Modern göklere en erken köprülerden, her sivil yapı, günlük ısıtma ve soğutma döngüsüne katılmaktadır. Güneş ışığı gün boyunca ısıtıcı yüzeylere karşı donduruyor; gece, hızlı ısı kaybı bu hareketi ortaklarla ve taşımalar için görünmez hale getiriyor, ancak içsel stresler, aşırı derecede organik yüzeylerde tekrarlanan termal genişlemeye ve betondaki nano-terminasyona karşı daha düşük çözünürlükte ısınıyor.

Termal genişlemenin kritik Sonuçları

Termal genişlemenin katsayısı (CTE) bir malzemenin ne kadar yüksek oranda büyüdüğünü veya 0.10C'ye kadar küçültüğünü ölçmektedir.Bu genişleme ihmal edilebilir, ancak uzun vadeli köprülerde, sürekli olarak güçlendirilmiş olan betonlar veya büyük baraj duvarlarına sahiptir, bir boyutsal değişiklikler yapısal olarak önemli hale gelir.Yaşamayan 100 metre çelik köprüler genellikle 48 milimetreye kadar uygulanır.

Bu çatlaklar kozmetikten daha fazlasıdır. Su ve tuzların yeniden teşvik çelike ulaşmasına izin verirler, korozyonu hızlandırır.Endüstriyel hareket limitlerinin ötesinde tasarlanmış ortaklar, su sızıntılarına ve diferansiyel yerleşimlere yol açar. Bakım döngüleri kısa, yüksek maliyetlere sahip olan sağlık birimleri ve faydalı hizmetler için kesintiye uğratırlar.

ABD'de sürekli olarak beton döşemeleri (CRCP) örneği göz önünde bulundurun. Bu plakalar, genellikle 200 metre veya daha uzun, yıllık sıcaklık 60°C veya daha fazla hızlanıyor. Uygun çelik takviye olmadan, transverse çatlakları ciddi hale gelir, pahalı plaka yedekleri gerektiren. Federal Otoyol Yönetimi, tüm beton temizleme rehabilitasyon masraflarının yaklaşık üçte biri için uygun şekilde tasarlanmamış olan baskı hesaplarını rapor eder.

Low-Expansion Beton Formülasyonları

Konvansiyonel beton, 8 ve 12 mikrostrain arasında bir CTE sergiliyor, büyük ölçüde toplam tipi tarafından yönetiliyor ve porosity. Limestone ve bazı granitler değerini daha düşük tutarken, quartz-rich agresyonlar onu yükseltiyor. Araştırmacılar, daha düşük bir CTE ile bir çipin kendi genişlemeye olan katkısını azalttı.

Mühendis Çimentolı Kompozitler (ECC)

ECC, genellikle virajlı beton olarak adlandırılır, büyük bir sıçramayı temsil eder. Mikron ölçekli polivinyl alkol veya polipropilen fiberler mikrokökleri yoğun bir köprünün ağlarına dağıtırlar, çünkü tek bir çatlakları ortadan kaldırırlar ve bu su geçirmez davranışı azaltır, birkaç şiddetli kıştan sonra görünürde korelasyon gösteren korelasyonlar gösterir.

Polimer-Modified Beton

Binbaşına geçx veya VR polimerleri eklemek, 30 °C'den fazla hızlandırılmış köprü güverteleri deneyimledik ve geleneksel güvertelerden daha az ısıtarak, yüksek maliyetle karşılaştırıldığında, Orta Doğu'da denemeler ve daha uzun hizmet aralıkları için yapılan deneylerle ilgili olarak, daha az termal savaş pistleri deneyimlediğine işaret ediyor.

İçsel Merak ve Ölçeği - Betonları Karşılaştırılması

Sıcaklık çatlakları genellikle ısıtımı ile el ele geçer, stres durumunu azaltır. İçsel olarak önceden ayarlanmış hafif agresyon veya süperabsorbent polimerleri serbest bırakırlar, kritik erken tedavi süresi boyunca yüksek göreceli nem korurlar. Bu iki autojen ve kurutma, betonun termal sözleşmeye direnmesine izin verir.

