دانشگاه آزاد اسلامي

واحد تهران جنوب

موضوع تحقيق:

باسالت‏‏، خواص و كاربردها

نام استاد:

نام دانشجو:

شماره دانشجويي:

موادي براي قرن 21

باسالت سنگي است كه تقريباً در سرتاسر جهان يافت مي شود. مورد استفادة اصلي آن در ساخت و ساز و مهندسي و موارد صنعتي و نيز شاهراهها (اتوبانها) است. با وجود اين عموماً افراد نمي دانند كه از باسالت مي شود در امر توليد استفاده كرد و آنرا به صورت الياف نازك، خيلي نازك و بسيار بسيار نازك درآورد. از نظر پايداري گرمائي و حرارتي و ويژگي هاي عايقسازي صدا، مقاومت در مقابل ارتعاش و دوام الياف باسالتي عذاب نسبت به ساير مواد خام تك جزئي مزاياي فراواني دارند.

عموماً الياف پيوسته باسالت گروه كاملاً جديدي از مواد كمپوزيت و محصولات را شكل مي دهند. باسالت هيچ گونه واكنش سمي با آب يا هوا نمي دهد و غير قابل اشتعال بوده و ضد انفجار است. هنگام تماس با ساير مواد شيميايي، باسالت هيچ گونه واكنش مضر براي سلامتي و محيط زيست صورت نمي دهد. باسالت تقريباً مي تواند جاي تمام كاربردهاي آزبست را بگيرد و از نظر خواص ايزوله كردن (عايقسازي) حرارتي سه برابر بيشتر از آزبست عملكرد خوبي دارد. كامپوزيت هاي مبتني بر باسالت مي توانند جاي پلاستيك هاي تقويت شده شناخته شده و فولاد را بگيرند (يك كيلوگرم تقويت با باسالت مساوي 6/9 كيلوگرم فولاد است). عمر لوله هاي باسالتي كه براي بسياري از كاربردها طراحي شده‌اند، بدون نياز به نگهداري شيميايي و يا الكتريكي و فني حدود 50 سال است.

الياف باسالتي همراه با الياف كربني يا سراميكي و نيز ساير فلزات است در پيشرفته ترين كاربردهاي فعلي در حال استفاده اند و مي توانند مواد كمپوزيتي هيبريدي جديد و فن آوريهاي جديدي را در اين مورد توسعه دهند.

خواص ويژة باسالت باعث كاهش هزينه و قيمت محصول مي شود و عملكرد آنرا ارتقاء مي دهد. در روسيه بيش از يكصد كاربرد جديد ساخت و توليد منحصر به فرد با استفاده از مواد فيبر باسالتي توسعه يافته و به صورت اختراع ثبت شده است.

توضيح:

-   باسالتها از زمره مواد معدني هستند كه از سنگهاي مذاب زيرزميني به صورت طبيعي ساخته شده اند. آنها فشرده شده‌ي سنگهاي خوب آسياب شده هستند كه رنگ سبز بسيار تيره يا مشكي دارند و وقتي سنگهاي مذاب زيرزميني از بخشهاي عميق به پوسته زمين مي رسند و جامد مي گردند، بوجود مي آيند.

-   صفحات قديمي قدري نامرغوب تر هستند و حالا تقريباً در وضعيت هشدار هستند، اما همچنان رنگ تيره اي دارند و از دهانه آتشفشان در مقادير زياد فوران مي كنند، در اثر فشار مي شكنند و به عنوان «دام صخره» فروخته مي شوند. باسالت سخت، فشرده،‌سنگ مذاب آتشفشان كه به طور اصلي تشكيل شده از olivin , pyroxene, plagioclase و اغلب ظاهري شيشه اي دارند.

تركيبات شيميايي موجود:

الف) pyroxene , plagioclase

ب) رشته هاي قطع شده بوسيله يك ابزار اندازه كردن، كه آنها به طور زيادي با epoxy و رزين هاي phenolic سازگار مي كند.

