Vulkanik toshlardan foydalangan holda dengiz inshootlarini "o'q o'tkazmaydigan nimchalar" bilan jihozlashmi? Ko'p o'lchamli bazalt tolalari po'lat tolalar uchun korroziya muammosini hal qiladi

Dengiz bo'ylab o'tuvchi ko'priklar, chuqur suv terminallari, dengiz shamol elektr stansiyalari... Okeanda qurilgan bu "ulkan gigantlar" ko'rish uchun ajoyib bo'lsa-da, ular to'lqin eroziyasi, tuz va ishqor korroziyasi hamda o'zgaruvchan nam-quruq sikllarning kundalik "shafqatsiz azoblari"ga chidaydi. Bunday muhitda, qattiqlashuvni ta'minlash Beton konstruksiyalar butunligini saqlab qolish — parchalanish, yorilish yoki muddatidan oldin ishdan chiqishdan xoli bo'lish — uzoq vaqtdan beri global muhandislik hamjamiyati uchun qiyin vazifa bo'lib kelgan.
Uzoq vaqt davomida; anchadan beri, Po'lat tolasibetonning mustahkamligini oshirish va yorilishning oldini olish uchun ko'pincha s qo'shilgan. Biroq, po'lat tolalari ko'pincha tuz purkagich va dengiz suvining og'ir sharoitlariga mos kelmaydi; xlorid ionlari beton ichidagi yoriqlarga singib ketgandan so'ng, po'lat tolalari zanglaydi va hajmini kengaytiradi, bu esa paradoksal ravishda betonning ichkaridan tashqariga yorilishi va strukturaviy qulashni tezlashtiradi.
Yaqinda dengiz muhandisligi uchun yuqori chidamlilikka qaratilgan yangi material tadqiqoti juda istiqbolli yechimni taklif qildi: bazalt tolalari—tabiiy vulqon jinslaridan iplarni tortib olish orqali ishlab chiqarilgan — dengiz betonini zangga deyarli chidamli bo'lgan "zirh" qatlami bilan qoplash uchun ishlatilishi mumkin. Bunga "strukturaviy bog'lanish uchun katta tolalar" va "g'ovaklarni yopish uchun kichik tolalar" kombinatsiyasini o'z ichiga olgan ko'p masshtabli gradatsiya modeli orqali erishiladi.

I. Vulqon qoyalari ichida yashiringan korroziyaga qarshi sirlar

Mavjud materiallarga xos bo'lgan muhim kamchiliklarni, xususan, po'lat tolalarining zanglashga moyilligini va organik tolalarning (masalan, polipropilen yoki polivinil spirti) ishqoriy beton muhitida qarish va parchalanishga moyilligini bartaraf etish.Bazalt Tolalar ajoyib material afzalliklarini namoyish etadi. Sof tabiiy vulqon jinslarini juda yuqori haroratlarda eritib, uni tolalarga tortish orqali hosil bo'lgan ularning asosiy strukturaviy tuzilishi asosan kremniy-kislorod va alyuminiy-kislorod bog'lanishlarining amorf tarmog'idan iborat. Ushbu tabiiy, toshga asoslangan struktura beton ichidagi kuchli ishqoriy g'ovak suyuqliklar va dengiz suvining yuqori sho'rlanish muhitiga duchor bo'lganda juda yuqori kimyoviy inertlikni namoyon etadi va shu bilan "korroziya, zanglash va hajmli kengayish" bilan bog'liq jismoniy xavflarni tubdan yo'q qiladi. Yuqori darajadagi yorilishga chidamlilik va suv o'tkazmasligiga erishish uchun so'nggi tadqiqotlar an'anaviy "bitta tolali" paradigmadan ajralib chiqadi va buning o'rniga "ko'p masshtabli bir xil bazalt tolali tizim" ni taklif qiladi:

Makro-strukturaviy burilish Bazalt tolalari (SBF): Matritsa bo'ylab tarqalgan qo'pol, uzun va buralgan tolalar; ularning asosiy vazifasi mavjud makro-yoriqlarni ko'prik qilish va bog'lash, shu bilan yorilishdan keyingi egilish mustahkamligi va cho'zilish qattiqligini ta'minlashdir.

Mikrostrukturaviy maydalangan bazalt mikrofiberlari (NBF): Qum donalari singari, qattiqlashgan tsement matritsasi ichidagi mayda teshiklar va kanallarga mahkam o'rnashib, dengiz suvining kirish yo'llarini samarali ravishda to'sib qo'yadigan va boshlang'ich mikro yoriqlar tarqalishini to'xtatadigan mayda mikrofiberlar.

