הקדמה: New Frontier in Runway Engineering

מסלולי שדה התעופה סובלים עומס מכני קיצוני, רכיבה תרמית, דליפות דלק, ומזג אוויר ללבוש.חומרי סללה מסורתיים, בעוד אמין, הפנים גבולות תוחלת החיים וביצועים. ננוטכנולוגיה - מניפולציה של חומרים בקנה מידה אטומי - מעבורת פרדיגמה. על ידי הטמעת חלקיקים ממונדסים לתוך asphalt ו קונקרטי, מהנדסים יכולים ליצור משטחים חזקים יותר, גמישים, עמידים יותר, בפני כוחות הגורם הזה, לבחון מנגנונים פוטנציאליים של ניסויים מתקדמים, וטכנולוגיות, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים עתידיים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, ניסויים, מחקר, ומציאותיים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים עתידיים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים עתידיים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים עתידיים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מחקר, מחקר, ניסויים, ומציאותיים, ומציאותיים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, ניסויים, מנגנונים עתידיים, מנגנונים מתקדמים, ניסויים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים

הבנתנוטכנולוגיה בחומרי בנייה

ננוטכנולוגיה עובדת עם חלקיקים בין 1 ל -100 ננומטרים. בקנה מידה זה, תכונות חומריות כגון שטח פני השטח, פעילות כימית וכוח מכני להשתנות באופן דרמטי. חלקיק בגודל ננו של סיליקה או חימר, למשל, יש יחס הרבה יותר גדול פני השטח לנפח מאשר העמית שלה, המאפשר חיבור חזק יותר עם המריצה שמסביב.

ננו-חומרים נפוצים בשימוש ב- Runway Fabements

כמה ננו-חומרים הראו הבטחה מיוחדת:

  • (ב) ⁇ :0)Nano-silica (SiO2): ⁇ FLT:1 נקבוביות תגובתיות גבוהה אשר ממלאת ריקות מיקרוסקופיות בטון, שיפור כוח דחיסה וצמצום הכדאיות.
  • (ב) ⁇ (הדגשה: ⁇ ) ⁇ :0) ⁇ (הדגשה) (הופנה מהדף ⁇ ) 1:1 חלקיקים דמויי פלאט אשר מחזקים את כובלים כמו אספלט, מגבירים את הנוקשות וההתנגדות לנפיחות בטמפרטורות גבוהות.
  • (ב) [ה] [ה]:0] קרבון ננופס (CNTs): מבנים פחמן צילינליים 1 [קריל] עם כוח רב-קרקעי יוצא דופן.כאשר הם מפוזרים ב-Asphalt, הם לגשר על מיקרו-קracks ועיכובים בכישלון עייפות.
  • (ב) ⁇ :0)Graphene oxide:FLT:1 [ב] גיליון פחמן חד-אטומי, אשר משפר את הדבקות בין מצטבר לקשור תוך מתן תכונות לפירוק עצמי עבור כוונון התנגדות מעוקב.
  • (FLT:0)Titanium דו-חמצני (TiO2): גרף 1) phocatalytic חלקיקים אשר שוברים אבקות אורגניות ולהפחית את טמפרטורת פני השטח על ידי לשקף קרינה אינפרא אדום.

עידוד רצף דרכנופי באמצעות ננומודולציה

סלולים Runway נכשלים בעיקר באמצעות עייפות סדק, נפיחות, ונזק לחות.ננוחומרים לטפל בכל מצב כשל ברמה המולקולרית.

סיקור: ccreist Resistance and Fatigue Life

ב-Afalt חם, מאמתים פולימרים קונבנציונליים משפרים גמישות אך מכים תחת חשיפה UV.Nano-silica וננוtube פחמן ליצור רשת בת שלושה ממדים חיזוקים:0Construction and Building Materials (2020)hilFLT:1 מצא כי הוספת 3% ננו-סיליקה על ידי משקל של bitumen הגדילה את חיי העייפות של asphalts מעל 40% לאחר ה-R.

