بتن خود ترمیم شونده چیست؟

امروزه تحرک و پویایی حرف اول را می‌زند، صنعت ساخت وساز همانند تمامی حوزه‌ها خود را با این تغییرات تطبیق داده است. حال اگر افراد این صنف از این سرعت جا بمانند، به مرور از جایگاه فعلی خود سقوط می‌کنند. پس آگاهی و استفاده از دانش‌های کسب شده امری‌ست نجات بخش.

در این مقاله از مجله تالی قصد داریم شما را با یکی از مدرن‌ترین موارد پرکاربرد صنعت ساخت و ساز، بتن خود ترمیم شونده (به انگلیسی: self-healing concrete) آشنا کنیم.

تاریخچه بتن خود ترمیم شونده

اوایل دهه 1990 شروعی برای توسعه تحقیقات در زمینه افزودنی‌ها و مواد زیستی در حوزه‌های مختلف بوده است. این تحقیقات ادامه داشته تا در سال 2006 پروفسور میکروبیولوژیست هنک یونکرز، در دانشگاه صنعتی دلفت، هلند، بتن خود ترمیم شونده (SHC) به عنوان نوع جدیدی از بتن اختراع و معرفی کرد. گرچه استفاده از این بتن آنچنان که باید مورد توجه تمام کشورها و سازندگان قرار نگرفته اما هرروز شاهد تحقیقات بیشتر و استفاده آن در کاربری‌های مختلف هستیم.

بتن خود ترمیم شونده از چه ترکیباتی تشکیل شده است؟

در اکثر پروژه‌های ساختمانی ردپای بتن دیده می‌شود. بتن یکی از انواع مصالح ساختمانی است و از ترکیب آب، سیمان و سنگدانه‌های نسبتا درشت تشکیل شده است. حال اگر تغییراتی در ترکیبات اولیه این ماده ایجاد کنیم و مواد شیمیایی و یا حتی زنده به آن بی‌افزاییم، بتنی خواهیم داشت با قابلیت خود ترمیم شوندگی.

این بتن‌ از ترکیب عناصر خاص (مانند الیاف یا کپسول) در مخلوط بتن که حاوی محلول‌های ترمیم کننده است، ایجاد می‌شود. هنگامی که ترکی ظاهر می‌شود، الیاف یا کپسول‌ها شکسته می‌شوند و مایع موجود در آن‌ها پخش می‌شود تا در همان لحظه ترک و شکستگی ایجاد شده را پوشش دهند.

چند نوع بتن خود ترمیم شونده موجود است؟

انواع مختلفی از این بتن وجود دارد که در ادامه با تفاوت آن‌ها و روش ترمیم شوندگی‌شان آشنا می‌شوید:

1. بتن باکتریایی: این بتن از باکتری‌هایی استفاده می‌کند که می‌توانند کلسیم کربنات (CaCO3) تولید کنند تا ترک‌ها و فواصل به وجود آمده را پر کنند. همچنین به کاهش آلودگی محیط زیست کمک می‌کند، زیرا باکتری‌ها می‌توانند مواد آلی و نیترات را از آب زیرزمینی حذف کنند.

باکتری‌ها در شرایط عادی به صورت غیرفعال وجود دارند اما هنگام ایجاد ترک این باکتری‌ها در مجاورت آب فعال می‌شوند و با ایجاد واکنش‌های شیمیایی کربنات کلسیم تولید می‌کنند. از این طریق ترک‌های ایجاد شده را مسدود می‌کند و مقاومت بتن را افزایش می‌دهد.

2. بتن فعال: در این نوع بتن، مواد شیمیایی مانند فلزات و سیمان که به صورت پودر یا محلول در قالب‌های مخصوص قرار می‌گیرند به مخلوط بتن اضافه می‌شوند، هنگام تماس با آب واکنش نشان می‌دهند و فرآیند ترمیم را آغاز می‌کنند. این واکنش‌ها می‌توانند باعث تولید مواد سیمانی جدید یا ایجاد لایه‌های فلزی باشند که ترک‌ها را پر کنند. این فرآیند باعث می‌شود که ترک‌ها ترمیم شوند و خواص بتن بهبود یابند.
3. بتن کپسوله: کپسول‌های موجود در این نوع بتن، شامل باکتری‌ها یا نانو ذراتی هستند که به هنگام ترک خوردگی آزاد می‌شوند تا بتن را ترمیم کنند و خواص آن را بهبود بخشند. کپسول‌ها می‌توانند از جنس پلیمر، سرامیک و فلز باشند، در اندازه‌ها و اشکال مختلفی ظاهر شوند و در سطح یا درون بتن قرار گیرند.