تركيبات فيزيكي موجود:

الف) اساساً به عنوان تكه هاي فشرده شده و بريده شده يا رشته هاي دراز

ب) طول رشته بريده شده: mm2

ج) قطر رشته بريده شده: microns 9

خواص اسمي:

-        قدرت انعطاف بالا

-        مقاومت مادة شكل دهنده نمك هاي شيميايي در تركيب با اسيدها

-        هدايت دمايي بالا

-        بدون خطرات براي سلامتي

-        كاملاً مقاوم در مقابل ريسك هاي محيطي

-        مقاوم در برابر اسيدها و محرك هاي شيميايي

-        بخش E برتر، نتايج عالي در كار در محيط هايي با شرايط مختلف، سه برابر فولاد

-        مقاومت خستگي خوب

-        خاصيت الكترومغناطيسي

خاصيت هاي فيزيكي اسمي

Nominal Physical Constants:

Density (lbs.cu.ft.)                                      100 to 110

Tensile Strength (psi)                        500k to 550k

Sintering Temperature (^oC)               1050

Operating Temperature (^oC)             -265 to +600

Modulus of Elasticity (kg/ mm3)       9100-1100

Creep                                                          None

Mohs Hardness                         5 to 9

Melting Point (deg.C)                        1450

Elongation At Break (%)                            3.15

Refractive Index                                1.62

Elastic Modulus                                89

كاربردهاي نوعي

·    سنگ هاي ساختماني، مخلوط بتن، بالاست راه آهن، توليد الياف نساجي با كيفيت بالا، كاشي هاي كف، مواد مقاوم در برابر اسيد براي استفاده هاي صنعتي شديد، پشم شيشه، لوله هاي پلاستيك باسالتي، ايرانيت هاي فيبر باسالتي، لايه هاي باسالتي به عنوان پوشش محافظ، باسالت عايقساز گرما براي استفاده هاي صنعتي، پشم شيشه و …

·          باسالت بهترين تقويت كننده براي بتن است چون مقاومت كششي بالائي داشته و در مقابل قلياها مقاومت دارد.

·    تقويت براي كمپوزيت ها، رزينهاي اپوكسي/ پلي استر و پلاستيك هاي مورد استفاده در صفات اصطكاكي مانند لنت هاي ترمز و آسترها.

·          ساخت mat / felt باسالتي

·          كاربردهاي ايزولاسيون دماي بالا

·          مواد فيبري حفاظتي غيرفعال

·          پركننده براي گچ و لايه هاي بين ديوارها

·          پركنندة muffler مورد استفاده براي صنايع اتومبيل با عملكرد بالا.

نوع بسته بندي:

شيشه اي،‌ به صورت طبلك،‌ كيسه هاي كاغذي چند لايه، كيسه هاي بزرگ توده اي و كانتينرهاي fiberboard.

زمينه هاي كاربرد:

مهندسي برق، قطعات پيچيده اي كه نيازمند ويژگي هاي دي الكتريك زياد مي باشند. ساخت و ساز: قطعات ساخته شده از باسالت- پلاستيك در مقابل رطوبت، برف، دما و تابش خورشيد و محيط هاي اسيدي و قليايي مقاومند.

ماشين سازي، قطعات يا بلوكهايي كه تحت دما يا جريان گاز بالا كار مي كنند. براي مثال سپر حرارتي يك شاتل فضايي در هنگام برگشت به زمين.

واشرها و قطعات و ضمائم غيرفلزي

عايقسازي حرارتي و صوتي كاملاً غيرقابل اشتعال براي كابين ها، محفظه هاي موتور، ترن هاي مترو، كشتي ها و هواپيماها.

صفحات مدار الكتريكي و الكترونيكي، لنت هاي ترمز ماشين ها، هواپيما و قطعات كابين‌ها و ترنهاي مترو.

صفحات (ديسك) هاي اختصاصي براي تأسيسات ماشين و تراكتور.

تقويت لاستيك صنعتي و ساير محصولات و مواد.

تسمه براي نوار نقاله هاي با بار زياد.

ايمني محيطي

صفحات محافظتي در مقابل تابش الكترومغناطيسي و خوانده شدن اطلاعات.

