مواد البناء الذكية – تطبيقات في الهندسة المدنية
مواد البناء الذكية – تطبيقات في الهندسة المدنية
مواد البناء الذكية ، والتي تعرف أيضًا باسم المواد الذكية والمواد الفعالة و مواد المستقبل ، هي تلك التي لديها القدرة على الاستجابة للتغيرات في حالتها واستجابة لتغيرات البيئة التي تتعرض لها والمحيطة بها، بطريقة نافعة مفيدة ومراقبة.
قد تكون المدخلات التي تسبب التغيير في خصائص المواد الذكية في شكل إجهاد / إجهاد ميكانيكي أو مجال كهربائي / مغناطيسي أو تغييرات في درجة الحرارة والرطوبة ودرجة الحموضة والضوء.
خصائصها الفريدة تجعلها اليوم مادة أساسية في العديد من مجالات الهندسة والعلوم. يتم استخدامها في مشاريع الهندسة المدنية وتساهم في زيادة الأداء والراحة وكفاءة استخدام الطاقة في المنشأة وتجعل من العالم الحديث يفكر ويفكر كيف تحويل العالم العمراني إلى صديق للبيئة بسبب المواد الذكية التي تستخدم في المنشآت ، فهي تلعب في اتجاهين ان تكون صديقة للبيئة وان تتكيف مع الظروف المحيطة فتوفر الراحة والرفاهية لقانطي ومستعملي المنشآت سواء كانت خاصة أو عامة.
مواد البناء الذكية وتطبيقاتها
بناءً على المدخلات والمخرجات ، يتم تصنيف أنواع المواد الذكية على النحو التالي:
1 . قالب سبائك الذاكرة (SMAs)
تمتلك هذه المواد القدرة على استعادة شكل أو حجم محدد مسبقًا عند التعرض للتغييرات الحرارية المناسبة. تجد تطبيقات قالب سبائك الذاكرة في تطبيقات جديدة في الهندسة المدنية والمعمارية وتحديدا في الحماية الزلزالية للمباني.
يتم تكرار امتصاص طاقة الإجهاد دون تشوه دائم ، للحصول على مجموعة واسعة من السلوك الدوري ، لمقاومة التعب تحت دورات إجهاد كبيرة ، وبسبب متانتها العالية وموثوقيتها في فترة طويلة.
2 . المواد المغنطيسية
تخضع هذه المواد لتشوه ميكانيكي بما يتناسب مع مربع المجال الكهربائي ، مما يشير إلى جودة المواد لحجم التغير استجابةً لحقل كهربائي أو مغناطيسي ، وعلى العكس من ذلك ، ينتج جهد عند التمدد. تظهر هذه المواد واعدة في التطبيقات التي تتراوح بين المضخات والصمامات وحتى نفق الرياح في الفضاء.
3. المواد كهرضغطية
هذه هي القدرة على إنتاج المواد عند إدخال إجهاد السطح. على العكس من ذلك ، تخضع المواد للتشوه (الإجهاد) عند تطبيق مجال كهربائي عبره. عندما يتم دمجها في عضو هيكلي ، تقوم مادة كهرضغطية بتوليد مجال كهربائي استجابة للقوى الميكانيكية.
4. السوائل الكهربية:
هم معلقات الغروية التي تخضع لتغييرات في اللزوجة عند التعرض لحقل كهربائي. هذه السوائل حساسة للغاية وتستجيب بشكل فوري لأي تغيير في المجال الكهربائي المطبق. تجد تطبيقها في امتصاص الصدمات.
5. المواد الكهربائية:
هذه المواد تعتمد لتغيير خصائص انتقال الضوء عند تطبيق الجهد.
إقرأ أيضاً: الواجهات الذكية: المباني التي تتكيف مع المناخ
تطبيقات المواد الذكية في البناء
- الخرسانة الذكية (مركب من ألياف الكربون والخرسانة) المستخدمة في الهياكل الذكية قادرة على استشعار الشقوق / العيوب الهيكلية الدقيقة. على عكس الخرسانة التقليدية ، تتمتع الخرسانة الذكية بإمكانيات أعلى وقوة معززة. و يمكن استخدامه في التدريع الكهرومغناطيسي وللتوصيل الكهربائي المعزز للخرسانة. ملموسة فضفاضة تحت عملية التحميل والتفريغ ممكن أن تفقد قدرتها المعززة وسرعان ما يتم استعادة الموصلية ، وبالتالي بمثابة مادة هيكلية وكذلك جهاز استشعار.
تلعب الخرسانة الذكية دورًا حيويًا في بناء أرصفة الطرق كمسجل لاستشعار حركة المرور ، كما تذوب الجليد على الطرق السريعة والمطارات خلال تساقط الثلوج في فصل الشتاء من خلال تمرير تيار الجهد المنخفض من خلاله.
- المواد الذكية لها تطبيقات في تصميم المباني الذكية. يتم استخدام المواد الذكية للتحكم في الاهتزاز وتخفيف الضوضاء والإضاءة والحرارة والأمان والأداء.
- في بناء المباني الذكية ، يتم اللجوء إلى تطبيق استخدامات المواد الذكية من أجل السيطرة على البيئة ، ومراقبة الصحة والبناء .
- في البناء الذكي ، يستخدم لتحويل الكفاءة والراحة والأمان للأشخاص والأصول الثابتة للمؤسسة.. ووبالتالي رفع الأداء والإنتاجية.
- المواد الذكية تقلل من آثار الزلازل.
- في تطبيقات النقل البحري والسكك الحديدية لرصد الإجهاد باستخدام مجسات الألياف البصرية المدمجة.
7- إن استخدام المواد الذكية يسمح ببناء الجسور الذكية ، خاصة الجسر الباقي بالكابلات مع مدى أوسع لتجنب التعرض المتزايد للاهتزازات الناتجة عن العوامل المحيطة مثل الرياح أو المطر أو حركة المرور. وبالتالي ، يتطلب الهيكل البنائي صيانة أقل ويمكن مراقبة استجابة البناء.
- يتم استخدام المواد الذكية في المباني لمراقبة هياكل الهندسة المدنية لتقييم متانتها وقدرتها وفعاليتها على التكيف
- المواد الذكية في المباني المستخدمة لرصد سلامة الجسور والسدود وأبراج حفر النفط البحرية حيث يتم استخدام أجهزة استشعار الألياف الضوئية المضمنة في المباني والمنشآت لتحديد مناطق المشاكل.
10- يمكن استخدامها لإعادة تأهيل تكسير الخرسانة عند استخدام مادة ذكية فائقة المرونة كقضبان التعزيز.
