بتن هوشمند؛ کاربرد و انواع آن
بتن هوشمند، ویژگی های منحصر به فرد و خواص آن
امروزه با پیشرفت فناوری، نوعی بتن به نام «بتن هوشمند» ساخته می شود که دارای ویژگی های منحصر به فرد و مقاومت بسیار بالا نسبت به بتن معمولی است. این تفاوت از آنجا ناشی می شود که به این بتن الیاف پلیمری و نانو ذرات سیلیس افزوده می شود. بتن هوشمند به عنوان نسل جدید بتن های مورد استفاده، از بدو پیدایش، مورد مطالعات چرخه های محیط زیست و اقتصادی قرار گرفته اند، چراکه همراه با مزایای اقتصادی و زیست محیطی بوده اند.
خواص بتن هوشمند
بتن هوشمند نسل جدیدی از مواد بتنی است که از قابلیت تطبیق پذیری با محرک‌های بیرونی مانند بار و شرایط محیطی برخوردار است. افزودن الیاف پلیمری و نانو ذرات سیلیس به بتن معمولی سبب افزایش مقاومت خمشی، سایشی، کششی و خودترمیمی بتن شده و آن را به متریالی خودترمیم و شکل‌پذیر تبدیل می‌کند. افزودن نانوذرات سیلیس به ساختار بتن معمولی سبب ایجاد واکنش پوزولانی در کریستال های هیدروکسید کلسیم شده و ژل یکدست و نامحلول هیدروکسید کلسیم سیلیکات می شود.
نانوسیلیس با سیمان هیدراته سبب چسبندگی بسیار قوی شده که مانع از رشد بیشتر بلورهای هیدروکسیدکلسیم می شود. این ماده ترک های ریز را پر کرده و سبب متراکم شدن ساختار سیمان می شود. بتن های هوشمند دوام و طول عمر سازه های بتنی را افزایش داده و سبب کاهش نفوذپذیری بتن می شود. با توجه به این ویژگی ها، قیمت این نوع بتن ها، نسبت به بتن های معمولی گران تر است.
کاربرد بتن هوشمند
بتن هوشمند برای ساخت سازه هایی که بیشتر در معرض آسیب هستند، مورد استفاده قرار می گیرد، چراکه نانوذرات سیلیس در ساختار این بتن، سبب می شود ترک های ریز و مویین بتن آسیب دیده در شرایط متغیر آب و هوایی، ترمیم شوند و بتن مقاومت و استحکام خود را احیا کند.
علاوه بر استفاده در سازه‌ها همچنین از این نوع بتن می‌توان در ساخت بزرگراه‌ها استفاده کرد، زیرا این قابلیت را دارد که موقعیت، وزن و سرعت وسایل نقلیه را تشخیص بدهد.
انواع بتن های هوشمند
بتن های هوشمند با توجه به خواص آنها به چند دسته زیر تقسیم می شوند:
- بتن ضدانفجار
مقاومت و فشردگی بتن هوشمند ضدانفجاری، با توجه به شدت ضربه ای که به آن وارد می شود، افزایش می یابد. بنابراین بتن ضدانفجاری در مکان هایی مانند پالایشگاه ها، پتروشیمی ها، نیروگاه ها و سدهایی که محافظت از سازه امری حیاتی به شمار می رود، مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع بتن هنگام وارد آمدن ضربه رفلکس دینامیکی از خود نشان داده و در شرایط وجود ضربه مقاومت کششی آن سه برابر مقاومت فشاری افزایش می یابد و رواداری آن در شرایط بمب های آتش زا فوق العاده است.
- بتن گرمازا
بتن هوشمند گرمازا مجهز به سنسورهای حساس به دما است و به نوعی مانیتورینگ برای کنترل درجه حرارت و تغییرات دمایی در شرایط مختلف است. بنابراین برای افزایش قابلیت انتقال حرارتی بتن و تولید انرژی گرمایی از نانوذراتی مانند TiO۲،Al۲O۳ ،Fe۲O۳ و پارافین حاوی نانوکپسول‌های پلیمری و الیاف فلزی در بتن مورد استفاده قرار می گیرد.
این بتن، برای باز کردن مسیر جاده ها، باندهای فرودگاه و پل هایی که در اثر بارش برف مسدود شده اند، مورد استفاده قرار می گیرد. بتن گرمازا، هزینه های برف روبی و نگهداری راه، ترافیک در فصل سرما و تصادفات و خسارت های مالی را تقلیل داده و سبب افزایش ایمنی جاده ها می شود. در صورت استفاده از این بتن نیازی به نمک پاشی راه‌ها و جاده ها نیست.
