فولاد حافظه دار؛ ماده ای جدید برای مقاوم سازی ساختمان ها

مصالح ساختمانی جدیدی در حال عرضه به بازار است: «فولاد حافظه دار» نه تنها می تواند برای ساخت سازه های بتنی جدید، بلکه همچنین برای تقویت سازه های بتنی موجود استفاده شود. هنگامی که فولاد حرارت ببیند، می تواند به شکل یا اندازه پیشین خود باز گردد. در حال حاضر، از فولاد حافظه دار بیشتر در تجهیزات دندانپزشکی، فریم های عینک و سایر کاربردهایی که به انعطاف پذیری بالاتر از حد معمول نیاز دارند، استفاده می شود. فولاد حافظه دار آلیاژی متفاوت از فولاد است و با خاصیت سوپر الاستیک آن مشخص می شود. به طور خلاصه، فولاد حافظه دار را می توان به عنوان دسته ای از فولاد توصیف کرد که با حذف نیروهایی که باعث تغییر شکل می شوند، به شکل اولیه خود باز می گردند. این ویژگی منحصر به‌ فرد می‌تواند به صنعت ساخت و ساز ساختمان کمک کند تا طرح‌های کاملاً متفاوتی را ارائه کند که در آن استحکام برتر ساختمان ضروری است.

ظهور ساختمان های فولادی صنعتی

ساختمان‌های فولادی صنعتی به دلایل مختلف به سرعت جایگزین ساختمان‌های بتنی سیمانی می‌شوند، عمدتاً به این دلیل که مقاومت ساختمانی بالاتری را همراه با صرفه‌جویی در زمان ساخت و هزینه کلی پروژه کمتر ارائه می‌دهند. ساختمان‌های فولادی در حال حاضر برای انبارهای بزرگ، کارخانه‌ها و ساخت و ساز استادیوم‌ها استفاده می شوند. اما جالبتر اینکه مهندسان در حال بررسی استفاده از فولاد حافظه دار در ساختمان های از پیش مهندسی شده هستند. با این حال، نوع فولاد حافظه‌داری که ما در مورد آن برای صنعت ساخت‌وساز صحبت می‌کنیم، با فولادهایی که در بخش‌های کوچک‌تر برای مقاصد مختلف دیگر استفاده می‌شوند، کاملاً متفاوت است.

تا کنون آرماتورهای فولادی در سازه های بتنی عمدتاً به صورت هیدرولیکی پیش تنیده می شوند. این به مجراهایی برای هدایت کابل های کششی، لنگرهایی برای انتقال نیرو و جک های هیدرولیک پر از روغن نیاز دارد. فضای مورد نیاز همه این دستگاه ها شرایط چارچوب هندسی را برای هر سازه بتنی پیش تنیده ایجاد می کند. بنابراین گاهی اوقات به دلیل نیاز به فضای زیاد این روش اثبات شده، مقاوم سازی سازه های قدیمی تر با شکست مواجه می شود. در حدود ۱۵ سال کار تحقیقاتی، کارشناسان Empa اکنون یک روش جایگزین را برای آمادگی تولید یک محصول جدید به ارمغان آورده اند: شکل دادن به آلیاژهای حافظه دار مبتنی بر آهن، که در طول گرمایش منقبض می شوند و بنابراین به طور دائمی ساختار بتنی را پیش تنیده می کنند. بنابراین می توان از پیش تنیدگی هیدرولیکی جلوگیری کرد. مصالح ساختمانی جدید بلافاصله با نام «فولاد حافظه دار» به بازار عرضه خواهد شد.

تولید فولاد حافظه دار از اوایل دهه ۲۰۰۰ آغاز شد. در دهه‌های گذشته، Empa در تقویت بتن با پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRP) پیشگام در این عرصه بودند. این منجر به ایده استفاده از آلیاژهای حافظه دار برای پیش تنیدگی بتن شد. آزمایش های اولیه با آلیاژهای نیکل-تیتانیوم مثبت بودند. با این حال، مواد برای استفاده در بخش ساخت و ساز بسیار گران است. در سال ۲۰۰۹، محققان Empa موفق به توسعه یک آلیاژ حافظه دار مبتنی بر آهن شدند که آن را نیز به ثبت رساندند. در سال ۲۰۱۲، محققانی از جمله جولین میشل سرانجام شرکت re-fer AG را تأسیس کردند. میشلز از آن زمان تاکنون مدیرعامل این شرکت نوپا بوده است. فولاد حافظه دار قبل از هر چیز باید برای مقاوم سازی ساختمان های موجود استفاده شود. به عنوان مثال، به محض نصب پنجره ها، درها یا شفت های بالابر جدید در سازه بتنی یک ساختمان قدیمی، تقویت جدید سازه اغلب اجتناب ناپذیر است. در ساختمان های صنعتی، گاهی اوقات باید ظرفیت باربری یک دال معلق قدیمی را افزایش داد. به لطف فولاد حافظه دار، اکنون می توان چنین کارهایی را در فضاهای محدود نیز به راحتی حل کرد: یا یک نوار فولادی خاص با استفاده از رول پلاک زیر سقف بسته می شود و سپس با برق یا رادیاتور مادون قرمز گرم می شود. از طرف دیگر، آرماتور را می توان در بتن نیز قرار داد: ابتدا یک شیار در سطح دال بتنی آسیاب می شود، سپس یک میله آرماتور آجدار ساخته شده از فولاد حافظه دار در داخل شیار وارد می شود و با ملات مخصوص پر می شود. در نهایت، پروفیل با کمک جریان مستقیم گرم می شود و در نتیجه پیش تنیده می شود. نوع دیگر تعبیه میله تقویت کننده در یک لایه شاتکریت اضافی است.