התנגדות למים והקפאת הגנה

סינון Moisture הוא הגורם העיקרי של פסיעה - שבו האפרפלט מפריד בין המצטבר. hydrophobic nanocoatings החל משטחים מצטברים או מעורב לתוך המים דוח המצורף ברמה המולקולרית. nano-clay חלקיקים, עם יחס היבט גבוה שלהם, ליצור מסלולים טורי עבור מולקולות מים, צמצום דרמטי של חוסר יכולת.

ללבוש והתנגדות

חיכוך צמיגים מטוסים, פיצוץ סילון, ו גורפים המסלול בהדרגה erode את פני השטח. nanoparticles כגון גרפן תחמוצת עלייה קשיחות פני השטח מבלי לעשות את ריצוף קרקעי ניסויים בשדה התעופה האזורי האירופי באמצעות גרף גרף-enhanced כמו phalt העליון השכבה העליונה הראה ירידה של 35% ב-raveling (ירידה של) לאחר שנתיים לעומת סעיף בקרה.

תוצאות Beyond Durability

ננוטכנולוגיה לא רק מרחיבה את החיים; היא משפרת את הביצועים התפקודיים של כבישים בדרכים מדידה המשפיעות על עלויות בטיחות ותפעוליות.

ניהול אבטחה וניהול פרידה

התנגדות סקי הוא קריטי עבור braking וכיוון בקרה, במיוחד על מסלולים רטובים. nanostructured מרקמים משטח ניתן מהנדס בקנה מידה מיקרון כדי לייעל את האיזון בין מאקרוטקסטורה (רתוך) ו microtexture (friction) לדוגמה, תרסיס על ננו-on המכיל חלקיקים קרמיקה יוצר משטח קשה, מחוספס שמשפר חיכוך על ידי 15 & #82mizing; ללא סיכון מהיר.

אספקת טמפרטורה ואי חום

Runways לספוג קרינה סולארית ויכול להגיע לטמפרטורות פני השטח מעל 60 מעלות צלזיוס (140 ° F) בקיץ, המוביל לסדקים תרמיים וירידה מוגברת של צמיג. photocatalytic titanium דו חלקיקים לשקף אור קרוב- infrared, הורדת טמפרטורות פני השטח על פני השטח על ידי 5 & #8211; 10 ° C. זה לא רק מפחית מתח תרמי אלא גם חותך את ההשפעה העירונית סביב שדות תעופה, בשלב-נופולים, כי הוא יכול לספוג את קצב חום במהלך הלילה, כי הוא יכול לספוג חום.

התנגדות להתקפה כימית

שפכות דלק, נוזלי דה-קלינג, ושמן הידראולי לתקוף באופן כימי את האספלט מכבלים, לרכך אותם ומובילים לשחיקה. ננו-מינג יוצרים מחסום שמתנגד לחדירה מפתורה.בדיקות מעבדה על ידי פוליסות FLT:0 Aircraft Engineering and Technology Aerospace (2016)FLT:1 הראה כי ננו-silica-modated נקשר רק 10% מהמסה שלהם לאחר 72 שעות של דלק לא מחוברות ל-מדבקות.

שיטות יישום ושיקולים מעשיים

שילוב nanomaterials לתוך בנייה המסלול דורש טיפול זהיר כדי להבטיח פיזור אחיד ללא הדבקה (clumping) שלוש שיטות עיקריות משמשים:

  • (ב) ,0) שילוב:0 (FLT:1) ננו חלקיקים מתווספים ל bitumen או מלט במהלך ערבוב.זו השיטה הפשוטה ביותר, אך דורש שילוב של שרר גבוה כדי להימנע מקבצים.
  • (ב) ⁇ :0) ,Nanocoating: 1FLT: 1 השעיה נוזלית של חלקיקים ננופצת על פני השטח הטרי או המחוספס הם בדרך כלל 0.5-2 מ"מ עבה וחומת פני השטח מפני לחות ו-UV.
  • (ב) ,0) ,Nano-modified מצטבר:FreaLT:1 , Coarse מצטברים מראש עם חלקיקים כדי לשפר את הקשר עם הכבל. שיטה זו משפרת את אזור המעבר הבין-גזעי בטון.

לכל שיטה יש עצירות סחר בעלות, עמידות וקלות יישום.עבור שיקום המסלול, ריסוס-on ננוטינג מציעים שדרוג בעלות נמוכה יותר שניתן ליישם במהלך פעילות הגדלה תקופתית מבלי לדרוש שיקום מעמיק.