در چه نوع پروژه‌هایی از بتن خود ترمیم شونده استفاده می‌شود؟

از آنجایی که این بتن دارای مقاومت بالایی است و خاصیت ترمیم شوندگی دارد، در جاهایی که نیاز به ترمیم سریع و موثر ترک‌ها و خوردگی میلگردها دارند، از آن استفاده می‌شود. برخی از موارد پرکاربرد استفاده از بتن خود ترمیم شونده در ساخت و ترمیم سازه‌ها عبارتند از:

• سازه‌هایی که در معرض آب هستند، مانند: سدها، تونل‌ها، استخرها و آب بندها
• سازه‌هایی که در معرض تغییرات دمایی هستند، مانند: جاده‌ها، پل‌ها، برج‌ها و فرودگاه‌ها
• سازه‌هایی که در معرض تنش‌های مکانیکی هستند، مانند: ساختمان‌ها، پارکینگ‌ها، ایستگاه‌ها و استادیوم‌ها

چرا باید از بتن خود ترمیم شونده استفاده کرد؟

عدم تحمل تنش‌های کششی و استعداد بروز ترک از نقاط ضعف بتن معمولی است که برای جلوگیری ازین امر از بتن‌های خود ترمیم شونده که خواصی فراتر از بتن معمولی دارند استفاده می‌شود. در ادامه به بررسی دلایل و خواص ویژه بتن خود ترمیم شونده می‌پردازیم.

1. مقاوم شدن بتن دربرابر سرما و تغییرات حرارتی: بتن خودترمیم شونده معمولاً دارای خواص حرارتی مناسبی است که می‌تواند در برابر تغییرات حرارتی مقاومت نشان دهد. در شرایط سرمایی، مقاومت بتن به تغییرات حرارتی می‌تواند افزایش یابد و به عنوان مثال، تغییرات حرارتی ناشی از یخ زدگی و پذیرش آب تراکمی را به خوبی تحمل کند.
2. افزایش عمر مفید سازه‌ها: بتن خودترمیم شونده قابلیت ترمیم خود را دارد و می‌تواند ترک‌های کوچک و ناشی از تغییرات حجمی، حرارتی یا فشار را خودبخود پر کند. این ویژگی باعث می‌شود که سازه‌ها در برابر آسیب‌های معمولی مانند ترک‌ها و خرابی‌ها مقاومت بیشتری داشته باشند و عمر مفید آن‌ها افزایش یابد.
3. کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیر: با استفاده از بتن خودترمیم شونده، نیاز به تعمیرات مکرر و پرهزینه برای رفع ترک‌ها و خرابی‌ها کاهش می‌یابد. این نوع بتن، توانایی خودترمیم شدن را دارد و به‌طور خودکار ترک‌های کوچک را پر کرده و از گسترش آن‌ها جلوگیری می‌کند. این باعث می‌شود هزینه‌های نگهداری و تعمیر سازه به طور قابل توجهی کاهش یابد.
4. بهبود ایمنی سازه‌ها: ترک‌ها و خرابی‌های در سازه‌ها می‌توانند به مشکلات ایمنی و عملکرد سازه‌ها تأثیر بگذارند. با استفاده از بتن خودترمیم شونده، احتمال تشکیل ترک‌های بزرگ و پیشرفته در سازه کاهش می‌یابد و ایمنی سازه بهبود می‌یابد.
5. حفظ زیبایی ظاهری: بتن خودترمیم شونده معمولاً قابلیت رنگ‌پذیری و تطبیق با ظاهر سایر بخش‌های سازه را دارد. این ویژگی باعث می‌شود سازه به طور کلی ظاهری زیبا و یکنواخت داشته باشد.
6. محیط زیست و پایداری: استفاده از بتن خودترمیم شونده می‌تواند به کاهش تولید ضایعات ساختمانی و مصرف مواد جانبی در فرآیند نگهداری و تعمیر منجر شود. با افزایش عمر مفید سازه‌ها، نیاز به تعمیرات مکرر کاهش می‌یابد و این منجر به صرفه‌جویی در منابع طبیعی و حفظ محیط زیست می‌شود.

چالش‌های استفاده از بتن ترمیم شونده

در کنار تمام مزایا و فوایدی که استفاده از بتن خود ترمیم شونده به دنبال دارد، ممکن است معایبی داشته باشد که جا دارد تحقیقات بیشتری در این زمینه صورت پذیرد تا این مشکلات برطرف شوند. از معایب استفاده از بتن خود ترمیم شونده می‌شود به موارد زیر اشاره کرد:

• گرانتر از بتن معمولی است، زیرا به مواد و فرآیندهای اضافی نیاز دارد.
• ممکن است در برخی شرایط محیطی، مانند دماهای شدید، سطوح pH یا رطوبت، به خوبی کار نکند.
• ممکن است برای ترک های بزرگ یا عمیق اثرگذاری محدودی داشته باشد، زیرا ممکن است عوامل التیام بخش به آنها نرسند یا به طور کامل آنها را پر نکنند.
• ممکن است به نیروی کار ماهر و کنترل کیفی برای اطمینان از اختلاط و کاربرد مناسب عوامل ترمیم بخشی نیاز داشته باشد.

از آنجایی که این ماده به خوبی نتوانسته معرفی شود، متاسفانه شاهد این هستیم که در پروژه های محدودی از آن استفاده می‌شود، لازم است سیاست ویژه ای تدوین شود و طیف وسیعی از مقررات بین المللی در مورد بتن خود ترمیم شونده ایجاد شود، تا سرعت این تغییرات مثبت در سراسر دنیا در حوزه ساخت و ساز بالا گیرد.

برای خواندن مطالب بیشتر، مجله تالی را دنبال کنید.