh creimeadh a tha falaichte ann an creig bholcànach

A’ dèiligeadh ris na lochdan cudromach a tha an lùib stuthan a th’ ann mar-thà—gu sònraichte cho buailteach ’s a tha snàithleanan stàilinn ri meirg agus claonadh snàithleanan organach (leithid polypropylene no polyvinyl alcohol) a bhith a’ fàs sean agus a’ crìonadh ann an àrainneachdan concrait alcaileach—Basalt Tha buannachdan stuthan air leth aig snàithleanan. Air an dèanamh le bhith a’ leaghadh creag bholcànach nàdarra fìor-ghlan aig teòthachd fìor àrd agus ga tharraing a-steach do shnàithleanan, tha am prìomh fhrèam structarail aca air a dhèanamh suas sa mhòr-chuid de lìonra neo-chruthach de cheanglaichean silicon-ogsaidean agus alùmanum-ogsaidean. Tha an structar nàdarrach, stèidhichte air clach, seo a’ nochdadh neo-ghnìomhachd cheimigeach air leth àrd nuair a bhios e fosgailte do na lionntan pore làidir alcaileach taobh a-staigh cruadhtan agus àrainneachd àrd-shalainn uisge na mara, agus mar sin a’ cuir às do na cunnartan corporra co-cheangailte ri “creimeadh, meirgeadh, agus leudachadh toirteil.” Gus strì an aghaidh sgàineadh agus neo-sheasmhachd nas fheàrr a choileanadh, tha an rannsachadh as ùire a’ briseadh air falbh bhon phàtran traidiseanta “aon-shnàithleach”, a’ moladh an àite sin “siostam snàithleach basalt aon-ghnèitheach ioma-sgèile”:

Macro-structarail Twisted Snàithleanan Basalt (SBF): Snàithleanan garbha, fada, agus toinnte air an sgapadh air feadh a’ mhaitriceas; ’s e am prìomh dhleastanas drochaid a thogail agus ceangal ri chèile a dhèanamh eadar sgàinidhean mòra a tha ann mar-thà, agus mar sin a’ toirt seachad cruas lùbadh agus stiffness tensile às dèidh sgàineadh.

Microfibrean Basalt Gearrte Meanbh-structarail (NBF): Microfibrean mìn a bhios, coltach ri gràinnean gainmhich, a’ pacadh gu teann a-steach do na pores agus na seanalan beaga bìodach taobh a-staigh maitrís saimeant cruaidhte, a’ bacadh slighean treòrachaidh uisge na mara gu h-èifeachdach agus a’ cur stad air sgaoileadh micro-sgaraidhean ùra.

Bidh an ro-innleachd seo de “mheasgachadh garbh is mìn” a’ cruthachadh lìon dùmhail, iom-fhillte a tha air fhighe gu domhainn taobh a-staigh structar a’ choincrit – dòigh-dìon coileanta a bhios a’ dèiligeadh ri neo-dhì-ruigsinneachd agus smachd sgàinidhean aig an aon àm.

II. Deuchainn Rothaireachd Fliuch-Tioram 270-latha “Brùideil”

Gus faighinn a-mach an gabhadh an cruadhtan ùr seo “maireannachd” a choileanadh ann an àrainneachd mara, rinn an sgioba rannsachaidh atharrais air àrainneachd fliuch-thioram eile a bha gu math teann. Bha seo a’ toirt a-steach dùmhlachd fuasgladh uisge na mara a dhùblachadh agus na sampallan a chur fo chearcallan eile de thiormachadh aig teòthachd àrd (aig 45°C) agus làn shàthachaidh - le gach ùine 24-uair a’ dèanamh suas aon chearcall fliuch-thioram iomlan.
Às dèidh dhaibh 270 latha den deuchainn chruaidh seo a sheasamh, sheall na sampallan concrait anns an robh diofar shiostaman snàithleach builean coileanaidh gu math eadar-dhealaichte:

