بتن هوشمند یا خود حسگر چیست؟
بتن هوشمند یا خودحسگر: نوعی فناوری هوشمند است که می تواند آسیب را به خودی خود حس کند. به آن بتن خود نظارتی، مقاوم در برابر فشار، حساس به فشار یا ذاتا هوشمند نیز گفته می شود. در این مقاله به ترکیب و اهمیت بتن هوشمند توضیحاتی بیشتری را خواهیم داد.
ترکیب بتن هوشمند با افزودن پرکننده های کاربردی مشابه بتن معمولی است. پرکننده های کاربردی مورد استفاده نیز می توانند الیاف فولادی یا کربنی، نانوذرات کربنی، پودر نیکل و غیره باشند. وجود الیاف کاربردی شبکه ای رسانا را برای بتن فراهم می کند که مقادیری را برای مقاومت الکتریکی، رسانایی و مقاومت زمانی که جریان از آن عبور می کند، می دهد.
خاصیت بتن هوشمند بر اساس آرایش الیاف کاربردی در بتن است. الیاف عملکردی به خوبی در ماتریس بتنی پراکنده شده اند که بر اساس آن ماتریس بتنی دارای یک شبکه رسانا منحصر به فرد و گسترده است. هنگامی که بتن در معرض هر نوع تغییر شکل یا تنش قرار می گیرد، شبکه رسانا مختل می شود.
پارامترهای الکتریکی ماتریس موجود در بتن هوشمند عبارتند از ظرفیت خازن، مقاومت الکتریکی و مقاومت مواد. این پارامترهای الکتریکی تنش، کرنش و آسیب بتن را در شرایط استاتیکی و دینامیکی را تعیین می کنند.همچنین در این بتن فشار با تعیین مقاومت الکتریکی اندازه گیری می شود.
ساختار بتن هوشمند
بتن هوشمند ساختار پیچیده ای دارد. همچنین یک ترکیب چند فازی و چند باندی است. از آنجایی که مخلوط یک ماده دو فازی است، پرکننده های کاربردی در زمینه بتن پراکنده می شوند. در حالی که پر کردن عملکردی می تواند به هر یک از اشکال زیر وجود داشته باشد:
- فیبر
- ذرات
- ترکیبی از الیاف و ذرات
توزیع این پرکننده ها شبکه رسانای بتن را تشکیل می دهد. سازه بتنی خود حسگر در سطح میکروسکوپی ساختاری همگن ندارد. در سطح میکروسکوپی، بتن خود حسگر در سه سطح توزیع می شود:
- توزیع پرکننده های کاربردی در سیمان .
- چسب با پرکننده های کاربردی بین سنگدانه های ریز توزیع می شود .
- سنگدانه های ریز با چسب ها و پرکننده های عملکردی در بین دانه های دوره توزیع می شوند .
توزیع الیاف کاربردی در ماتریس بتن به موارد زیر بستگی دارد:
- هندسه پرکننده عملکردی.
- روش های پردازش
- فوکوس پرکننده عملکردی
اهمیت بتن هوشمند
در میان تمام پرکننده‌های کاربردی مورد استفاده در بتن خود حسگر، الیاف کربن مزیت منحصربه‌فردی از خاصیت خودحسگر بتن را فراهم می‌کند. این ترکیب همچنین می تواند تنش یا کرنش را در سازه های بتنی قبل از شکست آنها تشخیص دهد. بتن خود حسگر می تواند عیوب ساختاری کوچک را تشخیص دهد. این کاربرد در بررسی شرایط داخلی سازه های زلزله خیز حائز اهمیت است.
سازه های بتنی مرکب و معمولی در اثر بارهای غیرمنتظره ترک می خورند. سنسورهای تعبیه شده در ساختارها معمولاً این تغییر شکل های غیرمنتظره را ارزیابی می کنند. زیرا سنسور بسیار گران است و هزینه نصب آن بیشتر است. همچنین زمانی است که کاربرد بتن هوشمند جای خود را پیدا می کند زیرا بتن خود ترمیم شونده در مقایسه با سنسورها بسیار ارزان تر است.
با رشد بازار ساختمان های هوشمند، استفاده از بتن هوشمند زیاد شده است. وظیفه اصلی آن تشخیص ترک های جزئی و توقف پیشرفت ترک برای ایجاد مخلوط قابل اطمینان تر است. بتن هوشمند برای خم شدن حتی در مقادیر کمتر به نیروی خارجی زیادی نیاز دارد. همچنین می تواند انرژی بیشتری را قبل از شکستن ذخیره کند. اهمیت بتن هوشمند تنها به ساختمان ها محدود نمی شود. در حالی که برای تشخیص مکان، سرعت و وزن وسایل نقلیه استفاده می شود.
نکات مهم در مورد بتن هوشمند
۱. بتن هوشمند چگونه تغییر شکل ها را تشخیص می دهد؟
بتن در معرض تغییر شکل یا تنش قرار می گیرد که منجر به اختلال در شبکه رسانا می شود. پارامترهای الکتریکی ماتریس بتنی را تغییر می دهد. پارامترهای الکتریکی که مورد مطالعه قرار گرفته اند عبارتند از ظرفیت خازن، مقاومت الکتریکی و مقاومت مواد. اندازه گیری این پارامترهای الکتریکی همچنین تنش، کرنش و آسیب بتن را در شرایط استاتیکی و دینامیکی تعیین می کند. فشار با تعیین مقاومت الکتریکی اندازه گیری می شود.
۲. ترکیب بتن هوشمند
ترکیب بتن خود سنج مشابه بتن معمولی با افزودن یک پرکننده کاربردی اضافی است. پرکننده های کاربردی مورد استفاده نیز می توانند الیاف فولادی، الیاف کربن، نانولوله های کربنی، پودر نیکل و غیره باشند. وجود الیاف کاربردی برای بتن یک شبکه رسانا را فراهم می کند
۳. کاربردهای بتن هوشمند
۱. تشخیص عیوب سازه و ترک ها قبل از شکست.
۲. تعیین مشخصات حرکت وسایل نقلیه در جاده ها.
۳. جلوگیری از پیشرفت ترک ها با استفاده از الیاف (پرکننده های کاربردی).
۴. تحلیل سازه پس از قرار گرفتن در معرض بارهای دینامیکی.
منبع : ساخت و ساز ایران
