Švajcarski istraživači iz Empa razvili su hibridni sistem koji kombinuje UHPFRC i Fe‑SMA šipke aktivirane na 200°C (392°F). U laboratorijskim testovima na pet betonskih ploča (5 m) sistem je zatvorio pukotine i udvostručio nosivost ojačanih elemenata. Rešenje obećava brzo i kompaktno unapređenje jako oštećene infrastrukture, uz napomenu da je materijal trenutno skuplji.
Pametni čelik revitalizuje mostove: Fe‑SMA šipke zatvaraju pukotine i udvostručuju nosivost pri 200°C
Empa researcher Angela Sequeira Lemos and her team have deliberately caused the concrete slabs to crack during their experiments.Credit:Empa
Švajcarski naučnici iz laboratorije Empa razvili su inovativni sistem za ojačavanje betonskih mostova koji kombinuje ultra-visokoperformantni vlaknima armirani beton (UHPFRC) i gvozdene legure sa oblikom memorije (Fe‑SMA). Ovaj "pametan" čelik se aktivira grejanjem na oko 200°C (392°F), pri čemu se šipke skupljaju i vraćaju u predhodno istegnuti oblik, stvarajući unutrašnja naprezanja koja zatvaraju pukotine i povećavaju nosivost konstrukcije.
Kako sistem funkcioniše
Fe‑SMA šipke se ugrađuju u sloj UHPFRC koji se nanosi direktno na ploče kolovoza. Nakon učvršćivanja i sidrenja šipki, one se lokalno zagrevaju na približno 200°C. Kako se šipke pokušavaju vratiti u svoj prethodni oblik, njihovo skupljanje je ograničeno okolnim betonom, što izaziva kompresivna naprezanja u betonu. Ta energija pomaže zatvaranju pukotina, podizanju deformisanih elemenata i dugoročnom smanjenju oštećenja bez upotrebe složenih uređaja za zatezanje.
Testovi i rezultati
Tim je proučavao vezu između Fe‑SMA i UHPFRC i testirao rešenje na pet betonskih ploča pune veličine, svaka dugačka 5 metara (16 ft), kao i na modelima konzolnih mostovskih ploča. Jedna ploča je korišćena kao kontrola, dok su ostale ojačane samo UHPFRC-om ili UHPFRC-om u kombinaciji sa Fe‑SMA šipkama. Pre ojačavanja istraživači su namerno izazvali pukotine kako bi simulirali stvarna oštećenja.
Deformacije i ponašanje šipki nadgledane su digitalnim kamerama i ugrađenim optičkim senzorima vlakana koji mere raspršeno svetlo — metod sličan tehnologiji iz telekomunikacija. Rezultati su pokazali da hibridni sistem ne samo da zatvara postojeće pukotine, već je i udvostručio nosivost u testiranim pločama u odnosu na stanje pre ojačavanja.
Prednosti i ograničenja
Glavne prednosti su kompaktno rešenje, mogućnost lokalne primene bez velikih zateznih mehanizama i produžavanje radnog veka oštećenih elemenata. Zbog relativno visoke cene Fe‑SMA materijala, istraživači preporučuju primenu prvenstveno kod jako deformisane ili već oštećene infrastrukture, kao što su mostovi koji se približavaju kraju projektovanog veka.
Moguće primene i perspektiva
Moguće primene uključuju mostovne ploče, balkone, ravne krovove i druge betonske elemente gde je potrebno kompaktno, efikasno ojačanje. Ako se sistem pokaže uspešnim na polju i poveća interes industrije, proizvodnja i potražnja mogu dovesti do smanjenja troškova materijala i šire primene.
Angela Sequeira Lemos, doktorantkinja u Structural Engineering Research Lab: "Ugrejete šipke koje ste sidrili i one same obave ostatak posla. Uspeli smo da pokažemo da naš sistem ne samo da funkcioniše, već može i da revitalizuje postojeće mostove."
Projekat je finansirala Innosuisse (Švajcarska agencija za inovacije), a razvijen je u partnerstvu sa University of Applied Sciences of Eastern Switzerland, Empa spin‑off kompanijom re‑fer i Swiss Cement Industry Association.
Pomozite nam da budemo bolji.
