مصالح نوین، اندازه گیری فرسودگی بتن در ساختمان ها و سازه ها را تسهیل می کند

12 فروردین 1403 | مهندس مارال شایق

بتن یک ماده بسیار مهم در صنعت ساخت و ساز است، که استفاده از آن برای پی ریزی و ساخت سازه‌های مسکونی و ساختمان‌های اداری، جاده‌ها، سدها و پل‌ها و بسیاری از پروژه‌های زیربنایی دیگر ضروری است. با این حال، عمر مفید بتن محدود است و برای تضمین ایمنی این سازه ها، بتن باید تحت نظارت باشد.

محققان موسسه فیزیک دانشگاه سائوپائولودر برزیل با همکاری همکاران خود در دانشگاه لوون در بلژیک، یک ماده درخشان ساخته اند که وجود ترکیباتی را که نشان دهنده فرسودگی بتن در مواجهه با نور ماوراء بنفش است، آشکار می سازد که تجزیه و تحلیل سریع و کم هزینه را تسهیل می کند، و در محل انجام می شود، و نیاز به بردن نمونه ها به آزمایشگاه را از بین می برد. 

نتایج این تحقیق در مقاله ای در مجلۀ Chemical Communications منتشر شده و در جلد اول این مجله به چاپ رسیده است.

سازه های بتنی به طور متوسط حدود 50 سال عمر می کنند. جذب مداوم آب، املاح و گازها از جو باعث اسیدی شدن می شود و منجر به خوردگی میلگردهای تقویت کننده فولادی در دال ها، ستون ها و سایر عناصر سازه ای می شود و ظرفیت تحمل وزن آنها را به شدت کاهش می دهد.

طول عمر بتن را می توان از طریق اقدامات پیشگیرانه ای مانند افزودن لایه های محافظ که مانع نفوذ دی اکسید کربن به سطوح در معرض دید سازه می شود، افزایش داد. اگر قرار است این مداخله به موقع باشد، توانایی تأیید و تشخیص درجه وخامت امری حیاتی است.

چالش اصلی پیش روی مهندسانی که وضعیت بتن را در ساختمان‌ها و سازه‌ها بازرسی می‌کنند این است که حفاری برای برداشتن نمونه‌ها و تجزیه و تحلیل آنها در آزمایشگاه کاری طاقت فرسا و پرهزینه است و همچنین در مکان‌هایی که دسترسی به آن‌ها سخت است ، کاری پیچیده است. همچنین این کار می تواند خطرناک باشد، زیرا نمونه برداری از بتن می تواند باعث تغییر در ساختار و تضعیف بیشتر بتن در صورت تخریب آن شود، به خصوص اگر این روش به درستی انجام نشود.

در این مطالعه، محققان آزمایشگاه نانو مواد و کاربردهای آن یک کاتالیزور مبتنی بر هیدروکسید دو گانه لایه ای، که به عنوان رس آنیونی نیز شناخته می شود، توسعه دادند تا میزان تخریب در بتن را اندازه گیری کنند. آنها یوروپیوم سه ظرفیتی را برای تولید *تابناکی نارنجی به قرمز اضافه کردند.

(*تابناکی : تابش فوتون‌های نور (فرابنفش، مرئی یا فروسرخ) از یک جسم به دلیل گذار الکترون‌های برانگیخته از ترازهای بالا به پایین است)

آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داد که وقتی این ماده در معرض نور ماوراء بنفش قرار می‌گیرد، تابناکی آن با توجه به میزان کربنات جذب شده تغییر رنگ می‌دهد. از این اثر می توان برای تشخیص فرسودگی در بتن استفاده کرد: هر چه تابناکی به سمت طیف قرمز بیشتر باشد، میزان کربنات بیشتر و بتن تخریب شده تر می شود.

آلیسون فریرا مورایس، نویسنده اول این مقاله، می گوید : "پیشرفت اصلی این است که این ماده می تواند در آن واحد و بدون نیاز به حفاری یا انتظار برای تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی، تعیین کند که چگونه بتن موجود در یک سازه در حال فرسودگی است و چه زمانی سازه نیاز به تعمیر و نگهداری دارد. این روش به تصمیم گیری سریع تر کمک می کند. تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را تسهیل می کند و به جلوگیری از حوادثی که می تواند به قیمت جان انسان ها تمام شود و آسیب های اقتصادی قابل توجهی وارد کند، کمک می کند."

به گفته دانشمندان، گام بعدی شامل توسعۀ حسگری است که مواد تابناک را تشخیص می دهد و آن را در شرایط دنیای واقعی آزمایش می کند تا عوامل خاصی مانند شرایط جوی و پایداری درون بتن را تأیید کند.

ایمنی، هزینه و ردپای کربن

این روش جدید علاوه بر کمک به ایمنی ساختمان، مزایای بالقوه ای را از نظر دو جنبه بسیار مهم دیگر اقتصادهای امروزی ارائه می دهد: کاهش هزینه ها و کاهش انتشار کربن.

دانیلو مصطفی، آخرین نویسنده مقاله و استاد موسسه فیزیک دانشگاه سائوپائولو در برزیل می گوید: هرچه ساختمان ها دوام بیشتری داشته باشند، نیاز به سرمایه گذاری در سازه های جدید کم تر می شود و همچنین صنعت ساخت وساز بیشتر به تلاش برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کند ، چراکه ۸ درصد از انتشار گازهای گلخانه ای به دلیل تولید بتن و خود ساخت وساز از این صنعت در سطح جهانی به دست می آید.

محققان دانشگاه کیل در آلمان نیز در این مطالعه شرکت کردند.

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .