Муҷаҳҳаз кардани сохторҳои баҳрӣ бо "нимтанаҳои тирногузар" бо истифода аз сангҳои вулқонӣ? Нахҳои базалтии бисёрқабата бунбасти зангзаниро барои нахҳои пӯлод бартараф мекунанд

Пулҳои убур аз баҳр, терминалҳои оби амиқ, нерӯгоҳҳои бодии баҳрӣ... Дар ҳоле ки ин "бузургҳои бузург", ки дар уқёнус сохта шудаанд, диданӣ аҷибанд, онҳо "азоби бераҳмона"-и ҳаррӯзаи эрозияи мавҷҳо, зангзании намак ва ишқор ва давраҳои навбатии тар-хушкро таҳаммул мекунанд. Дар чунин муҳит, кафолат додани он, ки сахт шудааст Конструксияҳои бетонӣ бетағйир мондан — аз шикастан, кафидан ё вайроншавии бармаҳал озод будан — муддати тӯлонӣ барои ҷомеаи муҳандисии ҷаҳонӣ як мушкили душвор буд.
Ба муддати дуру дароз, Нахи пӯлодs аксар вақт барои баланд бардоштани устуворӣ ва пешгирии кафидан ба бетон илова карда мешаванд. Аммо, нахҳои пӯлод аксар вақт барои шароити сахти пошидани намак ва оби баҳр номувофиқанд; вақте ки ионҳои хлорид ба тарқишҳои дохили бетон ворид мешаванд, нахҳои пӯлод занг мезананд ва ҳаҷмашон васеъ мешавад, ки ба таври парадоксӣ боиси кафидан аз дарун ба берун ва суръат бахшидан ба фурӯпошии сохтор мегардад.
Ба наздикӣ, як таҳқиқоти нави мавод, ки ба устувории баланд барои муҳандисии баҳрӣ нигаронида шудааст, роҳи ҳалли хеле умедбахшро пешниҳод кард: нахҳои базалтӣ— ки бо кашидани риштаҳо аз сангҳои табиии вулқонӣ истеҳсол мешавад — метавонад барои пӯшонидани бетони баҳрӣ дар қабати «зиреҳ»-е истифода шавад, ки қариб ба зангзанӣ тобовар аст. Ин тавассути модели градатсияи бисёрмиқёс, ки дорои омезиши «нахҳои калон барои пайванди сохторӣ» ва «нахҳои хурд барои мӯҳр кардани сӯрохиҳо» мебошад, ба даст оварда мешавад.

I. Асрори зидди зангзанӣ, ки дар дохили санги вулқонӣ пинҳон шудаанд

Бартараф кардани камбудиҳои ҷиддии хоси маводҳои мавҷуда - бахусус осебпазирии нахҳои пӯлод ба зангзанӣ ва майли нахҳои органикӣ (ба монанди полипропилен ё спирти поливинил) ба пиршавӣ ва вайроншавӣ дар муҳити бетони ишқорӣ -Базалт Нахҳо бартариҳои истисноии маводро нишон медиҳанд. Чаҳорчӯбаи сохтории асосии онҳо, ки бо гудохтани сангҳои табиии вулқонӣ дар ҳарорати хеле баланд ва кашидани он ба нахҳо ба вуҷуд меояд, асосан аз шабакаи аморфии пайвандҳои кремний-оксиген ва алюминий-оксиген иборат аст. Ин сохтори табиии сангӣ ҳангоми дучор шудан ба моеъҳои сӯрохиҳои сахт ишқорӣ дар дохили бетон ва муҳити шӯри баланди оби баҳр инертсияи хеле баланди кимиёвӣ нишон медиҳад ва бо ин васила хатарҳои физикии марбут ба "зангзанӣ, зангзанӣ ва васеъшавии ҳаҷмӣ"-ро ба таври куллӣ аз байн мебарад. Барои ба даст овардани муқовимати олии тарқишҳо ва ногузарӣ, таҳқиқоти охирин аз парадигмаи анъанавии "якнах" дур мешаванд ва ба ҷои он "системаи бисёрмиқёси якхелаи нахҳои базалтӣ"-ро пешниҳод мекунанд:

Макросохтори печида Нахҳои базалтӣ (SBF): Нахҳои дағал, дароз ва печида, ки дар тамоми матритса парокандаанд; вазифаи асосии онҳо пул ва пайваст кардани макро-тарқишҳои мавҷуда мебошад, ки бо ин васила мустаҳкамии пас аз тарқиш ва сахтии кашишро таъмин мекунад.

Микронахҳои резашудаи базалтии микросохторӣ (NBF): Микронахҳои майда, ки мисли донаҳои рег, ба сӯрохиҳо ва каналҳои хурд дар дохили матритсаи сементи сахтшуда зич часпида, роҳҳои воридшавии оби баҳрро самаранок банд мекунанд ва паҳншавии микротарқишҳои ибтидоиро бозмедоранд.