زره بندي نسل جديد براي حفاظت فردي و دسته جمعي.

لباسهاي كاري ضد آتش و محافظ در مقابل گرما

كانتينر براي دفن مواد بسيار سمي و زايد.

هيترهاي باسالت كربن براي لباسها، اتاقها، انكوباتورها و …

لوله هاي باسالت- پلاستيك

اين لوله هاي كمپوزيتي فيبر- باسالت با مخلوط كردن فيبرهاي باسالتي، فابريك ها و prepegs به همراه يك پيوند دهنده (چسب) بدست مي آيند.

اين لوله ها به عنوان آستر شفت ها، اجزاء ساختماني براي انتقال مايعات خورنده و گازها در خدمات صنعتي و تجاري و كشاورزي مورد مصرف دارند.

ساير زمينه هاي كاربرد احتمالي لوله هاي باسالتي عبارتند از: پايه هاي آنتن ها براي مقاصد ساختماني و مخابراتي.

در حال حاضر اختلاف قيمت بين لوله هاي فلزي و كمپوزيتي رفته رفته كمتر مي شود و بنا به مزاياي بسيار زياد لوله هاي كمپوزيتي تعويض لوله هاي فرسودة قديمي با لوله‌هاي كمپوزيتي جديد در حال افزايش است.

1-  وزن به ازاء واحد طول لوله هاي باسالت- پلاستيك حدود 3 تا 4 برابر كمتر از لوله هاي فولادي است. بنابراين در هزينه نصب و نگهداري تا حد زيادي صرفه جويي مي‌شود.

2-  مقاومت اين لوله هاي پلاستيك- باسالتي چندين مرتبه بيشتر از لوله هاي فايبرگلاس و بيشتر لوله هاي فولادي است. بنابراين مي توان به راحتي از آنها در فشارهاي زياد مثلاً 1000 اتمسفر استفاده كرد كه در اين حالت استفاده از لوله هاي فولادي عملي نمي باشد.

3-  مقاومت زياد در برابر محيط خورنده باعث مي شود كه از آنها بتوان براي انتقال هيدروژن سولفيد، اسيد و باز و … استفاده كرد.

4-   بنابر دلايل فوق نيازي به استفاد از عايقسازها يا مواد ضد خوردگي وجود ندارد.

5-   لوله هاي باسالتي در مقابل قارچها و عوامل ميكروارگانيزمي مقاومت دارند.

6-  لوله هاي باسالتي هدايت گرمايي پاييني دارند. بنابراين از رسوب نمكها و پارافين ها در 50 لوله جلوگيري مي شود و هيچ نيازي به عايقسازي گرمايي بعدي وجود ندارد.

7-  چون اين لوله ها عايق هستند بنابراين احتمال خوردگي الكتروشيميايي وجود ندارد. بنابراين عمر كاري لوله هاي باسالتي تا حد 80-66 سال يعني دو تا سه برابر بيشتر از لوله هاي فلزي بالاتر مي رود.

8-  از دستگاه هاي توليد لوله هاي پلاستيكي فايبر گلاس مي توان براي توليد لوله هايي با قطرها و ضخامت هاي ديوارة متفاوت استفاده نمود.

Prepeg هاي بادوام باسالتي

اينها عبارتند از الياف باسالتي پيوسته يا گسسته كه بارزين اصلاح شدة پلي استري براي توليد محصولات مختلف پلاستيك- باسالت آميخته مي شوند.

عمر اين محصولات زياد است (حداقل 4 سال) و تحت شرايط نگهداري در زير  مي‌توان به خوبي از آنها محافظت كرد.

Febotex يكي از اين محصولات است كه روي فيبرهاي باسالتي توليد شده و براي فرآوري و توليد محصولات توسط پيچش و به دنبال آن پرس كردن اتوكلاو مستقيم و قالبگيري در خلاء مفيد است.

Febonite بر پاية نخهاي گسسته يا فيبر توليد مي شود و براي توليد محصولات با قالبگيري عبوري و دايكاست مفيد است.

