Siv Cov Qauv Marine nrog "Bulletproof Vests" Siv Pob Zeb Volcanic? Multi-Scale Basalt Fibers Tawg Qhov Corrosion Stalemate rau Steel Fibers

Cov choj hla dej hiav txwv, cov chaw nres nkoj dej tob, cov chaw ua cua ntsawj ntawm ntug dej hiav txwv ... Txawm hais tias cov "loj heev" uas tau tsim hauv dej hiav txwv zoo nkauj heev rau saib, lawv nyiaj dhau "kev tsim txom hnyav" txhua hnub ntawm kev yaig dej, ntsev thiab alkali xeb, thiab kev hloov pauv ntub-qhuav. Hauv ib puag ncig zoo li no, xyuas kom meej tias tawv Cov Qauv Pob Zeb tseem zoo li qub—tsis muaj kev tawg, tawg, lossis ua tsis tiav ua ntej lub sijhawm—tau ntev los ua ib qho kev cov nyom rau lub zej zog engineering thoob ntiaj teb.
Ntev heev lawm, Cov Hlau FiberCov s feem ntau tau muab tso rau hauv cov pob zeb ua vaj tse kom txhim kho kev tawv thiab tiv thaiv kev tawg. Txawm li cas los xij, cov hlau fibers feem ntau tsis haum rau cov xwm txheej hnyav ntawm cov ntsev tsuag thiab dej hiav txwv; thaum cov chloride ions nkag mus rau hauv cov kab nrib pleb hauv cov pob zeb ua vaj tse, cov hlau fibers xeb thiab nthuav dav hauv qhov ntim, ua rau cov pob zeb ua vaj tse tawg los ntawm sab hauv mus rau sab nraud thiab ua kom cov qauv tawg sai dua.
Tsis ntev los no, kev tshawb fawb tshiab txog cov khoom siv uas tsom mus rau kev ruaj khov rau kev tsim kho hauv dej hiav txwv tau muab ib qho kev daws teeb meem zoo heev: cov fiber basalt—tsim los ntawm kev rub cov xov los ntawm cov pob zeb volcanic ntuj—siv tau los ua cov pob zeb hauv hiav txwv hauv ib txheej "armor" uas tsis muaj xeb. Qhov no ua tiav los ntawm ntau qhov kev hloov pauv uas muaj kev sib xyaw ua ke ntawm "cov fiber loj rau kev sib txuas ntawm cov qauv" thiab "cov fiber me me rau kev kaw qhov hws."

I. Cov Lus Zais Cia Txog Kev Tiv Thaiv Kev Xeb Uas Zais Hauv Pob Zeb Volcanic

Kev daws cov teeb meem tseem ceeb uas muaj nyob rau hauv cov ntaub ntawv uas twb muaj lawm—tshwj xeeb yog qhov yooj yim ntawm cov hlau fibers kom xeb thiab qhov nyiam ntawm cov organic fibers (xws li polypropylene lossis polyvinyl cawv) kom laus thiab lwj hauv cov chaw alkaline concrete—Basalt Cov fibers qhia txog cov khoom siv zoo heev. Tsim los ntawm kev yaj cov pob zeb volcanic ntuj ntawm qhov kub siab heev thiab rub nws mus rau hauv cov fibers, lawv cov qauv tseem ceeb muaj feem ntau ntawm cov amorphous network ntawm silicon-oxygen thiab txhuas-oxygen bonds. Cov qauv ntuj no, raws li pob zeb qhia txog kev tsis muaj zog tshuaj lom neeg siab heev thaum raug rau cov kua qaub alkaline hauv cov pob zeb thiab qhov chaw muaj ntsev ntau ntawm dej hiav txwv, yog li tshem tawm cov kev pheej hmoo ntawm lub cev uas cuam tshuam nrog "xeb, xeb, thiab volumetric nthuav dav." Txhawm rau kom ua tiav qhov kev tiv thaiv kab nrib pleb zoo dua thiab impermeability, kev tshawb fawb tshiab tshaj plaws tawg ntawm cov qauv "ib leeg-fiber" ib txwm muaj, thov hloov chaw "ntau qhov ntsuas homogeneous basalt fiber system":

Macro-structural Twisted Cov Fiber Basalt (SBF): Cov fibers ntxhib, ntev, thiab ntswj uas tawg thoob plaws hauv lub matrix; lawv lub luag haujlwm tseem ceeb yog txuas thiab khi ua ke cov kab nrib pleb loj uas twb muaj lawm, yog li ntawd muab cov tawv nqaij flexural thiab tensile stiffness tom qab tawg.

