الخرسانة تتحدث.. جهاز استشعار يسمح للخرسانة “بالتحدث”.. تقلل وقت البناء وتحسين استدامة الطريق وخفض الانبعاثات

كتب مصطفى شعبان

اختراع جديد يمكن أن يوفر الملايين ويقلل بشكل كبير من التأخير في حركة المرور، وهو جهاز استشعار يسمح للخرسانة “بالتحدث”، يقلل من وقت البناء وعدد مرات الرصف الخرساني إلى إصلاحات مع تحسين استدامة الطريق وتقليل انبعاثات الكربون.

يتم دمج جهاز الاستشعار مباشرة في صب الخرسانة ، حيث يرسل للمهندسين بيانات أكثر دقة واتساقًا حول قوة الخرسانة والحاجة إلى الإصلاح مما هو ممكن مع الأدوات والأساليب المستخدمة حاليًا.

قالت لونا لو، أستاذ رايلي والقائم بأعمال رئيس شركة بيرديو مدرسة لايلز للهندسة المدنية بالولايات المتحدة، التي تقود تطوير المستشعرات منذ عام 2017، “على سبيل المثال، لا نعرف متى ستصل الخرسانة إلى القوة المناسبة اللازمة لاستيعاب أحمال المرور بعد البناء مباشرة، قد تمر الخرسانة بفشل سابق لأوانه، مما يؤدي إلى إصلاح متكرر “.

وفقًا للبيانات الصادرة عن الإدارة الفيدرالية للطرق السريعة، يشكل الرصف الخرساني أقل من 2٪ من الطرق الأمريكية الأمريكية ولكن ما يقرب من 20٪ من نظام الولايات المتحدة بين الولايات.

ركزت أبحاث لو على تحسين ظروف الرصيف الخرساني أولاً لأنها أكثر مواد الطرق صعوبة في الإصلاح، يجب أن يدعم الرصيف الخرساني بين الولايات بشكل موثوق نسبة كبيرة من حركة المرور في البلاد.

اشترك أكثر من نصف الولايات الأمريكية التي لديها رصيف خرساني بين الولايات للمشاركة في دراسة تمويل مجمعة للإدارة الفيدرالية للطرق السريعة لتنفيذ أجهزة الاستشعار، الدول المشاركة هي إنديانا وميسوري وداكوتا الشمالية وكانساس وكاليفورنيا وتكساس وتينيسي وكولورادو ويوتا.

ومن المتوقع أن تنضم ولايات أخرى مع انطلاق الدراسة في الأشهر المقبلة، بدأت ولايتان – إنديانا وتكساس – بالفعل في تجربة أجهزة الاستشعار في مشاريع رصف الطرق السريعة.

استشعار قوة الخرسانة

التكنولوجيا أيضًا في طريقها للوصول إلى السوق في وقت لاحق من هذا العام مثل نظام REBEL لاستشعار قوة الخرسانة، وهو أحد منتجات WaveLogix.

أسس لو WaveLogix في عام 2021 لتصنيع التكنولوجيا على نطاق أوسع. تقوم الشركة بترخيص التكنولوجيا من مكتب تسويق التكنولوجيا في مؤسسة بوردو للأبحاث، والذي تقدم بطلب لحماية براءات الاختراع على الملكية الفكرية.

وصفت مجلة Fast Company هذا الاختراع بأنه أحد الأشياء الكبيرة التالية في التكنولوجيا لعام 2022 ، والذي يعترف بالمشاريع التي لها تأثير بالفعل على مشكلة في العالم الحقيقي مع إظهار الوعد أيضًا بإحداث تأثير أكبر في السنوات القادمة.

كما اختارت بطاقة تقرير الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين لعام 2021 للبنية التحتية الأمريكية التكنولوجيا كواحدة من “أدوات تغيير اللعبة” لهذا العام.

تابعت منظمات أخرى، مثل الرابطة الأمريكية للطرق السريعة ومسؤولي النقل بالولاية، تطورات التكنولوجيا منذ تقديمها لأول مرة في عام 2019.

استبدال معايير الصناعة القديمة لجعل الطرق تدوم لفترة أطول

يرتفع اختراع بوردو تدريجياً كبديل أفضل للاختبارات التي كانت معيار الصناعة منذ أوائل القرن العشرين.

بدأت لو ومختبرها في تطوير التكنولوجيا في عام 2017 ، عندما طلبت وزارة النقل في إنديانا المساعدة في القضاء على الفشل المبكر للرصيف الخرساني الذي تم إصلاحه حديثًا عن طريق التحديد بدقة أكبر عندما يكون الرصيف جاهزًا للفتح أمام حركة المرور.

اختبارات للمقاولين وعمال البناء

بعد تضمين نموذج أولي مبكر من المستشعر في أقسام من الطرق السريعة المختلفة في إنديانا، أضافت INDOT تقنية المستشعر إلى فهرس طرق اختبار إنديانا الخاص بها، يسرد هذا الفهرس اختبارات للمقاولين وعمال البناء لاستخدامها لضمان جودة رصف الطرق.

تتطلب الأساليب التي استخدمتها الصناعة لأكثر من قرن اختبار عينات كبيرة من الخرسانة في معمل أو منشأة في الموقع.

