الخرسانة ذاتية الاستشعار

ما هي الخرسانة ذاتية الاستشعار؟

الخرسانة ذاتية الاستشعار: هي تقنية خرسانية ذكية يمكنها الشعور بالتوتر والإجهاد والأضرار في حد ذاتها. ويسمى أيضًا بالمراقبة الذاتية أو مقاوم للضغط أو حساس للضغط أو بالخرسانة الذكية جوهريًا. حيث أنه سيتم شرح تكوين وأهمية الخرسانة الحساسة بإيجاز في هذه المقالة.

تكوين خرسانة ذاتية الاستشعار:

يشبه تكوين الخرسانة ذاتية الاستشعار الخرسانة التقليدية مع إضافة حشوات وظيفية. كما يمكن أن تكون الحشوات الوظيفية المستخدمة عبارة عن ألياف فولاذية أو كربونية أو بايبات نانوية كربونية أو مسحوق نيكل وما إلى ذلك. حيث أن وجود ألياف وظيفية يوفر للخرسانة شبكة موصلة تعطي قيمًا للمقاومة الكهربائية والتوصيل والمقاومة عند السماح بمرور التيار من خلاله.

خاصية الاستشعار الذاتي للخرسانة ذاتية الاستشعار:

تعتمد خاصية الاستشعار الذاتي للخرسانة الذكية على ترتيب الألياف الوظيفية في الخرسانة. حيث يتم تشتيت الألياف الوظيفية بشكل جيد في مصفوفة الخرسانة، والتي على أساسها تتمتع المصفوفة الخرسانية بشبكة موصلة فريدة وواسعة النطاق. وعندما تتعرض الخرسانة لأي شكل من أشكال التشوه أو الإجهاد، تتعطل الشبكة الموصلة.

يغير المعلمات الكهربائية لمصفوفة الخرسانة. حيث أن المعلمات الكهربائية التي تمت دراستها هي السعة والمقاومة الكهربائية ومقاومة المادة. كما يحدد قياس هذه المعلمات الكهربائية الإجهاد والضغط والأضرار التي تلحق بالخرسانة في ظل الظروف الثابتة والديناميكية. بينما يتم قياس الضغط عن طريق تحديد المقاومة الكهربائية.

هيكل خرسانة ذاتية الاستشعار:

الخرسانة ذاتية الاستشعار لها هيكل معقد. كما أنه مركّب متعدد الأطوار ومتعدد النطاقات. حيث أن مزيج من مادة ذات مرحلتين، ويتم تشتيت الحشوات الوظيفية في مصفوفة الخرسانة. بينما يمكن أن توجد الحشوات الوظيفية في أي من الأشكال التالية:

• فايبر (ألياف).

• جسيمات.

• هجين من الألياف والجسيمات.

يشكل توزيع هذه الحشوات الشبكة الموصلة للخرسانة. ولا يحتوي الهيكل الخرساني ذاتية الاستشعار على المستوى المجهري على بنية متجانسة. على المستوى المجهري، يتم توزيع الخرسانة ذاتية الاستشعار على ثلاثة مستويات:

• توزيع الحشوات الوظيفية في الأسمنت.

• يتم توزيع المادة اللاصقة مع حشوات وظيفية بين الركام الناعم.

• يتم توزيع الركام الناعم مع مواد رابطة وحشوات وظيفية بين مجاميع الدورة.

يعتمد توزيع الألياف الوظيفية داخل مصفوفة الخرسانة على:

• الشكل الهندسي للحشو الوظيفي.

• طرق المعالجة.

• تركيز الحشو الوظيفي.

أهمية الخرسانة ذاتية الاستشعار:

من بين جميع الحشوات الوظيفية المستخدمة في الخرسانة ذاتية الاستشعار، توفر ألياف الكربون فائدة فريدة لخاصية الاستشعار الذاتي للخرسانة. كما يمكن لهذا المزيج اكتشاف الإجهاد أو الإجهاد في الهياكل الخرسانية قبل أن تفشل. حيث يمكن للخرسانة ذاتية الاستشعار اكتشاف العيوب الهيكلية الصغيرة. وهذا التطبيق مهم في دراسة الظروف الداخلية للمنشآت المعرضة للزلازل.

تتعرض الهياكل الخرسانية المركّبة والتقليدية للشقوق عند تعرضها لأحمال غير متوقعة. وعادةً ما تقوم أجهزة الاستشعار المتضمنة داخل الهياكل بتقييم هذه التشوهات غير المتوقعة. حيث أن جهاز الاستشعار مكلف للغاية ويكلف تركيبه أكثر. كما أنه عندما يجد تطبيق الخرسانة الذكية مكانها لأن الخرسانة ذاتية الإصلاح أرخص بكثير مقارنة بالمستشعرات.

مع نمو سوق المباني الذكية، يتم تشجيع تطبيق الخرسانة الذكية. وتتمثل وظيفته الأساسية في اكتشاف الشقوق الطفيفة ووقف تقدم الشقوق لعمل مزيج أكثر موثوقية. حيث تتطلب الخرسانة الذكية الكثير من القوة الخارجية للانحناء حتى بكميات أصغر. كما يمكنه تخزين المزيد من الطاقة قبل الكسر. ولا تقتصر أهمية الخرسانة الذكية على المباني وحدها. بينما يتم استخدامه للكشف عن موقع وسرعة ووزن المركبات.

نقاط بارزة مهمة في الخرسانة ذاتية الاستشعار:

1. كيف تكتشف الخرسانة ذاتية الاستشعار التشوهات؟

تتعرض الخرسانة للتشوه أو الإجهاد ممّا يؤدي إلى اضطراب الشبكة الموصلة. حيث يغير المعلمات الكهربائية لمصفوفة الخرسانة. المعلمات الكهربائية التي تمت دراستها هي السعة والمقاومة الكهربائية ومقاومة المادة. كما يحدد قياس هذه المعلمات الكهربائية الإجهاد والضغط والأضرار التي تلحق بالخرسانة في ظل الظروف الثابتة والديناميكية. ويتم قياس الضغط عن طريق تحديد المقاومة الكهربائية.

2. ما هي تركيبة خرسانة الاستشعار الذاتي؟

تكوين الخرسانة ذاتية الاستشعار مشابه للخرسانة التقليدية مع إضافة حشو وظيفي إضافي. كما يمكن أن تكون الحشوات الوظيفية المستخدمة عبارة عن ألياف فولاذية أو ألياف كربونية أو أنابيب نانوية كربونية أو مسحوق نيكل وما إلى ذلك. حيث يوفر وجود ألياف وظيفية للخرسانة شبكة موصلة

3. ما هي تطبيقات خرسانة الاستشعار الذاتي؟

1. الكشف عن العيوب والتشققات الهيكلية قبل فشلها.

2. لتحديد خصائص حركة المركبات على الطرق.

3. لإيقاف تقدم التشققات باستخدام الألياف (مواد مالئة وظيفية).

4. لتحليل الهيكل بعد تعرضه لأحمال ديناميكية.