Cov Micro-structural Chopped Basalt Microfibers (NBF): Cov microfibers zoo uas, zoo li cov xuab zeb, ntim nruj nreem rau hauv cov qhov me me thiab cov channel hauv cov cement matrix uas tau khov kho, thaiv cov dej hiav txwv nkag mus thiab nres qhov kev nthuav dav ntawm cov kab nrib pleb me me.

Txoj kev "ua ke zoo thiab ntxhib" no tsim ib daim ntaub ntom ntom thiab sib xyaw ua ke tob hauv cov qauv pob zeb - ib txoj hauv kev tiv thaiv uas daws tau ob qho tib si kev tsis nkag thiab kev tswj qhov tawg tib lub sijhawm.

II. Kev Ntsuas Caij Tsheb Kauj Vab Uas Siv Dej Thiab Qhuav 270 Hnub "Brutal"

Yuav kom paub tseeb tias cov pob zeb tshiab no puas tuaj yeem "ua neej ntev" hauv ib puag ncig dej hiav txwv, pab pawg tshawb fawb tau ua qauv qhia txog ib puag ncig ntub-qhuav uas hloov pauv tas li. Qhov no suav nrog kev nce ob npaug ntawm cov dej hiav txwv thiab muab cov qauv coj mus rau qhov kev hloov pauv ntawm kev ziab kub siab (ntawm 45 ° C) thiab kev ziab tag nrho - nrog txhua lub sijhawm 24 teev ua ib qho kev voj voog ntub-qhuav tiav.
Tom qab ua siab ntev 270 hnub ntawm qhov kev sim siab no, cov qauv pob zeb uas muaj cov txheej txheem fiber sib txawv tau ua rau pom cov txiaj ntsig kev ua tau zoo sib txawv heev:

Pawg Sib Xyaws Ntau Qhov Txhua-Basalt (B15N02: piv txwv li, 1.5% cov xov paj loj + 0.2% microfibers): Pawg no tau muab cov txiaj ntsig zoo kawg nkaus. Tom qab 270 hnub, nws qhov sib npaug ntawm lub zog flexural khaws cia yog qhov zoo kawg nkaus 76.14%, thaum nws qhov pib tawg lub zog khaws cia tau txog 90.67%. Ntxiv mus, qhov poob loj vim yog qhov tawg ntawm qhov chaw los ntawm kev raug dej hiav txwv tsuas yog 1.43%. Thaum ntsib nrog huab cua ib puag ncig, cov txheej txheem puas tsuaj tag nrho cov khoom tau mus qeeb heev thiab maj mam.

Pawg Sib Xyaws Hlau Fiber (S15N02): Ua ntej pib xeb, pawg no tau ua pov thawj tias nws pib ua haujlwm tau zoo heev - qhov tshwm sim ncaj qha ntawm qhov muaj zog ntawm cov hlau fibers lawv tus kheej. Txawm li cas los xij, los ntawm 270-hnub cim, cov hlau fiber-reinforced concrete tau dhau los ua qhov kev hloov pauv tseem ceeb thiab hnyav hauv kev ua haujlwm. Vim yog xeb ntau heev, nws qhov sib npaug ntawm lub zog flexural khaws cia tau poob qis mus rau 50.22% (ua rau nws lub zog poob ib nrab); nyob rau theem tom qab, cov qauv nthuav dav thiab cov kab nrib pleb uas tshwm sim los ntawm xeb tau pom tseeb.

III. Kev Sib Tw Me Me: Vim Li Cas Hlau Thiaj Li Vov Thaum Basalt Tseem Ruaj Khoov?

Cov duab thaij los ntawm Scanning Electron Microscopy (SEM) qhia ncaj qha txog qhov xwm txheej tseem ceeb ntawm kev sib txawv ntawm kev ua tau zoo ntawm ob yam khoom siv:

Qhov Kev Ua Phem Loj Kawg Nkaus ntawm Cov Hlau Fibers: Dej hiav txwv thiab cov pa oxygen nkag mus rau hauv cov qhov me me hauv cov pob zeb ua vaj tse kom kov cov hlau, ua rau muaj kev xeb hluav taws xob hnyav. Qhov ntim ntawm cov xeb hlau xim av liab uas tshwm sim nthuav dav mus txog ntawm 2 thiab 6.5 npaug ntawm nws qhov loj me qub. Qhov kev nyem sab hauv loj heev no ncaj qha "thawb" tawm tsam cov cementitious matrix nyob ib puag ncig, tsim kom muaj cov kab nrib pleb radial. Thaum kev puas tsuaj sab hauv loj zuj zus, qhov kev sib txuas ntawm cov hlau fibers thiab cov pob zeb ua vaj tse poob qis tag nrho; thaum kawg, thaum muaj kev thauj khoom, cov fibers yooj yim raug rub tawm lossis plam - tag nrho lossis ib feem - yog li poob lawv cov qauv bridging stiffness.

