چکیده

با توجه به ضرورت تعیین دقیق زمان بارگذاری بر روی سازه های بتنی اجرا شده و یا ترمیم شده و همچنین اهمیت انجام بررسی های فنی پس از جایگذاری بتن ، گروهی ازمتخصصان و پژوهشگران، اقدام به تکمیل حسگرهایی نموده اند که با قراردادن آنها در داخل بتن، می توان رفتار سازه و رشد مقاومت و یا روند خرابی آن را رصد کرد.این گروه 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 (Purdue engineers) در حال تلاشند تا نسل جدیدی از جاده ها را عرضه کنند و در این راستا حسگر های نصب شده در روسازی مسیر بین ایالتی 405 ( Interstate 465) را می توان بخشی از این تلاش دانست.

استفاده از حسگرها در روسازی راه ها به مهندسان بخش حمل و نقل ایالت ایندیانا کمک می کنند تا بتوانند بهترین زمانی که یک روسازی بتنی اجرا شده، آمادگی تحمل بار یک ترافیک سنگین را دارد تعیین نموده و عملیات بازگشایی تردد را در آن زمان انجام دهند.این پژوهشگران نه تنها بدنبال یافتن روش های جدیدی برای اجرای روسازی های با دوام تر هستند بلکه در جستجوی راهکارهای نوینی برای کاهش شدت انتشار کربن ناشی از پروژه های راه سازی هستند.

نصب حسگر در روسازی های بتنی

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 های ناشی از عبوروسایل نقلیه شود. تعیین دقیق این زمان و زیر نظر گرفتن تغییرات بتن در این دوره خود یکی از چالش هایی است که متخصصان 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 پروفسورلونا لو (led by Luna) 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 تغذیه می کند.
شواهد نشان می دهد 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 در 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 روسازی راه های 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: این حسگرها 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 روسازی بتنی مورد نظر با معیارهای حداقلی طراحی شده و یا معیار های حداگثری، 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 حسگرهای روسازی های بتنی را نباید تنها به این روسازی ها 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 (infrastructure GameChangers) نامید.

بتن خود ترمیم

همانگونه که اشاره شد، 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 دارای قدرت جذب بالایی بوده 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 زخمی شدن 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.

ساخت بتنی سبز تر و مقاوم 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 (Mirian Velay-Lizancos) ، استادیار دانشکده مهندسی عمران لایلزدر 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 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

Share
Top