فناوری های نوین در مصالح عمرانی

اطلاع از فناوری های نوین و روز مهندسی عمران یکی از ویژگی های مهندس کاردان و باتجربه است سایت شهر عمران اطلاعات روز در این زمینه را در اختیار جامعه مهندسی می گذارد.

ملات سیمانکاری ضد زلزله

فناوری های نوین در مهندسی عمران هر روز مواد جدیدی را برای پیشرفت و توسعه معرفی می نماید یکی از این فناوری ها که امروز در شهر عمران معرفی می گردد ملات کامپوزیتی است که با شکل پذیری بالای خود می تواند از ریزش دیوار در هنگام زلزله جلوگیری نمایید و از اجرای وال پست ها(مهار فلزی دیوار) جلوگیری نمایید و باعث کاهش وزن ساختمان ها گردد. این ملات جدید با عنوان ملات کامپوزیتی دوستار محیط زیست نام دارد.

ساختار مواد

ملات ساخته شده همانند ملات های معمول برای سیمانکاری استفاده می شود، ساخته می شود با این تفاوت که مقدار الیاف برای شکل پذیری آن استفاده می گردد و وزن مخصوص این ملات 2050 کیلوگرم بر متر مکعب است که هم وزن ملات ماسه سیمان معمولی(2100 کیلوگرم بر مترمکعب) است. اما به دلیل کاهش مقدار سیمان مصرفی در این گونه مواد می تواند ارزانتر از این ملات نیز باشد.

سیمان(kg)	آب (kg)	سیلیکا فیوم(kg)	ماسه(kg)	خاکستر بادی(kg)	الیاف PVA	الیاف PET
390	333	77	462	780	2%(حجمی)	0%(حجمی)
390	333	77	462	780	1%(حجمی)	1%(حجمی)

نتایج آزمایش های انجام شده روی ملات

نتایج آزمایش ها نشان می دهد که با 1 سانتیمتر سیمانکاری در طرف دیوار، دیوار قابلیت تحمل زلزله به بزرگی 9/1 که مربوط به زلزله ژاپن که در منطقه Tohoku در سال 2011 است را دارد. علاوه بر نتیجه فوق سیکل رفت و برگشت این دیوار باعث استهلاک انرژی زلزله می شود و معمولا بعد از 5 سیکل مفصل پلاستیک در ارتفاع 0/4 برابر ارتفاع دیوار رخ می دهد.

منبع1: دریافت
حجم: 1.18 مگابایت

منبع2:دریافت
حجم: 1.3 مگابایت

کاربرد باکتری ها در مهندسی عمران چیست؟

استفاده از باکتری ها در مهندسی عمران کاربرد وسیعی را به خود اختصاص داده است به طوری که از آن ها در بهبود مقاومت خاک، تعمیر سنگ های آهکی، افزایش دوام بتن، تعمیر ترک بتن و ... را دارد. بنابراین هر یک از این کاربردها به اختصار جهت معرفی به جامعه مهندسی عمران به صورت مختصر در زیر توضیح داده می شود.

1- بهبود خاک

برای بهبود مقاومت خاک احتمالا بتوان از باکتری‌های هیدرولیز کننده اوره استفاده کرد. اما اغلب بهبود خاک به تزریق در عمق و در نتیجه کاهش نفوذپذیری محدود میگردد. یک مشخصه نامطلوب که باعث گسیختگی خاک می‌شود، حرکت کردن آب در داخل خاک است. کاهش نفوذپذیری خاک، زمانی که باکتری با خاک مخلوط شده یا روی خاک با سرعت و فشار بالا پاشیده شده، مشاهده شده است. مقاوم و نفوذپذیری را در خاک زمانی که باکتری و مواد آزمایش با سرعت کم تزریق گردد و سرعت هیدرولیز اوره با سرعت جریان واکنش برای رسیدن به خاک مقاوم متعادل گردد تعیین نمودند.

