Вулкандык тектерди колдонуп, деңиз конструкцияларын "ок өткөрбөгөн жилеттер" менен жабдуубу? Көп масштабдуу базальт булалары болот булаларынын коррозияга кабылуу коркунучун жок кылат

Деңиз аркылуу өтүүчү көпүрөлөр, терең суу терминалдары, деңиздеги шамал электр станциялары... Океанда курулган бул "эбегейсиз алптар" көзгө урунгандай кооз болгону менен, алар күн сайын толкун эрозиясынын, туз жана щелочтуу коррозиянын жана нымдуу-кургак циклдердин алмашып турушунун "катаал кыйноолоруна" туруштук берет. Мындай чөйрөдө катууланууну камсыз кылуу... Бетон конструкциялары бүтүн бойдон калуу — сынуудан, жарака кетүүдөн же эрте бузулуудан арылтуу — дүйнөлүк инженердик коомчулук үчүн көптөн бери оор көйгөй болуп келген.
Көп убакыт бою, Болот буласыs бетондун бекемдигин жогорулатуу жана жарака кетишинин алдын алуу үчүн көп учурда кошулуп келген. Бирок, болот булалары көп учурда туз чачыратуусунун жана деңиз суусунун катаал шарттарына туура келбейт; хлорид иондору бетондун ичиндеги жаракаларга киргенден кийин, болот булалары дат басып, көлөмү кеңейет, бул парадоксалдуу түрдө бетондун ичинен сыртка жарака кетишине алып келип, структуралык кыйроону тездетет.
Жакында эле деңиз инженериясы үчүн жогорку бышыктыкка багытталган жаңы материалдарды изилдөө абдан келечектүү чечимди сунуштады: базальт булалары—табигый жанар тоо тектеринен жиптерди тартуу жолу менен өндүрүлгөн — деңиз бетонун дат басууга дээрлик туруктуу болгон "соот" катмары менен каптоо үчүн колдонулушу мүмкүн. Буга "структуралык байланыштыруу үчүн чоң булалар" жана "тешикчелерди жабуу үчүн кичинекей булалар" айкалышын камтыган көп масштабдуу градация модели аркылуу жетишилет.

I. Вулкандык тектердин ичинде катылган коррозияга каршы сырлар

Бар болгон материалдардагы олуттуу кемчиликтерди, атап айтканда, болот булаларынын дат басууга сезгичтигин жана органикалык булалардын (мисалы, полипропилен же поливинил спирти) щелочтуу бетон чөйрөсүндө картаюуга жана бузулууга жакындыгын чечүү.Базальт булалар өзгөчө материалдык артыкчылыктарды көрсөтөт. Таза табигый вулкандык тектерди өтө жогорку температурада эритип, аны булаларга тартуу менен өндүрүлгөн алардын негизги структуралык алкагы негизинен кремний-кычкылтек жана алюминий-кычкылтек байланыштарынын аморфтук тармагынан турат. Бул табигый, таш негизиндеги түзүлүш бетондун ичиндеги күчтүү щелочтуу тешикчелүү суюктуктарга жана деңиз суусунун жогорку туздуу чөйрөсүнө дуушар болгондо өтө жогорку химиялык инерттүүлүктү көрсөтөт, ошону менен "коррозия, дат басуу жана көлөмдүк кеңейүү" менен байланышкан физикалык тобокелдиктерди түп-тамырынан бери жок кылат. Жогорку жаракага туруктуулукка жана өткөрбөөчүлүккө жетүү үчүн, акыркы изилдөөлөр салттуу "бир булалуу" парадигмадан баш тартып, анын ордуна "көп масштабдуу бир тектүү базальт була системасын" сунуштайт:

Макроструктуралык бурмаланган Базальт булалары (SBF): Матрица боюнча чачырап кеткен орой, узун жана ийилген булалар; алардын негизги функциясы - бар болгон макро-жарыктарды көпүрө менен байланыштыруу, ошону менен жарака кеткенден кийинки ийилүүнүн бекемдигин жана созулуунун катуулугун камсыз кылуу.

Микроструктуралык майдаланган базальт микробулалары (NBF): Кум бөлүкчөлөрү сыяктуу эле, катууланган цемент матрицасынын ичиндеги майда тешикчелерге жана каналдарга тыгыз оролуп, деңиз суусунун сиңүү жолдорун натыйжалуу тосуп, башталгыч микро жаракалардын жайылышын токтоткон майда микробулалары.

