أخبار ar.wedoany.com، قدّم فريق بحثي بقيادة مهندسين من جامعة ولاية بنسلفانيا طريقة لخفض تكلفة الخرسانة فائقة الأداء، مع الحفاظ على قوتها وليونتها ومتانتها، بما يسمح بتقليل التكاليف بنسبة تصل إلى 75%.
تُعد الخرسانة أكثر مواد البناء شيوعًا في العالم، إلا أنها هشة وعرضة للتشقق تحت تأثير الشد. وتتميز الخرسانة فائقة الأداء (UHPC) ببنيتها الكثيفة ومتانتها الفائقة، حيث تستخدم أليافًا معدنية داخلية لمقاومة التشقق، لكن هذه الألياف تجعل تكلفة المادة أعلى بنحو 30 ضعفًا مقارنة بالخرسانة التقليدية. أجرى الفريق البحثي سلسلة من الاختبارات لقياس القوة الفيزيائية والليونة لخلطات مختلفة من الخرسانة فائقة الأداء، بما في ذلك أنواع تجريبية معززة بألياف معدنية وغير معدنية. حددت الاختبارات العديد من الخصائص الرئيسية القابلة للتحسين، مما يتيح خفض السعر مع الحفاظ على الأداء المتميز. وبناءً على التقييم، طور الفريق طريقة تصميم جديدة يمكنها مساعدة منتجي المواد، وأصحاب البنية التحتية، وشركات البناء في توفير التكاليف وتطوير خرسانة أقوى وأكثر صداقة للبيئة. نُشرت النتائج في مجلة "الأسمنت والمركبات الخرسانية" (Cement and Concrete Composites).
صرّح فرشاد رجبي بور، الأستاذ المشارك في البحث وأستاذ الهندسة المدنية والبيئية بكرسي جون وهارييت شو ورئيس قسم الهندسة المدنية والبيئية في جامعة ولاية بنسلفانيا، بأن الخرسانة فائقة الأداء أصبحت مادة أساسية لبناء المنشآت الكبيرة والمتينة مثل الجسور والمباني الشاهقة أو البنية التحتية الساحلية كبوابات المد والجزر، وتساهم بشكل خاص في تقليص وقت البناء والإصلاح في مشاريع تسريع إنشاء الجسور من أشهر إلى أيام أو أسابيع. وهو أيضًا عضو في معهد لارسون للنقل ومعهد المواد. تنبع قوة المادة وليونتها من آلاف الألياف الفولاذية المجهرية داخلها، حيث يبلغ طول كل ليف 13 ملم (نحو نصف بوصة) وقطره 0.2 ملم. تعمل هذه الألياف على التثبيت الميكانيكي في المصفوفة الأسمنتية، لتشكيل مادة تتمتع بالمرونة تحت ظروف الشد الشديد.
أشار رجبي بور إلى أن الألياف هي السبب الرئيسي لارتفاع السعر، حيث تشكل نحو 2% فقط من الحجم الإجمالي للمادة بينما تمثل نحو 70% من التكلفة الإجمالية. تُباع الخرسانة فائقة الأداء عادةً كمزيج حصري معبأ مسبقًا، مما يزيد من تكلفة الاستخدام. لتحسين الألياف، أعد الفريق 15 خلطة مختلفة من الخرسانة فائقة الأداء، استخدمت 9 منها أليافًا معدنية بتركيزات وتصاميم مختلفة، لمعرفة ما إذا كان يمكن الحصول على نفس الأداء باستخدام مواد أقل. اختبر الفريق أليافًا بأطوال وعروض وأشكال مختلفة، بما في ذلك تصاميم ذات مسننات ولفائف وخطاطيف صغيرة. أما الخلطات الست الأخرى فاستخدمت أليافًا غير معدنية مصنوعة من خيوط زجاجية ليفية، والبازلت، والبوليمرات المقواة بألياف زجاجية أو كربونية.
خضعت كل عينة لسلسلة من الاختبارات لتقييم السيولة، وقوة الضغط، وقوة الشد، والليونة، وقوة الالتصاق. لاحظ الفريق أن نوعي الألياف المعدنية المختبرة – الألياف الفولاذية الدقيقة والألياف الفولاذية المخططة – حافظتا على الأداء حتى عند خفض الحجم الإجمالي للألياف إلى النصف. أظهرت الألياف ذات النسبة الأعلى من الطول إلى القطر تحسنًا ملحوظًا في خصائص الشد. يُعد تصميم طريقة ربط الألياف بالمصفوفة بحيث تُسحب من الخرسانة قبل أن تنكسر تحت الإجهاد أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على أداء قوي. ورغم أن أداء الألياف غير المعدنية التجارية لا يزال أقل من الألياف الفولاذية، إلا أن التصميم الأفضل يمكن أن ينتج أليافًا ذات أداء مشابه للمعدن بتكلفة أقل.
في المرحلة التالية، يخطط الفريق لدراسة تركيبات مختلفة من الألياف، واستكشاف ألياف غير معدنية جديدة، وتحسين طرق التصنيع، مع مواصلة البحث عن فرص لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاج الخرسانة فائقة الأداء. قال رجبي بور إن الألياف ليست فقط أكبر مساهم في التكلفة، بل أيضًا أكبر مساهم في الانبعاثات، مشيرًا إلى أن البحث لا يقدم فقط وسيلة لخفض تكاليف المواد، بل أيضًا وسيلة لتقليل الأثر البيئي. يضم فريق البحث مؤلفين مشاركين آخرين من جامعة ولاية بنسلفانيا، منهم عبد الله آل مومان (طالب دكتوراه سابق، ويعمل حاليًا مهندس تصميم إنشائي في شركة Dutchland)، وديبيكا سوندار (باحثة سابقة، وتعمل حاليًا عالمة أبحاث في شركة CalPortland)، وأمير العراب (مهندس إنشائي سابق، ويعمل حاليًا في شركة AECOM)، بالإضافة إلى شاوهوا تشو (أستاذ مساعد باحث في الهندسة المدنية بجامعة ولاية بنسلفانيا)، وجوفان تاتار (أستاذ مشارك في الهندسة المدنية والبيئية والإنشائية بجامعة ديلاوير). تم تمويل هذا البحث من قبل وزارة النقل الأمريكية ووزارة النقل في ولاية بنسلفانيا.
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
