Vulkan külü ilə inşa ediləcək gələcək şəhərlər?

Şəkil vasitəsiləİLƏ.


Jennifer Chu/MIT tərəfindən

MIT mühəndisləri, Küveytdə elm adamları ilə birlikdə işləyərkən, vulkanik süxurların incə bir kül halına gəldikdə, beton konstruksiyalarda davamlı bir qatqı olaraq istifadə edilə biləcəyini tapdılar.


Bir kağızdainternetdə yayımlandıiçindəTəmiz İstehsalat jurnalıTədqiqatçılar, ənənəvi sementin müəyyən bir hissəsini vulkan külü ilə əvəz edərək, konkret bir quruluşu azalda biləcəklərini bildirirlər.təcəssüm olunan enerjivə ya beton istehsalına gedən ümumi enerji. Hesablamalarına görə, eyni konstruksiyaları tamamilə ənənəvi etmək üçün lazım olan enerjiyə nisbətən yüzdə 50 vulkan külü ilə düzəldilmiş 26 beton binadan ibarət bir pilot məhəllə qurmaq üçün yüzdə 16 daha az enerji sərf olunur.Portland sement.

Vulkanik külləri getdikcə kiçik hissəcik ölçülərinə endirdikdə, tədqiqatçılar daha incə toz və Portland sementinin qarışığının tək sementdən hazırlananlara nisbətən daha möhkəm beton konstruksiyalar istehsal etdiyini aşkar etdilər. Bununla belə, vulkanik külü bu qədər incə hissəciklərə qədər üyütmək üçün enerji tələb olunur ki, bu da nəticədə yaranan quruluşun təcəssüm olunmuş enerjisini artırır. Vulkanik kül istifadə edildikdə, konkret bir quruluşun gücü ilə təcəssüm olunan enerjisi arasında bir fərq var.

Müxtəlif beton və vulkanik kül qarışıqları ilə edilən təcrübələrə və meydana gələn quruluşun təcəssüm olunan enerjisinin hesablamalarına əsaslanaraq, tədqiqatçılar güclə təcəssüm olunan enerji arasındakı əlaqəni xəritəyə saldılar. Mühendislerin bu əlaqəni, məsələn, müəyyən bir quruluş istehsal etmək üçün vulkan külü ilə əvəz etmək istədikləri sementin yüzdə birini seçmələrinə kömək etmək üçün bir növ plan olaraq istifadə edə biləcəklərini söyləyirlər.

Oral Büyüköztürk, MIT -in İnşaat və Ətraf Mühəndisliyi Bölməsinin (CEE) professoru və məqalənin müəllifidir. Büyüköztürk dedi:




Bunu fərdiləşdirə bilərsiniz. Bir trafik bloku üçündürsə, məsələn, çoxmərtəbəli bir bina üçün gücə ehtiyacınız olmayacaq. Belə şeyləri daha az enerji ilə istehsal edə bilərsiniz. Dünyada istifadə olunan beton miqdarını düşünsəniz bu çox böyükdür.

Buyukoztürk, tədqiqatçı alim Kunal Kupwade-Patil və CEE-nin bakalavri Stephanie Chin, keçmiş doktorant Catherine De Wolf və MIT Memarlıq Bölməsinin professoru John Ochsendorf, Küveyt İnstitutunun Ali Haciahı daxil olmaqla, fənlərarası bir araşdırmaçı qrupu ilə bir kağız üzərində birləşdi. Elmi Tədqiqat və Küveyt Universitetindən Adil Əl-Mumin.

Təbii bir aşqar

Beton dünyada ən çox istifadə olunan materialdır, sudan sonra ikinci yerdədir. Betonun istehsalı əvvəlcə daş ocaqlarından əhəng daşı kimi daşların partladılmasını, sonra qayaların dəyirmanlara daşınmasını, sement istehsalı ilə nəticələnən müxtəlif proseslər nəticəsində daha da əzilərək yüksək temperaturda işlənməsini əhatə edir.


Bu cür enerji tələb edən proseslər əhəmiyyətli bir ətraf mühit izi yaradır; ənənəvi Portland sementinin istehsalı dünyanın karbon qazı tullantılarının təxminən 5 faizini təşkil edir. Bu emissiyanı azaltmaq üçün Büyüköztürk və başqaları sementə davamlı əlavələr və alternativlər axtarırlar.

Vulkanik külün beton istehsalında bir qatqı kimi bir neçə davamlı üstünlüyü var: Dünyadakı aktiv və hərəkətsiz vulkanlar ətrafında bol miqdarda qaynaqlanan daşlı material təbii olaraq mövcuddur; insanlar ümumiyyətlə hər hansı bir geniş məqsəd üçün istifadə etmədikləri üçün tullantı material hesab olunur; bəzi vulkanik küllər özünəməxsus 'pozzolonik' xüsusiyyətlərə malikdir, yəni toz şəklində az miqdarda sement olan kül təbii olaraq su və digər materiallarla sementə bənzər pastalar əmələ gətirir.

