Sürdürülebilir Malzeme Olarak Akıllı Beton

Nüshet Çamuşoğlu / nushet@ekoyapidergisi.org
Son yıllarda bilim ve teknolojiye bakış açımızda ve yeni kavram ve gelişmelerin gündelik hayata uygulanma biçiminde bir değişim yaşandı. Bu devrim özellikle son birkaç on yılda gerçekleşti. Yapılı çevreyi tamamen yeniden şekillendirme potansiyeline sahip olan akıllı beton, inşaat sektöründeki inovasyonun parlak bir örneğidir. Kendini algılayan beton, kendini iyileştiren beton gibi çeşitli şekillerde karşımıza çıkan akıllı beton, malzeme biliminde geleneksel tanımlara meydan okuyan bir atılımdır. Akıllı ve esnektir, çağdaş dünyanın taleplerini karşılayabilir.

Beton ürünlerde ve yapılarda sürdürülebilir kalkınmanın korunması için “akıllı” bir karar, kendini algılayan betondur. Bu, geleneksel beton malzemeler alanında toplum, çevre ve ekonomi için avantajlı olacak derin bir dönüşümü beraberinde getirecektir. Bu çerçevelerin birçoğu aynı zamanda eğilimleri öğrenecek ve toplumun mevcut durumunu benzer şekilde değiştirecektir. Dahası, yapılı çevreyi iyileştirmek için daha etkili yollar sağlar.

Akıllı Beton Nedir?

Kendini algılayan beton, kendini ayarlayan beton ve kendini iyileştiren beton, “akıllı beton” olarak adlandırılan çok geniş bir malzeme kategorisinin parçalarıdır. Betonarme yapıların durumunu izlemek için bir alternatiftir. Doğuştan gelen dış uyaranları algılama ve bunlara tepki verme kapasitesi nedeniyle geleneksel betondan farklıdır. Göze çarpan özellikleri arasında daha uzun hizmet ömrü, üstün mekanik nitelikler, kurulum kolaylığı ve düşük bakım gereksinimleri yer almaktadır.

Akıllı beton, geleneksel karışımların aksine, daha fazla dayanıklılık, kendi kendini iyileştirme veya kendi kendini algılama gibi benzersiz nitelikler sağlayan yenilikçi malzemelere veya katkı maddelerine sahiptir. Bu, yapısal bütünlüğün ve güvenliğin sağlanması, yapıların ömrünün uzatılması, trafik güvenliğinin ve verimliliğinin artırılması, yapıların ve trafiğin tasarımına rehberlik edilmesi, daha az enerji ve kaynak kullanılması ve daha fazlası dahil olmak üzere birçok konuda yardımcı olacaktır.

Akıllı betonun ilk önerilen ve kapsamlı araştırmalara konu olan bir alt kümesi, kendi kendini algılayan betondur. Kendi kendini iyileştiren beton sadece sürdürülebilirliği artırmakla kalmayacak, aynı zamanda beton yapıların dayanıklılığını ve çevre dostu olma özelliğini de artıracaktır.

Akıllı Beton Üretimi

En son teknolojiler ve yeni malzemelerin bir araya gelmesi akıllı betonun temelini oluşturmaktadır. Takviye amacıyla, hacminin %0,2 ila %0,5'i karbon fiberden oluşmaktadır. Bu, beton yapılardaki gerilimi veya gerilmeyi kırılmadan önce tespit edebilir.

Çimento, su, kum veya silika ve bir nano-malzemeden oluşur. Akıllı beton üretimi, geleneksel beton üretimiyle karşılaştırılabilir. Karbon nano-tüpleri veya siyah karbonu bulamaca entegre etmek için döner bir karıştırıcı kullanıldığında, kullanılan normal su-çimento oranları 0,22 ila 0,60'tır. Karışım daha sonra yağlanmış kalıplara dökülür ve bir gün boyunca kürlenmeye bırakılır. Bundan sonra, numuneler kalıplanır ve nemli bir atmosferde 28 gün boyunca kürlenir. Genellikle, bu numuneler laboratuvar incelemelerine hazırlanmak için fırında kurutulur.

Ayrıca, çatlakları onaran ve yapıların ömrünü uzatan kendi kendini iyileştiren sistemlerde mikroplar, polimerler veya iyileştirici kimyasallar taşıyan kapsüller kullanılmaktadır. Karbon nano-tüpler, mineral katkılar ve şekil bellekli alaşımlar, akıllı betonun benzersiz özelliklerini geliştirebilecek birkaç önemli katkı maddesidir. Bu yöntemin sıklıkla bir süper akışkanlaştırıcı veya köpük kesicinin dahil edilmesini gerektirdiği unutulmamalıdır.