تحولات فعلی در کاربردهای فولاد حافظه دار در صنعت ساختمان

اگرچه در حال حاضر ساختمان‌های تمام حافظه‌دار فولادی وجود ندارند، صنعت ساخت‌وساز در حال حاضر از آن همراه با سازه‌های بتنی برای مقاومت ساختمان‌ها استفاده می‌کند. محققان اطمینان دارند که ظرف چند سال می توان سازه های بتنی پیش ساخته را با استفاده از فولاد حافظه دار برای افزایش ظرفیت باربری ساختمان ها ساخت. به طور گسترده اعتقاد بر این است که فناوری سازه های بتنی پیش تنیده در حال حاضر بیشتر با فولاد حافظه دار جایگزین می شود و در نتیجه زمان تولید کاهش می یابد. با این حال این فقط زمان نیست که نجات خواهد یافت. بلکه به لطف فولاد حافظه دار، طراحان قادر خواهند بود به سازه های بتنی شکل دهند که امروزه حتی فکر کردن به آن نیز ممکن نیست.

پتانسیل های فولاد حافظه دار در ساخت و ساز

در اینجا چند زمینه وجود دارد که استفاده از فولاد حافظه دار پتانسیل بالایی دارد.

۱. نوسازی سازه های قدیمی

این پتانسیل افزایش عمر ساختمان های موجود و نیاز به تخریب و ساخت یک سازه جدید در جای خود را دارد. کارشناسان می گویند صنعت پل سازی سود زیادی خواهد داشت.

۲. سازه هایی با الزامات هندسی خاص

فناوری بتن پیش تنیده دارای محدودیت های زیادی است که اجازه ساخت سازه هایی با اشکال نوآورانه را نمی دهد. فولاد حافظه دار در اینجا نیز می تواند کمک کند زیرا بر محدودیت هایی که فناوری پیش تنیده دارد غلبه می کند.

۳. ساخت سازه های فولادی پیش ساخته

این پتانسیل بزرگی است که تغییرات شدیدی را در سراسر جهان به همراه خواهد داشت. تعداد کمی از آنها در حال حاضر بخش‌های فولادی حافظه‌دار کارخانه‌ای را ارائه می‌کنند، اگرچه استفاده از آن در مقیاس وسیع ممکن است چند سال طول بکشد تا به نتیجه برسد.

آینده فولاد حافظه دار در صنعت ساخت و ساز ساختمان

اگرچه پیشرفت های زیادی در مورد استفاده از فولاد حافظه دار در صنعت ساخت و ساز گزارش شده است، اما هنوز چند سالی باقی مانده تا بتوان این فناوری را از آزمایشگاه ها به حوزه بازار منتقل کرد. یکی از زمینه‌هایی که می‌توان از فولاد حافظه‌دار استفاده کرد، بخش پل‌سازی است. فولاد حافظه دار تمام امکانات بالقوه برای کمک به معماران برای ارائه طرح هایی دارد که می توانند در برابر زلزله های قوی مقاومت کنند. به اندازه ۷.۰ حتی بالاتر در مقیاس ریشتر. برخی حتی بر این باورند که می توان سازه های فولادی (به عنوان مثال پل) ساخت که بدون تعمیر و نگهداری برای مدت طولانی پایدار باشند. همه چیز بستگی به این دارد که محققان با چه سرعتی می توانند آلیاژهای فولادی هوشمندی را بیابند که ارزان و در عین حال به اندازه کافی قوی هستند تا در برابر دماها و نیروهای شدید مقاومت کنند.

منبع: Steel Technology
برای مشاهده دانشنامه‌های بیشتر در زمینه فولاد و آهن آلات کلیک کنید