همه چیز در مورد بتن هوشمند و عملکرد آن

یکشنبه، 21 آذر 1400 زمان مطالعه 8 دقیقه

بتن هوشمند شکل پذیر قابل ارتجاع خود ترمیم، با اضافه کردن الیاف پلیمری و نانو ذرات سیلیس به بتن معمولی به وجود می آید که باعث می شود بتن مقاومت کششی، خمشی، برشی، سایشی و خود ترمیمی آن افزایش یابد.

آیا تاکنون نام بتن هوشمند به گوشتان خورده و از کاربرد و مزایای این نوع بتن اطلاع دارید؟ از گذشته تا امروز از مصالح متعددی در صنعت ساختمان استفاده می شود که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند. مصالح ساختمانی که در گذشته به روش سنتی تولید می شدند از قابلیت ها و مزایای متریال های امروزی برخوردار نبودند زیرا تکنولوژی با گذشت زمان به بالاترین سطح خود رسیده و محصولاتی که اخیراً مورد استفاده قرار می گیرند از نظر کارایی و طول عمر فوق العاده هستند. مواد و متریال هایی که در پروژه های ساختمانی به کار می روند باید با کیفیت و مقاوم باشند تا در برابر عوامل محیطی واکنش نشان نداده و سال ها بدون آسیب باقی بمانند. خوشبختانه با پیشرفت علم و نوآوری هایی که صورت گرفته، با خیالی آسوده می توان از مواد با کیفیت در ساختمان سازی، راه سازی و پل سازی استفاده کرد. تکنولوژی نانو که حاصل تلاش متخصصین و مهندسین با تجربه و آگاه می باشد گامی موثر در جهت افزایش کیفیت و کارایی مصالح برداشته و صنعت ساخت و ساز را با پیشرفتی چشمگیر مواجه نموده است. مصالح ساختمانی نوین که هم اکنون جایگاه ویژه ای به خود اختصاص داده اند و با نام هوشمند شناخته شده اند با به کارگیری این تکنولوژی ساخته شده و آرامش و آسودگی را برای معماران، پیمانکاران، مهندسین و فعالان حوزه ساختمان به ارمغان آورده اند.

مصالح هوشمند

مصالح هوشمند مصالحی هستند که می توانند با تغییرات محیطی انطباق پیدا کنند. این مصالح در برابر تاثیرات فیزیکی و شیمیای محیط انعطاف پذیر هستند و ویژگی های خود را به صورت برگشت ناپذیر تغییر می دهند. آن ها قابلیت درک رویدادها و تغییرات محیطی را دارند و نسبت به آن واکنش نشان می دهند. این مصالح در مقابل اشعه UV، میدان مغناطیسی، فشار، دما و محیط شیمیایی عکس العمل نشان می دهند و خواص خود را با توجه به آن محرک تغییر داده و با آن محیط تطبیق پیدا می کنند. یکی از متریال های هوشمند که جایگاه بسیار ویژه و حیاتی در امور ساختمانی به خود اختصاص داده، بتن می باشد. این ماده نقش بسیار مهمی در تعیین مقاومت و استحکام سازه ایفا می کند و اگر از کیفیت بالا برخوردار باشد سال ها بدون آسیب باقی خواهد ماند. بتن هوشمند جدیدترین بتنی است که از مزایای منحصر بفرد برخوردار بوده و مقاومت و طول عمر سازه را تضمین می کند. در ذیل ویژگی های انواع بتن هوشمند را بررسی می نمائیم. با ساختمانچی همراه باشید.

دیوار بتنی هوشمند سه بعدی

انواع بتن هوشمند

امروزه با پیشرفت تکنولوژی نوعی بتن به نام بتن هوشمند ساخته شده است که دارای قابلیت ها و ویژگی های منحصر به فردی بوده و مقاومت بسیار بالایی در برابر بتن معمولی دارد. بتن هوشمند به بتنی گفته می شود که به آن الیاف پلیمری و نانو ذرات سیلیس اضافه می شود. افزودن این مواد به بتن معمولی باعث افزایش مقاومت خمشی، سایشی، کششی و خود ترمیمی بتن شده و آن را به متریالی خود ترمیم و شکل پذیر تبدیل می کند. افزودن نانو ذرات سیلیس به ساختار بتن معمولی باعث ایجاد واکنش پوزولانی در کریستال های هیدروکسید کلسیم شده و ژل یکدست و نامحلول هیدروکسید کلسیم سیلیکات ایجاد می شود. نانو سیلیس با سیمان هیدراته چسبندگی بسیار قوی ایجاد می کند و مانع از رشد بیشتر بلورهای هیدروکسید کلسیم می شود. این ماده ترک های ریز را پر می کند و باعث متراکم شدن ساختار سیمان می شود. بتن هوشمند دوام و طول عمر سازه های بتنی را بالا برده و باعث کاهش نفوذ پذیری بتن می شود. نانو ذرات سیلیس افزوده شده به ساختار بتن باعث می شود ترک های ریز و مویین بتن آسیب دیده در شرایط متغییر آب و هوایی ترمیم شوند و بتن مقاومت و استحکام خود را احیا کند. قیمت بتن هوشمند در مقایسه با بتن معمولی گران تر است. بتن هوشمند برای ساخت سازه هایی که بیشتر در معرض آسیب هستند مورد استفاده قرار می گیرد.

بتن هوشمند گرمازا

این نوع بتن طبق آخرین تکنولوژی روز دنیا طراحی و ساخته شده است. بتن گرمازا مجهز به سنسورهای حساس به دماست و نوعی مانیتورینگ برای کنترل درجه حرارت و تغییرات دمایی در شرایط مختلف می باشد. برای بالا بردن قابلیت انتقال حرارتی بتن و تولید انرژی گرمایی از نانو ذراتی مانند TiO۲،Al۲O۳ ،Fe۲O۳ و پارافین حاوی نانو کپسول های پلیمری و الیاف فلزی در بتن استفاده می شود. از بتن گرما زا برای باز کردن مسیر جاده ها، باندهای فرودگاه و پل هایی که در اثر بارش برف مسدود شده اند استفاده می شود. این نوع بتن هزینه های برف روبی و نگهداری راه، ترافیک در فصل سرما و تصادفات و خسارت های مالی را کاهش داده و باعث افزایش ایمنی جاده ها می شود. در صورت استفاده از این بتن نیازی به نمک پاشی جاده ها و راه ها نیست.

بتن هوشمند ضد انفجار

مقاومت و فشردگی بتن هوشمند ضد انفجاری با توجه به شدت ضربه وارد آمده به آن افزایش می یابد. بتن ضد انفجاری در مکان هایی مانند پتروشیمی، پالایشگاه، نیروگاه و سدهایی که محافظت از سازه امری حیاتی ست مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع بتن در هنگام وارد آمدن ضربه رفلکس دینامیکی از خود نشان می دهد و در شرایط وجود ضربه مقاومت کششی آن 3 برابر مقاومت فشاری افزایش یافته و رواداری آن در شرایط بمب های آتش زا فوق العاده است.

بتن هوشمند خودترمیم شونده

هر گونه ترک خوردگی در سطح بتن منجر به نفوذ مواد شیمیایی خورنده در سازه هایی می شود که در محیط های شیمیایی قرار دارند. این ترک ها به مرور زمان استحکام سازه را کاهش می دهند و منجر به تخریب آن می شوند. از این رو به منظور کنترل و ترمیم انواع ترک خوردگی، به بتن مواد نانو اضافه می کنند تا خاصیت ترمیم شوندگی آن تقویت گردد. بتن خود ترمیم بهترین بتن برای ساخت سازه در محیط های خورنده و شیمیایی است.

بتن خود تنظيم شونده

ويژگی خود تنظيم شدگی در اين بتن ها به معناي توانايی بتن در واکنش مناسب به تغييرات محيطی است. بتن های خود تنظيم شامل انواع مختلفی می شود که از مهم ترين آن ها می توان به بتن های خود تنظيم حرارتی، بتن های خود تنظيم رطوبتی و بتن های خود ميرايی اشاره کرد. بتن های خود تنظيم آسيب هاي وارد شده از حوادث مختلف را کاهش می دهند و عملکرد سازه را ارتقا می دهند. کاربردهای بسيار گسترده ای براي اين نوع از بتن های هوشمند در سازه های عمرانی به ويژه براي ساختمان های بلند، پل های بزرگ، خطوط راه آهن پرسرعت و نيروگاه های اتمی در نظر گرفته شده است.

بتن هوشمند خود تمیز شونده

این نانو بتن به دلیل عملکرد فوتوکاتالیستی منجر به از بین رفتن آلودگی ها و یا کاهش آن ها می شود. این بتن گزینه ای مناسب برای ساخت سازه های نمایان، مبلمان شهری و کفپوش پیاده روها که در معرض گرد و غبار و آلودگی هوا قرار دارند می باشد. هنگامی که به بتن، نانو ذرات دى اکسید تیتانیوم افزوده شود، نه تنها مقاومت خمشی و فشاری آن افزایش پیدا می کند بلکه سرعت هیدراتاسیون آن بالا رفته و بتن خاصیت خود تمیزشوندگی پیدا می کند.

بتن خود حسگر

این نوع بتن يکی ديگر از انواع پرکاربرد بتن هوشمند است که می تواند بدون نياز به جاگذاری يا اتصال حسگر يا کنترل از راه دور، خود را پايش کند. در مقايسه با مواد سازه ای معمولی که نياز به حسگرهای اضافی براي پايش يا رديابی دارند، بتن خود حسگر به دلايلی همچون حساسيت بالا، خاصيت خوب مکانيکی، سازگاری طبيعی، نصب و نگهداری آسان بسيار مورد توجه قرار گرفته است. این محصول می تواند برای بررسی سلامتی سازه ای، رديابی ترافيک و امنيت مرزی و نظامی به کار رود. مواد به کار رفته در ساخت بتن خود حسگر به سه دسته ماتريکس يا زمينه، فيلر يا پرکننده و مواد کمک کننده به پراکنش فيلر تقسيم می شوند.

توسعه ی شهری و نقش آن در استفاده از بتن هوشمند

آمار نشان میدهد در شهرها که بسیار محوطه سازی سخت و فضای سبز محدود است ، حدود یـــک دهم آب باران به زمین جذب می شود.این در حالی است که در مناطق مختلف متفاوت است. در مقایسه روند نفوذ آب به لایه های زیرین را در سه منطقه ی شهری ، روستایی و جنگلی میتوان گفت که در منطقه ی شهری از صد درصد آب حاصل از بارندگی ، ۰تا ۱۰ درصد کل آب به لایه های زیرین نفوذ میکند و ۹۰ تا ۱۰۰ درصد کل آب به صورت سیلابه های مزاحم در میآیند و این مقادیر در مناطق روستایی و جنگلی به گونه های متفاوتی هستند.