Memory Alloys for Active Thermal Control

Şekil hafıza alaşımları (SMAs) kritik bir geçiş sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında büyük deformasyonları geri alabilir. Nitinol (nickel-titanium) sivil uygulamalar için en incelenir.Eğer betonda gömülü veya ön kapaklarda kullanılırsa, SMAs, SMAs, bir araya gelerek, spiralin bir araya gelmesi ve bazı yapısal bütünlüğü geri çekmesi için tekrarlanabilir.

İronik tabanlı form hafıza alaşımları (Fe-SMAs) maliyet-malzemeli bir alternatif olarak ortaya çıktı, geleneksel çelik işleme ile benzer bir kurtarma stresi sunuyor.Floren Federal Laboratuvarlar, Fe-SMA şeritlerini güçlendirdi beton kirişleri ısıtılmış ve demirli davranışlardan muzdariptir.

Japonya'da Fe-SM, sismik retrofit uygulamalarından kaçınan eksperatif takviye olarak saha test edilmiştir.Depresyon sonrası kurtarma stresinin uygulanmasına yardımcı oluyor, güneş dalgalarının büyük termal ve sismik olaylar sırasında çatlakları kontrol etmeye yardımcı oluyor. Japonya Sivil Mühendisler Topluluğu, dış ısıtma ihtiyacının ortadan kaldırılmasına yardımcı oluyor.

Kulüdlü CTE ile Hibrit Kompozitler

Fiber-reinforced polimer (FRP) kompozitler, özellikle karbon-fiber (CFRP) ve cam-fiber (GFRP), çelikten ziyade çelik yeniden şarj ve hacimsel genişlemeyi düzelterek CTE'ye daha fazla yüklenebilir. Uniyly CFRP, yaklaşık 11.7 × 10 - 6 /°C'ye yakın, betonda betonu betonu kullanarak, betonu tekrarlama riskini azaltır ve betonu azaltabilir.

Hibrit FRP-concrete köprü güverteleri traksiyon kazanıyor. İngiltere'deki Batı Mill Köprüsü, mükemmel bir ısı uyumlulukla paneller kullandı ve ölü yükleri düşürdü.Bu sistemler daha küçük genişleme ortaklarına izin veriyor, bazen daha fazla bilgi için güverte seviyesindeki ortaklar ortadan kaldırıyor. Federal Otoyol Yönetimi FRP-reinforced beton yapıları üzerinde tasarım kılavuzları ve performans verileri, atıkların yüksek çözünürlükte potansiyellerini vurgulamakta ve yüksek çözünürlükte artış gösteriyor.

Basalt fiber-reinforced polimer (BFRP), BFRP takviyelerinin plaka uçlarında ısıtıldığını, çelik takviyenin genellikle yanlış bir şekilde yerleştirildiği 10 × 10 -6/°C'nin kullanılabilirliği, mühendislere verilen en ekonomik ve termal uyumlu çözümü sunmaları için izin verir.

Termal Kaplamalar ve Faz Değiştiri

Malzemelerin doğal CTE'yi değiştirmek yerine, başka bir yaklaşım, deneyimlediği sıcaklıkları yönetir. Yüksek performanslı termal kaplamalar güneş radyasyonunu yansıtır ve ısıyı hızla azaltır, substratı daha soğuk tutma kaplamalar, yüksek çözünürlükte kaplamalar, yüksek çözünürlükte tavanlı kaplamalar ile bağlanır, 10-15°C'ye kadar yüzey sıcaklıklarını azaltır. Bu da kentsel ısı adanın etkisini azaltır. Los Angeles, güneşten parlak sokaklara veya epoxy bağlayıcılarını test etti.

Çelik yapılar için, tümör ve seramik tabanlı engeller, çift yangın koruma ve termal yönetim rollerine hizmet eder. Yeni formülasyonlar günde geç ısıyı kullanan faz değiştirme malzemeleri (PCMs) içerir ve geceleyin PCM-enhanced kaplamalar PCM-enhanced kaplamaları gösterir.

