بتن هوشمند تحول در ساختمان سازی نوین || ترکیب فناوری ومهندسی ،دوام وعملکرد بهتر سازه ها

بتن خودحسگر، بتن خودتنظیم و بتن خودترمیم‌شونده همگی جزئی از دسته بزرگی از مواد به نام "بتن هوشمند" هستند. این مواد جایگزینی برای نظارت بر وضعیت سازه‌های بتنی مسلح هستند. به دلیل ظرفیت ذاتی خود برای حس و واکنش به محرک‌های خارجی، با بتن معمولی متفاوت است. ویژگی‌های برجسته آن شامل عمر طولانی‌تر، خواص مکانیکی برتر، سهولت نصب و نیازهای نگهداری کم است.

بتن هوشمند

 

در سال‌های اخیر، تغییراتی در نحوه دیدگاه ما به علم و فناوری و چگونگی استفاده از مفاهیم و پیشرفت‌های جدید در زندگی روزمره رخ داده است. این انقلاب به ویژه در چند دهه اخیر صورت گرفته است. با پتانسیل تغییر کامل محیط ساخته شده، بتن هوشمند نمونه‌ای برجسته از نوآوری در صنعت ساخت و ساز است. بتن هوشمند به شکل‌های مختلف مانند بتن خودحسگر، بتن خودترمیم‌شونده و غیره وجود دارد و یک پیشرفت بزرگ در علم مواد است که تعاریف معمول را نقض می‌کند. این بتن هوشمند و انعطاف‌پذیر است و قادر به برآورده کردن نیازهای دنیای معاصر است.

 

بتن آماده: عصاره پیشرفت در صنعت ساختمان

 

یک تصمیم "هوشمندانه" برای حفظ توسعه پایدار در محصولات و ساختارهای بتنی، بتن خودحسگر است. این بتن تحولی عمیق در قلمرو مواد بتنی سنتی ایجاد خواهد کرد که برای جامعه، محیط زیست و اقتصاد مفید خواهد بود. بسیاری از این چارچوب‌ها نیز درباره تمایلات یاد می‌گیرند و وضعیت فعلی جامعه را به‌طور مشابه تغییر می‌دهند. علاوه بر این، راه‌های موثرتری برای بهبود محیط ساخته شده فراهم می‌کند.

بتن خودحسگر، بتن خودتنظیم و بتن خودترمیم‌شونده همگی جزئی از دسته بزرگی از مواد به نام "بتن هوشمند" هستند. این مواد جایگزینی برای نظارت بر وضعیت سازه‌های بتنی مسلح هستند. به دلیل ظرفیت ذاتی خود برای حس و واکنش به محرک‌های خارجی، با بتن معمولی متفاوت است. ویژگی‌های برجسته آن شامل عمر طولانی‌تر، خواص مکانیکی برتر، سهولت نصب و نیازهای نگهداری کم است.

 

بتن هوشمند، برخلاف مخلوط‌های سنتی، دارای مواد جدید یا افزودنی‌هایی است که ویژگی‌های منحصر به فردی مانند دوام بیشتر، خودترمیمی یا خودحسگری به آن می‌دهند. این به چندین مورد کمک می‌کند، از جمله اطمینان از یکپارچگی ساختاری و ایمنی، افزایش عمر سازه‌ها، بهبود ایمنی و کارایی ترافیک، هدایت طراحی سازه‌ها و ترافیک، استفاده کمتر از انرژی و منابع و بیشتر.

یکی از زیرمجموعه‌های بتن هوشمند، که اولین بار پیشنهاد شد و مورد تحقیقات گسترده قرار گرفت، بتن خودحسگر است. بتن خودترمیم‌شونده نه تنها پایداری را افزایش می‌دهد بلکه دوام و دوستدار محیط زیست بودن سازه‌های بتنی را نیز افزایش می‌دهد.

 

ساخت بتن هوشمند

یک ترکیب از فناوری‌های پیشرفته و مواد جدید پایه بتن هوشمند را تشکیل می‌دهد. برای اهداف تقویتی، 0.2٪ تا 0.5٪ از حجم آن از الیاف کربن تشکیل شده است. این مواد می‌توانند تنش یا تغییر شکل در سازه‌های بتنی را قبل از شکست شناسایی کنند.