مشخصات شيميائي فيزيكي prepegهاي بادوام

چسب  %45-32                            چسب محلول %8-85

مواد فرار  %3-7                          قابليت شارش  %25-3

خواص مكانيكي باسالت ها  

Physical- mechanical properties of basalt- plastics, based on long- lasting prepegs Characteristics                                            Febotex       Febonite

Ultimate bending strength, Mpa:                          238.0           83.0

Bonding modulus, Mpa x 10:                               1.95             0.8

Ultimate compressive strength                  

(along the reinforcement), Mpa                                      86.0             126.0

Compressive modulus, MPa x 10                         2.31             0.88

Ultimate tensile strength, Mpa                                       302.0           23.0

Tensile, modulus, Mpa x 10                                 2.10             0.8

Thermal conductivity, W (m x K)                        0.26             0.25

Density, g/cm³                                                      2.0               1.82

Bending strength, after heat treatment       

For 3.5 h (+850 c), Mpa                                        75

Volatile evolution under heating up to 350 C, %  10

Volatile evolution under heating up to 850 C, %  15-20

·          مقاومت رشته ها

رشته هاي غيرمستقيم تركيبات باسالت، به طور موفقيت آميزي جايگزين فلزات مقاوم شده‌اند. در مقاومت و قدرت معين بالاتر برابر يك حجم يك كيلويي از رشته هاي مقاوم باسالت با 6/9 كيلوگرم از فلزات جايگزين مي شود.

آنها در توليد بخشهاي ساختمانها، پنل هاي بلوك هاي كناره راه، پياده رو، وجه هاي صاف كننده و بسياري سازه هاي ساختماني ديگر به كار مي روند.

با توجه به خواص عايق الكتريكي بالا، رشته هاي باسالت براي ساخت عايق براي خطوط ولتاژ بالا استفاده مي شوند.

يك كاربرد موفق رشته هاي باسالت براي مقاوم سازي سطح سيماني در مهندسي و ساخت و ساز در ناحيه هاي خطرخيز، با توجه به خاصيت شيميايي پايداري، مقاوم سازي باسالت براي سيمان كه PH متفاوتي دارد، به خوبي سازگار است و هيچ گونه تغيير شكلي تحت شرايط و فشارهاي زياد ندارند.

·          اطلاعات فني

Technical data

Density, g/cm³                                            1.95

Thermal conductivity, kcal/ m x h x deg     0.3

Ultimate strength, Mpa:

Tensile                                                        1200

Compressive                                               420

Bending                                                      800

Mass fraction of polymer binder                20- to 25

·          ساختمان

-        مقاوم سازي پل ها، تونلها

-        توليد پنل هاي ساندويچي مبتني بر باسالت و رشته هاي باسالت- كربن

-        ايزوله كردن داخلي و خارجي گرما و صدا

-        ايزوله پنل هاي مقاومتي نقاط اتصال

-        مقاوم سازي مستقيم سيمان و بتن

-        تعميرات شكافها، صدمات محلي به ساختمانها و پل ها، ساختن بناها.

-        پوشاندن سقف بوسيله مواد ضد احتراق.

-        پوشاندن ثابت سقف

-        سايه بان هاي مجدداً قابل استفاده

-        لوله هاي داخلي فاضلاب

-        مقام سازي بناها

-        سيستم هاي گرمايشي

-        ساختمان هاي هيدروليك

·          راه سازي:

-        مقاوم سازي سيمان و بتن و پوشاندن پياده روها و محل هاي دويدن.

-        ساختن عايق هاي صدا براي بزرگ راه ها، راه آهن ها و خطوط متروي زيرزميني

-        خط هاي پياده رو

-        شكل دهنده هاي كوچك

·          شبكه هاي مهندسي:

-        خطوط لوله براي بخار، آب داغ

-        خطوط لوله براي گرمايش

-        كاناليزه كردن

-        خطوط لوله نفت و گاز

-        محافظت از سيستمهاي تلفن در مقابل محيط هاي الكترومغناطيسي و اطلاعات

-        پردازش از ميان كنترلرهاي الكتريكي

-        علامت گذاري و خط كشي روي خطوط لوله

-        لوله براي محصولات شيميايي و جابجايي مواد خورنده

-        محفظه هاي نگهداري مواد خورنده

·           سازه هاي زيرزميني:

-        لنگر، ناقوس، گاو صندوق

-        خطوط لوله جهت موارد مختلف

-        پي سازي براي ساختمان ها و سازه. (كمترا ز خطوط لوله سازي)

·          ماشين سازي:

-        بخش برنده محفظه ها

-        بخش هاي حامل حرارت (موتور)

-        فريزرها

·          رشته هاي باسالت- ايمن براي اكولوژي بر مبناي گفته هاي قبلي مواد عايق حرارتي

BASALT FIBERS – ECOLOGICALLY SAFE MATERIALS AND ARTICLES BASED THEREON BASALT HEAT- INSULATING MATERIALS

Basalt carpets , stitched mats , soft, semirigid and right boards and plates, cords- an energy- efficient vibration- resistant heat and sound insulation for:

                                                                                                                                                                 ·            civil, agricultural , municipal , industrial building;

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     ·            engineering;

                                                                                                                                                                                                                                                                                      ·            aircraft engineering;

                                                                                                                                                                                                                                                                                  ·            automotive industry;

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              ·            ship building;

                                                    ·            insulating pipeline and thermal units, refrigerators and coolers , hydroponics.

فرش هاي باسالت، روكش پوشش زمين، سطوح نيمه ثابت و ثابت، بهينه ساز انرژي- مقاوم گرما و صدا براي:

-        عمران، باستان شناسي، ساختمان هاي صنعتي

-        مهندسي

-        مهندسي هوا

-        صنايع ماشين سازي

-        كشتي سازي

-        ايزوله كردن خطوط لوله و واحدهاي حرارتي، فريزرها و خنك كننده ها

مشخصات باسالت ايزوله كننده گرما

PROPERTIES OF BASALT HEAT- INSULATING MATERIALS

Density, kg / m³                                                    20-450

Thermal conductivity , W/m^*                               0.027-0.05

Operating temperatures, o!                                  -260 …. + 700(900)

Normal sound absorption coefficient 260 to 2600 Hz    up to 0.99

Service life at least 70 years

لوله هاي پلاستيكي باسالت به منظور:

BASALT- PLASTICS PIPES

INTENDED FOR:

                     ·            transportation of petroleum and petroleum products , gases, aggressive liquids, loose materials;

                                                                                                                                                                                                                                                          ·            hot and cold water supply;

                                                                                                                                                                                                                                                                         ·            cable- conduit systems;

                                                                                                                                                                                                                                                        ·            amelioration and irrigation.

-        حمل و نقل سوخت و توليدات سوختي، گازها و مايعات خورنده و از بين رونده

-        تامين كننده هاي آب سرد و گرم

-        سيستم هاي كابل لوله هاي انتقال نفت و گاز

-        پمپ ها

لوله هاي پلاستيكي باسالت به هيچ نگهداري دقيق نياز ندارند و آنها دي الكتريك هايي هستند كه به علت خاصيت الكترومغناطيسشان، كاملاً مقاومند و مقاومت طبيعي بسيار بالايي از خود نشان مي دهند.

خواص لوله هاي پلاستيكي باسالت

PROPERTIES OF BASALT- PLASTIC PIPES

Tensile                                              > 300

Compressive                                     > 250

Bending                                             > 230

Thermal conductivity, W/m^*             0.2 … 0.3

Pressure, atm                                    0 . 250

Service life , years                                       60 … 100

A technology for laying and repair of basalt- plastic pipes has been developed.

عمر زياد به منظور:

LONG- LIFE PREPREGS INTENDED:

-        براي سقف ها، لوله ها، پنل ها، بخش هاي تركيبي و …

-        براي تعمير و مقاوم سازي خطوط لوله گرما، گاز، نفت به ويژه در ميدان ها و تحت شرايط دشوار، مقاوم سازي، مكان هاي بارگيري، سازه هاي ساختمان ها، پل ها، ديوارها و پشتيباني سازه هاي زيرزميني