Ин стратегияи "омезиши дағал ва нозук" як тори зич ва мураккабро дар дохили сохтори бетонӣ бофташуда эҷод мекунад - як механизми ҳамаҷонибаи дифоъӣ, ки ҳамзамон ҳам ногузарӣ ва ҳам назорати тарқишҳоро ҳал мекунад.

II. Санҷиши "бераҳмона"-и 270-рӯзаи тар-хушк велосипедронӣ

Барои муайян кардани он, ки оё ин бетони нав метавонад дар муҳити баҳрӣ "дарозмуддат" ба даст орад, гурӯҳи тадқиқотӣ муҳити хеле сахти ивазшавандаи тар-хушкро моделиронӣ карданд. Ин ду баробар зиёд кардани консентратсияи маҳлули оби баҳр ва дучор кардани намунаҳо ба давраҳои ивазшавандаи хушккунии ҳарорати баланд (дар 45°C) ва сершавии пурраро дар бар мегирифт - ки ҳар як давраи 24-соата як давраи пурраи тар-хушкро ташкил медиҳад.
Пас аз 270 рӯзи ин озмоиши сахт, намунаҳои бетонӣ, ки системаҳои гуногуни нахро дар бар мегирифтанд, натиҷаҳои хеле гуногуни фаъолиятро нишон доданд:

Гурӯҳи гибридии бисёрмиқёси пурра-Базалта (B15N02: яъне 1,5% нахҳои дағал + 0,2% микронахҳо): Ин гурӯҳ натиҷаҳои бениҳоят таъсирбахш ба даст овард. Пас аз 270 рӯз, сатҳи нигоҳдории қувваи хамшавии эквивалентии он ба 76,14% баробар буд, дар ҳоле ки сатҳи нигоҳдории қувваи тарқиш дар ибтидоии он ба 90,67% расид. Ғайр аз ин, талафоти масса, ки аз сабаби пошидани сатҳӣ, ки дар натиҷаи таъсири оби баҳр ба вуҷуд омадааст, ҳамагӣ 1,43% буд. Ҳангоми дучор шудан бо фарсоиши муҳити зист, раванди умумии вайроншавии мавод бо суръати хеле суст ва тадриҷӣ идома ёфт.

Гурӯҳи гибридии нахҳои пӯлод (S15N02): Пеш аз оғози зангзанӣ, ин гурӯҳ нишондиҳандаи бениҳоят баланди аввалияи хамшавии худро нишон доданд - натиҷаи мустақими сахтии баланди худи нахҳои пӯлод. Аммо, то 270-рӯза, бетони бо нахҳои пӯлодӣ мустаҳкамшуда дар нишондиҳандаҳо якбора ва ногаҳонӣ тағйир ёфт. Аз сабаби зангзании зиёд, сатҳи нигоҳдории қуввати хамшавии он ба 50,22% коҳиш ёфт (ки самаранок қуввати онро ду баробар кам мекунад); дар марҳилаҳои баъдӣ, нақшҳо ва тарқишҳои маҳаллии васеъшуда, ки аз занг ба вуҷуд омадаанд, намоён шуданд.

III. Муқоисаи микроскопӣ: Чаро пӯлод фурӯ меравад, дар ҳоле ки базалт устувор мемонад?

Тасвирҳое, ки тавассути микроскопияи электронии сканкунӣ (SEM) гирифта шудаанд, мустақиман хусусияти асосии тафовути иҷрои байни ин ду маводро нишон медиҳанд:

Нокомии фалокатбори нахҳои пӯлод: Оби баҳр ва оксиген ба осонӣ аз холигии микроскопӣ дар бетон ворид шуда, бо пӯлод тамос мегиранд ва боиси зангзании шадиди электрохимиявӣ мегарданд. Ҳаҷми занги оҳани сурх-қаҳваранги ҳосилшуда то 2 то 6,5 маротиба андозаи аввалаи худ васеъ мешавад. Ин фишори бузурги дохилӣ мустақиман ба матритсаи сементии атроф "тела" медиҳад ва шабакаи микротарқишҳои радиалиро ба вуҷуд меорад. Ҳангоми шиддат ёфтани осеби дохилӣ, пайванди байни нахҳои пӯлод ва матритсаи бетон комилан вайрон мешавад; дар ниҳоят, дар зери бор, нахҳо ба осонӣ кашида ё лағжидан - пурра ё қисман - майл доранд, ки сахтии пайвандкунандаи сохтории худро аз даст диҳанд.

