تطوير خرسانة تصلح نفسها لتحسين متانة الهياكل
الإصلاحات اليدوية للهياكل تؤدي إلى اختناقات مرورية لا نهاية لها في كل مكان، ولكن تخّيل أنّ كل هذا البؤس على الطريق يمكن القضاء عليه عن طريق الخرسانة التي يمكنها إصلاح نفسها. وهذا هو بالضبط ما يهدف المشروع الأوروبي– تطوير خرسانة تصلح نفسها بنفسها لتحسين متانة الهياكل.
إنّ الهياكل المصنوعة من الخرسانة التي تصلح نفسها بنفسها لديها آلية الشفاء الكامنة التي تصبح نشطة عندما يظهر الصدع، مما يجعل إصلاح الصدع اليدوي من الماضي تماماً. ومن أجل الحصول على هذا الإغلاق التلقائي للصدع، يعمل شركاء المشروع الأوروبي “هيلكون” على دراسة استخدام طلائع من البوليمرات والتي تعتمد على بوليمير متعدد اليوريتان، البوليمرات فائقة الامتصاص والبكتيريا. وقد أسفرت المرحلة الأولى من هذا المشروع عن نتائج واعدة جداً على نطاق المختبر.
(pu) الطلائع متعددة اليوريتان
من أجل الإصلاح الفعّال للخرسانة المتصدّعة، فإنّ استخدام السلائف المعتمدة على متعدد اليوريتان قد أظهرت بالفعل إمكانات كبيرة، فقد بينت النتائج استعادة جيدة في السلوك الميكانيكي والسائل.
و في اختبارات إثبات هذا المفهوم، تم استخدام أنابيب زجاجية كمواد تغليف. ومع ذلك، لرفع نطاق هذه التقنية وجعلها متوافقة مع إنتاج الخرسانة التقليدي، فإنّ الكبسولات الميكروية الحجم كروية الشكل تكون أكثر ملاءمة. ولذلك، فإنّ البحوث جارية لتحسين تقنية التغليف لجعل السلائف متعددة اليوريتان متكيفة لزيادة مقاومة الشفاء والتحمّل الدوري، بحيث يتم تضمين إمكانية أيضاً الشفاء من الشقوق الحيوية.
البوليمرات فائقة الامتصاص
يمكن أن تمتص البوليمرات فائقة الامتصاص كميات كبيرة من الماء. على هذا النحو، فإنها يمكن أن تساعد على كسر الشقوق وتحفيز إصلاح الصدوع إذا تم دمجها في الخرسانة التي تصلح نفسه بنفسها. على وجه الخصوص، ضمن مشروع “هيلكون”، تم تطوير بوليمرات فائقة الامتصاص اصطناعية مع تحسين درجة انتفاخ ودرجة حساسية الحموضة، وهذه سوف تقوم بختم الشقوق بشكل أكثر كفاءة. وعلاوة على ذلك، يهدف مشروع هيلكون إلى التحقيق في الاحتمالات الأخرى أيضاً، من أجل منع تشكّل مسامات كبيرة وتحفّر بسبب امتصاص الماء من قبل البوليمرات فائقة الامتصاص أثناء خلط الخرسانة.
البكتيريا كعامل شفاء
يمكن استخدام البكتيريا كعامل شفاء، حيث يتم جلب هذه البكتيريا الدقيقة المغلفة بكربونات الكالسيوم CaCO3، وتوضع في الخرسانة في حالة سبات. عندما يظهر صدع ويدخل الماء الخرسانة، فإنّ هذه البكتيريا تصبح نشطة وتبدأ في ملء الصدع بكريونات الكالسيوم عندما تكون العناصر الغذائية المتاحة.
التصميم
من المفيد أن تحاكي آليات التكسير والإصلاح الذاتي للخرسانة من أجل صقل الفحوصات المخبرية قبل رفع هذه الآليات في نهاية المطاف إلى مستوى صناعي. في المرحلة الأولى من مشروع هيلكون، تم تصميم آلية الإصلاح الحيوية الذاتية، حيث تم وضع حبيبات ليابور Liapor particles بشكل كروي مع محاكاة التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء الإصلاح (أي تحويل عامل الإصلاح إلى كربونات الكالسيوم). أظهرت النتائج أنّ “درجة الإصلاح” (أي نسبة حجم الكالسيوم المتولد في الصدع إلى حجم الصدع) تعتمد بشدة على عرض الصدع، في حين أنها مستقلة تقريباً عن عمقه. يمكن أن تصل درجة الإصلاح النهائية (أي عندما يكون رد فعل وكيل عامل الإصلاح بالكامل لإنتاج كربونات الكالسيوم) إلى 50٪ أو حتى 75٪، وهذا يتوقف على عرض الكسر وجزء حجم حبيبات ليابور.
مشاركة المستخدم النهائي
قبل جلب الخرسانة ذاتية الإصلاح إلى السوق، فإنّ أصحاب المصلحة يطلبون دليلاً على كفاءة عملية الإصلاح. هناك مزايا واضحة لاستخدام تقنيات الاختبار غير المدمرة قبل تلك المدمرة لإثبات الكفاءة. الطرق غير المدمرة تجعل من الممكن تقييم المعلمات المميزة مثل القوة ومعامل يونغ، ولكنها تسمح لنا أيضاً الكشف عن العيوب المرئية وغير المرئية في العناصر الهيكلية. وفي إطار مشروع هيلكون، تم اختبار العديد من أساليب الاختبار غير المدمرة (مثل تحليل الانبعاث الصوتي وتقنية الانعراج في زمن الطيران) على نطاق المختبر. لقياس معامل ديناميكية المرونة في الولايات المختلفة (قبل / بعد التكسير وبعد الإصلاح ) تم تطبيق قياسات تردد الرنين والتحليل مشروط. وفي وقت لاحق، ستطبق هذه التقنيات على عناصر التشييد (مثل الحزم الكبيرة) وأخيراً على الإنشاءات في الموقع، مثل الجسور أو الألواح.
المصدر:
Developing self-healing concrete to improve the durability of structures. Science Daily. Retrieved January 5, 2018, from https://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141113110022.htm
