Sanya Tsarin Ruwa Mai "Rigar Harsashi" Ta Amfani da Dutsen Dutsen Mai Tsanani? Zaren Basalt Masu Girma Da Yawa Sun Karya Tsatsa Saboda Zaren Karfe
Gadar teku, tashoshin ruwa masu zurfi, gonakin iska na teku... Duk da cewa waɗannan "manyan ƙattai" da aka gina a cikin teku suna da ban mamaki a gani, suna jure wa "azabar zalunci" ta yau da kullun na zaizayar ruwa, tsatsa mai gishiri da alkali, da kuma zagayowar bushewa da danshi. A cikin irin wannan yanayi, tabbatar da cewa taurare Gine-ginen Siminti kasancewa cikin koshin lafiya—babu fashewa, fashewa, ko gazawa da wuri—ya daɗe yana zama ƙalubale mai wahala ga al'ummar injiniyanci ta duniya.
Na dogon lokaci, Zaren KarfeSau da yawa ana saka su a cikin siminti don ƙara tauri da hana tsagewa. Duk da haka, zare-zaren ƙarfe galibi ba su dace da yanayin zafi na feshi na gishiri da ruwan teku ba; da zarar ions na chloride suka shiga cikin ramukan da ke cikin simintin, zare-zaren ƙarfen sun yi tsatsa kuma suna faɗaɗa da yawa, wanda hakan ke sa simintin ya fashe daga ciki kuma yana hanzarta rugujewar tsarin.
Kwanan nan, wani sabon bincike na kayan aiki wanda ya mayar da hankali kan ingantaccen juriya ga injiniyan ruwa ya bayar da mafita mai kyau: Zaruruwan basalt—wanda aka samar ta hanyar zana zare daga dutsen aman wuta na halitta—za a iya amfani da shi wajen lulluɓe simintin ruwa a cikin wani "sulke" wanda kusan ba ya iya tsatsa. Ana samun wannan ta hanyar samfurin gradation mai girma dabam-dabam wanda ke nuna haɗin "manyan zare don haɗa tsarin" da "ƙananan zare don rufe ramuka."
I. Sirrin Yaƙi da Tsatsa da ke Boye a Cikin Dutsen Dutsen Mai Tsatsa
Magance manyan kurakuran da ke tattare da kayan da ake da su - musamman saurin kamuwa da zare na ƙarfe zuwa tsatsa da kuma yanayin zare na halitta (kamar polypropylene ko polyvinyl alcohol) na tsufa da lalacewa a cikin muhallin simintin alkaline -Basalt Zaruruwan suna nuna fa'idodi na musamman na kayan aiki. An samar da su ta hanyar narkewar tsattsarkar dutsen aman wuta na halitta a yanayin zafi mai tsanani da kuma jawo su zuwa zaruruwa, tsarin ginin su na asali ya ƙunshi hanyar sadarwa mara tsari na silicon-oxygen da haɗin aluminum-oxygen. Wannan tsarin halitta, wanda aka gina a kan dutse, yana nuna rashin daidaiton sinadarai mai yawa lokacin da aka fallasa shi ga ruwan ramuka masu ƙarfi na alkaline a cikin siminti da kuma yanayin ruwan teku mai yawan gishiri, ta haka ne ke kawar da haɗarin zahiri da ke da alaƙa da "lalata, tsatsa, da faɗaɗa girma." Don cimma juriya mai kyau ta tsagewa da rashin shiga ruwa, sabon binciken ya rabu da tsarin gargajiya na "zaren guda ɗaya", yana ba da shawarar maimakon haka "tsarin zaren basalt mai kama da juna da yawa":
An juya Macro-structural Zaruruwan Basalt (SBF): Zaruruwa masu kauri, dogaye, da kuma murɗewa da aka watsa a cikin matrix; babban aikinsu shine haɗa da haɗa manyan fasa-tsage da ke akwai, ta haka ne ke samar da tauri mai lanƙwasa da kuma tauri bayan fashewa.
Ƙananan zare na Basalt da aka Yanka (NBF): Ƙananan zare na micro-structural waɗanda, kamar yashi, suna manne sosai a cikin ƙananan ramuka da hanyoyin da ke cikin matrix ɗin siminti mai tauri, suna toshe hanyoyin shigar ruwan teku yadda ya kamata kuma suna hana yaɗuwar ƙananan fasa.