Мутобиқшавии нарми Нахҳои базалтӣНахҳои базалтӣ ҳангоми дучор шудан бо оби баҳр тамоман васеъшавии ҳаҷмро нишон намедиҳанд. Раванди гидролизи онҳо, ки бо парокандашавии нарми пайвандҳои Si-O-Si тавсиф мешавад, бо суръати хеле суст идома меёбад ва дар натиҷа танҳо дар миқёси нано ба пайдоиши ночизи сӯрохӣ ва ноҳамвории сатҳӣ оварда мерасонад. Ин ноҳамвории нозуки сатҳӣ, бар хилофи осеб расонидан ба матритса, дар асл соишро байни нахҳо ва бетони атроф афзоиш медиҳад.

Ғайр аз ин, тарҳҳои омехтаи бетон аксар вақт маҳсулоти иловагии саноатӣ - ба монанди хокистари парвозкунанда ва шлак --ро дар бар мегиранд, то қисман сементи анъанавиро иваз кунанд. Дар ҳоле ки ин амалия партовҳои карбонро ҳангоми истеҳсол 27% кам мекунад, он инчунин ишқорнокии дарозмуддати бетонро ба таври назаррас коҳиш медиҳад. Ин барои нахҳои базалтӣ як "капсулаи муҳофизатии нарм ва ба ишқор тобовар" эҷод мекунад ва суръати обшавии онҳоро боз ҳам паст мекунад.

IV. Оё бо тарқишҳо кор кардан мумкин аст? Он инчунин метавонад аз зарари оянда пешгирӣ кунад.

Дар барномаҳои муҳандисии воқеӣ, ҷузъҳои сохторӣ ногузир дар шароити "осебёфта" кор мекунанд. Барои тақлид кардани ин воқеият, гурӯҳи тадқиқотӣ дар дохили намунаҳои озмоишӣ микротарқишҳоро бо андозаи аз 0,1 мм то 0,3 мм ба таври сунъӣ ба вуҷуд оварданд:

Дар гурӯҳи нахҳои пӯлод, мавҷудияти ин микротарқишҳо имкон дод, ки намӣ мустақиман ба минтақаи кашиш ворид шавад; ин боиси аз даст додани босуръати қобилияти пайвастшавии нахҳои пӯлод ва коҳиши босуръати чандирии мавод гардид. Гурӯҳи якхелаи бисёрқабата нахҳои базалтӣ таҳаммулпазирии истисноии зарарро дар доираи кушодани тарқишҳо аз 0,1 мм то 0,2 мм нишон медиҳад, ки тавассути амали синергетикии "пин кардан" аз ҷониби нахҳои борик ва "кашиш додан" аз ҷониби нахҳои дағал ба даст оварда мешавад. Ҳатто вақте ки тарқишҳои мавҷуда то 0,3 мм васеъ мешаванд, мавод сатҳи баланди қобилияти борбардории каҷшавӣ-кашишро нигоҳ медорад ва бо ин васила остонаи бехатариро барои сохторҳои вайроншуда дар барномаҳои муҳандисии баҳрӣ бомуваффақият васеъ мекунад.

Хулоса

Аз нигоҳи "Арзиши давраи ҳаёт (LCC)" ва устувории экологӣ бо карбони кам, гарчанде ки нахҳои базалтӣ метавонанд бо сабаби раванди махсуси кашидани онҳо хароҷоти ибтидоии харидро каме баландтар бардоранд, хусусияти қариб "бе нигоҳдорӣ"-и онҳо дар тӯли мӯҳлати хизмати худ бартариҳои назарраси дарозмуддатро пешниҳод мекунад. Дар тӯли давраи фаъолияти лоиҳа - одатан аз 50 то 100 сол - истифодаи онҳо на танҳо хароҷоти умумии назаррас ва ғайричашмдоштро, ки бо таъмири зуд-зуд ва истифодаи рӯйпӯшҳои зидди зангзанӣ алоқаманданд, бартараф мекунад, балки инчунин вазни сохториро ба таври назаррас коҳиш медиҳад ва бо ин васила хароҷоти нақлиёт ва пардохтҳои иҷораи киштиҳои калонҳаҷми насби оффшорӣ сарфа мекунад.

Дар даврае, ки ба коҳиш додани партовҳои карбон дар тӯли давраи ҳаёти лоиҳа ва таъмини бехатарии муҳандисӣ таъкиди баробар дода мешавад, ин "зиреҳи зидди зангзанӣ", ки аз сангҳои вулқонӣ сохта шудааст, ҳамчун як нигаҳбони бехатартар ва аз ҷиҳати экологӣ тоза барои лоиҳаҳои энергияи тозаи баҳрӣ, ба монанди алоқаҳои нақлиёти баҳрӣ ва нерӯгоҳҳои бодии баҳрӣ, пайдо мешавад.