Stephanie Chin, Kupwade-Patil ilə birlikdə, Böyüköztürk ilə Lisans Araşdırma Fürsətləri Proqramında (UROP) tələbə olaraq qrupun təcrübə işlərinin çoxuna rəhbərlik etdi. Dedi:

Sement istehsalı çox enerji tələb edir, çünki orada yüksək temperaturlar var və bu çox mərhələli bir prosesdir. Alternativ axtarmağın əsas motivasiyası budur. Vulkanik kül yüksək istilik və yüksək təzyiq altında əmələ gəlir və təbiət bütün bu kimyəvi reaksiyaları bizim üçün edir.


Komanda əvvəlcə tək sementlə müqayisədə sement və vulkan külü qarışığından beton hazırlamaq üçün nə qədər enerji lazım olduğunu araşdırdı. Bunun üçün tədqiqatçılar başqalarının müxtəlif sənaye prosesləri ilə əlaqəli təcəssüm olunan enerjini hesabladıqları bir neçə verilənlər bazasına müraciət etdilər, məsələn, qaya parçalamağa və ya sementi kürləməyə gedən enerji. Tədqiqatçılar, yüzdə 10 ilə 50 arasında vulkanik kül olan ənənəvi sement və sement istehsalı ilə əlaqədar fərdi prosesləri toplamaq üçün məlumat bazalarını seçdilər.

Daha sonra laboratoriyaya girdilər, burada müxtəlif faizli vulkan külü olan kiçik beton nümunələri və yalnız Portland sementindən nümunələr hazırladılar. Chin və həmkarları, hər bir nümunəni, çatlamağa başlayana qədər strukturları sıxmaq kimi standart güc testlərinə məruz qoydular. Sonra hər bir nümunənin gücünü hesablanmış təcəssüm olunan enerji ilə müqayisə etdilər.

Nəticələrinə görə, ənənəvi sementin yüzdə 50 -ni orta hissəcik ölçüsü 17 mikrometr olan vulkan külü ilə əvəz etmək, betonun təcəssüm olunmuş enerjisini 16 faiz azalda bilər. Bununla birlikdə, bu hissəcik ölçüsündə vulkan külü betonun ümumi gücünü poza bilər. Külü təxminən 6 mikrometrlik bir hissəcik ölçüsünə qədər üyütmək betonun gücünü əhəmiyyətli dərəcədə artırır, çünki kiçik hissəciklər su və sementin kimyəvi cəhətdən bağlana biləcəyi daha çox səth sahəsi təmin edir.

Kül şəhərləri

Qrup, qismən vulkan külü ilə hazırlanan konstruksiyaların bütün binaların və məhəllələrin miqyasında betonun təcəssüm etdirilmiş enerjisinə necə təsir edəcəyini görmək üçün nəticələrini təhlil etdi.

Tədqiqatçılar, əksəriyyəti Avropadan gətirilən, hamısı ənənəvi Portland çimentosundan hazırlanan 13 yaşayış və 13 ticarət binası olan Küveytdəki bir məhəlləyə diqqət yetirdilər. Küveytdəki əməkdaşlarının köməyi ilə görüntülər və ölçülər toplamaq üçün bir pilotsuz təyyarə ilə məhəllənin üzərindən uçdular. Hər bir bina sistemi haqqında əlavə məlumat verən yerli hakimiyyət orqanlarına da müraciət etdilər.

Bütün bu məlumatları istifadə edərək, komanda məhəllənin mövcud təcəssüm olunan enerjisini hesabladı və sonra binaların Yaxın Şərqdə bol miqdarda təmin olunan vulkan külünün müxtəlif nisbətlərindən ibarət betondan hazırlandığı təqdirdə bu təcəssüm olunan enerjinin necə dəyişəcəyini hesabladı.

Laboratoriyada keçirdikləri təcrübələrdə olduğu kimi, eyni binaların yüzdə 30 vulkan külü olan sement qarışığından betonla tikildiyi təqdirdə bir məhəllənin infrastrukturunun xeyli az enerji ilə qurula biləcəyini tapdılar. Büyüköztürk dedi:

Öyrəndiyimiz şey, beton istədiyiniz xüsusiyyətlərə malik təbii aşqarlarla və məhəllə və ya şəhər yaratarkən əhəmiyyətli enerji qənaətinə çevrilə bilən azalmış təcəssümlü enerji ilə istehsal oluna bilər.

Nəticə: Bir qrup elm adamı və mühəndis, vulkan külünün beton konstruksiyalarda davamlı bir qatqı olaraq istifadə edilə biləcəyini təsbit etdi.