Wannan dabarar "haɗin kai mai kauri da laushi" tana ƙirƙirar wani katanga mai kauri da rikitarwa da aka saka a cikin tsarin siminti - wata cikakkiyar hanyar kariya da ke magance rashin shiga ruwa da kuma sarrafa tsagewa a lokaci guda.
II. Gwajin Keke Mai Daɗi da Busasshe na Kwanaki 270 "Mummunan"
Domin tantance ko wannan sabon siminti zai iya cimma "tsawon lokaci" a cikin yanayin ruwa, ƙungiyar binciken ta kwaikwayi yanayi mai tsauri mai canzawa da bushewa. Wannan ya ƙunshi ninka yawan ruwan teku da kuma sanya samfuran zuwa ga zagayowar bushewa mai zafi (a 45°C) da cikakken cikawa - tare da kowane lokaci na awanni 24 wanda ke zama zagaye ɗaya cikakke da bushewa.
Bayan sun sha wahala na tsawon kwanaki 270 na wannan mawuyacin hali, samfuran siminti da suka haɗa da tsarin zare daban-daban sun nuna sakamako daban-daban na aiki:
Rukunin Haɗin Gwiwa Mai Yawa Na All-Basalt (B15N02: watau, zare mai kauri 1.5% + zare mai ƙananan ƙwayoyin cuta 0.2%): Wannan rukunin ya samar da sakamako mai ban mamaki. Bayan kwanaki 270, ƙimar riƙe ƙarfin lanƙwasa daidai gwargwado ya tsaya a kashi 76.14%, yayin da ƙimar riƙe ƙarfin tsagewa ta farko ta kai kashi 90.67%. Bugu da ƙari, asarar da aka samu sakamakon zubar da ruwa a saman ruwa wanda ya faru sakamakon fallasar ruwan teku ya kai kashi 1.43% kawai. Lokacin da aka fuskanci yanayin muhalli, tsarin lalata kayan gabaɗaya ya ci gaba da tafiya a hankali kuma a hankali.
Ƙungiyar Haɗin Kan Karfe (S15N02): Kafin fara tsatsa, wannan rukunin ya nuna babban aikin lanƙwasa na farko - sakamakon kai tsaye na taurin zaren ƙarfe da kansu. Duk da haka, kafin kwanaki 270, simintin da aka ƙarfafa da zaren ƙarfe ya fuskanci koma-baya mai mahimmanci a cikin aiki. Saboda tsatsa mai yawa, ƙimar riƙe ƙarfin lanƙwasa daidai gwargwado ya faɗi zuwa 50.22% (wanda hakan ya rage ƙarfinsa da rabi); a matakai na baya-bayan nan, siffofi daban-daban na faɗaɗa tsatsa da tsatsa suka haifar sun bayyana.
III. Hayaniyar Ƙananan Na'urori: Me Yasa Karfe Ke Rugujewa Yayin da Basalt Ya Ci Gaba Da Zama Mai Tsayi?
Hotunan da aka ɗauka ta hanyar Scanning Electron Microscopy (SEM) sun bayyana ainihin yanayin bambancin aiki tsakanin kayan biyu:
Lalacewar Zare-zaren Karfe: Ruwan teku da iskar oxygen cikin sauƙi suna ratsawa ta cikin ƙananan ramuka a cikin siminti don su taɓa ƙarfen, wanda hakan ke haifar da tsatsa mai tsanani ta hanyar lantarki. Girman tsatsar ƙarfe mai launin ja-launin ruwan kasa da ke fitowa yana faɗaɗa zuwa tsakanin girmansa na asali sau 2 zuwa 6.5. Wannan matsin lamba na ciki mai yawa yana "tura" kai tsaye zuwa matrix ɗin siminti da ke kewaye, yana samar da hanyar sadarwa ta ƙananan fasa-tsatsa. Yayin da lalacewar ciki ke ƙaruwa, haɗin da ke tsakanin zaren ƙarfe da matrix ɗin siminti yana raguwa gaba ɗaya; a ƙarshe, a ƙarƙashin kaya, zaren suna da sauƙin cirewa ko zamewa—ko dai gaba ɗaya ko wani ɓangare—ta haka suna rasa taurin gininsu.