Buidheann Hibrid Ioma-sgèile Uile-Basalt (B15N02: i.e., 1.5% snàithleach garbh + 0.2% microfibers): Thug a’ bhuidheann seo toraidhean air leth drùidhteach. Às dèidh 270 latha, sheas an ìre gleidhidh neart lùbadh co-ionann aig 76.14% iongantach, agus ràinig an ìre gleidhidh neart sgàineadh tùsail 90.67%. A bharrachd air an sin, cha robh call mais mar thoradh air sgàineadh uachdar air adhbhrachadh le nochdadh uisge na mara ach 1.43%. Nuair a chaidh dèiligeadh ri sìde àrainneachdail, chaidh am pròiseas lughdachadh stuthan gu h-iomlan air adhart aig astar gu math slaodach agus mean air mhean.

Buidheann Measgaichte Snàithleach Stàilinn (S15N02): Mus do thòisich an creimeadh, sheall a’ bhuidheann seo coileanadh lùbadh tùsail air leth àrd - toradh dìreach air stiffness àrd nàdarrach nan snàithleach stàilinn fhèin. Ach, ron chomharra 270-latha, bha an cruadhtan ath-neartaichte le snàithleach stàilinn air tionndadh bunaiteach agus radaigeach fhaighinn ann an coileanadh. Air sgàth meirgeadh farsaing, thuit an ìre gleidhidh neart lùbadh co-ionann aige gu 50.22% (gu h-èifeachdach a’ lughdachadh a neart ann an leth); anns na h-ìrean nas fhaide air adhart, thàinig pàtrain leudachaidh agus sgàinidhean ionadail follaiseach air adhbhrachadh le meirg gu bhith follaiseach.

III. Còmhstri Mhicreascopach: Carson a thuiteas stàilinn fhad ’s a tha basalt seasmhach?

Tha ìomhaighean a chaidh a ghlacadh tro Mhicrosgopaidh Dealanach Sganaidh (SEM) a’ nochdadh gu dìreach nàdar bunaiteach an eadar-dhealachaidh coileanaidh eadar an dà stuth:

Fàilligeadh Tubaisteach Snàithleanan Stàilinn: Bidh uisge na mara agus ogsaidean a’ dol a-steach gu furasta tro bheàrnan beaga bìodach anns a’ choincrit gus conaltradh ris an stàilinn, ag adhbhrachadh creimeadh dealan-cheimigeach mòr. Bidh meud na meirge iarainn ruadh-dhonn a thig às a’ leudachadh gu eadar 2 agus 6.5 uiread a mheud tùsail. Bidh an cuideam mòr a-staigh seo a’ “putadh” gu dìreach an aghaidh a’ mhaitris saimeantach mun cuairt, a’ gineadh lìonra de mhicro-sgàinidhean rèididheach. Mar a bhios milleadh a-staigh a’ fàs nas miosa, bidh an ceangal eadar na snàithleanan stàilinn agus a’ mhaitris concrait a’ crìonadh gu tur; mu dheireadh, fo luchd, tha na snàithleanan buailteach a bhith air an tarraing a-mach gu furasta no a’ sleamhnachadh - gu tur no ann am pàirt - agus mar sin a’ call an stiffness drochaid structarail.

An t-Atharrachadh Socair de Snàithleanan BasaltChan eil snàithleanan basalt a’ nochdadh leudachadh sam bith ann am meud nuair a bhios iad fosgailte do uisge na mara. Bidh am pròiseas hydrolysis aca - air a chomharrachadh le sgaoileadh socair cheanglaichean Si-O-Si - a’ dol air adhart aig astar gu math slaodach, agus mar thoradh air sin chan eil ach beagan claisean agus garbhachadh uachdar ionadail aig an nano-sgèile. Chan eil e a’ dèanamh cron air a’ mhaitrice, ach tha an garbhachadh uachdar seòlta seo a’ neartachadh an fhrith-bhualadh eadar-cheangailte eadar na snàithleanan agus a’ choincrit mun cuairt.

