Галт уулын чулуулгийг ашиглан далайн байгууламжийг "сум нэвтэрдэггүй хантааз"-аар тоноглох уу? Олон хэмжээст базальт ширхэгүүд ган ширхэгийн зэврэлтийн зогсонги байдлыг эвдэж байна

Далайн гүүрнүүд, гүний усан терминалууд, далайн салхин цахилгаан станцууд... Далайд баригдсан эдгээр "асар том аварга том хөлөг онгоцууд" харахад гайхамшигтай боловч долгионы элэгдэл, давс, шүлтийн зэврэлт, нойтон-хуурай мөчлөгийн ээлжлэн солигдох өдөр тутмын "харгис тамлалыг" тэсвэрлэдэг. Ийм орчинд хатуурсан байдлыг хангах нь... Бетон хийц Хагарал, хагарал, дутуу эвдрэлээс ангид бүрэн бүтэн байх нь дэлхийн инженерчлэлийн нийгэмлэгийн хувьд удаан хугацааны турш төвөгтэй сорилт байсаар ирсэн.
Удаан хугацааны турш, Ган шилэнs-ийг бетоны бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэх, хагарал үүсэхээс урьдчилан сэргийлэх зорилгоор байнга хэрэглэдэг. Гэсэн хэдий ч ган ширхэгүүд нь давсны шүршигч болон далайн усны хатуу ширүүн нөхцөлд тохиромжгүй байдаг; хлоридын ионууд бетоны доторх ан цав руу нэвчиж эхэлмэгц ган ширхэгүүд зэвэрч, эзэлхүүнээрээ тэлдэг бөгөөд энэ нь парадокс байдлаар бетоныг дотроос нь гадагш нь хагарахад хүргэж, бүтцийн нуралтыг хурдасгадаг.
Саяхан далайн инженерчлэлийн өндөр бат бөх чанарт чиглэсэн шинэ материалын судалгаагаар маш ирээдүйтэй шийдлийг санал болгов. базальт утаснууд—байгалийн галт уулын чулуулгаас утас татаж гаргаж авсан—далайн бетоныг зэвэнд бараг тэсвэртэй "хуяг" давхаргаар бүрэхэд ашиглаж болно. Үүнийг "бүтцийн холболтын том ширхэгүүд" болон "нүх сүвийг битүүмжлэх жижиг ширхэгүүд"-ийн хослолыг агуулсан олон хэмжээст градацийн загвараар дамжуулан хэрэгжүүлдэг.

I. Галт уулын чулуулгийн дотор нуугдсан зэврэлтээс хамгаалах нууцууд

Одоо байгаа материалын төрөлхийн чухал дутагдлуудыг, ялангуяа ган ширхэгийн зэврэлтэнд өртөмтгий байдал болон органик ширхэгийн (жишээлбэл, полипропилен эсвэл поливинил спирт) шүлтлэг бетон орчинд хөгширч, задрах хандлагатай байдлыг шийдвэрлэх—Базальт Шилэн утас нь материалын онцгой давуу талыг харуулдаг. Цэвэр байгалийн галт уулын чулуулгийг хэт өндөр температурт хайлуулж, түүнийгээ ширхэг болгон татаж гаргаж авсан тэдгээрийн гол бүтцийн хүрээ нь голчлон цахиур-хүчилтөрөгч ба хөнгөн цагаан-хүчилтөрөгчийн холбооны аморф сүлжээнээс бүрдэнэ. Энэхүү байгалийн чулуун суурьтай бүтэц нь бетон доторх хүчтэй шүлтлэг нүх сүвний шингэн болон далайн усны өндөр давсжилттай орчинд өртөхөд маш өндөр химийн идэвхгүй байдлыг харуулдаг бөгөөд ингэснээр "зэврэлт, зэврэлт, эзэлхүүний тэлэлт"-тэй холбоотой физик эрсдлийг үндсээр нь арилгадаг. Хагарлын эсэргүүцэл ба нэвчилтийг сайжруулахын тулд хамгийн сүүлийн үеийн судалгаа нь уламжлалт "дан ширхэгтэй" загвараас салж, оронд нь "олон хэмжээний нэгэн төрлийн базальт шилэн систем"-ийг санал болгож байна.

Макро бүтцийн эрчилсэн Базальт утас (SBF): Матриц даяар тархсан бүдүүн, урт, мушгирсан ширхэгүүд; тэдгээрийн үндсэн үүрэг нь одоо байгаа макро хагарлыг гүүрээр холбож, улмаар хагарлын дараах уян хатан чанар болон суналтын хатуу байдлыг хангах явдал юм.

Бичил бүтцийн жижиглэсэн базальт микрофибер (NBF): Элсний ширхэгүүд шиг хатуурсан цементийн матриц доторх жижиг нүх сүв, сувгуудад нягт наалдаж, далайн усны нэвчилтийг үр дүнтэй хааж, шинээр гарч ирж буй бичил хагарлын тархалтыг зогсоодог нарийн бичил фиберүүд.

Энэхүү "бүдүүн ба нарийн хослол" стратеги нь бетон бүтцийн гүнд сүлжсэн нягт, нарийн төвөгтэй торыг бий болгодог бөгөөд энэ нь ус нэвтэрдэггүй байдал болон хагарлын хяналтыг нэгэн зэрэг шийдвэрлэх цогц хамгаалалтын механизм юм.

II. Нойтон-хуурай дугуйн 270 хоногийн "харгис" туршилт

Энэхүү шинэ бетон нь далайн орчинд "удаан эдэлгээтэй" эсэхийг тодорхойлохын тулд судалгааны баг маш хатуу нойтон-хуурай орчныг ээлжлэн дуурайлган хийсэн. Үүнд далайн усны уусмалын концентрацийг хоёр дахин нэмэгдүүлж, дээжийг өндөр температурт хатаах (45°C-д) болон бүрэн ханасан байх ээлжлэн мөчлөгт хамруулах, 24 цагийн хугацаа бүр нь нэг бүтэн нойтон-хуурай мөчлөгийг бүрдүүлэх зэрэг орно.
Энэхүү хүнд хэцүү сорилтыг 270 хоног тэсвэрлэсний дараа өөр өөр шилэн системийг агуулсан бетон дээжүүд нь маш өөр гүйцэтгэлийн үр дүнг харуулсан:

Бүхэлдээ Базальт Олон хэмжээст Эрлийз Бүлэг (B15N02: өөрөөр хэлбэл 1.5% бүдүүн ширхэгтэй + 0.2% микро ширхэгтэй): Энэ бүлэг нь гайхалтай үр дүнд хүрсэн. 270 хоногийн дараа түүний тэнцэх гулзайлтын бат бэхийг хадгалах түвшин гайхалтай 76.14% байсан бол анхны хагарлын бат бэхийг хадгалах түвшин 90.67% хүрсэн. Цаашилбал, далайн усны нөлөөллөөс үүдэлтэй гадаргуугийн хагарлаас үүдэлтэй массын алдагдал ердөө 1.43% байв. Байгаль орчны өгөршилтэй тулгарах үед материалын нийт задралын үйл явц маш удаан бөгөөд аажмаар явагдсан.

Ган Шилэн Эрлийз Бүлэг (S15N02): Зэврэлт эхлэхээс өмнө энэ бүлэг нь анхны гулзайлтын онцгой өндөр гүйцэтгэлийг харуулсан бөгөөд энэ нь ган ширхэгүүдийн өөрсдийнх нь төрөлхийн өндөр хатуулгийн шууд үр дүн юм. Гэсэн хэдий ч 270 хоногийн тэмдэглэгээ гэхэд ган шилэн төмөр бетон нь гүйцэтгэлийн хувьд үндсэндээ эрс өөрчлөгдсөн. Хэт их зэврэлтээс болж түүний гулзайлтын бат бэхийг хадгалах түвшин 50.22% хүртэл буурсан (үр дүнтэйгээр бат бэхийг нь хоёр дахин бууруулсан); дараагийн үе шатанд зэвнээс үүдэлтэй тодорхой орон нутгийн тэлэлтийн хэв маяг, хагарал илэрсэн.

III. Микроскопийн үзэгдэл: Базальт тогтвортой хэвээр байхад ган яагаад нурдаг вэ?

Сканнердах электрон микроскоп (SEM)-ээр авсан зургууд нь хоёр материалын хоорондох гүйцэтгэлийн зөрүүний үндсэн мөн чанарыг шууд харуулж байна:

Ган ширхэгийн гамшгийн эвдрэл: Далайн ус болон хүчилтөрөгч нь бетон дахь микроскопийн хөндийгөөр нэвчиж, гантай харьцаж, электрохимийн хүчтэй зэврэлтийг үүсгэдэг. Үүссэн улаавтар хүрэн төмрийн зэвний хэмжээ анхны хэмжээнээсээ 2-6.5 дахин ихэсдэг. Энэхүү асар их дотоод даралт нь хүрээлэн буй цементэн матриц руу шууд "түлхэж", радиаль бичил хагарлын сүлжээ үүсгэдэг. Дотоод гэмтэл улам эрчимжихийн хэрээр ган ширхэг болон бетон матрицын хоорондох холбоо бүрэн доройтдог; эцэст нь ачааллын дор ширхэгүүд нь амархан сугалагдаж эсвэл гулсаж, бүтцийн гүүрний хатуулгаа алддаг.