Ushbu "qo'pol va mayda kombinatsiya" strategiyasi beton konstruktsiya ichida chuqur to'qilgan zich, murakkab to'rni yaratadi - bu bir vaqtning o'zida ham suv o'tkazmasligi, ham yoriqlarni nazorat qilishni hal qiluvchi keng qamrovli himoya mexanizmi.

II. 270 kunlik "shafqatsiz" ho'l-quruq velosiped sinovi

Ushbu yangi beton dengiz muhitida "uzoq umr ko'rish"ga erisha oladimi yoki yo'qligini aniqlash uchun tadqiqot guruhi juda qattiq, o'zgaruvchan nam-quruq muhitni simulyatsiya qildi. Bu dengiz suvi eritmasining konsentratsiyasini ikki baravar oshirish va namunalarni yuqori haroratda quritish (45°C da) va to'liq to'yinganlikning o'zgaruvchan sikllariga duchor qilishni o'z ichiga oldi - har bir 24 soatlik davr bitta to'liq nam-quruq siklni tashkil qiladi.
Ushbu mashaqqatli sinovning 270 kunini boshdan kechirgandan so'ng, turli xil tolali tizimlarni o'z ichiga olgan beton namunalari juda xilma-xil ishlash natijalarini ko'rsatdi:

Barcha bazalt ko'p masshtabli gibrid guruh (B15N02: ya'ni 1,5% dag'al tolalar + 0,2% mikrofiberlar): Bu guruh nihoyatda ta'sirchan natijalarga erishdi. 270 kundan so'ng, uning ekvivalent egilish kuchini saqlash darajasi ajoyib 76,14% ni tashkil etdi, dastlabki yorilish kuchini saqlash darajasi esa 90,67% ga yetdi. Bundan tashqari, dengiz suvi ta'sirida yuzaga kelgan sirt qatlamining yo'qolishi atigi 1,43% ni tashkil etdi. Atrof-muhitning nurashi bilan to'qnashganda, materialning umumiy parchalanish jarayoni juda sekin va asta-sekin davom etdi.

Po'lat tolali gibrid guruhi (S15N02): Korroziya boshlanishidan oldin, bu guruh juda yuqori boshlang'ich egilish ko'rsatkichini namoyish etdi - bu po'lat tolalarining o'ziga xos yuqori qattiqligining bevosita natijasidir. Biroq, 270 kunlik belgiga kelib, po'lat tolali temir-beton ishlashda tubdan va keskin o'zgarishga uchradi. Keng zanglash tufayli uning ekvivalent egilish kuchini saqlash darajasi 50,22% gacha pasaydi (samarali ravishda uning kuchini ikki baravar kamaytiradi); keyingi bosqichlarda aniq mahalliy zang keltirib chiqaradigan kengayish naqshlari va yoriqlar aniq ko'rinib qoldi.

III. Mikroskopik qarama-qarshilik: Bazalt barqaror bo'lib qolganda po'lat nima uchun qulab tushadi?

Skanerlovchi elektron mikroskopiya (SEM) orqali olingan tasvirlar ikki material o'rtasidagi ishlash farqining asosiy mohiyatini to'g'ridan-to'g'ri ochib beradi:

Po'lat tolalarining halokatli nosozligi: Dengiz suvi va kislorod betondagi mikroskopik bo'shliqlar orqali po'lat bilan aloqa qilish uchun osongina kirib boradi va bu kuchli elektrokimyoviy korroziyani keltirib chiqaradi. Natijada paydo bo'lgan qizg'ish-jigarrang temir zangining hajmi asl hajmidan 2 dan 6,5 baravargacha kengayadi. Bu ulkan ichki bosim atrofdagi sement matritsasiga to'g'ridan-to'g'ri "itaradi" va radial mikro yoriqlar tarmog'ini hosil qiladi. Ichki shikastlanish kuchaygan sari, po'lat tolalari va beton matritsa orasidagi bog'lanish butunlay yomonlashadi; oxir-oqibat, yuk ostida tolalar osongina tortib olinishi yoki sirpanishi mumkin - to'liq yoki qisman - shu bilan ularning strukturaviy ko'prik qattiqligini yo'qotadi.

