எரிமலைப் பாறையைப் பயன்படுத்தி கடல்சார் கட்டமைப்புகளுக்கு "குண்டு துளைக்காத கவசங்களை" பொருத்துவதா? பல்பரிமாண பசால்ட் இழைகள், எஃகு இழைகளுக்கான அரிப்புத் தேக்கநிலையை உடைக்கின்றன.

கடல் கடந்த பாலங்கள், ஆழ்கடல் முனையங்கள், கடலோரக் காற்றாலைப் பண்ணைகள்... கடலில் கட்டப்பட்ட இந்த "பிரம்மாண்டமான ராட்சதர்கள்" பார்ப்பதற்குப் பிரம்மாண்டமாக இருந்தாலும், அவை அலை அரிப்பு, உப்பு மற்றும் கார அரிப்பு, மற்றும் மாறி மாறி வரும் ஈர-உலர் சுழற்சிகள் போன்ற தினசரி "கொடுமையான சித்திரவதைகளை" எதிர்கொள்கின்றன. இத்தகைய சூழலில், வலுவூட்டப்பட்டவற்றை உறுதி செய்வது... கான்கிரீட் கட்டமைப்புகள் உடைதல், விரிசல் விடுதல் அல்லது முன்கூட்டியே பழுதடைதல் போன்ற பாதிப்புகளுக்கு உள்ளாகாமல், சிதைவுறாமல் அப்படியே இருப்பது என்பது உலகளாவிய பொறியியல் சமூகத்திற்கு நீண்ட காலமாக ஒரு பெரும் சவாலாக இருந்து வருகிறது.
நீண்ட காலமாக, எஃகு இழைகான்கிரீட்டின் உறுதித்தன்மையை அதிகரிக்கவும், விரிசல் ஏற்படுவதைத் தடுக்கவும் எஃகு இழைகள் அடிக்கடி சேர்க்கப்படுகின்றன. இருப்பினும், உப்புத் தெளிப்பு மற்றும் கடல்நீர் போன்ற கடுமையான சூழல்களுக்கு எஃகு இழைகள் பெரும்பாலும் பொருத்தமற்றவையாக நிரூபிக்கப்படுகின்றன; குளோரைடு அயனிகள் கான்கிரீட்டிற்குள் உள்ள பிளவுகளில் ஊடுருவியவுடன், எஃகு இழைகள் துருப்பிடித்துப் பருமனாக விரிவடைகின்றன. இது முரண்பாடாக, கான்கிரீட்டில் உள்ளிருந்து வெளிப்புறமாக விரிசல்களை ஏற்படுத்தி, கட்டமைப்புச் சரிவை விரைவுபடுத்துகிறது.
சமீபத்தில், கடல்சார் பொறியியலுக்கான உயர் நீடித்துழைப்புத்திறன் மீது கவனம் செலுத்தும் ஒரு புதிய பொருள் ஆய்வு, மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய ஒரு தீர்வை வழங்கியுள்ளது: பசால்ட் இழைகள்இயற்கையான எரிமலைப் பாறையிலிருந்து இழைகளைப் பிரித்தெடுப்பதன் மூலம் உருவாக்கப்படும் இழைகளைக் கொண்டு, கடல்சார் கான்கிரீட்டிற்கு துருப்பிடிக்காத ஒரு "கவச" அடுக்கை உருவாக்க முடியும். "கட்டமைப்புப் பிணைப்பிற்கான பெரிய இழைகள்" மற்றும் "துளைகளை அடைப்பதற்கான சிறிய இழைகள்" ஆகியவற்றின் கலவையைக் கொண்ட ஒரு பல-அளவிலான தரப்படுத்தல் மாதிரியின் மூலம் இது சாத்தியமாகிறது.