این بتن شامل سیمان، آب، شن یا سیلیکا و یک ماده نانویی است. ساخت بتن هوشمند قابل مقایسه با تولید بتن معمولی است. در هنگام استفاده از یک میکسر چرخشی برای ادغام نانولوله‌های کربنی یا کربن سیاه در مخلوط، نسبت‌های معمول آب به سیمان 0.22 تا 0.60 استفاده می‌شود. سپس مخلوط در قالب‌های روغنی ریخته شده و به مدت یک روز اجازه داده می‌شود تا سفت شود. پس از آن، نمونه‌ها قالب‌گیری شده و به مدت 28 روز در یک محیط مرطوب سفت می‌شوند. اغلب، این نمونه‌ها برای آماده‌سازی برای آزمایش‌های آزمایشگاهی در آون خشک می‌شوند.

علاوه بر این، سیستم‌های خودترمیمی که ترک‌ها را تعمیر کرده و عمر سازه‌ها را افزایش می‌دهند، از میکروب‌ها، پلیمرها یا کپسول‌هایی که مواد شفا‌دهنده را حمل می‌کنند، استفاده می‌کنند. نانولوله‌های کربنی، افزودنی‌های معدنی و آلیاژهای حافظه‌دار شکل برخی افزودنی‌های مهم هستند که ممکن است ویژگی‌های منحصر به فرد بتن هوشمند را بهبود بخشند. باید توجه داشت که این روش به طور مکرر نیاز به افزودن فوق روان‌کننده یا کف‌زدا دارد.

 

سرامیک اسپانیا یادگار آندولوس|| زیبا و اصیل

 

 با این حال، جدا کردن یا تفکیک مواد نانویی کربنی به اجزای خود بسیار چالش‌برانگیز است. انرژی سطحی بالای آنها باعث تجمع و تجمع می‌شود.

کاربردهای بتن هوشمند

بتن هوشمند دارای طیف گسترده‌ای از کاربردهای نوآورانه است که پتانسیل تغییر کامل چندین صنعت را دارد. اینترنت اشیا (IoT) و بتن هوشمند با هم کار می‌کنند تا شبکه‌های زیرساختی متصل را ایجاد کنند که بهره‌وری، پایداری و مقاومت جهانی را افزایش می‌دهند.

علاوه بر این، برخلاف بتن سنتی، افزودن الیاف کربن فرایند ترک خوردگی را تنظیم می‌کند و از توسعه فاجعه‌بار ترک‌ها جلوگیری می‌کند. می‌توان از آن برای ایجاد یک بزرگراه استفاده کرد که مکان هر خودرو و همچنین وزن و سرعت آن را ردیابی می‌کند. بر روی یک جاده، وسایل نقلیه می‌توانند در حین عملکرد عادی وزن شوند. علاوه بر این، می‌توان از آن برای وزن‌کشی وسایل نقلیه در بزرگراه‌ها استفاده کرد.

بتن خودحسگر، یکی از اجزای بتن هوشمند، می‌تواند در فرآیند ساخت و ساز مورد استفاده قرار گیرد. در هر مرحله از فرآیندهای ساخت و ساز، از طراحی تا اجرا و نگهداری مداوم، به دقت وارد می‌شود. برای دستیابی به وظایف مورد نظر، مقادیر دقیقی از افزودنی‌ها در مرحله اختلاط معرفی می‌شود. در طول عمر زیرساخت‌ها، نگهداری پیشگیرانه و بهینه‌سازی عملکرد با سیستم‌های پیشرفته نظارت که جمع‌آوری داده‌های بلادرنگ را ممکن می‌سازند، قابل انجام است.

بتن هوشمند: انقلاب در مصالح ساختمانی برای پایداری

بازار ساختمان‌های هوشمند انتظار می‌رود گسترش یابد و کاربردهای بتن هوشمند را در صنایع معماری و ساخت و ساز تسریع کند. این به دلیل آن است که بتن هوشمند نه تنها توانایی اساسی برای شناسایی ترک‌های کوچک دارد، بلکه به جلوگیری از پیشرفت ترک‌ها و تقویت آنها کمک می‌کند. علاوه بر این، می‌تواند انرژی بیشتری را قبل از شکست جذب کند و با قدرت زیادی خم شود.

