محققان برای افزایش مقاومت بتن از فلس‌های ماهی الهام گرفتند تا بتن جدیدی طراحی کنند که استحکام و دوام بیشتری از بتن ریخته‌گری شده استاندارد داشته باشد.
به گزارش تکناک، تیم مهندسی دانشگاه پرینستون از فرایندهای پیشرفته تولید افزودنی و اتوماسیون رباتیک دقیق برای ایجاد اجزای بتنی پیچ‌خورده استفاده کردهاند.
این طراحی نوآورانه به بهبود عملکرد بتن در برابر ترک‌ها و آسیب‌های محیطی کمک می‌کند.
استفاده از این فناوری می‌تواند باعث ساخت سازه‌های مقاوم‌تر و پایدارتر شود و در صنایع ساختمانی کاربردهای فراوانی داشته باشد.
بتن مصالح ساختمانی است که در همه جا استفاده می‌شود، اما با گذشت زمان امکان ایجاد ترک‌هایی در آن وجود دارد.
به منظور اطمینان از دوام و ایمنی طولانی مدت سازه‌های بتنی، جلوگیری یا به حداقل رساندن ترک خوردن بتن موضوعی ضروری است.
در همین راستا محققان رویکرد جدیدی را برای بهبود طول عمر بتن با افزایش مکانیسم‌های مقاومت در برابر شکست ایجاد کردهاند.
جالب اینجا است که این بتن جدید نسبت به بتن ریخته‌گری شده معمولی 63 درصد مقاومت ترک بالاتری دارد.
فهرست مطالب
الهام از مقیاس‌های طبیعی برای مقاومت بتن
محققان با یادگیری از تخصص معماری طبیعت، به دنبال یافتن اصول مشابه برای بهبود مقاومت در برابر ترک بتن بودند.
آنها از فلس‌های دو مارپیچی سیلکانت که یک ماهی باستانی است، الهام گرفتند.
این ساختارهای طبیعی دارای استحکام بالا و مقاومت در برابر شکستگی هستند.
سپس محققان یک طرح بتنی جدید بر اساس ساختار فلس‌های کولاکانت ایجاد کردند.
بعد از این مرحله یک چاپگر رباتیک یک ساختار سه‌بعدی از رشته‌های بتنی منفرد تولید کرد.
یکی از عناصر کلیدی طراحی، آرایش دو مارپیچی بود. این آرایش نشان می‌دهد که رشته‌ها در دو لایه قرار گرفته‌اند که شبیه به یک مولکول DNA به دور یکدیگر پیچیده شده‌اند.
این الگو انعطاف‌پذیری مواد را در برابر شکستگی بهبود بخشید.
هنگامی که یک شکستگی شروع به شکل‌گیری می‌کند، ساختار پیچ خورده ممکن است به انحراف یا جلوگیری از گسترش بیشتر آن کمک کند.
محققان به مقاومت پایه‌ای در برابر انتشار ترک به عنوان یک مکانیزم تقویت‌کننده اشاره می‌کنند.
این تکنیک بر ترکیبی از مکانیزم‌ها تکیه دارد که می‌توانند ترک‌ها را از انتشار محافظت کنند، سطوح شکسته را به هم قفل نمایند، یا ترک‌ها را از مسیر مستقیم منحرف کنند.
روشی جدید برای جلوگیری از تغییر شکل بتن
ایجاد این ساختارهای پیچیده نیاز به دقت و کنترل ساخت رباتیک دارد.
به لطف پیشرفت در تولید مواد افزودنی، محققان توانسته‌اند اشکال پیچیده‌ای بسازند که در گذشته دستیابی به آنها با استفاده از فرایندهای ریخته‌گری استاندارد دشوار بود.
تأسیسات پرینستون شامل ربات‌های صنعتی در مقیاس بزرگ است، که مجهز به تجهیزات پیشرفته پردازش مواد در زمان واقعی هستند.
این تجهیزات محققان را قادر می‌سازد تا اجزای ساختاری در اندازه کامل ایجاد کنند، که هم کاربردی و هم از نظر بصری جذاب باشند.
علاوه بر این پیشرفت، محققان همچنین روش جدیدی برای جلوگیری از تغییر شکل بتن تازه در طول فرایند تولید سه‌بعدی ایجاد کردند.
آنها از سیستم اکستروژن دو جزئی استفاده کردند که درست قبل از چاپ، بتن را با یک شتاب‌دهنده شیمیایی مخلوط می‌کرد.
این موضوع به تسریع فرایند سخت شدن و جلوگیری از افتادگی بتن تحت وزن خود کمک کرد.
محققان با کالیبراسیون دقیق مقدار شتاب‌دهنده، کنترل بهتری بر سازه به دست آوردند و تغییر شکل در سطوح پایین‌تر را به حداقل رساندند.
این توسعه پتانسیل پیشرفت صنعت ساخت و ساز و ایجاد سازه‌های ایمن‌تر و بادوام‌تر را در آینده دارد.
همچنین هنوز تحقیق و توسعه فعالانه برای ساخت بتن سازگار با محیط زیست ادامه دارد.
پس از پایان چرخه استفاده، بتن اغلب در محل‌های دفن زباله قرار می‌گیرد که چالش‌های زیست محیطی قابل توجهی را به همراه دارد.
به تازگی محققان دانشگاه توکیو رویکرد جدیدی را برای تغییر کاربری بتن قدیمی به مصالح ساختمانی مستحکم مانند: بلوک‌های خانه‌ها و پیاده‌روها طراحی کردهاند.
این یافته‌ها در مجله Nature Communications منتشر شده است.
