دانشمندان بتن قابل انعطاف را ساختند

به گزارش ایسنا، این ماده پیشرفت در نهایت می تواند تاب آوری در برابر بلایای طبیعی را افزایش دهد و هزینه های نگهداری زیرساخت های عمومی را کاهش دهد.

محققان دانشگاه نیومکزیکو (UNM) با ثبت اختراع یک ماده بتنی انعطاف پذیر که برای چاپ سه بعدی طراحی شده است، به نقطه عطفی بزرگ در نوآوری در ساخت و ساز رسیده اند.

تیمی از گروه مهندسی عمران، سازه و محیط زیست جرالد می در حال مقابله با چالش‌های ساخت و نگهداری زیرساخت‌ها با چاپگر بتن سه بعدی و ابزارهای اندازه‌گیری پیشرفته هستند.

این ماده جدید می‌تواند راه را برای ساختمان‌ها و پل‌های ایمن‌تر و انعطاف‌پذیرتر هموار کند و در عین حال نیاز به تعمیرات مکرر را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

نگاهی به روش سنتی ساخت و ساز

روش های ساخت و ساز سنتی اغلب به ماشین آلات سنگین و کار دستی برای قرار دادن تیرهای فولادی یا چوبی نیاز دارند، فرآیندی که نه تنها پرهزینه بلکه خطرناک است. مریم حجتی تلاش برای خودکارسازی و نوآوری این فرآیند با استفاده از پرینت سه بعدی را رهبری می کند.

اگرچه بتن تحت فشار زیادی است، اما در برابر کشش بسیار شکننده است. این ویژگی منجر به ترک های مکرر می شود و نیاز به نگهداری مداوم دارد، چه در پیاده روها، ساختمان ها یا پل ها. بتن به تنهایی خاصیت کششی ندارد. حجتی تصریح کرد: این ماده بسیار شکننده است.

بلایای طبیعی مانند زلزله و بادهای شدید این مشکل را تشدید می کند. این نیروها بر سازه ها فشار وارد کرده و نقاط ضعف بتن را بیشتر نمایان می کند. مواد باید در برابر کشش و فشار مقاومت کنند و مقاومت کنند.

محققان در سراسر جهان تلاش کرده‌اند تا به این مسائل بپردازند، اما روش‌های چاپ سه بعدی موجود هنوز بر تقویت‌کننده‌های سنتی مانند تیرها یا میلگردها تکیه دارند که پتانسیل اتوماسیون کامل چاپ سه بعدی را محدود می‌کند.

علم پشت بتن انعطاف پذیر

محققان راه حلی ابداع کرده اند که بر این محدودیت ها غلبه می کند. محمد سعید ظفر، دانشجوی دکترا، یک ماده ترکیبی ساخته است که هم قوی و هم انعطاف پذیر است.

غلظت بالایی از الیاف پلیمری در این ماده جدید ادغام شده است که هم استحکام کششی و هم انعطاف پذیری را فراهم می کند. حجتی بیان کرد: بتن با گنجاندن مقادیر زیادی الیاف پلیمری کوتاه در این ماده می تواند یکپارچگی خود را در هنگام بارگذاری خمشی یا کششی حفظ کند.

این ماده که با همکاری ظفر و محقق امیر بخشی ساخته شده است، چهار ترکیب مجزا با حداکثر 11.9 درصد ظرفیت کشش بالاتر نسبت به مواد سنتی ارائه می دهد. این ترکیب ویسکوزیته لازم را برای پرینت سه بعدی صاف بدون گرفتگی نازل ها حفظ می کند.

دستیابی به این تعادل آسان است نبود. مواد مختلفی از جمله پلی وینیل الکل، دوده سیلیس، خاکستر بادی و الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا مورد آزمایش قرار گرفتند.

ظفر توضیح داد: هدف اصلی این کار پرداختن به مشکل آرماتوربندی در بتن پرینت سه بعدی بود. پرینت سه بعدی بتن یک فرآیند خودکار است. با این حال، روش‌های تقویت مرسوم اتوفاژی را مختل می‌کند.

هموار کردن راه برای آینده

تأثیر این توسعه بسیار فراتر از زمین است. آژانس های فضایی مانند ناسا در حال بررسی پرینت سه بعدی به عنوان راه حلی برای ساختن زیستگاه در سیارات دیگر هستند. حمل تیرهای فولادی سنگین و کارگران به فضا غیر عملی است و مواد نوآورانه ای مانند بتن انعطاف پذیر می تواند انقلابی باشد.

این فناوری می تواند با ایجاد سازه هایی که در برابر بلایای طبیعی مقاوم تر هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند، صنعت ساخت و ساز را متحول کند. همچنین هزینه ها و خطرات مرتبط با روش های ساخت و ساز سنتی را کاهش می دهد.