I. எரிமலைப் பாறைகளுக்குள் மறைந்திருக்கும் அரிப்புத் தடுப்பு இரகசியங்கள்

தற்போதுள்ள பொருட்களில் இயல்பாகவே உள்ள முக்கிய குறைபாடுகளைக் களைதல்—குறிப்பாக, எஃகு இழைகள் எளிதில் துருப்பிடிக்கும் தன்மை மற்றும் காரத்தன்மை கொண்ட கான்கிரீட் சூழல்களில் கரிம இழைகள் (பாலிபுரோப்பிலீன் அல்லது பாலிவினைல் ஆல்கஹால் போன்றவை) காலப்போக்கில் சிதைந்து போகும் போக்கு—பசால்ட் இழைகள் விதிவிலக்கான பொருள் நன்மைகளை வெளிப்படுத்துகின்றன. தூய இயற்கை எரிமலைப் பாறையை மிக அதிக வெப்பநிலையில் உருக்கி, அதை இழைகளாக இழுப்பதன் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் இவற்றின் மையக் கட்டமைப்பு, முதன்மையாக சிலிக்கான்-ஆக்சிஜன் மற்றும் அலுமினியம்-ஆக்சிஜன் பிணைப்புகளின் ஒரு சீரற்ற வலையமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. இந்த இயற்கையான, கல் அடிப்படையிலான கட்டமைப்பு, கான்கிரீட்டிற்குள் உள்ள அதிக காரத்தன்மை கொண்ட துளைத் திரவங்கள் மற்றும் கடல்நீரின் அதிக உப்புத்தன்மை கொண்ட சூழலுக்கு வெளிப்படும்போது, ​​மிக அதிக வேதியியல் மந்தத்தன்மையை வெளிப்படுத்துகிறது. இதன் மூலம், "அரிப்பு, துருப்பிடித்தல் மற்றும் கன அளவு விரிவாக்கம்" ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடைய இயற்பியல் அபாயங்களை இது அடிப்படையில் நீக்குகிறது. சிறந்த விரிசல் எதிர்ப்பு மற்றும் ஊடுருவ முடியாத தன்மையை அடைவதற்காக, சமீபத்திய ஆராய்ச்சி பாரம்பரிய "ஒற்றை-இழை" மாதிரியிலிருந்து விலகி, அதற்கு பதிலாக "பல-அளவிலான ஒருபடித்தான பசால்ட் இழை அமைப்பை" முன்மொழிகிறது.

பேரமைப்பு முறுக்கப்பட்ட பசால்ட் இழைகள் (SBF): மூலக்கூறு அமைப்பு முழுவதும் பரவியுள்ள கரடுமுரடான, நீளமான மற்றும் முறுக்கப்பட்ட இழைகள்; இவற்றின் முதன்மைப் பணி, ஏற்கனவே உள்ள பெரிய விரிசல்களை இணைத்துப் பிணைப்பதாகும், இதன் மூலம் விரிசலுக்குப் பிந்தைய வளைவு உறுதித்தன்மையையும் இழுவிசை விறைப்புத்தன்மையையும் வழங்குகின்றன.

நுண் கட்டமைப்பு துண்டாக்கப்பட்ட பசால்ட் நுண் இழைகள் (NBF): மணல் துகள்களைப் போலவே, கடினப்படுத்தப்பட்ட சிமெண்ட் அடுக்கில் உள்ள நுண்ணிய துளைகள் மற்றும் கால்வாய்களில் இறுக்கமாகப் பொருந்தி, கடல்நீர் ஊடுருவும் பாதைகளைத் திறம்படத் தடுத்து, உருவாகும் நுண் விரிசல்கள் பரவுவதையும் தடுக்கும் நுண்ணிய நுண் இழைகள்.

இந்த "கரடுமுரடான மற்றும் நுட்பமான கலவை" உத்தியானது, கான்கிரீட் கட்டமைப்பிற்குள் ஆழமாகப் பின்னப்பட்ட ஒரு அடர்த்தியான, சிக்கலான வலையை உருவாக்குகிறது—இது நீர் புகாத்தன்மை மற்றும் விரிசல் கட்டுப்பாடு ஆகிய இரண்டையும் ஒரே நேரத்தில் கையாளும் ஒரு விரிவான பாதுகாப்பு வழிமுறையாகும்.

