Ծովային կառույցները «անխոցելի բաճկոններով» հագեցնելը՝ օգտագործելով հրաբխային ապարներ: Բազմամասշտաբ բազալտե մանրաթելերը կխզեն պողպատե մանրաթելերի կոռոզիայի հետ կապված փակուղին:

Ծովային կամուրջներ, խորջրյա տերմինալներ, ծովային հողմային էլեկտրակայաններ... Մինչդեռ օվկիանոսում կառուցված այս «հսկայական հսկաները» հիասքանչ են, նրանք դիմանում են ալիքային էրոզիայի, աղի և ալկալիի կոռոզիայի, ինչպես նաև խոնավ-չոր ցիկլերի հերթագայման ամենօրյա «դաժան տանջանքներին»։ Նման միջավայրում, ապահովելով, որ կարծրացած Բետոնե կոնստրուկցիաներ անվնաս մնալը՝ զերծ կոտրվածքներից, ճաքերից կամ վաղաժամ խափանումից, երկար ժամանակ լուրջ մարտահրավեր է եղել համաշխարհային ճարտարագիտական ​​հանրության համար։
Երկար ժամանակ, Պողպատե մանրաթելԲետոնի մեջ հաճախ են ներառվել ամրությունը բարձրացնելու և ճաքերը կանխելու համար պողպատե մանրաթելերը։ Սակայն, պողպատե մանրաթելերը հաճախ անհարմար են լինում աղի ցողի և ծովի ջրի կոշտ պայմանների համար. երբ քլորիդի իոնները ներթափանցում են բետոնի ճեղքերը, պողպատե մանրաթելերը ժանգոտում են և ընդարձակվում ծավալով, պարադոքսալ կերպով առաջացնելով բետոնի ճաքեր ներսից դեպի դուրս և արագացնելով կառուցվածքային փլուզումը։
Վերջերս ծովային ճարտարագիտության համար բարձր դիմացկունությանը կենտրոնացած նոր նյութերի ուսումնասիրությունը առաջարկել է խիստ խոստումնալից լուծում. բազալտե մանրաթելեր—որը ստացվում է բնական հրաբխային ապարից թելեր քաշելով՝ կարող է օգտագործվել ծովային բետոնը «զրահի» շերտով պատելու համար, որը գործնականում անխոցելի է ժանգի նկատմամբ: Սա իրականացվում է բազմամասշտաբ աստիճանական մոդելի միջոցով, որը ներառում է «կառուցվածքային կապման համար նախատեսված խոշոր մանրաթելերի» և «ծակոտիների կնքման համար նախատեսված փոքր մանրաթելերի» համադրություն:

I. Հրաբխային ապարների մեջ թաքնված հակակոռոզիոն գաղտնիքները

Գոյություն ունեցող նյութերին բնորոշ կարևոր թերությունների, մասնավորապես՝ պողպատե մանրաթելերի ժանգոտման նկատմամբ զգայունության և օրգանական մանրաթելերի (օրինակ՝ պոլիպրոպիլենի կամ պոլիվինիլային սպիրտի) ալկալային բետոնե միջավայրում հնանալու և քայքայվելու հակվածության լուծմամբ՝Բազալտ Մանրաթելերը ցուցադրում են բացառիկ նյութական առավելություններ: Ստացված մաքուր բնական հրաբխային ապարը գերբարձր ջերմաստիճաններում հալեցնելով և այն մանրաթելերի մեջ ներծծելով, դրանց հիմնական կառուցվածքային շրջանակը հիմնականում բաղկացած է սիլիցիում-թթվածին և ալյումին-թթվածին կապերի ամորֆ ցանցից: Այս բնական, քարե հիմքով կառուցվածքը ցուցաբերում է չափազանց բարձր քիմիական իներտություն բետոնի ներսում առկա ուժեղ ալկալային ծակոտկեն հեղուկների և ծովի ջրի բարձր աղի միջավայրի ազդեցության տակ, այդպիսով հիմնարար կերպով վերացնելով «կոռոզիայի, ժանգոտման և ծավալային ընդարձակման» հետ կապված ֆիզիկական ռիսկերը: Ճաքերի նկատմամբ գերազանց դիմադրության և անթափանցելիության հասնելու համար վերջին հետազոտությունները շեղվում են ավանդական «միաթելային» մոդելից՝ փոխարենը առաջարկելով «բազմամասշտաբ համասեռ բազալտային մանրաթելային համակարգ»:

Մակրոկառուցվածքային Twisted Բազալտե մանրաթելեր (SBF): Կոպիտ, երկար և ոլորված մանրաթելեր, որոնք ցրված են ամբողջ մատրիցով մեկ։ Դրանց հիմնական գործառույթը գոյություն ունեցող մակրոճաքերը կամուրջ կազմելն ու միմյանց կապելն է, այդպիսով ապահովելով ճաքերից հետո ծռման ամրություն և ձգման կոշտություն։

