بتن هوشمند چیست؟ معرفی انواع بتن هوشمند و کاربردهای آن ها - مجله آرنا

بتن هوشمند چیست؟

بتن هوشمند در واقع نشانگر توسعه و ساخت بتن هایی است که علاوه بر عملکرد و مقاومت بالا از مزایای چند کاربردی و هوشمند بودن نیز برخوردار باشند. بتن هوشمند نسل جدیدی از مواد بتنی است که از قابلیت تطبیق پذیری با محرک های بیرونی مانند بار و شرایط محیطی برخوردار است. بتن هوشمند اصطلاح جامعی است و به انواع مختلفی از بتن اطلاق می گردد که در ادامه به هر یک از آن ها خواهیم پرداخت.

انواع بتن هوشمند

بتن هوشمند بر اساس مواد و مصالحی که در ساخت آن ها به کار برده می گردد و همچنین بر اساس این که در فرآوری آن ها از چه فناوری استفاده می گردد به انواع مختلفی دسته بندی می گردد که از مهم ترین آن ها می توان به چند نوع زیر اشاره نمود:

• بتن خود ترمیم شونده
• بتن خود تنظیم
• بتن خود گرمازا
• بتن خود تمیز شونده
• بتن خود تراکم
• بتون خود حسگر

بتن خود ترمیم شونده

در مقالاتی که پیش تر در مجله آرنا منتشر شده اند به طور مفصل به چگونگی ساخت و عملکرد بتن های خود ترمیم شونده پرداخته شده است. از همین رو در این بخش تنها به ارائه توضیح مختصری بر این بتن بسنده خواهیم کرد.

بیشتر بخوانید: بتن خود ترمیم شونده چیست؟ تکنولوژی آن و نکاتی که باید بدانید

بتن خود ترمیم شونده در واقع از توانایی تعمیر و رفع ترک هایی که عمدتاً از طریق مقاومت کششی پایین در بتن ایجاد شده برخوردار است. استحکام و پایداری بتن توسط این ترک ها که مجرای بسیار مناسبی برای عبور سیالات و گازها است تهدید می گردد. علاوه بر ساختار خود بتن، در صورتی که ترک ها رفع نشوند و پیشرفت آن ها ادامه یابد به احتمال زیاد آرماتوربندی بتن نیز آسیب های جدی خواهد دید؛ بنابراین کنترل پهنا و عمق این ترک ها در اسرع زمان ممکن از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

خود ترمیم شدگی در بتن ها یک پدیده شناخته شده است و به صورت های بسیار مختلفی در بتن تهبیه شده است که یکی از رایج ترین آن ها خود ترمیم شدگی خودزا است که بر اساس آن خود ترمیم شدگی در بتن ها به دلیل هیدراسیون مواد کلینکر یا کربنات سازی کلسیم هیدروکسید صورت می گیرد. با این وجود خاصیت ترمیم شدگی در بتن های هوشمند به ترک های کوچک محدود است و تنها در صورت وجود آب از کارایی لازم برخوردار خواهد بود.

از دیگر روش های به کار گرفته شده در بتن های خود ترمیم شونده می توان به روش خود ترمیم شدگی مبتنی بر کپسول، روش خود ترمیم شدگی آوندی (vascular)، روش خود ترمیم شدگی مبتنی بر رسوب دهی الکتریکی (electrodeposition)، روش خود ترمیم شدگی میکروبی و خود ترمیم شدگی با استفاده از آلیاژهای حافظه دار اشاره نمود.

بتن خود تنظیم

بتن خود تنظیم شونده (self-adjusting) یکی دیگر از انواع بتن هوشمند است. ویژگی خود تنظیم شدگی در این بتن ها به معنای توانایی بتن درواکنش مناسب به تغییرات بارگذاری یا محیطی است. بتن های خود تنظیم نیز شامل انواع مختلفی می گردد که از مهم ترین آن ها می توان به بتن های خود تنظیم حرارتی، بتن های خود تنظیم رطوبتی و بتن های خود میرایی (self-damping) اشاره نمود.

بتن های خود تنظیم آسیب های وارد شده از حوادث مختلف را کاهش می دهند، آسایش و راحتی افرادی که از سازه های ساخته شده با این نوع از بتن ها استفاده می نمایند را افزایش و پایایی و عملکرد سازه را ارتقا می دهد. کاربردهای بسیار گسترده ای برای این نوع از بتن های هوشمند در سازه های مهندسی عمران به ویژه برای ساختمان های بلند، پل های عظیم، خطوط راه آهن پرسرعت و نیروگاه های اتمی در نظر گرفته شده است.

بیشتر بخوانید: بتن شفاف چیست؟ + تاریخچه، اجزا و کاربردها

در دهه 1990 محققان به منظور بهبود ویژگی های میرایی بتن از مواد ماکرو مولکولار یا درشت مولکول استفاده کردند. به عنوان مثال دانشمند ژاپنی چانگ و تیم تحقیقاتی او، مجموعه ای از مطالعات را به منظور بهبود ویژگی های سختی و میرایی های بتن با استفاده از ترکیب هایی مانند لاتکس و سلیس صورت دادند. از دیگر مواد استفاده شده به منظور افزایش نسبت میرایی بتن می توان به لاتکس استایرن بوتادین کربوکسیلیک و نانوتیوب یا ریزلوله های کربنی اشاره نمود.

