ბაზალტის ბოჭკოების კვლევა სამოქალაქო ინჟინერიაში
1. გამოყენების ძირითადი მიმართულებები
- ბეტონის გამაგრების მასალები
ბოჭკოვანი ბეტონი (BFRC): მოკლე ჭრილი ბაზალტის ბოჭკობეტონში ურევენ 6-24 მმ-იან მასალებს (შერევის რაოდენობა 0.1%-0.5%), რამაც შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს ბზარებისადმი მდგრადობა (ბზარების სიგანის შემცირება 30%-50%-ით), დარტყმისადმი მდგრადობა (გაზრდის 2-3-ჯერ) და გამძლეობა (გაყინვა-დათბობის ციკლისადმი მდგრადობა 40%-ით).
ფოლადის არმატურის შეცვლა: კოროზიულ გარემოში (მაგ., საზღვაო ინჟინერია), ბაზალტის ბოჭკოვანი არმატურის ზოლები (BFRP ზოლები) შეუძლია შეცვალოს ფოლადის არმატურა კოროზიის პრობლემების თავიდან ასაცილებლად. მაგალითად, გამოყენება bfrp ცინდაოში ზღვის გადაღმა ხიდის ბურჯების გამაგრება, სავარაუდოდ, მის სიცოცხლის ხანგრძლივობას 100 წელზე მეტხანს გაახანგრძლივებს.
- სტრუქტურული გამაგრება და შეკეთება
ბოჭკოვანი ქსოვილის/ბადის გამაგრება: სხივებისა და სვეტების ზედაპირზე ბაზალტის ბოჭკოვანი ქსოვილი (გაჭიმვის სიმტკიცე ≥2000 მპა) ეწებება, რამაც შეიძლება დატვირთვის ტარების უნარი 20%-30%-ით გაზარდოს. მაგალითად, სიჩუანის შტატში ძველი ხიდის BF ქსოვილით გამაგრების შემდეგ, დატვირთვის ზღვარი მეორე კლასს იძენს.
სეისმური გამაგრება: ბოჭკოვანი გამაგრებული კომპოზიტები (BFRP) შეფუთული ბეტონის სვეტები, რომლებსაც შეუძლიათ გააძლიერონ პლასტიურობა და ენერგომოხმარების უნარი და შესაფერისია მიწისძვრისკენ მიდრეკილ რაიონებში მდებარე შენობებისთვის.
- ახალი კომპოზიტური სტრუქტურები
ბაზალტის ბოჭკოვან-პოლიმერული სენდვიჩ პანელები: გამოიყენება მსუბუქი სახურავებისა და ტიხრების კედლებისთვის, მაღალი სიმტკიცით და თბოიზოლაციით (თბოგამტარობა ≤ 0.05 W/mK).
3D ბეჭდვის სამშენებლო მასალები: ბაზალტის ბოჭკო- გამაგრებული ცემენტის მასალებით შესაძლებელია რთული სტრუქტურის ბეჭდვის განხორციელება და სამშენებლო ნარჩენების შემცირება.
2. ტექნიკური უპირატესობები და ძირითადი მონაცემები
| შესრულების ინდიკატორები | ბაზალტის ბოჭკო | შედარების მასალა (მინის ბოჭკო) |
| დაჭიმვის სიმტკიცე | 3000-4800 მპა | 2000-3500 მპა |
| ტუტეებისადმი მდგრადობა (pH=13) | სიმტკიცის შენარჩუნება ≥90% | მინის ბოჭკო: სიმტკიცის შენარჩუნება ≤ 50% |
| გარემოსდაცვითი უპირატესობები: წარმოების ენერგიის მოხმარება მინის ბოჭკოს მხოლოდ 30%-ია და მისი 100%-ით გადამუშავებაა შესაძლებელი. | ||
3. კვლევის პროგრესი და ტიპიური შემთხვევები
- შიდა კვლევა
ცინჰუას უნივერსიტეტი: შეიმუშავა ბაზალტის ბოჭკოვან-ნანო-სილიციუმის კომპოზიტური მოდიფიცირებული ბეტონი შეკუმშვის სიმტკიცის 25%-ით გაზრდით და ქლორიდის იონების გამტარიანობის 60%-ით შემცირებით.
სამხრეთ-აღმოსავლეთის უნივერსიტეტი: შემოთავაზებული BF/ეპოქსიდური ფისის ლამინატის გამაგრებული რკინაბეტონის სხივის ტექნოლოგია, დაღლილობისადმი გამძლეობის ვადა 3-ჯერ მეტად გაიზარდა.
- საერთაშორისო განაცხადი
იაპონია: ჰანშინის მიწისძვრის შემდეგ, ოსაკაში მაღალსართულიან შენობაში BF ბადით გამაგრებული კედელი აშენდა, რის შედეგადაც სეისმური მდგრადობა 40%-ით გაუმჯობესდა.
ევროპა: იტალიის ქალაქ ვენეციაში წყალდიდობის საწინააღმდეგო ჭიშკრებში გამოყენებული იყო BF-ის რკინაბეტონი, რომლის სიცოცხლის ხანგრძლივობა ზღვის წყლის ეროზიისგან დაცვის 50 წელი იყო.
- საინჟინრო შემთხვევები
ჩინეთი - ჰონგ-კონგი-ჟუჰაი-მაკაოს ხიდი: ბაზალტის ბოჭკო ზოგიერთი ბურჯის ანტიკოროზიულ ფენაში კომპოზიტური მასალაა გამოყენებული, რაც მოვლა-პატრონობის ხარჯებს 30%-ით ამცირებს.
აშშ - სან-ფრანცისკოს ყურის არეალის სწრაფი ტრანზიტი (BART): BF ქსოვილი გამოიყენება გვირაბის უგულებელყოფის გამაგრებაში და დეფორმაციისადმი მდგრადობა 25%-ით იზრდება.
4. გამოწვევები და სამომავლო მიმართულებები
- არსებული პრობლემები
არასაკმარისი ზედაპირული შეერთების მახასიათებლები: ბოჭკოსა და ბეტონს/ფისს შორის ზედაპირი მიდრეკილია მოცილებისკენ, საჭიროა ახალი შემაერთებელი აგენტების (მაგ., სილანის მოდიფიკატორების) შემუშავება.
გრძელვადიანი მახასიათებლების მონაცემების ნაკლებობა: BF არმატურის ცოცვის მახასიათებლები მაღალი ტემპერატურისა და მაღალი ტენიანობის გარემოში (10 წელზე მეტი ხნის მონაცემები ჯერ კიდევ არასრულყოფილია).
სტანდარტული სისტემის ერთგვაროვნება: სხვადასხვა ქვეყანაში BF მასალების საინჟინრო დიზაინის სპეციფიკაციები ჯერ კიდევ ბოლომდე დადგენილი არ არის (ჩინეთმა გამოუშვა GB/T 38143-2019, მაგრამ გამოყენების დეტალები დასახვეწია).
- სამომავლო კვლევის მიმართულება
ინტელექტუალური ბოჭკოვანი კომპოზიტები: ჩაშენებული სენსორები სტრუქტურული მდგომარეობის მონიტორინგის მისაღწევად (მაგ., დეფორმაციის, ბზარების თვითშეგნება).
მწვანე მომზადების ტექნოლოგია: დნობისა და ხატვის ტემპერატურის შემცირება (ამჟამად საჭიროა 1400-1500℃) და დაბალნახშირბადიანი პროცესის შემუშავება.
მრავალმასშტაბიანი სინერგიული გამაგრება: ნახშირბადის ბოჭკოსთან და ფოლადის ბოჭკოსთან შერევა გრადიენტული კომპოზიტების შესაქმნელად.
5. შეჯამება
გამოყენება ბაზალტის ბოჭკო სამოქალაქო ინჟინერიაში მეცნიერება ლაბორატორიიდან საინჟინრო პრაქტიკაში გადავიდა და მისი ეკონომიური და ეკოლოგიურად სუფთა ატრიბუტები შეესაბამება „ორმაგი ნახშირბადის“ მიზნის ფარგლებში მწვანე შენობების მოთხოვნას. მომავალში აუცილებელია ინტერფეისის ოპტიმიზაციის, გრძელვადიანი გამძლეობის შემოწმების და სხვა ძირითადი ტექნოლოგიების გარღვევა და ამავდროულად, დიზაინის სპეციფიკაციებისა და სამრეწველო ჯაჭვური სინერგიების გაუმჯობესების ხელშეწყობა, რათა დაჩქარდეს მისი ფართომასშტაბიანი გამოყენება ფართომასშტაბიან ინფრასტრუქტურაში, საზღვაო ინჟინერიაში, მიწისძვრებისა და კატასტროფების პრევენციასა და სხვა სცენარებში.