باستخدام هذه البيانات، يقدر المهندسون مستوى القوة الذي سيصل إليه خليط خرساني معين بعد صبّه وتركه لينضج في موقع البناء.

على الرغم من أن هذه الاختبارات مفهومة جيدًا من قبل الصناعة، إلا أن التناقضات بين الظروف المعملية والخارجية يمكن أن تؤدي إلى تقديرات غير دقيقة لقوة الخرسانة بسبب تراكيب الأسمنت المختلفة ودرجات حرارة المنطقة المحيطة.

مع التكنولوجيا التي اخترعتها لو وفريقها، لم يعد المهندسون بحاجة إلى الاعتماد على عينات الخرسانة لتقدير متى تنضج الخرسانة الطازجة بدرجة كافي، بدلاً من ذلك، يمكنهم مراقبة الخرسانة الطازجة مباشرةً وقياس العديد من خصائصها بدقة في وقت واحد.

يتصل المستشعر بالمهندسين عبر تطبيق هاتف ذكي بالضبط عندما يكون الرصيف قويًا بما يكفي للتعامل مع حركة المرور الكثيفة.

كلما كان الرصيف أقوى قبل أن تستخدمه المركبات، كلما قلت الحاجة إلى الإصلاح. تتيح القدرة على تلقي معلومات فورية حول مستويات قوة الخرسانة أيضًا فتح الطرق أمام حركة المرور في الوقت المحدد أو في وقت أقرب بعد صب جديد.

يمكن لعمال البناء تثبيت المستشعرات ببساطة عن طريق رميها على أرضية القوالب الخرسانية وتغطيتها بالخرسانة، بعد ذلك، يقومون بتوصيل كابل المستشعر بجهاز محمول قابل لإعادة الاستخدام يبدأ تلقائيًا في تسجيل البيانات.

باستخدام التطبيق ، يمكن للعمال تلقي معلومات عن التغييرات في الوقت الفعلي في القوة الملموسة طالما أن بيانات القوة مطلوبة.

خفض انبعاثات الكربون عن طريق تقليل حركة المرور والاسمنت

من خلال تقليل إصلاحات الطرق والجداول الزمنية للبناء ، يمكن أن تقلل هذه التقنية من ثاني أكسيد الكربون الذي قد تنبعث منه المركبات أثناء الانتظار في حركة المرور للالتفاف حول موقع البناء.

تعمل شركة WaveLogix الناشئة لو ، على تطوير طريقة للحد من انبعاثات الكربون عن طريق خفض كمية الأسمنت اللازمة في الخلطات الخرسانية. يعتبر تصنيع الأسمنت مسؤولاً عن 8٪ من البصمة الكربونية العالمية.

أحرز WaveLogix تقدمًا في حل يستخدم الذكاء الاصطناعي لتحسين تصميم الخلطات الخرسانية استنادًا إلى البيانات التي ستجمعها أجهزة الاستشعار من الطرق السريعة في جميع أنحاء البلاد.

تتطلب رموز البناء محتوى أسمنت أعلى في الخلطات الخرسانية لضمان أن اختبار عينة الخرسانة يلبي عتبات القوة المطلوبة.

يمكن أن يؤدي الإسمنت الزائد إلى تشققات سابقة لأوانها في الرصيف. بناءً على متطلبات الكود هذه والبيانات من الرابطة العالمية للأسمنت والخرسانة ، يقدر لو أن التصميم الزائد لمزيج الخرسانة يسبب أكثر من مليار طن من انبعاثات الكربون سنويًا.

وقال لو: “أكبر مشكلة في الخلطات الخرسانية هي أننا نستخدم المزيد من الأسمنت لزيادة قوة الخرسانة. لن يساعد ذلك في فتح الطريق أمام حركة المرور في أقرب وقت”.

تستند هذه الرموز إلى كيفية صنع الخلطات الخرسانية في أوائل القرن العشرين ، والتي كانت قبل تطوير المعدات التي يمكن أن تطحن الأسمنت إلى مسحوق ناعم في الخمسينيات.

نظرًا لأن الخلطات الخرسانية تستخدم هذا المسحوق الدقيق اليوم ، فيجب أن يكون لها نسب أسمنت مائي مختلفة عما كانت عليه قبل مائة عام.

لا تأخذ الرموز أيضًا في الاعتبار كيف يؤثر الطقس في الحالات المختلفة على مزيج الخرسانة.

تتطلب صب الخرسانة في منتصف شتاء إنديانا ، على سبيل المثال ، خلطات خرسانية مختلفة للوصول إلى القوة المناسبة المناسب مما لو تم صب الخرسانة خلال شتاء كاليفورنيا.

يعتقد لو أن هذه الطريقة الجديدة باستخدام الذكاء الاصطناعي يمكن أن تقلل بنسبة 20٪ إلى 25٪ من كمية الأسمنت في الخلطات الخرسانية – وفي نفس الوقت تجعل الرصيف أكثر متانة وأقل تكلفة.

قال لو”أشعر بإحساس قوي بالمسؤولية لإحداث تأثير على بنيتنا التحتية من خلال تطوير أنواع جديدة من التكنولوجيا.

في مجال الهندسة المدنية، إذا لم نحدث تأثيرًا على العالم ، فلن يكون هناك عالم يدعو للقلق “.

تابعنا على تطبيق نبض