Միկրոկառույցային կտրատված բազալտե միկրոմանրաթելեր (NBF). նուրբ միկրոմանրաթելեր, որոնք, ավազի հատիկների նման, ամուր սեղմվում են կարծրացած ցեմենտի մատրիցայի մանր ծակոտիների և խողովակների մեջ՝ արդյունավետորեն խոչընդոտելով ծովի ջրի ներթափանցման ուղիները և կանխելով առաջացող միկրոճաքերի տարածումը։

Այս «կոպիտ և նուրբ համադրության» ռազմավարությունը ստեղծում է խիտ, բարդ ցանց, որը հյուսված է բետոնե կառուցվածքի խորքում՝ մի համապարփակ պաշտպանական մեխանիզմ, որը միաժամանակ պայքարում է և՛ անթափանցելիության, և՛ ճաքերի վերահսկման դեմ։

II. «Դաժան» 270-օրյա թաց-չոր ցիկլի փորձարկում

Որոշելու համար, թե արդյոք այս նորարարական բետոնը կարող է «երկարակեցություն» ապահովել ծովային միջավայրում, հետազոտական ​​​​խումբը մոդելավորել է չափազանց խիստ խոնավ-չոր միջավայրի հերթագայություն։ Սա ենթադրում էր ծովային ջրի լուծույթի կոնցենտրացիայի կրկնապատկում և նմուշների ենթարկում բարձր ջերմաստիճանային չորացման (45°C-ում) և լրիվ հագեցման հերթագայող ցիկլերի՝ յուրաքանչյուր 24-ժամյա ժամանակահատվածը կազմելով մեկ ամբողջական խոնավ-չոր ցիկլ։
Այս 270 օրվա տանջալից փորձությանը դիմանալուց հետո, տարբեր մանրաթելային համակարգեր ներառող բետոնե նմուշները ցուցաբերեցին խիստ տարբեր ցուցանիշներ.

Ամբողջությամբ բազալտե բազմամասշտաբ հիբրիդային խումբ (B15N02՝ այսինքն՝ 1.5% կոպիտ մանրաթելեր + 0.2% միկրոմանրաթելեր): Այս խումբը ցույց տվեց բացառիկ տպավորիչ արդյունքներ: 270 օր անց դրա համարժեք ծռման ամրության պահպանման մակարդակը կազմեց զարմանալի 76.14%, մինչդեռ սկզբնական ճաքերի ամրության պահպանման մակարդակը հասավ 90.67%-ի: Ավելին, ծովի ջրի ազդեցության հետևանքով մակերեսային ճաքճքման հետևանքով զանգվածի կորուստը կազմում էր ընդամենը 1.43%: Շրջակա միջավայրի եղանակային պայմանների դեպքում նյութի ընդհանուր քայքայման գործընթացը ընթացավ չափազանց դանդաղ և աստիճանական տեմպերով:

Պողպատե մանրաթելերի հիբրիդային խումբ (S15N02). Կոռոզիայի սկսվելուց առաջ այս խումբը ցուցաբերել է բացառիկ բարձր սկզբնական ճկման կատարողականություն՝ պողպատե մանրաթելերի բնորոշ բարձր կոշտության ուղղակի արդյունք: Այնուամենայնիվ, 270 օրվա ընթացքում պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոնը ենթարկվել էր կատարողականի հիմնարար և կտրուկ փոփոխությունների: Լայնածավալ ժանգոտման պատճառով դրա համարժեք ճկման ամրության պահպանման մակարդակը կտրուկ նվազել է մինչև 50.22% (արդյունավետորեն կիսով չափ կրճատելով դրա ամրությունը). հետագա փուլերում ակնհայտ դարձան ժանգի հետևանքով առաջացած առանձնահատուկ տեղայնացված ընդարձակման նախշեր և ճաքեր:

III. Մանրադիտակային բախում. Ինչո՞ւ է պողպատը փլուզվում, մինչդեռ բազալտը մնում է կայուն:

Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) միջոցով ստացված պատկերները ուղղակիորեն բացահայտում են երկու նյութերի միջև կատարողականի տարբերության հիմնարար բնույթը.

Պողպատե մանրաթելերի աղետալի փլուզումը. Ծովի ջուրը և թթվածինը հեշտությամբ թափանցում են բետոնի մանրադիտակային խոռոչների միջով՝ շփվելով պողպատի հետ, առաջացնելով ծանր էլեկտրաքիմիական կոռոզիա: Արդյունքում առաջացող կարմրաշագանակագույն երկաթի ժանգի ծավալը մեծանում է իր սկզբնական չափի 2-ից 6,5 անգամ: Այս հսկայական ներքին ճնշումը ուղղակիորեն «մղում է» շրջակա ցեմենտե մատրիցային՝ առաջացնելով ճառագայթային միկրոճաքերի ցանց: Ներքին վնասը ուժեղանալուն զուգընթաց, պողպատե մանրաթելերի և բետոնե մատրիցի միջև կապը լիովին քայքայվում է. ի վերջո, ծանրաբեռնվածության տակ, մանրաթելերը հակված են հեշտությամբ դուրս քաշվելու կամ սահելու՝ ամբողջությամբ կամ մասնակիորեն, այդպիսով կորցնելով իրենց կառուցվածքային կամրջող կարծրությունը:

Նուրբ հարմարվողականությունը Բազալտե մանրաթելերԲազալտե մանրաթելերը ծովի ջրի ազդեցության տակ բացարձակապես ծավալային ընդլայնում չեն ցուցաբերում: Դրանց հիդրոլիզի գործընթացը, որը բնութագրվում է Si-O-Si կապերի մեղմ լուծարմամբ, ընթանում է չափազանց դանդաղ տեմպերով, ինչը հանգեցնում է միայն աննշան, տեղայնացված փոսիկների և մակերեսային կոպտության նանոմասշտաբով: Մատրիցը վնասելուց զատ, այս նուրբ մակերեսային կոպտությունը իրականում ուժեղացնում է մանրաթելերի և շրջակա բետոնի միջև փոխկապակցված շփումը:

Ավելին, բետոնի խառնուրդի նախագծման մեջ հաճախ օգտագործվում են արդյունաբերական ենթամթերքներ, ինչպիսիք են թռչող մոխիրը և խարամը՝ ավանդական ցեմենտը մասամբ փոխարինելու համար: Չնայած այս պրակտիկան արտադրության ընթացքում ածխածնի արտանետումները կրճատում է 27%-ով, այն նաև զգալիորեն նվազեցնում է բետոնի երկարաժամկետ ալկալիականությունը: Սա արդյունավետորեն ստեղծում է բազալտե մանրաթելերի համար նուրբ, «ալկալիներին դիմացկուն պաշտպանիչ պարկուճ», որն էլ ավելի է ճնշում դրանց լուծարման արագությունը:

IV. Աշխատո՞ւմ է ճաքերի հետ։ Այն կարող է նաև կանխել ապագա վնասը։

Իրական աշխարհում ճարտարագիտական ​​կիրառություններում կառուցվածքային բաղադրիչները անխուսափելիորեն գործում են «վնասված» պայմաններում: Այս իրականությունը մոդելավորելու համար հետազոտական ​​​​խումբը փորձարկվող նմուշների վրա արհեստականորեն առաջացրել է 0.1 մմ-ից մինչև 0.3 մմ լայնությամբ միկրոճաքեր:

Պողպատե մանրաթելերի խմբում այս միկրոճաքերի առկայությունը թույլ է տվել խոնավությանը անմիջապես ներթափանցել ձգման գոտի։ Սա հանգեցրել է պողպատե մանրաթելերի կամրջողունակության արագ կորստի և նյութի ճկունության կտրուկ անկման։ Միատարր բազմամասշտաբ բազալտե մանրաթելերի խումբը ցուցաբերում է բացառիկ վնասի դիմադրություն 0.1 մմ-ից մինչև 0.2 մմ ճաքերի բացման միջակայքում, որը ձեռք է բերվում բարակ մանրաթելերի կողմից «ամրացման» և խոշոր մանրաթելերի կողմից «լարման» սիներգետիկ գործողության միջոցով։ Նույնիսկ երբ արդեն գոյություն ունեցող ճաքերը լայնանում են մինչև 0.3 մմ, նյութը պահպանում է ծռման-ձգման բարձր մակարդակի բեռի կրողունակություն, այդպիսով հաջողությամբ ընդլայնելով վնասված կառուցվածքների անվտանգության շեմը ծովային ճարտարագիտության կիրառություններում։

Եզրակացություն

«Կյանքի ցիկլի արժեքի (LCC)» և ցածր ածխածնային շրջակա միջավայրի կայունության տեսանկյունից, չնայած բազալտե մանրաթելերը կարող են ենթադրել մի փոքր ավելի բարձր նախնական գնման ծախսեր՝ իրենց մասնագիտացված գծագրման գործընթացի պատճառով, դրանց գործնականում «սպասարկման կարիք չունեցող» բնույթը ողջ ծառայության ընթացքում առաջարկում է զգալի երկարաժամկետ առավելություններ: Նախագծի շահագործման ժամանակահատվածում՝ սովորաբար 50-ից 100 տարի, դրանց օգտագործումը ոչ միայն վերացնում է հաճախակի վերանորոգման և հակակոռոզիոն ծածկույթների կիրառման հետ կապված զգալի, անսպասելի ընդհանուր ծախսերը, այլև զգալիորեն նվազեցնում է կառուցվածքի սեփական քաշը, այդպիսով խնայելով տրանսպորտային ծախսերը և խոշորածավալ ծովային տեղադրման նավերի վարձակալության վճարները:

Մի դարաշրջանում, երբ նախագծի ողջ կյանքի ցիկլի ընթացքում հավասարապես շեշտը դրվում է ածխածնի արտանետումների կրճատման և ինժեներական անվտանգության ապահովման վրա, հրաբխային ապարից պատրաստված այս «հակակոռոզիոն զրահը» դառնում է ավելի անվտանգ և էկոլոգիապես մաքուր պաշտպան ծովային մաքուր էներգիայի նախագծերի համար, ինչպիսիք են ծովային տրանսպորտային կապերը և ծովային հողմային էլեկտրակայանները։