این ماده پیشگامانه در نهایت می‌تواند انعطاف‌پذیری بیشتری در برابر بلایای طبیعی ارائه دهد و هزینه‌های تعمیر و نگهداری زیرساخت‌های عمومی را کاهش دهد.

به نقل از آی‌ای، محققان دانشگاه نیومکزیکو(UNM) با ثبت اختراع یک ماده بتنی قابل خم شدن که برای چاپ سه بعدی طراحی شده است، به یک نقطه عطف بزرگ در نوآوری در ساخت و ساز دست یافته‌اند.

گروهی از دپارتمان مهندسی عمران، ساخت و ساز و محیط زیست جرالد می با یک چاپگر سه‌بعدی بتن و ابزارهای اندازه گیری پیشرفته، در حال مقابله با چالش‌های ساخت و ساز و تعمیر و نگهداری زیرساخت‌ها هستند.

این ماده جدید، می‌تواند راه را برای ساخت ساختمان‌ها و پل‌های ایمن‌تر و انعطاف پذیرتر هموار کند و در عین حال نیاز به تعمیرات مکرر را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

بازنگری در ساخت و ساز سنتی

روش‌های ساخت و ساز سنتی اغلب به ماشین آلات سنگین و کار دستی برای قرار دادن تیرهای فولادی یا چوبی نیاز دارند، فرآیندی که نه تنها پرهزینه بلکه خطرناک است. مریم حجتی (Maryam Hojati) تلاش‌ها را برای خودکارسازی و نوآوری این فرآیند با چاپ سه‌بعدی رهبری می‌کند.

بتن، در حالی که در برابر فشار قوی است، در برابر کشش بسیار شکننده است. این ویژگی باعث ایجاد ترک‌های مکرر و نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم چه برای پیاده‌روها، ساختمان‌ها یا پل‌ها می‌شود. بتن به خودی خود هیچ خاصیت کششی نشان نمی‌دهد. حجتی توضیح داد: این ماده بسیار شکننده است.

بلایای طبیعی مانند زلزله و بادهای شدید این مشکل را تشدید می‌کنند. این نیروها بر روی سازه‌ها تنش وارد می‌کنند و ضعف‌های بتن را بیشتر آشکار می‌کنند. ماده باید هم کشش و هم فشار را تحمل کند و در برابر آن مقاومت کند.

محققان در سطح جهانی، برای رسیدگی به این مسائل تلاش کرده‌اند، اما روش‌های چاپ سه‌بعدی موجود هنوز بر تقویت‌کننده‌های سنتی مانند تیرها یا میلگردها تکیه دارند که پتانسیل خودکارسازی کامل چاپ سه بعدی را محدود می‌کنند.

علم پشت بتن انعطاف‌پذیر

محققان راه حلی ایجاد کرده‌اند که این محدودیت‌ها را برطرف می‌کند. محمد سعید ظفر، فارغ‌التحصیل دکتری، ترکیبی از مواد ایجاد کرد که هم قوی و هم انعطاف‌پذیر است.

در این ماده جدید غلظت بالایی از الیاف پلیمری با هم ادغام شده است که هم استحکام کششی و هم انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کند. حجتی گفت: به دلیل ادغام مقادیر زیادی الیاف کوتاه پلیمری در این ماده، بتن می‌تواند در صورت قرار گرفتن در معرض هر گونه بار خمشی یا کششی، یکپارچگی خود را حفظ کند.

این ماده که با همکاری ظفر و محقق امیر بخشی ساخته شده است، چهار ترکیب مجزا را با ظرفیت کرنش تا ۱۱.۹ درصد بیشتر از مواد معمولی ارائه می‌دهد. این ترکیب ویسکوزیته لازم را برای چاپ سه بعدی صاف بدون گرفتگی نازل حفظ می‌کند.

دستیابی به این تعادل کار آسانی نبود. مواد مختلفی از جمله پلی وینیل الکل، دوده سیلیس، خاکستر بادی و الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا مورد آزمایش قرار گرفتند.

ظفر توضیح داد: هدف اساسی از انجام این کار رسیدگی به مشکل آرماتوربندی در چاپ سه بعدی بتن بود. چاپ سه بعدی بتن یک فرآیند خودکار است. اما روش‌های تقویت‌کننده مرسوم، خودکاسازی را در این فرآیند به خطر می‌اندازند.

هموار کردن راه برای آینده

پیامدهای این پیشرفت بسیار فراتر از زمین است. آژانس‌های فضایی مانند ناسا در حال بررسی چاپ سه بعدی به عنوان راه حلی برای ساختن زیستگاه در سیارات دیگر هستند. انتقال تیرهای فولادی سنگین و نیروی کار به فضا غیرعملی است، و مواد نوآورانه‌ای مانند بتن انعطاف‌پذیر می‌تواند متحول کننده باشد.

این فناوری می‌تواند صنعت ساخت و ساز را با ایجاد سازه‌هایی که در برابر بلایای طبیعی انعطاف پذیرتر هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند، متحول کند. همچنین هزینه‌ها و خطرات مرتبط با روش‌های ساخت و ساز سنتی را کاهش می‌دهد.