Yumshoq moslashuv Bazalt tolalariBazalt tolalari dengiz suviga ta'sir qilganda mutlaqo hajm kengayishini ko'rsatmaydi. Ularning gidroliz jarayoni - Si-O-Si bog'lanishlarining yumshoq erishi bilan tavsiflanadi - juda sekin sur'atda davom etadi, natijada faqat nanoskalada ozgina, mahalliy chuqurchalar va sirt qo'polligi paydo bo'ladi. Bu nozik sirt qo'polligi matritsaga zarar yetkazishdan uzoqroq, aslida tolalar va atrofdagi beton orasidagi o'zaro bog'liq ishqalanishni kuchaytiradi.

Bundan tashqari, beton aralashmasi dizaynlari ko'pincha an'anaviy tsementni qisman almashtirish uchun sanoat qo'shimcha mahsulotlarini - masalan, uchuvchi kul va shlakni - o'z ichiga oladi. Ushbu amaliyot ishlab chiqarish jarayonida uglerod chiqindilarini 27% ga kamaytirsa-da, betonning uzoq muddatli ishqoriyligini sezilarli darajada kamaytiradi. Bu bazalt tolalari uchun yumshoq, "ishqoriylikka chidamli himoya kapsulasi" ni samarali ravishda yaratadi va ularning erish tezligini yanada pasaytiradi.

IV. Yoriqlar bilan ishlashmi? Bu kelajakdagi shikastlanishning oldini ham olishi mumkin

Haqiqiy muhandislik qo'llanmalarida, strukturaviy komponentlar muqarrar ravishda "shikastlangan" sharoitlarda ishlaydi. Ushbu voqelikni simulyatsiya qilish uchun tadqiqot guruhi sinov namunalari ichida 0,1 mm dan 0,3 mm gacha kenglikdagi mikro yoriqlarni sun'iy ravishda keltirib chiqardi:

Po'lat tolalar guruhida bu mikro-yoriqlarning mavjudligi namlikning to'g'ridan-to'g'ri cho'zilish zonasiga kirib borishiga imkon berdi; bu po'lat tolalarning ko'prik qobiliyatining tez yo'qolishiga va materialning egiluvchanligining keskin pasayishiga olib keldi. Bir hil ko'p o'lchamli bazalt tolalar guruhi 0,1 mm dan 0,2 mm gacha bo'lgan yoriqlar ochilish oralig'ida ajoyib shikastlanishga chidamlilikni namoyish etadi, bu ingichka tolalar tomonidan "qisqartirish" va qo'pol tolalar tomonidan "tortish" sinergik ta'siri orqali erishiladi. Oldindan mavjud bo'lgan yoriqlar 0,3 mm gacha kengayganda ham, material yuqori darajadagi egiluvchanlik-cho'zilish yuk ko'tarish qobiliyatini saqlab qoladi va shu bilan dengiz muhandisligi qo'llanmalarida shikastlangan inshootlar uchun xavfsizlik chegarasini muvaffaqiyatli kengaytiradi.

Xulosa

"Hayotiy tsikl narxi (LCC)" va kam uglerodli ekologik barqarorlik nuqtai nazaridan, bazalt tolalari ixtisoslashgan tortish jarayoni tufayli dastlabki xarid xarajatlarini biroz yuqoriroqqa olib kelishi mumkin bo'lsa-da, ularning xizmat muddati davomida deyarli "texnik xizmat ko'rsatishni talab qilmaydigan" tabiati uzoq muddatli muhim afzalliklarni taqdim etadi. Loyihaning operatsion muddati davomida - odatda 50 yildan 100 yilgacha - ulardan foydalanish nafaqat tez-tez ta'mirlash va korroziyaga qarshi qoplamalarni qo'llash bilan bog'liq katta, kutilmagan umumiy xarajatlarni bartaraf etadi, balki strukturaviy o'z-o'zini og'irligini sezilarli darajada kamaytiradi, shu bilan transport xarajatlari va yirik ko'lamli dengiz o'rnatish kemalari uchun charter to'lovlarini tejaydi.

Loyihaning hayot aylanishi davomida uglerod chiqindilarini kamaytirish va muhandislik xavfsizligini ta'minlashga teng e'tibor qaratilayotgan davrda, vulqon jinslaridan yasalgan ushbu "korroziyaga qarshi zirh" dengiz transporti aloqalari va dengiz shamol elektr stansiyalari kabi dengiz toza energiya loyihalari uchun xavfsizroq va ekologik jihatdan toza qo'riqchi sifatida paydo bo'lmoqda.