Concrete הוא עמוד השדרה של תשתיות מודרניות, אבל הלכידות והרגישויות הטבוע שלה לפצח תמיד דרש חיזוק.עבור יותר ממאה שנים, ריבר פלדה הוא הפתרון הסטנדרטי, מתן כוח רב-עוצמה ודוכסיות.עם זאת, פלדת קוררודס, מוסיפה משקל משמעותי, ואינו מציע תובנה לבריאות המבנה לאחר בנייה.

המונחים: Optic Reinforcement

אופטיקה סיבים הם דקים, גמישים של זכוכית אולטרה סגול או פלסטיק אשר משדר אור באמצעות השתקפות פנימית מוחלטת. השימוש העיקרי שלהם היה טלקומוניקציה, אבל הרגישות שלהם למתח, טמפרטורה, רטט הופך אותם אידיאליים עבור ניטור בריאות מבני (MSH) כאשר מוטבע בטון, סיבים אלה פועלים כמו מערכת עצבים, זיהוי מיקרו-אימונים, ⁇ תרמיים, וסדקים ארוכים לפני שגורמים אופטיים מסוימים יכולים לתרום סיבים אופטיים כגון חיזוקים, כמו סיבים אופטיים, כמו סיבים אופטיים, כמו גם כן, כמו חיזוקים מסורתיים, כמו סיבים אופטיים, כמו גם כן, כמו סיבים אופטיים, גם כן, כגון סיבים אופטיים, כגון חיזוקים, כמו חיזוקים מסורתיים, כגון סיבים אופטיים מסורתיים, כמו חיזוקים, כמו חיזוקים מסורתיים, גם כן, כמו חיזוקים, כמו סיבים אופטיים, כמו סיבים אופטיים, כגון חיזוקים, כמו גם כן, כגון חיזוקים מסורתיים, כגון חיזוקים, כגון סיבים אופטיים מסורתיים, כמו חיזוקים, כגון גירויים, כגון גירויים, כגון גירויים מסורתיים, כגון חיזוקים, כגון גירויים, כגון גירויים מסורתיים, כגון סיבים אופטיים, כגון סיבים אופטיים, כגון גירויים, כגון סיבים אופטיים, גם כן, כמו חיזוקים

הרעיון של חיזוק אופטי של סיבים מתמזג שני תפקידים נפרדים: FLT:0 (העומס של ההרחבה 1) ו-FLT:2sensing LeadFLT) 3: את הסיבים עצמם ניתן להנדס כדי לשפר את התכונות הגמישות והגמישות של ממטריקס קונקרטי, ובמקביל לספק נתונים מבוזרים רצופים.

כיצד אופטיקה סיבית Detect Stress ו- Strain

כדי להבין את יכולת חיזוק, יש קודם כל לתפוס את העיקרון המחישה.הגישה הנפוצה ביותר משתמשת (FLT:0)Fiber Bragg Gratings (FBGs) LT:1 - וריאציות נדירות באינדקס השביר לאורך הליבה של סיבית.כאשר אור פס רחב הוא מוזרק, אורך גל מסוים משתקף; אור גל זה משתנה באופן יחסי למתח או מוחל על ידי שינוי מדויק.

טכניקה נוספת חזקה היא (FLT:0)Distributed סיבים אופטיים (DFOS)veFLT:1, באמצעות טכניקות כמו Brillouin או Rayleigh לפזר.בניגוד FBGs המדידה בנקודות דיסקרטיות, DFOS משתמש בסיבים שלמים כמו חיישן מתמשך, מתן מתח או טמפרטורה פרופילים כל כמה מ"ל לאורך 50 אורכו של זמן זה הוא ברציפים ארוך, ניטור ארוך, צינורות, צינורות.

היתרונות של שימוש ב-Sefi Optics in Concrete

היתרונות מרחיבים הרבה מעבר לשיטות חיזוק מסורתיות.למטה היא בדיקה מפורטת של כל יתרון:

מעקב בריאותי בזמן אמת

עם זאת, ריב פלדה אינו מדווח על מצבו.סיבים אופטיים, לספק זרמי נתונים מתמשכים שניתן לגשת אליהם מרחוק.זה מאפשר עבור FLT:0מוקדם אזהרה FLT:1 של מתח, סדק או אנמונים תרמיים. לדוגמה, גשר חווה עומס תנועה יוצא דופן ניתן לשלוף באופן מיידי, המאפשר תחזוקה מונעת ולא תיקונים חוזרים.