- بتن خودترمیم‌شونده
هر گونه ترک خوردگی روی بتن به نفوذ مواد شیمیایی خورنده در سازه هایی منجر می شود که در محیط های شیمیایی قرار دارند. این ترک ها به مرور استحکام سازه را کاهش می دهند و به تخریب آن می انجامند. بنابراین به منظور کنترل و ترمیم انواع ترک خوردگی، به بتن مواد نانو اضافه شده تا خاصیت ترمیم شوندگی آن تقویت شود. بتن خودترمیم، بهترین بتن برای ساخت سازه در محیط‌های شیمیایی و خورنده است.
- بتن خودتنظيم شونده
ويژگی خودنظيم شدگی در بتن‌های هوشمند به معناي توانايی بتن در واکنش مناسب به تغييرات محيطی است. بتن‌های خودتنظيم شامل انواع مختلفی می شود که از مهم‌ترين آنها می توان به بتن‌های خودتنظيم حرارتی، بتن‌های خودتنظيم رطوبتی و بتن‌های خودميرايی اشاره کرد.
بتن‌های خودتنظيم قادر هستند که آسيب‌هاي واردشده از حوادث مختلف را تقلیل دهند و عملکرد سازه را ارتقا ببخشند. کاربردهای بسيار گسترده‌ای براي اين نوع از بتن‌های هوشمند در سازه‌های عمرانی بخصوص براي پل‌های بزرگ، ساختمان‌های بلند، خطوط راه آهن پرسرعت و نيروگاه‌های اتمی در نظر گرفته شده است.
- بتن خودتمیزشونده
بتن هوشمند خودتمیزشونده به دلیل عملکرد فوتوکاتالیستی به از بین رفتن آلودگی ها یا کاهش آنها می انجامد. این نوع بتن، گزینه ای مناسب برای ساخت سازه های نمایان، مبلمان شهری و کفپوش پیاده روها که در معرض گرد و غبار و آلودگی هوا قرار دارند، است. زمانی که به بتن، نانوذرات دى اکسید تیتانیوم افزوده شود، نه تنها مقاومت خمشی و فشاری آن افزایش می یابد، بلکه سرعت هیدراتاسیون آن افزایش یافته و بتن خاصیت خودتمیزشوندگی پیدا می کند.
- بتن خودحسگر
بتن خودحسگر يکی ديگر از انواع پرکاربرد بتن هوشمند به شمار می رود که می تواند بدون نياز به جاگذاری يا اتصال حسگر يا کنترل از راه دور، خود را پايش کند. در مقايسه با مواد سازهای معمولی که نياز به حسگرهای اضافی براي پايش يا رديابی دارند، بتن خود حسگر به دلايلی همچون خاصيت خوب مکانيکی، حساسيت بالا، سازگاری طبيعی، نصب و نگهداری آسان بسيار مورد توجه قرار گرفته است.
این بتن برای بررسی سلامتی سازهای، رديابی ترافيک و امنيت مرزی و نظامی به کار می رود. مواد به کاررفته در ساخت بتن خودحسگر به سه دسته، ماتريکس يا زمينه، فيلر يا پرکننده و مواد کمک‌کننده به پراکنش فيلر قابل تقسیم هستند.
- بتن خودتراکم
بتن های هوشمند خودتراکم، از سه ویژگی، توانایی جریان یافتن تحت وزن خود، پر کردن فضای موردنیاز یا قالب به طور کامل و ایجاد یک مخلوط چگال و به اندازه کافی همگن را بدون نیاز به عملیات تراکم همزمان برخوردار هستند.
از مزایای بتن خودتراکم، می‌توان به افزایش سرعت اجرای بتن‌ریزی و در نتیجه کاهش زمان ساخت سازه و صرفه‌جویی اقتصادی بخصوص در المان‌های افقی مانند دال‌ها، فراهم کردن امکان بتن‌ریزی در شب در مناطق شهری، امکان ساخت سازه‌های بتنی ویژه، مانند بتن‌ریزی در زیر آب اشاره کرد.
کلام آخر
با پیشرفت فناوری هر ساله انواع جدیدی از بتن‌های هوشمند ساخته و وارد بازار می شود. بسیاری از این بتن‌ها می‌توانند صنعت ساخت‌وساز در حوزه‌های مختلف را به طور کامل دگرگون کنند، اما بدون شک استفاده آن در مقیاس وسیع به گذر زمان و فناوری‌های جدید ساخت و فرآوری بستگی خواهد داشت.