פרויקטים של אירועים וטייסים

נמל התעופה הבינלאומי של דנוור (ארה"ב)

בשנת 2019, דנבר בדק את התוספת של גרף דמוי גרף של אספלט על פי קטע המוניות.במשך שנתיים, הסעיף nano-modified הראה 25% פחות שטף ו-18% פחות סדקים משטח מאשר השליטה.שדה התעופה דיווח כי הגרף הוסיף רק 7% על העלות החומרית, אך הוא צפוי להרחיב את החיים על ידי חמש שנים, להפחית משמעותית את עלויות החיים.

נמל התעופה סינגפור צ'אנגי

צ'אנגי קבע מערכת תיקון בטון ננו-סיליק על סלילת כביש.התתים שננו-החופים השיגו 70 MPa דחוס כוח תוך 24 שעות, בהשוואה ל-40 MPa עבור בטון מהיר קונבנציונלי.זה אפשר לחזור לשירות בתוך 48 שעות במקום שבעה ימים, יתרון קריטי עבור מרכז עסוק.

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה, האימוץ הנרחב ניצב בפני האשמים.

  • (FLT:0) Cost:BuildFLT:1 , ננו-חומרים גבוהים נשארים יקרים. ננוtube פחמן עולה 100-500 דולר לגרם, אם כי המחירים נופלים כמו קשקשים הייצור.
  • (FLT:0) סוגיות של פיזור:0 (DNanopharticles) נוטות לבלוט בשל כוחות ה-Van der Waals. פיזור עני יוצר כתמים חלשים שיכולים למעשה להפחית את הביצועים.
  • (FLT:0) בריאות ובטיחות: 1FLT 1 שאיפת חלקיקים באוויר מהווה סיכון נשימתי.שיטות יישום חייבות לכלול בקרת אבק, capsulation, או תהליכים רטובים כדי להגן על העובדים.
  • (FLT:0) נתוני ההזדקנות לטווח ארוך: FLT:1, ריצוף ננומודולים רק נבדקו במשך כמה שנים.חיזוי ביצועי 20 שנה דורש בדיקות הזדקנות מואצות אשר עלולות לא לשכפל באופן מושלם תנאים אמיתיים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תחזית: Smart and Self-Healing Runways

הגבול הבא הוא מערכות ננו-חומריות פעיל.מחקר הוא בדרך לכפיפת עצמי המכילה microcapsules מלא nano-rejuvenators. כאשר סדקים טופס, הקפסולות קרע ושחרור סוכן ריפוי שמשחזר תכונות נקשרות.שורה נוספת של עבודה משתמשת פולימרים בצורת-memory עם חלקיקים מוטבעים כי סוגרים סדקים על ידי אינדוקציה - באופן בלתי מוגבל מחדרי תעופה.

שילוב עם ניטור בריאות מבני הוא גם מתפתח. חלקיקים מוליכים כמו CNTs יכול להפוך את כל סללציה לתוך חיישן.על ידי מדידה שינויים בהתנגדות חשמלית, מפעילי יכול לאתר microcracks ו לחות חדירה מתחת לפני שהם הופכים גלויים.הממשל הפדרלי התעופה הפדרלי מימן מחקרים תאימות על מושגים "מסלול חכם" כאלה באמצעות המושגים שלה:0 Airport Research Development and Branchearmenterds 1F1:1F1:1FLT:1 .

מסקנה

ננוטכנולוגיה מציעה ערכת כלים עוצמתית לשיפור עמידות ותפקודה של המסלול.מאט אספלט עמיד בפני מים ובסיס עמיד בפני משטחים ותקנות טמפרטורה, היתרונות הם מוחשיים ויותר עלות תחרותית. בעוד אתגרים של פיזור, עלות, בטיחות בריאות להישאר, מחקר מתמשך ופריסה פיילוט הם מתפתלים את הדרך לאימוץ רחב יותר.

(ב) [ה]הקריאה נוספת על ננו-חומרים בהנדסת ריצוף, ראה (FLT:1FHWA ’s asphalt מחקר התוכנית:2 ו-Journal of Nanomaterials ’ נושאים מיוחדים ביישומים בנייה.