Ελβετοί επιστήμονες έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στη βελτίωση της διάρκειας ζωής των γερασμένων γεφυρών από σκυρόδεμα, αφού ανέπτυξαν έναν έξυπνο χάλυβα με μνήμη σχήματος που σφίγγεται όταν θερμαίνεται, κλείνοντας ρωγμές και διπλασιάζοντας τη δομική αντοχή.
Νέο σύστημα ενίσχυσης
Το νέο σύστημα ενίσχυσης που συνδυάζει σκυρόδεμα εξαιρετικά υψηλής απόδοσης ενισχυμένο με ίνες (UHPFRC) με χάλυβα με μνήμη σχήματος, μπορεί να ενεργοποιηθεί με θερμότητα για να ανακτήσει την αρχική του μορφή. Αναπτύχθηκε από επιστήμονες στα Ελβετικά Ομοσπονδιακά Εργαστήρια Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών (Empa).
Σύμφωνα με την ομάδα, αυτό το σκυρόδεμα υψηλής αντοχής μπορεί να εφαρμοστεί απευθείας στις πλάκες του καταστρώματος και είναι εξαιρετικά πυκνό και ανθεκτικό στο νερό. Συμβατικός χάλυβας οπλισμού είναι ενσωματωμένος σε αυτό για να αυξήσει την φέρουσα ικανότητά του.
Η Angela Sequeira Lemos, διδακτορική φοιτήτρια και ερευνήτρια που εργάζεται στο Εργαστήριο Έρευνας Δομικής Μηχανικής, δήλωσε ότι η ομορφιά του συστήματος ενίσχυσης έγκειται στην απλότητά του. «Αγκυρώνετε τις ράβδους, τις θερμαίνετε και κάνουν τα υπόλοιπα μόνες τους», πρόσθεσε ο Λέμος.
Γέφυρες που επουλώνονται
Σε δοκιμές, το υβριδικό σύστημα αποκατέστησε τις κατεστραμμένες πλάκες γέφυρας, έκλεισε τις υπάρχουσες ρωγμές και διπλασίασε την φέρουσα ικανότητά τους. Σύμφωνα με πληροφορίες, αυτό έρχεται σε μια κρίσιμη στιγμή, καθώς πολλές γέφυρες στη χώρα κατασκευάστηκαν πριν από τη δεκαετία του 1980 και πλησιάζουν στο τέλος της σχεδιαστικής τους ζωής.
Ενώ οι τρέχουσες ανακαινίσεις γεφυρών περιλαμβάνουν την εφαρμογή ενός στρώματος UHPFRC στις πλάκες καταστρώματος και βασίζονται σε συμβατικό χάλυβα για ενίσχυση, η νέα ιδέα αντικαθιστά αυτόν τον χάλυβα με ράβδους από κράμα μνήμης σχήματος με βάση τον σίδηρο (Fe-SMA). Οι ράβδοι συστέλλονται όταν θερμαίνονται σε περίπου 392 βαθμούς Φαρενάιτ (200 βαθμούς Κελσίου).
Μόλις ενεργοποιηθούν, οι ράβδοι Fe-SMA στοχεύουν να συρρικνωθούν ξανά στο προ-τεντωμένο σχήμα τους. Αλλά επειδή συγκρατούνται από το περιβάλλον σκυρόδεμα, δημιουργούν εσωτερικές τάσεις. Αυτές οι δυνάμεις μπορούν να κλείσουν ρωγμές, να ανυψώσουν παραμορφωμένα στοιχεία, καθώς και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής μιας γέφυρας, χωρίς την ανάγκη για πολύπλοκες συσκευές τάνυσης.
Η ομάδα μελέτησε πώς συνδέεται το Fe-SMA με το UHPFRC και προσπάθησε να συνδυάσει τα δύο υλικά. Στη συνέχεια, δοκίμασαν την ιδέα σε πέντε πλάκες από σκυρόδεμα πλήρους μεγέθους, μήκους 16 ποδιών (πέντε μέτρων) η καθεμία, και μοντελοποίησαν καταστρώματα γεφυρών με προβόλους.
Ένα νέο πρότυπο ανακαίνισης
Για να αναπαράγουν πραγματικές ζημιές, οι ερευνητές ράγισαν σκόπιμα τις πλάκες πριν τις ενισχύσουν. Μία πλάκα έμεινε ανέπαφη ως έλεγχος. Οι άλλες ανακαινίστηκαν χρησιμοποιώντας μόνο UHPFRC ή UHPFRC σε συνδυασμό με έξυπνο χάλυβα. Οι μηχανικοί στη συνέχεια παρακολούθησαν συνεχώς τις παραμορφώσεις των πλακών. Ψηφιακές κάμερες παρακολουθούσαν τις ρωγμές στην επιφάνεια του σκυροδέματος, ενώ μικροσκοπικοί αισθητήρες οπτικών ινών ενσωματώθηκαν κατά μήκος των ράβδων. «Καταφέραμε να δείξουμε ότι το σύστημά μας όχι μόνο λειτουργεί, αλλά μπορεί στην πραγματικότητα να αναζωογονήσει υπάρχουσες γέφυρες», δήλωσε η Sequeira Lemos σε μια δήλωση.
«Χρησιμοποιούμε αισθητήρες που λειτουργούν παρόμοια με τα καλώδια οπτικών ινών στις τηλεπικοινωνίες», πρόσθεσε. «Ωστόσο, αντί να στέλνουμε κωδικοποιημένα δεδομένα μέσω των ινών, αναλύουμε το οπισθοσκεδαζόμενο φως». Αυτό έδειξε ακριβώς πώς παραμορφώνονται οι ράβδοι.
Οι δοκιμές έδειξαν ότι το υβριδικό σύστημα ξεπέρασε την απόδοση του συμβατικού οπλισμού υπό καθημερινές συνθήκες, όπως αυτές που προκαλούνται από την κανονική οδική κυκλοφορία. Ωστόσο, καθώς το υλικό Fe-SMA είναι σχετικά ακριβό, η ομάδα πρότεινε τη χρήση του συστήματος για υποδομές με έντονη παραμόρφωση ή ήδη κατεστραμμένες υποδομές.
Οι χρήσεις
Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν μπαλκόνια, επίπεδες στέγες και άλλα μέρη από σκυρόδεμα όπου είναι απαραίτητες λύσεις συμπαγούς ενίσχυσης. «Εάν μπορούμε να ενισχύσουμε μια πραγματική γέφυρα με το σύστημά μας, το ενδιαφέρον από τη βιομηχανία είναι πιθανό να αυξηθεί ραγδαία», δήλωσε η Sequeira Lemos. «Και καθώς αυξάνεται η ζήτηση, το κόστος των υλικών είναι επίσης πιθανό να μειωθεί - τότε αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να φέρει μια διαρκή αλλαγή στην ανακαίνιση γεφυρών».
Το έργο, που χρηματοδοτείται από την Innosuisse, την Ελβετική Υπηρεσία Καινοτομίας, αναπτύχθηκε με εταίρους όπως το Πανεπιστήμιο Εφαρμοσμένων Επιστημών της Ανατολικής Ελβετίας, το spin-off της Empa re-fer και την Ελβετική Ένωση Βιομηχανίας Τσιμέντου.
www.worldenergynews.gr
