بتن متامتریال: اختراع مجدد پرمصرف ترین مصالح ساختمانی
Metamaterial Concrete Reinventing the Most Widely Used Construction Material
مهندس امیر رضا عرب عامری | دوشنبه, 18 اردیبهشت,1402
مهندسان دانشگاه پیتسبورگ با تجدید نظر در طراحی ، بتن را وارد قرن بیست و یکم می کنند. بتن که ریشه‌های آن به امپراتوری روم بازمی‌گردد، پرمصرف‌ترین ماده در صنعت ساختمان است.
یک مطالعه جدید ، مفهومی را برای توسعه سیستم‌های زیرساخت شهری هوشمند با معرفی بتن فراماده ارائه می‌کند. این تحقیق مفهومی را برای سیستم‌های بتنی سبک وزن و قابل تنظیم مکانیکی با قابلیت‌های برداشت و سنجش انرژی یکپارچه ارائه می‌کند.
امیر علوی، استادیار مهندسی عمران و محیط زیست در پیت، که نویسنده مسئول این مطالعه است، گفت: «جامعه مدرن صدها سال است که پس از ایجاد اولیه آن توسط رومیان باستان ، از بتن در ساخت و ساز استفاده می کند،. استفاده گسترده از بتن در پروژه‌های زیربنایی ما مستلزم نیاز به توسعه نسل جدیدی از مواد بتنی است که مقرون به صرفه‌تر و از نظر زیست‌محیطی پایدار هستند، اما عملکردهای پیشرفته‌تری را ارائه می‌دهند. ما معتقدیم که می‌توانیم با معرفی یک الگوی فرامادی در توسعه مصالح ساختمانی به همه این اهداف دست یابیم.»
علوی و تیمش قبلاً متامتریال های خودآگاهی را توسعه داده اند و کاربرد آنها را در کاربردهایی مانند ایمپلنت های هوشمند بررسی کرده اند. این مطالعه استفاده از فرامواد را در ایجاد بتن معرفی می‌کند و این امکان را فراهم می‌کند که ماده به طور خاص برای هدف آن طراحی شود. ویژگی‌هایی مانند شکنندگی، انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری را می‌توان در ساخت مواد به‌خوبی تنظیم کرد و سازندگان را قادر می‌سازد تا از مواد کمتری استفاده کنند بدون اینکه استحکام یا طول عمر را از بین ببرند.
علوی گفت: این پروژه اولین بتن فراماده مرکب را با قابلیت تراکم پذیری فوق العاده و برداشت انرژی ارائه می کند. چنین سیستم‌های بتنی سبک و قابل تنظیم مکانیکی می‌توانند دری را به روی استفاده از بتن در کاربردهای مختلف مانند مواد مهندسی شده ضربه‌گیر در فرودگاه‌ها برای کمک به کاهش سرعت هواپیماهای فرار یا سیستم‌های جداسازی پایه لرزه‌ای باز کنند.
علاوه بر این ، این ماده قادر به تولید برق است. در حالی که نمی تواند الکتریسیته کافی برای ارسال نیرو به شبکه برق تولید کند، سیگنال تولید شده برای تامین انرژی حسگرهای کنار جاده به مقدار کافی خواهد بود. سیگنال‌های الکتریکی تولید شده توسط بتن فراماده تحت تحریکات مکانیکی نیز می‌توانند برای نظارت بر آسیب‌های داخل سازه بتنی یا نظارت بر زمین‌لرزه‌ها و در عین حال کاهش تأثیر آن بر ساختمان‌ها مورد استفاده قرار گیرند.
در نهایت، این ساختارهای هوشمند ممکن است حتی تراشه‌های تعبیه‌شده در داخل جاده‌ها را برای کمک به حرکت خودروهای خودران در بزرگراه‌ها در زمانی که سیگنال‌های GPS خیلی ضعیف هستند یا LIDAR کار نمی‌کند، تغذیه کنند.
این ماده از شبکه های پلیمری تقویت شده اکستیک که در یک ماتریس سیمانی رسانا تعبیه شده است تشکیل شده است. ساختار کامپوزیت باعث ایجاد الکتریسیته تماسی بین لایه‌ها در صورت تحریک مکانیکی می‌شود. سیمان رسانا، که با پودر گرافیت تقویت شده است، به عنوان الکترود در سیستم عمل می کند. مطالعات تجربی نشان می دهد که این ماده می تواند تا 15٪ تحت بارگذاری چرخه ای فشرده شود و 330 میکرووات توان تولید کند.
مرجع: «سیستم‌های بتنی فراماده یکپارچه با نانو ژنراتور چند منظوره برای زیرساخت‌های عمرانی هوشمند» نوشته کاوه بری، کیانیون ژانگ، جیک کلاین، ونیون لو، جیانژه لو، ژه سان، براندون ای. تیلور، استیون جی ساکس، لو لیو خازانوویچ، ژونگ و امیر ح. علوی، 4 فوریه 2023، مواد پیشرفته.
DOI: 10.1002/adma.202211027
این تیم تحقیقاتی از طریق کنسرسیوم IRISE در پیت با وزارت حمل و نقل پنسیلوانیا (PennDOT) برای توسعه این بتن فراماده برای استفاده در جاده های پنسیلوانیا همکاری می کند.
این پروژه شامل محققانی از دانشگاه جان هاپکینز، دانشگاه ایالتی نیومکزیکو، موسسه فناوری جورجیا، موسسه نانوانرژی و نانوسیستم‌های پکن و دانشکده مهندسی پیت سوانسون بود.
گالری تصاویر
مطالب مرتبط
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 .