ساختمان‌های بلند، بزرگراه‌ها، پل‌ها، باند فرودگاه‌ها و خوابگاه‌های دائمی برای قطارهای پرسرعت، سدها و نیروگاه‌های هسته‌ای تنها چند نمونه از کاربردهای زیرساخت‌های اجتماع برای بتن هوشمند هستند. همچنین در زمینه‌های شناسایی ترافیک، امنیت مرزی و نظامی و نظارت بر سلامت سازه‌ها پتانسیل زیادی دارد.

 

مزایای بتن هوشمند

هنگامی که بتن کشیده یا تغییر شکل می‌یابد، تماس بین الیاف و ماتریس سیمان تأثیر می‌گذارد و در نتیجه مقاومت الکتریکی حجمی بتن تغییر می‌کند. درجه مقاومت الکتریکی سپس اندازه‌گیری می‌شود تا تغییر شکل محاسبه شود. الیاف کربن هزینه مواد اضافی را حدود ۳۰٪ افزایش می‌دهند، اما با این حال، هنوز هم به‌طور قابل توجهی ارزان‌تر از نصب یا تعبیه حسگرها در سازه‌ها خواهد بود.

به دلیل افزودن الیاف کربن به بتن هوشمند، آن نسبت به بتن معمولی مقاوم‌تر است. انرژی بیشتری را قبل از شکست جذب می‌کند و برای خم شدن نیاز به تنش بیشتری دارد. دو عامل، افزایش استفاده از بتن به عنوان یک ماده کامپوزیتی و تحمل کم تنش آن، ممکن است بازار بتن هوشمند را پیش ببرد. این نشان می‌دهد که برای اطمینان از تعمیر به موقع، ترک‌ها باید نظارت شوند. روش‌های جایگزین ارزیابی ترک‌ها مانند نصب حسگرها و اتصال آنها به سازه‌ها وجود دارد. با این حال، هزینه استقرار حسگرها بیشتر است. در مقابل، هزینه کمتر است.

 

ساختمان های انگلیس|| آجر قرمز محبوب انگلیسی ها

 

مزایای بتن هوشمند در ساخت و ساز

 بتن هوشمند، در همه اشکال آن، مزایای زیادی نسبت به مواد سنتی دارد. در اینجا پنج مزیت مهم برای پروژه‌های ساخت و ساز تجاری و مسکونی آمده است.

افزایش قدرت و مقاومت

تمام بتن‌ها قوی هستند که بخشی از آن مورد توجه است، اما بتن هوشمند اغلب می‌تواند حتی بیشتر از این مقاومت کند. جالب است که این قدرت اغلب یک اثر جانبی راحت از تغییرات دیگر است نه هدف اصلی مواد جدید. همانطور که بتن پمپی می‌تواند نیروی بیشتری نسبت به بتن ریخته شده تحمل کند زیرا حاوی آب کمتری است، افزودن اجزای جدید به این مخلوط‌ها اغلب باعث افزایش قدرت آن می‌شود.

بسیاری از مخلوط‌های هوشمند، از جمله بتن خودحسگر و رسانا، شامل موادی مانند رشته های کربن یا گرافیت هستند. این عناصر سخت‌تر به عنوان آرماتور داخلی عمل می‌کنند و پس از سفت شدن بتن ساختار بیشتری را فراهم می‌کنند. در نتیجه، ساختمان‌های ساخته شده از این مواد در برابر عواملی مانند زلزله و بادهای قوی مقاوم‌تر هستند.

بتن معمولی نسبت به قدرت فشاری خود، دارای قدرت برشی نسبتاً کمی است، بنابراین این نیروها می‌توانند ساکنان را در خطر بیاندازند. حضور رشته های کربن و گرافیت سخت این نقاط ضعف را بدون نیاز به آرماتور اضافی، که گاهی به خوردگی حساس است، جبران می‌کند. در نتیجه، این قدرت افزایش یافته دارای مزایای ایمنی قابل توجهی است.

ترکیبات دیگر مقاومت بیشتری در برابر عوامل طبیعی مانند آب فراهم می‌کنند. یک نوع محبوب بتن ضدآب کریستالی است که دارای ویژگی‌های آب‌گریز است و آب را دفع می‌کند تا ساکنان خشک بمانند یا از آسیب به اجزای حساس به آب مانند آرماتور جلوگیری کند.

 

تشخیص و گزارش آسیب

یکی دیگر از مزایای بتن هوشمند این است که بسیاری از انواع آن می‌توانند به عنوان حسگر عمل کنند. الیاف کربن، تراشه‌های فولادی یا مواد مانند آن می‌توانند اجازه دهند که بتن الکتریسیته را هدایت کند. مهندسان می‌توانند از این رسانایی برای بازرسی سازه‌ها از نظر آسیب با اعمال جریان الکتریکی از طریق بتن استفاده کنند.

وقتی بتن رسانا در یک ساختمان تغییر شکل می‌دهد، ترک می‌خورد یا دچار آسیب دیگر می‌شود، مقاومت الکتریکی آن تغییر خواهد کرد. این تغییرات در آزمایش‌های غیرتهاجمی ظاهر می‌شوند و اجازه می‌دهند تا پاسخ‌های سریع‌تری برای جلوگیری از مشکلات بیشتر داشته باشند. از آنجا که این آزمایش‌ها نیازی به حفاری ندارند، تیم‌ها می‌توانند آسیب‌ها را نظارت کرده و بدون تأثیر بر قدرت بتن آن‌ها را رفع کنند و ایمنی کلی را بهبود بخشند.

نوآوری‌های اخیر این تشخیص آسیب را یک قدم جلوتر می‌برد. یک راه‌حل حسگرهای بی‌سیم در بتن در نظر میگیرد که از طریق یک اپلیکیشن گوشی هوشمند به روز رسانی‌هایی در مورد وضعیت آن ارسال می‌کند. هنگامی که مخلوط به قدرت کامل خود می‌رسد یا شروع به تضعیف می‌کند، به مقامات مربوطه هشدار می‌دهد. کارگران سپس می‌توانند سازه را قبل از ایجاد یک اختلال بزرگ تعمیر کنند.

پاسخ‌های سریع برای کاهش آسیب ضروری هستند. در حالی که پیشگیری همیشه بهتر از درمان است، برخی تضعیف‌ها با گذشت زمان و استفاده اجتناب‌ناپذیر هستند. گزارش بلادرنگ آسیب بتن هوشمند اجازه می‌دهد تا تیم‌ها آن را به محض امکان تعمیر کنند تا از مشکلات خطرناک‌تر و سخت‌تر برای تعمیر جلوگیری کنند.

بتن خودترمیم‌شونده

برخی از بتن‌های هوشمند حتی می‌توانند خود را از ترک‌ها و نقص‌های کوچک ترمیم کنند و ساکنان ساختمان را بدون دخالت محافظت کنند. همه بتن‌ها دارای برخی خواص خودترمیمی هستند، به لطف ترکیب مجدد مواد و سخت شدن آنها از طریق هیدراتاسیون مداوم. راه‌حل‌های هوشمند مواد اضافی را برای ترمیم خود دراماتیک‌تر اضافه می‌کنند.

 

مصالح ساختمانی || سنگ بنا های یک ساختمان

 

راه‌های زیادی برای ساخت بتن خودترمیم‌شونده وجود دارد، اما یکی از بهترین  آنها استفاده از پلیمرهای حافظه‌شکل (SMPs) است. SMPs در پاسخ به محرک‌هایی مانند تنش یا تغییرات دما شکل خود را تغییر می‌دهند. بتن با این مواد در مخلوط می‌تواند به‌طور خودکار ترک‌ها را پر کند یا تغییر شکل‌ها را اصلاح کند به محض اینکه این نقص‌ها ظاهر شوند و SMP را فعال کنند.

بتن خودترمیم‌شونده برای زیرساخت‌های عمومی مانند بزرگراه‌ها بسیار مفید است. م نیاز نیست که برای رسیدگی به مشکل ببندند اگر این سازه‌ها بتوانند خود را ترمیم کنند. جلوگیری از این اختلالات می‌تواند ترافیک را بهبود بخشد، انتشار گازهای حمل و نقل را کاهش دهد و سفر را بدون قربانی کردن ایمنی همه افراد در جاده راحت‌تر کند.

خواص گرمایی

بتن هوشمند فراتر از نگهداری مزایایی دارد. بتن رسانا می‌تواند از طریق جریان الکتریکی یا در پاسخ به عناصر طبیعی مانند نور خورشید گرم شود. این خواص گرمایی می‌تواند پایداری ساختمان‌ها را افزایش داده و ایمنی جاده‌ها را بهبود بخشد.