Daidaitawa Mai Sauƙi na Zaruruwan Basalt: Zaruruwan basalt ba sa nuna wani faɗaɗawa ko kaɗan idan aka fallasa su ga ruwan teku. Tsarin hydrolysis ɗinsu—wanda aka siffanta shi da narkewar haɗin Si-O-Si mai sauƙi—yana ci gaba da sauri sosai, wanda ke haifar da ƙaramin rami da kuma ƙarar saman a nanoscale. Maimakon lalata matrix ɗin, wannan ƙaramin rugujewar saman a zahiri yana ƙara haɗakar gogayya tsakanin zaruruwan da simintin da ke kewaye.
Bugu da ƙari, ƙirar haɗin siminti galibi tana haɗa da samfuran masana'antu - kamar tokar ƙura da slag - don maye gurbin siminti na gargajiya kaɗan. Duk da cewa wannan aikin yana rage fitar da hayakin carbon yayin samarwa da kashi 27%, yana kuma rage alkalinity na dogon lokaci na siminti. Wannan yana ƙirƙirar wani abu mai laushi, "ƙanshin kariya mai jure wa alkaline" ga zaruruwan basalt, wanda ke ƙara rage yawan narkewarsu.
IV. Yana aiki da tsagewa? Hakanan Yana Iya Hana Lalacewa a Nan Gaba
A aikace-aikacen injiniya na gaske, sassan tsarin ba makawa suna aiki a ƙarƙashin yanayin "wanda ya ji rauni". Don kwaikwayon wannan gaskiyar, ƙungiyar masu binciken ta hanyar amfani da roba ta haifar da ƙananan fasa tsakanin faɗin 0.1 mm zuwa 0.3 mm a cikin samfuran gwaji:
A cikin rukunin zaren ƙarfe, kasancewar waɗannan ƙananan fasa sun ba da damar danshi ya shiga yankin tensile kai tsaye; wannan ya haifar da asarar ƙarfin haɗin zaren ƙarfe cikin sauri da raguwar saurin juzu'in kayan. Rukunin zaren basalt mai kama da juna yana nuna juriyar lalacewa ta musamman a cikin kewayon buɗewar fasa daga 0.1 mm zuwa 0.2 mm, wanda aka cimma ta hanyar aikin haɗin gwiwa na "pinning" ta hanyar ƙananan zaruruwa da "tensioning" ta hanyar zaruruwa masu kauri. Ko da lokacin da fasa da suka riga suka faɗaɗa zuwa 0.3 mm, kayan yana riƙe da babban matakin ƙarfin ɗaukar nauyi mai lanƙwasa, ta haka ne ya sami nasarar faɗaɗa iyakar aminci ga gine-ginen da suka lalace a aikace-aikacen injiniyan ruwa.
Kammalawa
Daga mahangar "Farashin Zagaye na Rayuwa (LCC)" da dorewar muhalli mai ƙarancin carbon, kodayake zare-zaren basalt na iya haifar da ɗan ƙarin farashin siye na farko saboda tsarin zane na musamman, yanayinsu na kusan "ba tare da kulawa ba" a tsawon rayuwarsu yana ba da fa'idodi masu yawa na dogon lokaci. A tsawon lokacin aikin wani aiki - yawanci daga shekaru 50 zuwa 100 - amfani da su ba wai kawai yana kawar da babban kuɗaɗen da ba a zata ba da ke da alaƙa da gyare-gyare akai-akai da amfani da rufin hana tsatsa, har ma yana rage nauyin ginin kansa sosai, ta haka yana adana kuɗaɗen sufuri da kuɗin haya na manyan jiragen ruwa na ƙasashen waje.
A wannan zamani da aka fi mai da hankali kan rage hayakin carbon a tsawon rayuwar wani aiki da kuma tabbatar da tsaron injiniya, wannan "sulke mai hana lalata" - wanda aka ƙera daga dutsen aman wuta - yana fitowa a matsayin mai tsaro mafi aminci da kuma mai dacewa da muhalli ga ayyukan makamashin ruwa masu tsafta, kamar hanyoyin sufuri na teku da gonakin iska na teku.