Paraffin tabanlı PCMs, beton kütle içinde sıcaklık artışını azaltıp en yüksek stresin azaltılmasını sağlar. ABD'nin petrol mühendisliği araştırma ve geliştirme Merkezi, çöl ortamlarında hava sahaları için betonun artırılması, üç yıl sonra ısınması için raporlamanın ardından, bitkisel yağlardan elde edilen ısınmış olan ısınmış olan ısınmış olan ısınmış yüksek basınç artışına ilişkin olarak incelenmiştir.

Kendi kendini kınayan Ichanisms for Thermal Cracking

Düşük ahşap malzemelerle bile, bazı mikrokahkalamalar kaçınılmazdır. Kendini kınayan mekanizmalar döngüyü kapatır. Biyolojik benlik betonu kapsamış bakterilere, açık ve yakın bir şekilde, su pompalayan ve dışarı çıkar.

Kristalin ek karışımları, organik bir şifa rotası sunar. Bu kimyasallar su ve çimento hidratları iğne gibi kristalleri, gözenekleri ve mikrokahkayı doldurana kadar yurtsever kalırlar.

Bir başka öz-öğrenme yaklaşımı, tedavi edilen tedavi ajanlarına dayanıyor. Poliüretan veya epoxy dolu mikrokapsules, beton matrixte dağılır ve bir kapsülü kırarsa, kapillary eylemi, tedavi ve bağlara dönüşür ve, Purdue Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bir pankrakeri ve sert bir şekilde serbest bırakmaları için uygun şekilde gelişmiş çift katlı sistemler geliştirdiler.

Hassasiyet için Nanomalzemeler

Nanoteknoloji çimento bazlı kompozitler yeniden finanse edilir. Nano-silica, karbon nanotüpler (CNTs), ve grafikfen oksit, betonlu betonlu beton betonun yapısını geliştirir ve mekanik özellikleri artırır.

Karbon nanotüpler, yüksek sertlik ve yön oranı ile, mikro-reinforcement nano-cracks ile ilişkili olarak hareket eder.Dörtücük ve Beton Araştırması[DDDDDDDDDDDDDDDD) CNT-cement kompozitleri, CTE'nin ısıtılması ile karşılaştırılarak, yüksek çözünürlükte nano-küresel olarak yapılan yüksek çözünürlükte yapılan yüksek maliyetle ilişkili olarak, yüksek çözünürlükte veya yüksek maliyetle ilişkili olarak ortaya çıkan yüksek maliyetle ilişkili olarak, yüksek çözünürlükte veya yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylere sahip olan yüksek çözünürlükte veya yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylere göre değişebilir.

Nanocellulose, bitki fiberlerinden elde edilen, karbon bazlı nanomalzemelere maliyetle uygun bir alternatif olarak ortaya çıktı. Mikrofibrillated cellulose (MFC), kuru temizlemeyi azaltan ve betonun sürdürülebilir profilini yükselten çimento salakları oluşturur. Araştırmalar,% 0.1'inin mortar'ı% 8-10'u % 8,9'a kadar azalttığını gösteriyor.

4D Printing ve Fonksiyonel olarak Sınıflanmış Malzemeler

Malzeme inovasyonu ve yapısal tasarım arasındaki sınır bulanıkdır. 4D baskı - 3D baskılı nesneler, ısı yönetimi için zaman içinde şekillendiren bir köprüyü hayal edin - beton elementleri gömülü SMA fiberler veya tabakalı kompozitler ile baskı altında baskı yaparak baskıya veya iç stres durumunu bağımsız olarak ayarlar.Sessiz Lab, ısıtılmış bir nemlere dayanan camlı sıcaklıkları ve ısıyı azaltan bir tüple kapatarak, ısıtılır.

Fonksiyonel olarak derecelen malzemeler (FGMs) başka bir umut verici bir avenue. Bir beton kirişinin, düşük seviyeli betonlar ile yüzeyden gelen bir CTE'ye sahip olması için temelden gelen bir CTE'ye sahip olabilir. Çimentolı malzemelerin imalatı (3D beton baskı) farklı toplam fiber içeriklerle kıyasla ısıtılması mümkün kılar.

