چکیده

به منظور تعیین دقیق زمان بارگذاری بر روی سازه های بتنی اجرا شده، ترمیم شده و یا بررسی مسخصات بتن ریزی های انجام شده، پس از اجرا متخصصین و پژوهشگران اقدام به تکمیل حسگرهایی نموده اند که با قراردادن آنها در داخل بتن، می توان رفتار سازه و رشد مقاومت و یا خرابی آن را رصد کرد. آنان همچنین بدنبال توسعه روش های نوینی برای بتن های خود ترمیم هستند تا از این طریق ضمن افزایش عمر سازه ها، موجب کاهش آلودگی های ناشی از دی اکسید کربن در محیط زیست شوند.

شرح

مهندسان “پوردو” تلاش می کنند تا نسل جدیدی از جاده ها را عرضه کنند که در این رابطه می توان به استفاده از حسگرهایی اشاره کرد که در “مسیر بین ایالتی 405 ” نصب شده اند. این حسگرها به مهندسین بخش حمل و نقل ایالت ایندیانا کمک می کنند تا بتوانند زمان مناسب برای باز کردن ترافیک سنگین بر روی یک روسازی بتنی که به تازگی ساخته شده را تعیین کنند.این پژوهشگران همچنین بدنبال روش های جدیدی برای اجرای روسازی راه ها، جهت افزایش عمر آنها بوده و از سویی دیگردر جستجوی راهکارهای نوینی برای کاهش شدت انتشار کربن ناشی از پروژه های راه سازی هستند.

حسگرهای راه

هنگامی که روسازی بتنی یک جاده اجرا می شود و یا یک روسازی بتنی قدیمی ترمیم می گردد، مدتی طول می کشد تا بتن آماده تحمل بارهای سنگین و تنش ناشی از سازه نقلیه شود. تعیین دقیق این زمان و زیر نظر گرفتن تغییرات بتن در این دوره خود یکی از چالش هایی است که متخصصین با آن مواجه هستند و یافتن پاسخی درست برای این چالش می تواند به افزایش دوام و دوره بهره برداری سازه بتنی منجر شود.

در این چارچوب، در سال 2019 گروهی از محققان به سرپرستی پروفسور”لونا لو” از انجمن روسازی بتنی آمریکا – پوردو و استاد مهندسی عمران، اقدام به تکمیل حسگرهایی نموده اند که می توانند در درون روسازی بتنی جاده قرار گرفته و میزان افزایش مقاومت بتن در جریان هیدراسیون، سختی، مقاومت فشاری و سایر مشخصات کیفی بتن را زیر نظر بگیرند. از آنجاییکه این حسگرها با انرژی الکتریکی کار می کنند، این سوال پیش می آید که انرژی لازم از کجا و چگونه تامین می شود؟

پاسخ به این سوال بسیار آسان است چرا که اعمال هر گونه تنش مکانیکی یا تردد وسائل نقلیه از روی بخش هایی که حسگرها در درون آنها قرار دارند موجب تولید انرژی الکتریکی شده و حسگرها را تعذیه می کند.شواهد نشان میدهد که جذابیت استفاده از این فناوری بگونه ای بوده است که بخش حمل و نقل ایندیانا نزدیک به دو سال است که در حال استفاده از این حسگرها دردر نقاطی از مسیرهای ایالتی 465 و 74 است.گروه پژوهشگران پوردو همچنین در حال همکاری با اداره فدرال بزرگراه ها هستند تا این حسگرها را در ایالت های تگزاس، کلرادو، تنسی و میسوری نیز مورد استفاده قرار دهند.

این حسگرها به مهندسان و کاشناسان اداره حمل و نقل ایندیانا کمک می کنند تا از آماده بودن بتن در روسازی های بتنی اجرا شده و یا ترمیم شده، برای تحمل بار ناشی از وسائط نقلیه سبک و نگین آگاهی یابند.آنها همچنین می توانند از این طریق، روسازی بتنی انجام شده را در طول عمر آن رصد کرده و پیش از خرابی، اقدام به جایگزینی یا مرمت آن بخش نمایند.