2- تعمیر سنگ‌های آهکی

زمانی که سنگ آهک نرم در معرض هوا قرار میگیرد به سرعت در سطح آن یک لایه حفاظتی از کلسین در اثر تبخیر آب ازحفرات آن و رسوب کلسیت در نزدیکی سطح ایجاد میگردد این لایه سختی و توپری بالایی نسبت به لایههای زیری دارد و به عنوان یک لایه محافظ در مقابل آلودگی هوا عمل میکند. با پی بردن به این که باکتری‌ها در تولید سنگ آهک مشارکت دارند موجب پیشنهاد استفاده باکتری برای بازسازی این کلیسن شد. دیک و همکارانش ایجاد یک بیوفیلم با رسوب یک لایه کربنات روی سطح را در ابتدا پیشنهاد کردند برای این هدف مکعب‌های سنگ آهک برای دو هفته در محیط رشد باکتری نگهداری گردید و گونه‌های مختلف باکتری در داخل محیط تلقیح شد. نمونه‌ها هر دو ساعت برای 5 دقیقه بوسیله لرزاننده، لرزانده ‌شد بعد از پایان دو هفته کلرید کلسیم به آن اضافه گردید تا رسوب کلسیم کربنات ایجاد گردد. در هفته سوم نمونه‌ها در محیط کشت تازه در فاز دوم رشد بیوفیلم قرار گرفتند در نهایت در هفته چهارم کلرید کلسیم برای بار دوم اضافه شد تمام نمونه‌ها در شرایط استریل قرار داشتند. از6 جدایه باکتری تلقیح شده 2 جدایه 57 و 59 بیشترین کاهش جذب آب را نشان دادند.

3- افزایش دوام بتن

De Muynck و همکاران تحقیقاتی را روی بیو رسوب‌ها با باکتری باسیلوس اسفاریکوس به عنوان تعمیر سطحی برای مواد با خواص سیمانی (ملات ماسه سیمان) و با تخلخل‌های مختلف انجام دادند. برای تعمیر سطحی دیک و همکارانش نمونهها را در دمای زیر 28 درجه و در شرایط غیر استریل قرار دادند. به علت pH بالای مواد سیمانی انتظار می رود که آلودگی مواد سیمانی خیلی پایین باشد. د موینک و همکاران نمونه‌های مکعبی برای جذب آب و نمونههای استوانه‌ای برای نفوذ گاز از داخل دال بریدند. نمونه‌های ملات برای 24 ساعت در داخل محلول کشت باکتری به همراه باکتری با غلظت (cells/m³)10⁷قرار گرفتند. سپس نمونه‌ها به محیطی با منبع کلسیم کربنات منتقل شدند نمونهها بعد از 3 روز از محلول خارج و به مدت یک هفته در دمای اتاق خشک شدند. بر روی نمونه‌ها آزمایشهای جذب آب، و نفوذپذیری گاز، یخ و ذوب و اندازه‌گیری ضریب شتاب حرکت کلرید انجام گردید. نتایج نشان می‌دهد که جذب آب با افزایش نسبت آب به سیمان افزایش می یابد اما حضور باکتری تاثیر قابل توجهی روی جذب آب دارد و جذب آب حدودا 5 برابر کمتر از نمونه کنترلی است. لایه کلسیم کربنات حفرات سطح ملات را می پوشاند و در نتیجه باعث کاهش نفوذ گاز در داخل ملات میشود. مقاومت نمونه‌هایی با رسوب کربنات کلسیم در سطح نسبت به نمونه‌های کنترل در مقابل نفوذ کلرید و یخ و ذوب شدن به خصوص برای ملات‌هایی با حفرات زیاد و نسبت آب به سیمان بالا، بیشتر افزایش می‌یابد.

4- تعمیر ترک در بتن

تعمیر حفرات سنگ‌های موجود در اطراف نفت سنگین در حوزه‌های نفتی، می تواند باعث افزایش تمرکز انرژی پمپ در منطقه نفت خیز شود. به دلیل هزینه و اجرای ناموفق تعدادی از پلیمرها، پیشنهاد شد که بیوپلیمرهای غیرمحلول و بیوتوده، با میکروارگانیسم‌های بومی برای پرکردن منافذی با نفوذپذیری بالا استفاده شود. با توجه به این پیشنهادها استفاده از مواد پر کننده معدنی براساس رسوبات کربنات انتخاب گردید. تحقیقات اولیه روی رسوبات کلسیتی میکروبی در ستون ماسه‌ای روی کاهش حفرات و نفوذ پذیری تمرکز داشت. نتایج، تشکیل شکل جدیدی از کربنات‌ها را نشان داد. امروزه تمرکز تحقیقات روی بهبود مقاومت بتن به علت چسبندگی ذرات ماسه بدست آمده است. ظاهر شدن ترک و شکاف یک پدیده اجتناب ناپذیر در طول عمر سازه های بتنی است در صورت عدم بازسازی ترکها، ترک‌ها گسترش مییابند و در نهایت منجر به افزایش هزینه تعمیر میگردند. راما چانندرا و همکارانش بر روی تعمیر ترک بتن تحقیق کردند آنها برای اندازهگیری تاثیر تعمیر ترک بر روی سختی، 10 تیر ملاتی با عرض ترک 3.175 میلیمتر و عمق ترک 3.175 میلیمتر و 9.525 میلیمتر ساختند و برای اندازهگیری تاثیر تعمیر روی مقاومت فشاری‌، ترک‌هایی با عرض 3.175 میلیمتر و عمقهای 12.7، 19.05، 25.4 میلیمتر ایجاد کردند. برای تعمیر ترک‌ها، ماسه با محیط رشد باکتری ترکیب شد و باکتری با غلظت 9^10*3.8* در داخل محیط اضافه گردید و با یک چاقوی لبه باریک در داخل ترک قرار گرفت و برای 48 ساعت در داخل اوره و کلسیم کلرید عمل آوری شد و محیط هر 14 روز جایگزین ‌گردید. نتایج نشان داد که سختی تیرهای تعمیر شده نسبت به نمونه‌های کنترلی افزایش یافته است و این افزایش سختی برای تیرهایی با عمق ترک 3/175 میلیمتر بیشتر است. شکل 2-5 افزایش سختی برای تیر را نشان میدهد. حضور باکتری باسیلوس اسفاریکوس تاثیر خوبی در بهبود ترک‌های کم عمق نسبت به ترکهای عمیق دارد به طوری که در ترک با عرض 3/175 میلیمتر این افزایش 9/4 درصد بوده در حالی که برای عمق ترک 9/525 میلیمتر 4/8 درصد است.