רגישות גבוהה ודעה קדומה

חיישני סיבים אופטיים יכולים לזהות זנים נמוכים כמו 1 מיקרו-אימון (1e-6) להשוואה, מדדי מתח חשמליים מסורתיים בדרך כלל לפתור 1e-5. זה אומר כי microcracks - קטן מדי לראות בעין העירומה - ניתן לזהות לפני שהם לפחם לתוך שברים מסוכנים. in prestressed בטון, גילוי מוקדם של הרפיה נוטה למנוע כישלונות קטסטרופליים.

התנגדות יוצאת דופן ושחיתות קורוזיה

חלודה פלדה, במיוחד בסביבות ימיות או היכן שמשמשים מלחים דה-קלינג. קורוזיה מרחיבה את הפלדה, פצירה את ההדרדרות הבטונית והאצילה.סיבים אופטיים, עשויים מ- silica או פולימרים, חסינים מפני קורוזיציה אלקטרו-כימית.הם גם מתנגדים להתקפה כימית ממים קונקרטיים של אלקה בטון (pH-13) עם ציפויים מדויקים, סיבים מגנטיים, סיבים יכולים לעתים קרובות, כמו 50-100 שנים.

משקל אור ואפקט מיני-מנטלי

הוספת רשת של סיבים אופטיים מוסיפה משקל רשלני - כמה גרם לכל מטר. זה ניגודים עם חיזוק פלדה אשר יכול להוסיף מאות ק"ג למ"ק.הטבע הקל משקל של סיבים אופטיים הופך אותם אטרקטיביים במיוחד עבור רטרוטוב מבנים היסטוריים או אלמנטים סלמנים שבו משקל הוא קריטי.בנוסף, סיבים לא להגדיל את החלק הכולל, כך ניקוי ארכיטקטוני נשאר ללא שינוי.

אינטגרציה לתוך תהליכי הליטוש

כבלים אופטיים סיבים יכולים להיות ממוקמים בצורת או קשור ישירות לכלובים ריבר לפני לשפוך בטון.הטר הקטן (בדרך כלל 125-900 מיקרונים) מאפשר להם להיות ממוקמים עם הפרעה מינימלית לתפוצה מצטברת. יצרנים עכשיו לייצר סיבים עמידים (FRC) עם סיבים אופטיים קצרים מעורבבים לתוך אצווה, מתן חיזוקים מרובים ורגישים בו זמנית - חומר "עצמי" באמת.

טכניקות של חיזוק

מספר שיטות פותחו כדי לרתום אופטיקה סיבים עבור חיזוק קונקרטי.טווח זה מהטמעת חיישנים דיסקרטיים כדי לשלב באופן מלא סיבים מתמשכים כמו אלמנטים חיזוק.

חיישן אופטי סיבים (Discrete Sensing)

(ב) זוהי הטכניקה הבוגרת ביותר של חיישן FBG או כבלים אופטיים מחוברים ל-Rebar או להציב את התצורה של מערכת ההפעלה (Prefabricated FBG Sensors) לתצורה של חיישנים (FLT: 12) לאחר ש-FLTs-FLTs) מ- 7.

המונחים: Optical סיבים (Volumetric Reinforcement)

בגישה זו, פלחי סיבים אופטיים קצרים (בדרך כלל 10-50 מ"מ ארוכים) מעורבים בתוך אצווה קונקרטית כמו פלדה מסורתית או סיבים פולימרים. סיבים אלה מספקים חיזוק תלת מימדי, שיפור הקשידות, שליטה והתנגדות השפעה.החדשנות העיקרית: כי הסיבים עצמם יכולים לפעול כמו גלורים, הם יכולים להיות נחקרים על ידי שיגור אור מן הקצוות חשופים, כאשר סדקים, את הצורות אור, שידור, כגון: 0 חשישול, שינויים קלים, כלומר, 000 כוח מבטחים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, על ידי ספירת כוח תצוגה של איכות של 0, כלומר, כלומר, כלומר, על ידי ספירת של לחץ על ידי ספירת של 0, על ידי ספירת כוח הראייה של איכות של איכות של 2.