Kev Hloov Kho Yooj Yim ntawm Cov Fiber BasaltCov fibers basalt tsis muaj qhov nthuav dav thaum raug dej hiav txwv. Lawv cov txheej txheem hydrolysis - uas yog tus cwj pwm los ntawm kev yaj ntawm Si-O-Si bonds - ua tiav qeeb heev, ua rau tsuas yog me ntsis, qhov chaw pitting thiab qhov chaw roughening ntawm nanoscale. Deb ntawm kev ua puas tsuaj rau lub matrix, qhov kev ntxhib me me no ua rau muaj kev sib txhuam sib txuas ntawm cov fibers thiab cov pob zeb ib puag ncig.

Tsis tas li ntawd xwb, cov qauv sib xyaw ua ke feem ntau suav nrog cov khoom lag luam hauv kev lag luam - xws li cov tshauv ya thiab slag - los hloov cov cement ib txwm muaj. Txawm hais tias qhov kev coj ua no txo ​​cov pa roj carbon thaum lub sijhawm tsim khoom los ntawm 27%, nws kuj txo qis qhov alkalinity ntev ntawm cov pob zeb. Qhov no ua tau zoo tsim cov tshuaj tiv thaiv "alkali-resistant protective capsule" rau cov fibers basalt, ntxiv rau kev tswj hwm lawv cov nqi yaj.

IV. Ua haujlwm nrog cov kab nrib pleb? Nws kuj tseem tuaj yeem tiv thaiv kev puas tsuaj yav tom ntej

Hauv kev siv engineering tiag tiag, cov khoom siv hauv tsev yuav tsum ua haujlwm raws li qhov xwm txheej "raug mob". Txhawm rau ua piv txwv qhov tseeb no, pab pawg tshawb fawb tau tsim cov kab nrib pleb me me uas loj li ntawm 0.1 hli txog 0.3 hli dav hauv cov qauv kuaj:

Hauv pawg hlau fiber, qhov muaj cov kab nrib pleb me me no tso cai rau cov dej noo nkag mus rau hauv thaj chaw tensile ncaj qha; qhov no ua rau poob sai sai ntawm cov hlau fibers 'bridging peev xwm thiab poob qis hauv cov khoom siv ductility. Cov homogeneous multi-scale basalt fiber pawg qhia txog kev puas tsuaj zoo heev hauv qhov qhib qhov tawg ntawm 0.1 hli txog 0.2 hli, ua tiav los ntawm kev ua haujlwm synergistic ntawm "pinning" los ntawm cov fibers zoo thiab "tensioning" los ntawm cov fibers ntxhib. Txawm tias thaum cov kab nrib pleb uas twb muaj lawm nthuav dav mus rau 0.3 hli, cov khoom siv khaws cia qib siab ntawm flexural-tensile load-bearing peev xwm, yog li ua tiav txuas ntxiv qhov kev nyab xeeb rau cov qauv puas tsuaj hauv kev siv marine engineering.

Xaus lus

Los ntawm qhov kev xav ntawm "Tus nqi siv rau lub neej (LCC)" thiab kev ruaj khov ntawm ib puag ncig uas tsis muaj carbon ntau, txawm hais tias cov fibers basalt yuav ua rau muaj cov nqi yuav khoom pib siab dua me ntsis vim lawv cov txheej txheem kos duab tshwj xeeb, lawv qhov xwm txheej "tsis tas yuav saib xyuas" thoob plaws lawv lub neej kev pabcuam muaj cov txiaj ntsig zoo rau lub sijhawm ntev. Dhau ntawm lub sijhawm ua haujlwm ntawm ib qhov project - feem ntau yog txij li 50 txog 100 xyoo - lawv siv tsis yog tsuas yog tshem tawm cov nqi tag nrho uas tsis tau xav txog uas cuam tshuam nrog kev kho ntau zaus thiab kev siv cov txheej txheem tiv thaiv xeb, tab sis kuj tseem txo qhov hnyav ntawm cov qauv, yog li txuag tau cov nqi thauj mus los thiab cov nqi them rau cov nkoj loj hauv hiav txwv.

Nyob rau lub caij nyoog uas muaj kev sib npaug zos rau kev txo cov pa roj carbon dioxide thoob plaws lub voj voog ntawm ib qhov project thiab ua kom muaj kev nyab xeeb hauv kev tsim kho, qhov "armor tiv thaiv xeb" no - ua los ntawm pob zeb volcanic - tab tom tshwm sim ua tus neeg saib xyuas kev nyab xeeb dua thiab zoo rau ib puag ncig rau cov haujlwm hluav taws xob huv hauv hiav txwv, xws li kev sib txuas lus hla hiav txwv thiab cov chaw ua liaj ua teb cua hauv hiav txwv.