جامعة الشارقة في الإمارات: ألياف بلاستيكية مطبوعة ثلاثية الأبعاد تقترب من قوة حديد التسليح بنسبة 80%

أخبار ar.wedoany.com، اختبر فريق بحثي من جامعة الشارقة 30 عارضة صغيرة من الملاط الأسمنتي، معززة بقطاعات بلاستيكية مطبوعة ثلاثية الأبعاد من حمض البوليلاكتيك (PLA)، وتبين أن الشكل الهندسي للسطح هو العامل الرئيسي المؤثر على الأداء الإنشائي.

نُشرت الدراسة في مجلة "مواد البناء والتشييد" (Construction and Building Materials)، وقارنت بين القضبان الدائرية والألواح المسطحة، وبين القطاعات المستقيمة والمتعرجة والمسننة والمثلثة. وكان أفضل هيكل أداءً هو لوح PLA ذو الشكل المتموج المثلثي، حيث بلغت مقاومته للانحناء حوالي 80% من مقاومة العوارض المسلحة تقليدياً بحديد التسليح، مع مطاوعة مماثلة، حيث أظهر انحناءً تحت الأحمال بدلاً من التكسر.

قاد هذا العمل الدكتور محمد طلحة جنيد، الأستاذ المشارك في قسم الهندسة المدنية والبيئية بجامعة الشارقة. استخدم الفريق البحثي تكوين الانحناء ثلاثي النقاط لاختبار العوارض، وصُنعت قطاعات التقوية باستخدام طابعة FDM. أظهرت الألواح المسطحة أداءً أفضل بكثير من القضبان الدائرية، حيث تحملت ضعف حمولة الذروة تقريباً، وامتصت حوالي خمسة أضعاف الطاقة قبل الانهيار، على الرغم من استخدام نفس المادة.

تعود الآلية الكامنة وراء اختلاف الأداء إلى سلوك الالتصاق. فالأشكال المسننة، التي تشبه الأسنان وتتغلغل في الخرسانة، تمنع الانزلاق؛ بينما القطاعات الملساء لا تمتلك أي ترابط ميكانيكي يذكر مع المادة المحيطة، مما يؤدي إلى سهولة انزلاق عنصر التقوية تحت التحميل.

تتعمق الدراسة في مشكلة إنشائية شائعة: بمجرد تسرب الرطوبة وأيونات الكلوريد إلى المصفوفة الخرسانية، يبدأ حديد التسليح في التآكل، وهي عملية تؤدي إلى تمدد الصلب وتشقق الخرسانة المحيطة به، مما يضر في النهاية بالسلامة الهيكلية. تكون هذه التأثيرات أكثر وضوحاً في البيئات البحرية والمباني الساحلية والبنية التحتية المعرضة لأملاح إزالة الجليد من الطرق.

تم بالفعل استخدام بدائل التقوية غير المعدنية، بما في ذلك ألياف الزجاج وألياف الكربون وأشرطة البوليمر المقواة، تجارياً في التطبيقات المعرضة للتآكل، لكن تكلفتها أعلى بكثير من الصلب. يُعد PLA واحداً من أكثر مواد FDM توفراً وأرخصها. يميز نهج الفريق في جامعة الشارقة، الذي يعتمد على طباعة القطاعات المخصصة حسب الطلب بدلاً من درفلة القضبان القياسية، هذه الدراسة عن منتجات المواد المركبة الليفية الحالية.

تعيد الدراسة تعريف مشكلة التصميم من اختيار المواد إلى تحسين القطاعات. يتجه قطاع البناء نحو طرق إنتاج قائمة على التصنيع الإضافي لتقليل هدر المواد وتحقيق التصنيع حسب الطلب للأشكال الهندسية المعقدة، وتتوافق مواد التقوية القابلة للطباعة مع هذا الاتجاه. ومع ذلك، لا تزال هناك قضايا مثل الزحف طويل الأمد، والخصائص الحرارية، وأحمال الشد المستمرة بحاجة إلى مزيد من البحث.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com