بیش از ۷۰٪ از جاده‌های کشور در مناطق برفی هستند و ۲۴٪ از تصادفات مرتبط با هوا ناشی از آسفالت آسیب‌دیده است. با این حال، نمک‌پاشی، برف‌روبی و دیگر فرآیندهای برف‌زدایی جاده‌ها فرآیندی کند است. بتن رسانا یک راه‌حل ارائه می‌دهد. جاده‌های ساخته شده از این ماده می‌توانند خود را گرم کنند تا برف و یخ را ذوب کنند و سطح رانندگی ایمن‌تری را در زمان کمتر فراهم کنند.تیم‌های پاسخ که نیاز ندارند برخی جاده‌ها را نمک‌پاشی یا برف‌روبی کنند می‌توانند منطقه بیشتری را در زمانی کمتر پاک کنند. همه افراد می‌توانند همان بهبودهای ایمنی را تجربه کنند، بدون توجه به جایی که زندگی می‌کنند.

 

تیم‌های ساخت و ساز نیز می‌توانند از این بتن برای افزایش دوستداری محیط‌زیست خود استفاده کنند. ساخت خانه‌ها یا کسب‌وکارها با کف‌های خودگرم‌کن یک راه‌حل کارآمدتر از نظر انرژی نسبت به سیستم‌های گرم‌کننده معمولی ارائه می‌دهد. بتن به‌خوبی گرما را منتشر می‌کند و تنها مقدار کمی انرژی لازم است تا تفاوت‌های دمایی قابل توجهی ایجاد کند.

ایجاد شهرهای هوشمند

مخلوط‌های جدید بتن می‌توانند به حرکت شهر هوشمند کمک کنند. مناطق شهری نیاز به شبکه گسترده‌ای از حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) برای سیستم‌های ترافیک تطبیقی و ناوبری خودروهای خودران دارند تا کار کنند. بتن رسانا می‌تواند خود جاده‌ها را به این حسگرها تبدیل کند.

جاده‌های هوشمند می‌توانند الگوهای ترافیکی را بر اساس وزن وسایل نقلیه‌ای که آنها را پر می‌کنند، شناسایی کنند. این زیرساخت می‌تواند این اطلاعات را به سایر سیستم‌ها مانند چراغ‌های راهنمایی متصل یا اپلیکیشن‌های ناوبری ارسال کند تا ازدحام را کاهش داده و کارایی حمل و نقل را بهبود بخشد. سیستم‌های اینترنت اشیایی که کارآمدتر کار می‌کنند می‌توانند اطمینان حاصل کنند که جاده‌ها، پارکینگ‌ها و پیاده‌روها با جلوگیری از تصادفات و بهبود زمان پاسخ‌گویی ایمن‌تر هستند.

 

پوشش‌های ضد حریق اسکلت فلزی: سپر ایمنی در برابر آتش

 

اتصال مشابه در بتن در سراسر شهر می‌تواند به‌روزرسانی‌های بلادرنگ در مورد زمان نیاز به نگهداری ساختمان‌ها یا جاده‌ها ارائه دهد. سپس شهرداری می‌تواند به این تغییرات انطباق یابد تا از تصادفات جلوگیری کند و در عین حال از اختلالات بزرگ و برنامه‌های پیچیده جلوگیری کند.

بتن هوشمند یک نوآوری انقلابی است

بتن هوشمند هنوز در مراحل اولیه خود است، اما قابلیت آن همچنان در حال رشد است. این فناوری می‌تواند صنعت ساخت و ساز را به‌طور کامل تغییر دهد زیرا دسترسی بیشتری پیدا می‌کند. ساختمان‌ها و زیرساخت‌های عمومی ایمن‌تر، کارآمدتر و راحت‌تر برای همه افرادی که به آنها وابسته هستند یا با آنها کار می‌کنند، خواهند شد.انواع جدیدی از بتن هوشمند به عنوان تحقیقات در این زمینه ادامه دارد ظاهر خواهند شد. امکانات آن تنها گسترش خواهد یافت و راه را برای عصر جدیدی در ساخت و ساز هموار خواهد کرد.

 

ترجمه وگرداوری : ندا خدری