Зөөлөн дасан зохицох байдал Базальт утасБазальт ширхэгүүд нь далайн усанд өртөхөд эзэлхүүн тэлэлт огт үзүүлдэггүй. Si-O-Si холбоог зөөлөн уусгах замаар тодорхойлогддог тэдгээрийн гидролизийн процесс нь маш удаан хурдаар явагддаг бөгөөд энэ нь зөвхөн нано хэмжээст бага зэрэг орон нутгийн нүхжилт болон гадаргуугийн барзгаржилт үүсгэдэг. Энэхүү нарийн гадаргуугийн барзгаржилт нь матрицыг гэмтээхээс гадна ширхэгүүд болон эргэн тойрон дахь бетоны хоорондох харилцан үйлчлэлийн үрэлтийг нэмэгдүүлдэг.

Цаашилбал, бетон зуурмагийн загварт уламжлалт цементийг хэсэгчлэн орлуулахын тулд ихэвчлэн үнс, шаар зэрэг үйлдвэрлэлийн дайвар бүтээгдэхүүнийг ашигладаг. Энэхүү практик нь үйлдвэрлэлийн явцад нүүрстөрөгчийн ялгарлыг 27%-иар бууруулдаг боловч бетоны урт хугацааны шүлтлэг чанарыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг. Энэ нь базальт ширхэгт зөөлөн, "шүлтэнд тэсвэртэй хамгаалалтын капсул" үүсгэж, тэдгээрийн уусах хурдыг улам бүр бууруулдаг.

IV. Хагаралд ажиллах уу? Энэ нь ирээдүйд учирч болзошгүй эвдрэлээс урьдчилан сэргийлж чадна

Бодит ертөнцийн инженерчлэлийн хэрэглээнд бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь "гэмтсэн" нөхцөлд зайлшгүй ажилладаг. Энэхүү бодит байдлыг дуурайлган хийхийн тулд судалгааны баг туршилтын дээж дотор 0.1 мм-ээс 0.3 мм хүртэл өргөнтэй бичил хагарлыг зохиомлоор үүсгэсэн:

Ган ширхэгийн бүлэгт эдгээр бичил хагарал байгаа нь чийгийг суналтын бүсэд шууд нэвтрэх боломжийг олгосон; энэ нь ган ширхэгийн гүүрний чадвар хурдан алдагдаж, материалын уян хатан чанар огцом буурахад хүргэсэн. Нэг төрлийн олон хэмжээст базальт ширхэгийн бүлэг нь 0.1 мм-ээс 0.2 мм-ийн хоорондох хагарлын нээлтийн хүрээнд онцгой гэмтэл тэсвэрлэх чадварыг харуулдаг бөгөөд үүнийг нарийн ширхэгээр "хадах", бүдүүн ширхэгээр "татах" синергетик үйлчлэлээр бий болгодог. Өмнө нь үүссэн хагарал 0.3 мм хүртэл тэлсэн ч гэсэн материал нь өндөр түвшний нугалах-суналтын ачаалал даах чадварыг хадгалж, улмаар далайн инженерийн хэрэглээнд гэмтсэн байгууламжийн аюулгүй байдлын босгыг амжилттай өргөжүүлдэг.

Дүгнэлт

"Амьдралын мөчлөгийн зардал (LCC)" болон бага нүүрстөрөгчийн байгаль орчны тогтвортой байдлын үүднээс авч үзвэл, базальт ширхэгүүд нь тусгайлан боловсруулсан зургийн процессоос шалтгаалан анхны худалдан авалтын зардлыг арай өндөр болгож болох ч ашиглалтын хугацаанд бараг "засвар үйлчилгээ шаарддаггүй" шинж чанар нь урт хугацааны томоохон давуу талыг олгодог. Төслийн үйл ажиллагааны хугацаанд - ихэвчлэн 50-100 жилийн хооронд - тэдгээрийг ашиглах нь байнга засвар хийх, зэврэлтээс хамгаалах бүрхүүл хэрэглэхтэй холбоотой урьдчилан тооцоолоогүй нийт зардлыг арилгаад зогсохгүй бүтцийн өөрийн жинг эрс бууруулж, улмаар тээврийн зардал болон том хэмжээний далайн эргийн суурилуулалтын хөлөг онгоцны түрээсийн төлбөрийг хэмнэдэг.

Төслийн амьдралын мөчлөгийн туршид нүүрстөрөгчийн ялгарлыг бууруулах, инженерийн аюулгүй байдлыг хангахад адилхан ач холбогдол өгч буй энэ эрин үед галт уулын чулуулгаар хийсэн энэхүү "зэврэлтээс хамгаалах хуяг" нь далайн тээврийн холбоос, далайн салхин цахилгаан станц зэрэг далайн цэвэр эрчим хүчний төслүүдийн аюулгүй, байгаль орчинд ээлтэй хамгаалагч болж гарч ирж байна.