Bununla birlikte, karbon nano-malzemeleri bileşen parçalarına ayırmak veya dağıtmak oldukça zordur. Yüksek yüzey enerjileri topaklanmalarına ve kümelenmelerine neden olur.

Akıllı Beton Uygulamaları

Akıllı beton, birçok sektörü tamamen dönüştürme potansiyeline sahip çok çeşitli çığır açan uygulamalara sahiptir. Nesnelerin İnterneti (IoT) ve akıllı beton, dünya çapında verimliliği, sürdürülebilirliği ve dayanıklılığı teşvik eden ağ bağlantılı altyapı ağları oluşturmak için birlikte çalışır.

Ayrıca, geleneksel betondan farklı olarak, karbon fiberlerin dahil edilmesi çatlama sürecini düzenleyerek kırıkların yıkıcı bir şekilde gelişmesini önler. Her arabanın yerini, ağırlığını ve hızını takip eden bir otoyol oluşturmak için kullanılabilir. Bir karayolunda, araçlar düzenli olarak çalışırken tartılabilir. Ayrıca, otoyollardaki araçları tartmak için de kullanılabilir.

Akıllı betonun bir bileşeni olan kendini algılayan beton, inşaat sürecinde kullanılabilir. Tasarımdan uygulamaya ve sürekli bakıma kadar her aşamada inşaat süreçlerine dikkatlice dahil edilir. Amaçlanan işlevlere ulaşmak için, karıştırma aşamasında hassas miktarlarda katkı maddeleri eklenir. Altyapının kullanım ömrü boyunca önleyici bakım ve performans optimizasyonu, gerçek zamanlı veri toplanmasını sağlayan gelişmiş izleme sistemleri ile mümkün kılınmaktadır.

Akıllı binalar pazarının genişlemesi, mimari ve inşaat sektörlerinde akıllı beton uygulamalarını hızlandırması beklenmektedir. Bunun nedeni, akıllı betonun sadece küçük çatlakları tespit etme temel yeteneğine sahip olması değil, aynı zamanda çatlakların ilerlemesini durdurmaya ve onları güçlendirmeye yardımcı olmasıdır. Ayrıca, büyük bir kuvvetle kırılmadan ve bükülmeden önce daha fazla enerjiye dayanabilir.

Yüksek binalar, otoyollar, köprüler, havaalanı pistleri ve hızlı trenler, barajlar ve nükleer santraller için sürekli döşeme tipi traversler, akıllı betona yönelik sivil altyapı uygulamalarına sadece birkaç örnektir. Ayrıca trafik tespiti, sınır ve askeri güvenlik ve yapısal sağlık izleme alanlarında da büyük bir potansiyele sahiptir.

Akıllı Betonun Faydaları

Sonuç olarak, beton gerildiğinde veya deforme olduğunda, elyaf ve çimento matrisi arasındaki temas etkilenerek betonun hacimsel elektrik direncini etkiler. Elektrik direncinin derecesi daha sonra gerinimi hesaplamak için ölçülür. Karbon fiberler ek malzemenin maliyetini yaklaşık %30 oranında artıracaktır, ancak yine de sensörlerin yapılara takılmasından veya gömülmesinden önemli ölçüde daha ucuz olacaktır.

Akıllı betona karbon fiberler eklendiğinden, normal betondan daha esnektir. Kırılmadan önce daha fazla enerji emer ve bükülmesi için daha fazla gerilmeye ihtiyaç duyar. İki faktör - betonun kompozit bir malzeme olarak artan kullanımı ve düşük gerilme toleransı - akıllı beton pazarını ilerletebilir. Bu durum, hızlı onarım sağlamak için çatlakların izlenmesi gerektiğini göstermektedir. Çatlakları değerlendirmek için sensör yerleştirmek ve bunları yapılara yapıştırmak gibi alternatif yöntemler vardır. Ancak sensör yerleştirmenin maliyeti daha yüksektir. Buna karşın, daha az pahalıdır.

Sonuç olarak akıllı beton, geleceğin şehirlerini yaratmak için zeka ve esnekliğin birlikte çalıştığı inşaat sektöründe yeni bir dönemin başlangıcına işaret ediyor. Betonun gerilmeye veya baskıya verdiği tepkiyi değiştirmek için geleneksel bir beton mikseri kullanılarak betona az miktarda karbon fiber eklenir. En ufak yapısal kusurları bile tespit edebildiği için, özellikle bir depremin ardından yapıların iç durumunu değerlendirmek için kullanılır. Arabaların konumunu, ağırlığını ve hızını tespit edebilen kara yolları inşa etmek de akıllı betonun bir başka kullanım alanıdır.