מערכות היברידיות: Steel Rebar + סיבים אופטיים עור חכם

היברידית פרגמטית משתמשת חיזוק פלדה המסורתי עבור יכולת העומס העיקרית, אבל מוסיף שכבת סיבים אופטיים או כבלים ליד פני השטח הבטון (כיסוי) זה "עור חכם" לפקח על אזור הכיסוי - הפגיע ביותר לקורוזון וסדקים. כאשר כלור באגרסיביות או פחמן גורם קורוזיה פלדה, ההתרחבות מתאמץ את הבטון שמסביב, אשר סיבירי מזהה העור האופטי או שבועות לפני כמה חודשים זה כבר קורה גשרים ימיים.

« דיסטריוט של Sensing (DAS) עבור סדקים

DAS משתמשת בסיבים טלקום סטנדרטיים כדי לזהות רטטים אקוסטיים עם רזולוציה מרחבית גבוהה.כאשר סדקים קונקרטיים, זה משחרר פרץ של אנרגיה גמישה (פליטה אקוסטית) DAS יכול להצביע על מקור פליטות אלה לאורך כל אורך הסיבים.בניגוד למערך FBG, DAS לא דורש סיבים מיוחדים - רק כבל חד-פעמי סטנדרטי נבדק בהצלחה על שדות מעבדה והוא עכשיו הוא מכיל מבנים גרעיניים כמו שדות.

מחקרים ויישומים

פרויקטים בקנה מידה גדול רבים הוכיחו את יכולתה של חיזוק בטון אופטי סיבים. להלן הם שלוש דוגמאות בולטות עם תוצאות ניתנות לכימות.

מנהרת הבסיס של גוטהארד, שוויץ

המנהרה בת 57 ק"מ, שהושלם בשנת 2016, משלבת מערך נרחב של חיישני FBG המוטבעים בציפוי הבטון.החיישנים לפקח על מתח, טמפרטורה ותנועות משותפות בתנאים דולפינים קיצוניים. במהלך חמש השנים הראשונות של המבצע, המערכת זיהתה כמה השפעות קטנטניות על סף עיצוב, מה שגרם בדיקה אוטומטית.האזהרות המוקדמות מנעו מכשולים פוטנציאליים והצלתו כ-50 מיליון יורו בעלויות תחזוקה בהשוואה לבדיקות ויזואליות (מקלטות: סקרים פדרליות).

גשר חכם מעל נהר פונדק, אוסטריה

גשר בטון prestressed Box-girder הושלם בשנת 2019 משתמש 2.4 ק"מ של כבלים אופטיים מבוזרים משובצים בסיפון ו נוטה.המערכת מודדת בקביעות פרופילים, ⁇ טמפרטורה, והפסדים טרום-מפרקים. בשנת 2022, היא זיהתה הפסד של 3% בכוח נוטה בשל מצמרר אחד, אשר תוקן עם אלגוריתמים לאחר לחץ חיצוני לפני כל סדק התרחש כעת.

Offshore Wind Turbine Foundations, North Sea

קורוזיה של חיזוק פלדה בסביבות ימיות היא בעיה עיקרית. a German Conortium התקין חיישני סיבים אופטיים בקרנות הכבידה הבטון של שלוש טורבינות 5MW.החיישנים המופצות צ'ארלסייד באגרסיביות וזנים המושרה קורוזיון.לאחר ארבע שנים, הנתונים הראו כי העומק המתוכנן היה לא מספיק בבסיס אחד, ומאפשר לכלורי להגיע לפלדה מוקדם יותר מאשר מפעיליו יכול היה ליישם מיליון נזקיקטים משמעותיים לפני כן, לפני ארבע שנים, התרחש, 000 , 000 החלפה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 העריך כי הציפויעתו של חומר זהה, 000 העריך כי הציפויחות פוטנציאליים, 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 העריך כי העד , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 העריך כי העד , 000 העריך כי הציפויחות היה

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה, כמה מכשולים טכניים וכלכליים נותרו לפני חיזוקים אופטיים סיבים הופך לשגרה.