بتن های خود ترمیم

امروزه به دلیل افزایش ساخت و ساز ها در دنیا مصرف بتن رو به افزایش است به طوری که این ماده رتبه اول تولید در دنیا را به خود اختصاص داده است. بزرگترین ضعف بتن در مقاومت کششی آن است که روش های مختلفی برای بهبود آن انجام شده است. جدید ترین روشی که برای ترمیم ترک های بتن انجام شده است استفاده از باکتری ها از گونه های باسیل هستند که مقاومت قابل توجهی در برابر محیط آلکالینی بتن دارد. این باکتری ها توسط تیوب هایی به همراه تیوپ های دیگری که محتوی مواد غذایی( اوره و کلسیم) این باکتری ها هستند در داخل بتن قرار می گیرند و با ایجاد ترک در بتن این باکتری ها شروع به فعالیت کرده و ترمیم بتن را انجام می دهند.

از بزرگترین مشکلات در این روش توقف رشد باکتری به دلیل ph بالای بتن است برای محافظت از باکتری از سیلیکا سل ژل استفاده شده است تا باکتری مستقیما با بتن در تماس نباشد. از این روش در تعمیر سطحی بتن و بتن های خود تعمیر استفاده شده است برای مشاهده فیلم تعمیر سطحی می توانید به آدرس زیر مراجعه نمایید.

https://www.youtube.com/watch?v=laqACVY1U_k

فرایندی که برای تشکیل سنگ آهک برای تعمیر بتن وجود دارد در شکل 1 نشان داده شده است. رسوب کربنات کلسیم مانند دیگر فرایندهای تشکیل مواد معدنی به صورت دو مکانیزم مختلف می تواند رخ دهد. کنترل بیولوژیکی یا القاء در کنترل بیولوژیکی مواد معدنی، موجودات زنده فرایندی را مثل تشکیل ذرات معدنی را کنترل می‌کنند. سازوکار ترکیب مواد معدنی به صورت واحد و مستقل از شرایط محیطی است اما تولید کلسیم کربنات بوسیله باکتری عموما به عنوان القاء کردن مورد توجه قرار می‌گیرد. Dick و همکارانش در سال 2006 در دانشگاه ژنت بلژیک هیدرولیز اوره توسط باکتری را به عنوان روشی برای تولید کلسیت روی سنگ آهک پیشنهاد کردند. باکتریها از طریق تولید آنزیم اوره آز تولید کلسیم کربناتی را افزایش می دهند. این آنزیم، سرعت هیدرولیز اوره به دی اکسید کربن و آمونیاک را افزایش میدهد. در نتیجه pH و غلظت کربنات در محیط باکتری افزایش می یابد . یون کلسیم به علت بار منفی دیواره سلول باکتری‌، به سلول می چسبد و در نتیجه کریستال‌های کلسیت به شکل توده در محیط مایع تشکیل میگردد. شکل 2 تشکیل شماتیک رسوب کربنات کلسیم را نشان می دهد.

شکل 1. فرمول شیمیایی تشکیل کلسیم کربنات توسط باکتری

شکل2 . روند تشکیل کلسیم کربنات توسط باکتری

1- آسفالت سبز

در دهه 1960، پژوهشگران موفق شدند با استفاده از لاستیک بازیافتی که عمدتا از لاستیک های اتومبیل بود را به عنوان مخلوط باعث بهبود کیفیت ، کاهش هزینه های مواد ساخت آسفالت می شود و همچنین باعث کاهش ضایعات دفن زباله می شود. در سالهای اخیر ، استفاده از بطری های بازیافت شده و سایر پلاستیکهای یکبار مصرف در آسفالت گسترش یافته است.

