الخبر الحصري.. دراسة: اختراع مواد بناء أكثر اقتصادا واستدامة بيئيًا
طور العلماء خرسانة خارقة ذاتية المراقبة لأنظمة البنية التحتية الذكية، حيث قام المهندسون في جامعة بيتسبرغ بإدخال الخرسانة إلى القرن الحادي والعشرين من خلال إعادة تصور تصميمها، تظل الخرسانة، التي تعود جذورها إلى الإمبراطورية الرومانية، المادة الأكثر استخدامًا في صناعة البناء.
وتقدم دراسة جديدة مفهومًا لتطوير أنظمة البنية التحتية المدنية الذكية مع إدخال الخرسانة الخارقة، ويقدم البحث مفهومًا للأنظمة الخرسانية خفيفة الوزن وقابلة للضبط ميكانيكيًا مع إمكانات متكاملة لتجميع الطاقة والاستشعار، وفقاً لموقع scitechdaily.
قال أمير علوي، الأستاذ المساعد في الهندسة المدنية والبيئية، وهو المؤلف في الدراسة: “لقد استخدم المجتمع الحديث الخرسانة في البناء منذ مئات السنين، بعد إنشائها الأصلي من قبل الرومان القدماء، ويشير الاستخدام المكثف للخرسانة في مشاريع البنية التحتية لدينا إلى الحاجة إلى تطوير جيل جديد من المواد الخرسانية الأكثر اقتصادا واستدامة بيئيًا، مع توفير وظائف متقدمة، ونعتقد أنه يمكننا تحقيق كل هذه الأهداف من خلال تقديم نموذج المواد الخارقة في تطوير مواد البناء “.
طور علوي وفريقه سابقًا مواد خارقة واعية للذات واستكشفوا استخدامها في تطبيقات مثل الغرسات الذكية، وتقدم هذه الدراسة استخدام المواد الخارقة في إنشاء الخرسانة، مما يجعل من الممكن تصميم المواد خصيصًا لغرضها، ويمكن ضبط سمات مثل الهشاشة والمرونة وقابلية الشكل بدقة في إنشاء المادة، مما يتيح للبناة استخدام كميات أقل من المواد دون التضحية بالقوة أو طول العمر.
قال علوي: “يقدم هذا المشروع أول خرسانة خرسانة مركبة ذات قدرة انضغاطية فائقة وقدرة على حصاد الطاقة، ويمكن لمثل هذه الأنظمة الخرسانية خفيفة الوزن والقابلة للضبط ميكانيكيًا أن تفتح بابًا لاستخدام الخرسانة في تطبيقات مختلفة مثل المواد المصممة لامتصاص الصدمات في المطارات للمساعدة في إبطاء الطائرات الهاربة أو أنظمة عزل القاعدة الزلزالية.”
ليس هذا فقط، ولكن المادة قادرة على توليد الكهرباء، في حين أنه لا يمكنه إنتاج ما يكفي من الكهرباء لإرسال الطاقة إلى الشبكة الكهربائية ، فإن الإشارة المولدة ستكون أكثر من كافية لتشغيل أجهزة الاستشعار على جانب الطريق، حيث يمكن أيضًا استخدام الإشارات الكهربائية التي يتم إنشاؤها ذاتيًا بواسطة خرسانة المادة الخارقة تحت الإثارة الميكانيكية لمراقبة الأضرار داخل الهيكل الخرساني أو لمراقبة الزلازل مع تقليل تأثيرها على المباني.
في النهاية، قد تصل هذه الهياكل الذكية إلى شرائح طاقة مدمجة داخل الطرق لمساعدة السيارات ذاتية القيادة على التنقل على الطرق السريعة عندما تكون إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ضعيفة جدًا أو لا يعمل نظام LIDAR.
تتكون المادة من شبكات بوليمر مساعدة معززة مدمجة في مصفوفة أسمنت موصلة، ويحفز الهيكل المركب كهربة التلامس بين الطبقات عند تشغيله ميكانيكيًا، ويعمل الأسمنت الموصل، المعزز بمسحوق الجرافيت، كقطب كهربائي في النظام، وتظهر الدراسات التجريبية أن المادة يمكن أن تنضغط حتى 15٪ تحت التحميل الدوري وتنتج 330 ميغاواط من الطاقة.