  • (FLT:0)Cost:BuildFLT:1 בעוד כבלים אופטיים סיבים הם זולים, יחידות החקירה (משקף אחורי אופטי, FBG חוקר) עלות €20,000 עד 100,000 אירו.
  • (FLT:0) של סיבים-מטריקס בונד:03:03:1; אם הקשר בין סיבים אופטיים לבין בטון הוא עני, החיישן אינו יכול למדוד במדויק את הציפוי משטח (למשל, פולימיידיד, אקרילט) חייב להיות מותאם לסביבה אלקליין ולטעינה מחזורית.
  • (FLT:0) ההולינג במהלך הבנייה: FLT:1reas הם שבריריים במהלך המיקום.עובדים חייבים להימנע מחנק, מחץ, או מכווץ יתר.
  • (FLT:0Data Volume and Element: פרשנות: 1FLT:1 חיישנים ממורמרים לייצר נתונים בקנה מידה terabyte ליום. עיבוד אותות אוטומטיים, הפקת תכונות ומערכות תמיכה של החלטות נדרשים כדי למנוע עומס נתונים.
  • (ב) אם לא ייחלץ סיבים מוטבעים, אין אפשרות להחליף אותם מבלי להרוס את הקיפאון (סיבים מולדים) וקטעי הקרב הם אסטרטגיות עיצוב.

פרספקטיבה עתידית

התחום מתקדם במהירות.כמה מגמות מצביעות על עידן של תשתיות חכמות באמת.

שילוב עם בינה מלאכותית

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לנתח תבניות זן של סיבים אופטיים כדי לסווג סוגים של נזק (למשל, flexural לעומת סדקים Shear) ולצפות חיי שירות שנותרו. פרויקט מחקר ב-MIT משתמש ברשתות עצביות מבוכות על תמונות מתוחות כדי להשיג 95% דיוק בסינון נזק בדגימות מעבדה.מערכות עתידיות יפיקו באופן אוטונומי אזהרות תחזוקה וייעל עומס תנועה כדי להרחיב את החיים.

קידוד עצמי עם טריגר אופטי

החוקרים מטביעים מיקרו-capsules של סוכני ריפוי (למשל, משקעים צמחיים מבוססי חיידקים) לצד חיישני סיבים אופטיים.כאשר הסיבים מזהים סדק, זה יכול לגרום לשחרור של סוכן הריפוי באמצעות חימום מקומי (באמצעות סיבים אופטיים נפרדים הנושאים לייזר).מערכת סגורה זו יכולה לרפא באופן אוטונומי סדקי עד 1 מ"מ רחב, שיקום שלמות מבנית ללא התערבות אנושית.

3D-Printed Concrete with Embedded סיבים אופטיים

ייצור אדקטי של בטון מאפשר מיקום מדויק של חיזוק, כולל סיבים אופטיים.ב-2023, צוות בסטנפורד 3D מודפס גשר עם נתיבי סיבים ספירליים אופטיים שסיפקו חיזוקים ו ניטור רציף.הטכניקה מבטלת יצירת צורה ומפחיתה פסולת חומרית, בעוד הסיבים אופטיים מאמתים את תהליך ההדפסה בזמן אמת.

סטנדרטיזציה וקודים

כיום, אין קודים בנייה אשר מנדט או אפילו תמיכה אופטית מלאה בסיבים (ACI Committee 228) ו- ISO מפתחים קווים מנחים.קוד הטייס הראשון עבור FLT:0 "sensor-embedded קונקרטי"FLT:1 צפוי על ידי 2027, אשר יזרז אימוץ מסחרי.

מסקנה

אופטיקה סיבית היא מהפכה חיזוק קונקרטי על ידי הוספת מימד של אינטליגנציה לחומר שנחשב בעבר פסיבי.מ ניטור בזמן אמת לגילוי סדקים פעיל ויכולות של הפחתת העצמי בעתיד, אלה שיער-האטים זכוכית סטרנדס מציעים תובנה חסרת תקדים לבריאות מבנית תוך תרומה לביצועים מכניים.האתגרים של עלות, עמידות ופרשנות נתונים מטופלים באופן שיטתי, והדור הראשון של מבנים קונקרטיים כבר פעיל הוא להאזין לתקני בנייה ולפתח "גימור" סטנדרטיים" -" סטנדרטיים" - "ת"

(ב) עיין במשאבים אלה: (ב) ,(ב) ,ב[[1924]]: ]] ]] ,[[1924]]]] ,[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]