Hidrojekteler veya diğer şişme ajanları içeren "4D beton" aktif bir çatlaklar için araştırılıyor.Bir baskılı bileşen, bir çatlakları açan termal gradyan partikülleri dolduran termal bir olayda, boşlukları dolduran bu geri dönüşümlü şişme, kalıcı hasar olmadan tekrarlanabilir ısı döngüleri karşılayabilir. Erken laboratuvar testleri, bu teknolojiyi yoğun bir nem maruz kalma dakikalar içinde yeraltı altyapısı için çekici hale getirir.

Gelişmiş Malzeme için Test ve Standartlar

Yenilikçi malzemelerin benimsenmesi doğrulanmış test yöntemleri ve tasarım kodları gerektirir. ASTM E289 ve AASHTO T 336, CTE testlerini beton için standartlaştırır, ancak fiber-reinforced, öz-healing ve kompozit malzemeler, düşük boyutlu özellikleri ve zaman bağımlı termal yüklemeleri kolay bir şekilde şarj etmeye çalışır.

Performans tabanlı özellikler önscriptive olanları değiştiriyor. Maksimum CTE'yi belirtmek yerine, ajanslar, on yıllar boyunca bir miktar termal döngüler barındırdığını tahmin etmek için bir güverte sistemi gerekir.Bu, akredite edilmiş testlerle onaylanan yenilikçi materyal çözümleri için kapıyı açar.

RILEM Teknik Komitesi 260-RSC, iyileştirici verimliliği ölçmek için kendi kendine bağlı betonun ısılı maddelerin kapasitelerini karakterize etmek için öneriler geliştirdi. Standart test protokolleri şimdi yüksek hacimli ve betonlar için bir araya getirilen döngüsel yüklemeyi içerir. Bu gelişmekte olan standartlar, mühendisler için ileri malzemelere bir çerçeve sağlar.

Ekonomik ve Çevresel Avantajlar

Gelişmiş düşük kaliteli malzemelerin maliyeti genellikle genişletilmiş hizmet ömrü tarafından dengelenir ve bakım azaltılır. Dünya- döngüsü, ABD Ordu Mühendisleri, ECC bağlantı plakaları ile birlikte,% 30-40 azaltılabilir.

Çevrede, uzun süreli altyapı tekrarlanan rehabilitasyonun somut karbon ayak izinini azaltır. Birçok düşük seviyeli strateji ayrıca yakın binalarda ve yeraltında bulunan yüksek hacimli betonlar, portland çimento kullanımını azaltır, doğrudan yapının kendisini daha da azaltır.

Life-cycle değerlendirme (LCA) geleneksel ve düşük seviyeli beton kaplamalarla karşılaştırılan çalışmalar, Michigan'daki otoyol bağlantılarının %35'i veya polimer destekli betonun yüksek oranda 15-20 yıl içinde daha düşük bakım ve hizmet aralıkları ile yeniden yapılandırılmasına rağmen, 10 yıldan daha kısa sürede Michigan'da bir otoyol köprüsü için LCA'nın geri çekilmesinin %35 azaltımının, fiber üretim sırasındaki yüksek oranda daha yüksek oranda artış gösterdiğini gösteriyor.

Hurdles ve Road Ahead

Önemli ilerlemeye rağmen, engeller kalır. Gerçek dünya UV ve ne yazık ki maruz kalmaların daha fazla soruşturmaya ihtiyacı vardır. SMAs ve yüksek kaliteli CFRP için tedarik etmek, geleneksel çelik için olgun değildir, ve dijital bir yakınlaşma için, geleceğin sivil altyapısının doğal olarak dikkatli bir şekilde kabul edilemez, yaygın bir şekilde kabul edilmeyecektir. Ancak, değişen bir iklimde yaşlanma altyapının aciliyetini hızlandıracak bir şekilde yönetebilecektir.

Araştırma sınırları, tek bir elementte birden çok mekanizmayı birleştiren karma malzeme sistemlerinin gelişimini içerir - örneğin, beton, beton fiberleri ve hem iklimsel gereksinimi ve ekonomik mantığı ile tahrik edilen kapsülleri kullanarak. Yapay zeka ve makine öğrenimi malzeme kompozisyonlarını optimize etmek ve uzun vadeli termal davranışları tahmin etmek için kullanılır.