پروفسور لو می گوید: حسگرهای ما می توانند به تصمیم گیرهایی که مبتنی بر داده بوده و برای تعبین برنامه ساخت و بهبود کیفیت ساخت و ساز های بتنی اتخاذ می شوند، کمک کنند. ایجاد امکان رصد مقاومت بتن در طول یک دوره زمانی طولانی قابلیتی است که می تواند مهندسان را در آگاهی از اینکه آیا راه مورد نظر با معیارهای حداقلی طراحی شده و یا حداکثری، یاری کرده و همچنین این امکان را فراهم آورد تا آنان بهتر بتوانند زمان جایگزینی بتن در محل مورد نظر را تعیین کنند.

دامنه کاربرد این حسگرها را نباید تنها به روسازی های بتنی محدود کرد چرا که می توان از آنها در بتن ساختمانها، پل ها، سدها و دیگر سازه ها نیز استفاده کرد. امسال جامعه مهندسین عمران آمریکا این حسگرها را ” گیم چنجرز زیرساخت” نامید.

بتن خود ترمیم

پروفسور لو و گروهش هم اکنون در حال تلاش برای افزایش عمر بتن از طریق ایجاد قابلیت خود ترمیمی آن هستند. آنها همچنین در حال بررسی دامنه ای از مواد، برای استفاده در مخلوط بتن هستند که قدرت جذب بالایی داشته و شبیه به ماسه باشند تا هنگام ایجاد ترک در بتن، این مواد آب موجود در محیط را جذب کرده و موجب انجام واکنش شیمیایی شوند که در نهایت باعث تولید ماده لازم برای پر شدن ترک موجود می شود. در اینجا می توان این فرآیند را درست شبیه ترمیم پوست انسان بعد از یک زخم تصور کرد.

پروفسور لو می گوید: بر اساس آمار، اغلب عملیات تعمیرات در راه ها مربوط به چاله ها و پر کردن ترک هاست. توسعه بتن های خود ترمیم نه تنها ترک های خود را پر می کنند، بلکه موجب احیای مقاومت و افزایش عمر روسازی ها و راه ها می شوند.

بتنی سبز تر و مقاومت تر

سیمان به عنوان یکی از اجزاء اصلی بتن و همچنین به عنوان یکی از پر طرفدار ترین مصالح ساختمانی در سطح جهان عامل انتشار بیش از 8% از گاز دی اکسید کربن در فضا بشمار می رود.” میریان ولای لیزانسکوس ، استادیار دانشکده مهندسی عمران لایلز” در حال تلاش برای کاهش قابل توجه انتشار دی اکسید کربن از طریق افزایش دوام سازه های بتنی است. با یک طرح اختلاط مناسب و افزودن نانو دی اکسید تیتانیوم در خمیر سیمانی که بتن را شکل میدهد، ولای لیزانکوس دریافته است که می تواند توانایی خود را برای جدا کردن دی اکسید کربن در مدت زمان مشابه، دو برابر کندافزودن دی اکسید تیتانیوم که بیشتر شهرتش به دلیل نقش آن در تولید کرم های ضد آفتاب و مصارف آرایشی است، می تواند جذب گازهای گلخانه ای مشکل ساز را توسط بتن را دوچندان نماید.

در این رابطه ولای لیزانکوس می گوید: بتن های سنتی به طور طبیعی دی اکسید کربن را جذب می کنند اما این عمل دهه ها و یا حتی قرن ها به زما.هدر این روش از نانو دی اکسید تیتانیوم برای تغییر ریز ساختار خمیر سیمان استفاده می شود که این کار باعث می شود تا ماتریس متخلخل بتن نسبت به دی اکسید کربن واکنش پذیرتر شده و قابلیت جذب کربن آن افزایش یابد.هولای لیزانکوس همچنین در ادامه می افزاید: ما نمی توانیم دهه ها برای جذب کربن توسط بتن که محصول فرآیند تولید خود آن است صبر کنیم. تیم من درحال ساخت بتنی هستند که قابلیت جذب سریع تر و حجم بیشتری از دی اکسید کربن را داشته باشد. در اینجا مایلم اضافه کنم که ما قصد نداریم تا روش استفاده از بتن را تغییر دهیم بلکه تنها می خواهیم بتنی تولید کنیم که برای ما سودمند باشد.

 

بیشتر بخوانید

 

Keywords

Purdue engineers

on Interstate 465

led by Luna

infrastructure GameChangers

Mirian Velay-Lizancos, assistant professor in the Lyles School of Civil Engineering, i

Share
Top