II. ஒரு "கடுமையான" 270-நாள் ஈர-உலர் சுழற்சி சோதனை

இந்த புதுமையான கான்கிரீட் கடல் சூழலில் நீண்ட காலம் நீடிக்குமா என்பதைத் தீர்மானிக்க, ஆய்வுக் குழு மிகவும் கடுமையான, மாறி மாறி வரும் ஈர-உலர் சூழலை உருவகப்படுத்தியது. இதில், கடல்நீர்க் கரைசலின் செறிவை இரட்டிப்பாக்கி, மாதிரிகளை உயர்-வெப்பநிலை உலர்த்தல் (45°C-ல்) மற்றும் முழுமையான செறிவூட்டல் ஆகிய மாறி மாறி வரும் சுழற்சிகளுக்கு உட்படுத்தினர்—ஒவ்வொரு 24 மணி நேரக் காலமும் ஒரு முழுமையான ஈர-உலர் சுழற்சியாக அமைந்தது.
270 நாட்கள் நீடித்த இந்தக் கடுமையான சோதனையைத் தாங்கிய பிறகு, வெவ்வேறு இழை அமைப்புகளை உள்ளடக்கிய கான்கிரீட் மாதிரிகள் பெருமளவில் மாறுபட்ட செயல்திறன் முடிவுகளை வெளிப்படுத்தின:

முழு பசால்ட் பல-அளவிலான கலப்பினக் குழுமம் (B15N02: அதாவது, 1.5% தடித்த இழைகள் + 0.2% நுண் இழைகள்): இந்தக் குழுமம் மிகவும் ஈர்க்கக்கூடிய முடிவுகளை வழங்கியது. 270 நாட்களுக்குப் பிறகு, அதன் சமமான வளைவு வலிமை தக்கவைப்பு விகிதம் குறிப்பிடத்தக்க 76.14% ஆக இருந்தது, அதே நேரத்தில் அதன் ஆரம்ப விரிசல் வலிமை தக்கவைப்பு விகிதம் 90.67% ஐ எட்டியது. மேலும், கடல்நீரின் வெளிப்பாட்டால் ஏற்படும் மேற்பரப்பு உதிர்தலால் உண்டான நிறை இழப்பு வெறும் 1.43% ஆக இருந்தது. சுற்றுச்சூழல் சிதைவை எதிர்கொண்டபோது, ​​பொருளின் ஒட்டுமொத்த சிதைவு செயல்முறை மிகவும் மெதுவாகவும் படிப்படியாகவும் நிகழ்ந்தது.

எஃகு இழை கலப்பினக் குழு (S15N02): அரிப்பு ஏற்படுவதற்கு முன்பு, இந்தக் குழு மிக உயர்ந்த ஆரம்ப வளைவு செயல்திறனை வெளிப்படுத்தியது—இது எஃகு இழைகளின் உள்ளார்ந்த உயர் விறைப்புத்தன்மையின் நேரடி விளைவாகும். இருப்பினும், 270-வது நாளில், எஃகு இழை வலுவூட்டப்பட்ட கான்கிரீட்டின் செயல்திறனில் ஒரு அடிப்படையான மற்றும் கடுமையான பின்னடைவு ஏற்பட்டது. பரவலான துருப்பிடித்தல் காரணமாக, அதன் சமமான வளைவு வலிமை தக்கவைப்பு விகிதம் 50.22% ஆகக் குறைந்தது (அதன் வலிமையை பாதியாகக் குறைத்தது); பிற்கட்டங்களில், துருவினால் தூண்டப்பட்ட தெளிவான உள்ளூர் விரிவாக்க வடிவங்களும் விரிசல்களும் வெளிப்பட்டன.

III. ஒரு நுண்ணிய மோதல்: பசால்ட் நிலையாக இருக்கும்போது எஃகு ஏன் சரிந்து விழுகிறது?

ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி (SEM) மூலம் எடுக்கப்பட்ட படங்கள், இரு பொருட்களுக்கும் இடையிலான செயல்திறன் வேறுபாட்டின் அடிப்படைத் தன்மையை நேரடியாக வெளிப்படுத்துகின்றன:

எஃகு இழைகளின் பேரழிவு தரும் சிதைவு: கடல்நீரும் ஆக்ஸிஜனும் கான்கிரீட்டில் உள்ள நுண்ணிய வெற்றிடங்கள் வழியாக எளிதில் ஊடுருவி, எஃகுடன் தொடர்பு கொள்கின்றன. இது கடுமையான மின்வேதியியல் அரிப்பைத் தூண்டுகிறது. இதன் விளைவாக உருவாகும் செம்பழுப்பு நிற இரும்புத் துருவின் கன அளவு, அதன் அசல் அளவை விட 2 முதல் 6.5 மடங்கு வரை விரிவடைகிறது. இந்த மிகப்பெரிய உள் அழுத்தம், சுற்றியுள்ள சிமென்ட் கலவையை நேரடியாகத் தள்ளி, ஆர வடிவ நுண்ணிய விரிசல்களின் வலையமைப்பை உருவாக்குகிறது. உள் சேதம் தீவிரமடையும்போது, ​​எஃகு இழைகளுக்கும் கான்கிரீட் கலவைக்கும் இடையிலான பிணைப்பு முற்றிலும் சிதைந்துவிடுகிறது; இறுதியில், பளுவின் கீழ், இழைகள் முழுமையாகவோ அல்லது பகுதியாகவோ எளிதில் வெளியே இழுக்கப்படவோ அல்லது நழுவவோ வாய்ப்புள்ளது. இதனால், அவை தங்களின் கட்டமைப்புப் பிணைப்புத் திறனை இழக்கின்றன.

மென்மையான தழுவல் பசால்ட் இழைகள்பசால்ட் இழைகள் கடல்நீரில் வெளிப்படும்போது சிறிதும் கன அளவு விரிவாக்கத்தைக் காட்டுவதில்லை. Si-O-Si பிணைப்புகளின் மென்மையான கரைதலால் வகைப்படுத்தப்படும் அவற்றின் நீராற்பகுப்பு செயல்முறை, மிகவும் மெதுவான வேகத்தில் நடைபெறுகிறது. இதன் விளைவாக, நானோ அளவில் லேசான, குறிப்பிட்ட இடங்களில் ஏற்படும் சிறு பள்ளங்களும் மேற்பரப்பு சொரசொரப்பும் மட்டுமே ஏற்படுகின்றன. மூலப்பொருளைச் சேதப்படுத்துவதற்குப் பதிலாக, இந்த நுட்பமான மேற்பரப்பு சொரசொரப்பு, இழைகளுக்கும் சுற்றியுள்ள கான்கிரீட்டிற்கும் இடையிலான பிணைப்பு உராய்வை உண்மையில் மேம்படுத்துகிறது.

மேலும், கான்கிரீட் கலவை வடிவமைப்புகளில், பாரம்பரிய சிமெண்ட்டிற்குப் பதிலாகப் பகுதியளவு பயன்படுத்துவதற்காக, சாம்பல் மற்றும் கசடு போன்ற தொழிற்சாலை உபபொருட்கள் பெரும்பாலும் சேர்க்கப்படுகின்றன. இந்த நடைமுறை உற்பத்தியின் போது கார்பன் வெளியேற்றத்தை 27% குறைப்பதுடன், கான்கிரீட்டின் நீண்டகால காரத்தன்மையையும் கணிசமாகக் குறைக்கிறது. இது பசால்ட் இழைகளுக்கு ஒரு மென்மையான, "காரத்தை எதிர்க்கும் பாதுகாப்பு உறையை" திறம்பட உருவாக்கி, அவற்றின் கரைதல் விகிதத்தை மேலும் கட்டுப்படுத்துகிறது.

IV. விரிசல்களுடன் செயல்படுவதா? அது எதிர்கால சேதத்தையும் தடுக்கக்கூடும்.

நிஜ உலகப் பொறியியல் பயன்பாடுகளில், கட்டமைப்பு கூறுகள் தவிர்க்க முடியாமல் "சேதமடைந்த" நிலையில் இயங்குகின்றன. இந்த யதார்த்தத்தை உருவகப்படுத்த, ஆய்வுக் குழு சோதனை மாதிரிகளில் 0.1 மிமீ முதல் 0.3 மிமீ அகலம் வரையிலான நுண் விரிசல்களை செயற்கையாக உருவாக்கியது:

எஃகு இழைக் குழுவில், இந்த நுண் விரிசல்களின் இருப்பு, இழுவிசைப் பகுதிக்குள் ஈரப்பதம் நேரடியாக ஊடுருவ அனுமதித்தது; இது எஃகு இழைகளின் இணைப்புத் திறனில் விரைவான இழப்புக்கும், பொருளின் நெகிழ்வுத்தன்மையில் செங்குத்தான சரிவுக்கும் வழிவகுத்தது. ஒருபடித்தான பல-அளவிலான பசால்ட் இழைக் குழுவானது, 0.1 மிமீ முதல் 0.2 மிமீ வரையிலான விரிசல் திறப்பு வரம்பிற்குள் விதிவிலக்கான சேதத் தாங்குதிறனை வெளிப்படுத்துகிறது. இது, மெல்லிய இழைகளின் "இறுக்குதல்" மற்றும் தடித்த இழைகளின் "இழுவிசை" ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைந்த செயல்பாட்டின் மூலம் அடையப்படுகிறது. ஏற்கனவே உள்ள விரிசல்கள் 0.3 மிமீ வரை அகலமானாலும் கூட, அந்தப் பொருள் உயர் மட்ட வளைவு-இழுவிசைச் சுமை தாங்கும் திறனைத் தக்க வைத்துக் கொள்கிறது. இதன் மூலம், கடல்சார் பொறியியல் பயன்பாடுகளில் சேதமடைந்த கட்டமைப்புகளுக்கான பாதுகாப்பு வரம்பை வெற்றிகரமாக நீட்டிக்கிறது.

முடிவு

"வாழ்நாள் சுழற்சிச் செலவு (LCC)" மற்றும் குறைந்த கார்பன் சுற்றுச்சூழல் நிலைத்தன்மை ஆகிய கண்ணோட்டங்களில், பசால்ட் இழைகளின் சிறப்பு வாய்ந்த இழுத்தல் செயல்முறையின் காரணமாக அவற்றின் ஆரம்ப கொள்முதல் செலவுகள் சற்றே அதிகமாக இருக்கலாம் என்றாலும், அவற்றின் சேவைக்காலம் முழுவதும் கிட்டத்தட்ட "பராமரிப்பு இல்லாத" தன்மை குறிப்பிடத்தக்க நீண்டகால நன்மைகளை வழங்குகிறது. ஒரு திட்டத்தின் செயல்பாட்டுக் காலத்தில்—பொதுவாக 50 முதல் 100 ஆண்டுகள் வரை—அவற்றின் பயன்பாடு, அடிக்கடி செய்யப்படும் பழுதுபார்ப்புகள் மற்றும் அரிப்புத் தடுப்புப் பூச்சுகளைப் பூசுவது தொடர்பான கணிசமான, எதிர்பாராத மொத்தச் செலவுகளை நீக்குவது மட்டுமல்லாமல், கட்டமைப்பின் சுய எடையையும் கணிசமாகக் குறைக்கிறது. இதன் மூலம், போக்குவரத்துச் செலவுகள் மற்றும் பெரிய அளவிலான கடல்சார் நிறுவல் கப்பல்களுக்கான வாடகைக் கட்டணங்களையும் சேமிக்க முடிகிறது.

ஒரு திட்டத்தின் ஆயுட்காலம் முழுவதும் கார்பன் வெளியேற்றத்தைக் குறைப்பதற்கும், பொறியியல் பாதுகாப்பை உறுதி செய்வதற்கும் சமமான முக்கியத்துவம் அளிக்கப்படும் இந்தக் காலகட்டத்தில், எரிமலைப் பாறையிலிருந்து உருவாக்கப்பட்ட இந்த "அரிப்புத் தடுப்புக் கவசம்", கடல் கடந்த போக்குவரத்து இணைப்புகள் மற்றும் கடலோரக் காற்றாலைகள் போன்ற கடல்சார் தூய்மையான எரிசக்தித் திட்டங்களுக்கு, மிகவும் பாதுகாப்பான மற்றும் சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த ஒரு பாதுகாவலனாக உருவெடுத்து வருகிறது.