مواد تغییر فاز دهنده قابلیت جذب یا آزاد کردن گرما در هنگام تغییر حالت مواد از جامد به مایع و یا برعکس برخوردارهستند. ترکیب مصالح بتنی بامواد تغییر فاز دهنده ذخیره ساز گرما به فراوری و ساخت بتن های خود تنظیم شونده حرارتی منجر شد که می توان از آن ها به منظور افزایش آسایش حرارتی در فضای درونی ساختمان ها و صرفه جویی در انرژی استفاده کرد.

محققان ژاپنی به منظور ساخت بتن های خود تنظیم شونده رطوبتی و استفاده از آن ها در گالری های هنری و موزه ها اقدام به ترکیب کردن مصالح بتنی با پودر زئولیت کردند. پودر زئولیت به کار برده شده در بتن به دلیل ساختار متخلخلی که دارد، می تواند در موقع بالا رفتن رطوبت محیط نسبت به جذب آب و رطوبت فضای داخلی اقدام کند.

بتن هوشمند گرمازا

یکی دیگر از انواع بتن های هوشمند نوع گرمازا است که در واقع اشاره به بتنی دارد که از روش گرمایش مقاومتی الکتریکی و اثر ژول بهره می برد. به همین دلیل است که بعضی آن ها را بتن های الکتروترمال هم می نامند. بتن رایج در صنعت ساختمان سازی به طور معمول رسانای جریان برق نیستند و مقاومت آن ها به منظور بالا بردن کارآمد دمای آن ها بسیار بالا است و از همین رو باید با اضافه کردن پرنماینده های رسانای الکتریسیته مانند فیبر های کربن، فیبر های فولادی و گرافیت این مقاومت را کاهش داد.

بتن هوشمند خود تراکم

بتن خودتراکم، بتن تازه ای است که از سه ویژگی، توانایی جریان یافتن تحت وزن خود، پر کردن فضای مورداحتیاج یا قالب به طور کامل و ایجاد یک مخلوط چگال و به اندازه کافی همگن را بدون احتیاج به عملیات تراکم همزمان برخوردار است. از مزایای بتن خود تراکم می توان به افزایش سرعت اجرای بتن ریزی و در نتیجه کاهش زمان ساخت سازه و صرفه جویی مالی به ویژه در المان های افقی مانند دال ها، فراهم کردن امکان بتن ریزی در شب در مناطق شهری، امکان ساخت سازه های بتنی ویژه، مانند بتن ریزی در زیر آب اشاره نمود.

بتن خود تمیز شونده

فتوکاتالیت ها یا کاتالیزورهای نوری برای دادن ویژگی خودتمیزشدگی در بتن های هوشمند مورد استفاده قرار می گیرند. وقتی فتوکاتالیست ها درون یا روی ساختار بتن استفاده می شوند، مواد آلی نظیر لکه های کثیف شامل دوده، روغن، ارگانیسم های زیستی شامل کپک، جلبک، آلاینده های موجود در هوا و حتی مواد شیمیایی که باعث بو می شوند را تجزیه می نمایند. ترکیبات فراوری شده در اثر تجزیه این آلودگی ها عمدتا برای محیط زیست مفید هستند و یا در بدترین حالت تاثیر منفی کمی بر محیط زیست می گذارند.

بتن خود حسگر

بتن خود حسگر (Self-sensing) که خود احساس نیز خوانده می گردد یکی دیگر از انواع پرکاربرد بتن هوشمند است. بتن خود حسگر می تواند بدون احتیاج به جاگذاری یا اتصال حسگر یا کنترل از راه دور، خود را پایش کند. در مقایسه با مواد سازه ای معمولی که احتیاج به حسگرهای اضافی برای پایش یا ردیابی هست، بتن خود حسگر به دلایل همچون حساسیت بالا، خاصیت خوب مکانیکی، سازگاری طبیعی، نصب و نگهداری آسان بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

بتن خود حسگر می تواند برای آنالیز سلامتی سازه ای، ردیابی ترافیک و امنیت مرزی و نظامی به کار رود. مواد به کار رفته در ساخت بتن خود حسگر به سه دسته ماتریکس یا زمینه، فیلر یا پرنماینده و مواد یاری نماینده به پراکنش فیلر تقسیم می شوند.

سخن آخر

با پیشرفت فناوری هر ساله انواع جدیدی از بتن های هوشمند ساخته می شوند. بسیاری از این بتن ها می توانند صنعت ساخت وساز در حوزه های مختلف را به طور کامل دگرگون سازند ولی مسلما استفاده آن در مقیاس وسیع به گذر زمان و فناوری های جدید ساخت و فرآوری بستگی خواهد داشت.