Бул "одоно жана майда айкалыш" стратегиясы бетон конструкциясынын ичинде терең өрүлгөн тыгыз, татаал желени түзөт - бул өткөрбөөчүлүктү жана жаракаларды көзөмөлдөөнү бир эле учурда чечүүчү комплекстүү коргонуу механизми.

II. 270 күндүк "катаал" нымдуу-кургак велосипед тебүү сынагы

Бул жаңы бетон деңиз чөйрөсүндө "узак мөөнөттүү" боло алабы же жокпу, аныктоо үчүн, изилдөө тобу өтө катаал кезектешип нымдуу-кургак чөйрөнү симуляциялаган. Бул деңиз суусунун эритмесинин концентрациясын эки эсеге көбөйтүүнү жана үлгүлөрдү жогорку температурада кургатуунун (45°C температурада) жана толук каныктыруунун кезектешип циклдерине дуушар кылууну камтыган — ар бир 24 сааттык мезгил бир толук нымдуу-кургак циклди түзгөн.
Бул оор сыноонун 270 күнүнө туруштук бергенден кийин, ар кандай була системаларын камтыган бетон үлгүлөрү ар кандай натыйжаларды көрсөтүштү:

Базальттан жасалган көп масштабдуу гибриддик топ (B15N02: б.а., 1,5% орой булалар + 0,2% микро булалар): Бул топ өзгөчө таасирдүү натыйжаларды берди. 270 күндөн кийин анын ийилүүгө туруктуулугун сактоо көрсөткүчү 76,14% түздү, ал эми баштапкы жаракага туруктуулугун сактоо көрсөткүчү 90,67%га жетти. Андан тышкары, деңиз суусунун таасиринен улам жер үстүндөгү чачырандылардын массалык жоготуусу болгону 1,43% түздү. Айлана-чөйрөнүн аба ырайынын таасирине туш болгондо, материалдын жалпы деградация процесси өтө жай жана акырындык менен жүрдү.

Болот буласынын гибриддик тобу (S15N02): Коррозия башталганга чейин, бул топ баштапкы ийилүүнүн өзгөчө жогорку көрсөткүчтөрүн көрсөттү - бул болот булаларынын өздөрүнүн жогорку катуулугунун түздөн-түз натыйжасы. Бирок, 270 күндүк белгиге чейин болот буласы менен арматураланган бетондун иштөөсү түп-тамырынан бери жана кескин өзгөргөн. Кеңири дат баскандыктан, анын эквиваленттүү ийилүүнүн бекемдигин сактоо көрсөткүчү 50,22% га чейин төмөндөгөн (бул анын бекемдигин эки эсеге кыскарткан); кийинки этаптарда дат баскандан улам пайда болгон локалдашкан кеңейүү үлгүлөрү жана жаракалар айкын боло баштаган.

III. Микроскопиялык тирешүү: Базальт туруктуу бойдон калса да, эмне үчүн болот кулайт?

Сканерлөөчү электрондук микроскопия (SEM) аркылуу тартылган сүрөттөр эки материалдын ортосундагы иштөө айырмачылыгынын негизги мүнөзүн түздөн-түз ачып берет:

Болот булаларынын катастрофалык бузулушу: Деңиз суусу жана кычкылтек бетондогу микроскопиялык боштуктар аркылуу оңой эле сиңип, болотко тийип, катуу электрохимиялык коррозияны пайда кылат. Пайда болгон кызыл-күрөң темир датынын көлөмү баштапкы көлөмүнөн 2ден 6,5 эсеге чейин кеңейет. Бул эбегейсиз чоң ички басым айланадагы цемент матрицасына түздөн-түз "түртүп", радиалдык микро-жарыктар тармагын пайда кылат. Ички зыян күчөгөн сайын, болот булалары менен бетон матрицасынын ортосундагы байланыш толугу менен начарлайт; акырында, жүктүн астында булалар оңой эле тартылып же тайгаланып кетиши мүмкүн - толугу менен же жарым-жартылай - ошону менен алардын структуралык көпүрө катуулугун жоготот.

Жумшак адаптация Базальт булаларыБазальт булалары деңиз суусуна дуушар болгондо көлөмдүн кеңейишине таптакыр жол бербейт. Алардын гидролиз процесси — Si-O-Si байланыштарынын акырын эриши менен мүнөздөлөт — өтө жай темпте жүрүп, натыйжада нано масштабда бир аз локалдашкан чуңкурлардын пайда болушуна жана беттин оройлугуна гана алып келет. Бул жумшак беттин оройлугу матрицага зыян келтирбестен, булалар менен аны курчап турган бетондун ортосундагы бири-бирине жабышкан сүрүлүүнү күчөтөт.

Мындан тышкары, бетон аралашмасынын конструкциялары көбүнчө салттуу цементти жарым-жартылай алмаштыруу үчүн өнөр жайлык кошумча продуктыларды, мисалы, учуучу күл жана шлактарды камтыйт. Бул практика өндүрүш учурундагы көмүртек бөлүп чыгарууну 27% га азайтса да, бетондун узак мөөнөттүү щелочтуулугун бир топ төмөндөтөт. Бул базальт булалары үчүн жумшак, "щелочко туруктуу коргоочу капсуланы" түзүп, алардын эрүү ылдамдыгын андан ары басаңдатат.

IV. Жаракалар менен иштөө? Ал келечектеги зыяндын алдын ала алат

Реалдуу дүйнөдөгү инженердик колдонмолордо, структуралык компоненттер сөзсүз түрдө "жабыркаган" шарттарда иштейт. Бул чындыкты тууралоо үчүн, изилдөө тобу сыноо үлгүлөрүнүн ичинде туурасы 0,1 ммден 0,3 ммге чейинки микро жаракаларды жасалма жол менен пайда кылган:

Болот була тобунда бул микро-жарыктардын болушу нымдуулуктун түздөн-түз созулуучу зонага киришине мүмкүндүк берген; бул болот булаларынын көпүрө куруу жөндөмүнүн тез жоголушуна жана материалдын ийкемдүүлүгүнүн кескин төмөндөшүнө алып келген. Бир тектүү көп масштабдуу базальт була тобу 0,1 ммден 0,2 ммге чейинки жаракалардын ачылыш диапазонунда өзгөчө бузулууга чыдамдуулукту көрсөтөт, бул майда булалар менен "кадап коюунун" жана ири булалар менен "тартуунун" синергетикалык аракети аркылуу жетишилет. Алдын ала бар болгон жаракалар 0,3 ммге чейин кеңейгенде да, материал ийилүүчү-созулуучу жүк көтөрүү жөндөмдүүлүгүнүн жогорку деңгээлин сактап калат, ошону менен деңиз инженериясында бузулган курулмалар үчүн коопсуздук босогосун ийгиликтүү кеңейтет.

Жыйынтык

"Жашоо циклинин баасы (ЖЦК)" жана аз көмүртектүү экологиялык туруктуулук көз карашынан алганда, базальт булалары адистештирилген тартуу процессинен улам баштапкы сатып алуу чыгымдарын бир аз жогорулатышы мүмкүн болсо да, алардын кызмат мөөнөтү боюнча дээрлик "тейлөөнү талап кылбаган" мүнөзү узак мөөнөттүү олуттуу артыкчылыктарды берет. Долбоордун иштөө мөөнөтүндө — адатта 50 жылдан 100 жылга чейин — аларды колдонуу тез-тез оңдоо жана коррозияга каршы каптоолорду колдонуу менен байланышкан олуттуу, күтүлбөгөн жалпы чыгымдарды жок кылбастан, ошондой эле конструкциянын өздүк салмагын бир топ азайтат, ошону менен транспорттук чыгымдарды жана ири көлөмдүү деңиз орнотуу кемелери үчүн чартердик төлөмдөрдү үнөмдөйт.

Долбоордун жашоо цикли боюнча көмүртек бөлүп чыгарууну азайтууга жана инженердик коопсуздукту камсыз кылууга бирдей басым жасалган доордо, жанар тоо тектеринен жасалган бул "коррозияга каршы соот" деңиз аркылуу өтүүчү транспорттук байланыштар жана деңиздеги шамал электр станциялары сыяктуу деңиздеги таза энергия долбоорлору үчүн коопсуз жана экологиялык жактан таза коргоочу катары пайда болууда.