A bharrachd air sin, bidh dealbhadh measgachadh concrait gu tric a’ toirt a-steach fo-thoraidhean gnìomhachais - leithid luaithre itealaich agus slag - gus pàirt den t-saimeant traidiseanta a chur an àite. Ged a tha an cleachdadh seo a’ lughdachadh sgaoilidhean gualain rè cinneasachadh le 27%, tha e cuideachd a’ lughdachadh alcalineachd fad-ùine a’ choincrit gu mòr. Bidh seo gu h-èifeachdach a’ cruthachadh “capsal dìon a tha an aghaidh alcalin” airson snàithleanan basalt, a’ cur bacadh air an ìre sgaoilidh aca tuilleadh.

IV. Ag obair le sgàinidhean? Faodaidh e casg a chuir air milleadh san àm ri teachd cuideachd

Ann an tagraidhean innleadaireachd san t-saoghal fhìor, bidh co-phàirtean structarail ag obair fo chumhachan “leòinte”. Gus an fhìrinn seo a shamhlachadh, chruthaich an sgioba rannsachaidh meanbh-sgàinidhean gu saorga eadar 0.1 mm agus 0.3 mm de leud taobh a-staigh nan sampallan deuchainn:

Anns a’ bhuidheann snàithleach stàilinn, leig làthaireachd nam meanbh-sgàinidhean seo le taiseachd a dhol a-steach don raon teannachaidh gu dìreach; lean seo gu call luath air comas drochaid nan snàithleach stàilinn agus crìonadh geur ann an sùbailteachd an stuth. Tha a’ bhuidheann snàithleach basalt ioma-sgèile aon-ghnèitheach a’ sealltainn fulangas milleadh air leth taobh a-staigh raon fosglaidh sgàineadh de 0.1 mm gu 0.2 mm, air a choileanadh tro ghnìomh sineirgisteach “prìneadh” le snàithleach mìn agus “teannas” le snàithleach garbh. Fiù ‘s nuair a bhios sgàinidhean a bh’ ann roimhe a’ leudachadh gu 0.3 mm, bidh an stuth a’ cumail ìre àrd de chomas giùlain luchd lùbadh-teannachaidh, agus mar sin a’ leudachadh gu soirbheachail an stairsneach sàbhailteachd airson structaran millte ann an tagraidhean innleadaireachd mara.

Co-dhùnadh

Bho shealladh “Cosgais Cearcall-beatha (LCC)” agus seasmhachd àrainneachdail ìosal-charboin, ged a dh’ fhaodadh gum bi cosgaisean solarachaidh tùsail beagan nas àirde an lùib snàithleanan basalt air sgàth am pròiseas tarraing sònraichte, tha an nàdar cha mhòr “gun chumail suas” aca fad am beatha seirbheis a’ tabhann buannachdan mòra san fhad-ùine. Thar ùine obrachaidh pròiseict - mar as trice eadar 50 agus 100 bliadhna - chan e a-mhàin gu bheil an cleachdadh a’ cuir às do na cosgaisean iomlan mòra, ris nach robh dùil a tha co-cheangailte ri càradh tric agus cur an sàs chòtaichean an-aghaidh creimeadh, ach cuideachd a’ lughdachadh cuideam structarail fhèin gu mòr, agus mar sin a’ sàbhaladh air cosgaisean còmhdhail agus na cìsean cairt airson soithichean stàlaidh far-oirthir air sgèile mhòr.

Ann an linn far a bheil cuideam co-ionnan air a chur air lughdachadh sgaoilidhean gualain tron ​​chuairt-beatha pròiseict agus sàbhailteachd innleadaireachd a dhèanamh cinnteach, tha an “armachd an-aghaidh creimeadh” seo - air a dhèanamh à creag bholcànach - a’ tighinn am bàrr mar dhìonadair nas sàbhailte agus nas càirdeile don àrainneachd airson pròiseactan lùth glan mara, leithid ceanglaichean còmhdhail thar-mhara agus tuathanasan gaoithe far a’ chladaich.