«Ископаемые» трещины в инфраструктуре создают запечатывание, которое может даже пережить землетрясения

Переломы потока в породе, герметированные кальцитом, способствующие «образующейся смоле-образующему» исследователей.Кредит: Хидеказу Йошида

Различные формы подземной деятельности, такие как глубокие колодцы или утилизация опасных материалов, требуют долгосрочной герметизации пород.Команда исследователей разработала инновационный метод, основанный на процессах ископаемости, чтобы запечатать трещины и переломы в породе с использованием «смолы, образующей бетон».Результаты были опубликованы в коммуникационной инженерии.

Подземная утилизация загрязняющих веществ, таких как радиоактивные отходы и углекислый газ, создает уникальные проблемы.Чтобы избежать их освобождения, необходимо запечатать валы и скважины, используемые для расследований, и убедиться, что утечки не было утечек из скалы в течение длительных периодов времени.К сожалению, текущие герметизирующие материалы на основе цемента не предлагают долгосрочную функциональность и долговечность.Особенно в странах, подверженных землетрясениям, таким как Япония, это может вызвать будущие осложнения, такие как утечки.

Чтобы найти решение, ведущий исследователь Хидеказу Йошида из Музея Университета Нагоя обратился к своему опыту в области сохранения ископаемых в фиксациях карбоната кальция.Он понимал, что такие конкреции образуются довольно быстро в течение нескольких недель до годов, и окаменелости в бетонах остаются удивительно нетронутыми в течение миллионов лет, даже когда извлекаются из мест, склонных к выветриванию и сейсмическим нарушениям.Он размышлял о потенциальном использовании аналогичного подхода в промышленном контексте.

«Я понял, что хорошо сохранившиеся окаменелости в конкретах выдержали выдержание и тому подобное для десятков до сотен тысяч лет в природной среде»,-сказал Йошида.«Я был вдохновлен тем, как быстро сформировались конкреции и почему окаменелости внутри были сохранены так хорошо».

Одной из причин долговечности окаменелостей является процесс конкреции.Это естественный процесс ископаемости, в котором минералы в подземных водах выпадают из воды и накапливаются вокруг органического материала.Кальцит в подземных водах уплотняет останки, образуя кристаллы вокруг них, связывая окружающие отложения.Этот механизм создает почти непроницаемое окаменелости, причем кристаллы блокируют даже небольшие отверстия размером с микрометра.

Основываясь на процессе формирования конкреции, исследователи смешали два агента, чтобы разработать «смолу, образующую конкрецию».Смола содержит ионы, необходимые для образования кальцита при введении воды.Кальцит формирует непроницаемые кристаллы в трещинах и отверстиях, воспроизводя процесс образования бетона, наблюдаемый в природе, гораздо быстрее.

Во время теста в подземной лаборатории на 350 метрах ниже поверхности в Хоккайдо, самом северном острове Японии, исследователи обнаружили, что их материал на основе смолы обладает замечательными герметичными способностями.При нанесении на протоки в скале он полностью и быстро запечатал их.

В районе было шесть землетрясений в течение двух дней, в том числе землетрясение магнитудой 5,4, что привело к окончательному тесту.Несмотря на еще пять землетрясений в течение периода испытания, трещины оставались запечатанными.На самом деле, открытые трещины даже заглянули в качестве реформированных кристаллов.

«Землетрясения были совпадением, чего мы никогда не ожидали и планировали», - сказала Йошида.«Они были для нас неожиданностью, но это была такая прекрасная возможность увидеть производительность материала. Такой быстрый и устойчивый герметичный эффект переломов горных пород, в том числе восстановление трещин после землетрясения, никогда не сообщалось. Обычные цементные материалы.не может достичь этого результата ».

Группа тесно сотрудничает с Японским агентством по атомной энергии, Sekisui Chemical Co. и Chubu Electric Power Co., Ltd., чтобы гарантировать, что смола будет коммерчески жизнеспособной.После их успешного теста команда предвидит широкий спектр применений, в том числе долгосрочную подземную секвестрацию радиоактивных отходов и углекислого газа, герметизируя заброшенные нефтяные скважины, контроль подземных вод во время раскопок в скале и шахтах и ремонт трещин в стареющей инфраструктуре, таких как дороги.и здания.

Больше информации: Коммуникационная инженерия (2024).Doi: 10.1038/s44172-024-00216-1