شهر روتردام در حال ساختن مسیرهای دوچرخه ای است که از بلوک های پلاستیکی بازیافت شده مانند LEGO ساخته شده و به هم می چسبند.

شهر روتردام هلندی حتی پیشنهاد ساخت مسیر جدید دوچرخه را به طور کامل از بلوک های پلاستیکی بازیافت شده ، مانند LEGO ، که به هم می چسبند، ساخته شد. پلاستیک و لاستیک تنها مواد بازیافت شده در آسفالت نیستند: محققان در دانشگاه RMIT در ملبورن ، استرالیا ، نشان داده اند که اضافه کردن ته سیگار که باعث افزایش کیفیت جاده می شود. در سیدنی ، تونر پرینتر بازیافتی که حاوی فلزات سنگین است، در مخلوط آسفالت سازگار با محیط زیست با اطمینان خاطر قرار می گیرد.

2- ربات های مجری خودکار

ایده های فناوری نوین روباتیک روی کنترل خودکار تجهیزات و ماشین الات مانند گریدرها ، لودرها ، بیل بکهو و غیره - در سال 2017 گسترش یافته است. یکی از این ابزار روبات بنا آجر کار است که در کنار بنا های انسانی برای افزایش بهره وری و کاهش فشار جسمی کارگران کار می کند. لودر های کوچک خودکار مستقل که در ایران به بابکت معروف هستند یکی دیگر از این ماشین آلات خودکار هستند. که با کمک گرفتن از GPS مسیر خود را پیدا می کنند.

3- واقعیت مجازی VR در پیش سازی

در دهه های اخیر، محیط های مجازی محدود به بازی های ویدئویی و شبیه سازی های آموزشی می شدند. اما طراحی همه جانبه و VR در ساخت و ساز شروع به ایجاد موج هایی در صنعت کرد. به طوری که در سال 2017 ، Layton Construction شروع به ایجاد 20 مدل مجازی برای انجام تست های کاربری از سالن های عملیاتی و سایر تجهیزات مهم پزشکی برای یک مرکز پزشکی 485 هزار فوت مربعی ، 280 تختخوابی در فلورانس ، آلاباما کرد.

با جابجایی مدلهای گرافیکی آماده ، صاحبان بیمارستان ضمن افزایش کارآیی در اتاقهای ساخته شده ، از هزینه حدود 250،000 دلار جلوگیری کردند. لیتون از همان زمان در مقیاسهای بزرگتر از همان فناوری استفاده کرده و واقع گرایی خود را با نشانه های صدا ، بازخورد لمسی و واقعیت افزوده بهبود بخشیده است.

4- جاده های خورشیدی و بزرگراه های هوشمند

در سال 2014 ، Solar Roadwayیک محصول و یک شرکت - ویدئویی را منتشر کرد که از سیستم تولید برق پانل های خورشیدی مدولار تعبیه شده در یک سطح جاده عبور می داد. این شرکت با تردید ویدئوی خود ، Solar FREAKIN Roadways ، 22 میلیون بازدید در YouTube کسب کرد و بیش از 2 میلیون دلار برای تأمین اعتبار پروژه آزمایشی خود در Sandpoint ، آیداهو جمع کرد.

اما واکنش ها شدید شدید بود. منتقدان با استناد به نگرانی های مربوط به مهندسی و نتایج آزمون آن ، این این ایده را به عنوان ایده ی غیر منطقی تعبیر کردند. اما در سال 2017 ، وزارت حمل و نقل میسوری یک پروژه آزمایشی راه خورشیدی را به تصویب رساند ، و اداره بزرگراه فدرال 750 هزار دلار برای توسعه و آزمایش آن اختصاص داده است. شرکت هلندی SolaRoad که مسیر دوچرخه خورشیدی را در آمستردام آزمایش کرده است ، نیز امیدوار است. با پیشرفت فناوری ها ، هزینه ها کاهش یابد و جاده های خورشیدی بتوانند ظرف 15 سال هزینه خود را بازگردانند. شرکت فرانسوی Colas برای ساخت Wattway ، یک جاده خورشیدی 600 مایلی در نورماندی ، با موسسه ملی انرژی خورشیدی همکاری می کند و انتظار می رود ظرف 5 سال آینده انرژی کافی برای روشنایی یک شهر 5000 نفری را تولید کند. راه های دیگر برای هوشمند کردن جاده های دنیا نیز سرعت گرفته است. جاده های کاهش دهنده انرژی و درخشش در تاریکی در حال آزمایش هستند. و خطوط القایی با میدان مغناطیسی تعبیه شده در جاده ها در حال شارژ اتومبیل های برقی هستند. جاده های آینده - گرچه همیشه صاف نیستند اما بسیار روشن به نظر می رسند.