تبحث داربا عن طريقة "بيولوجية" لترميم الخرسانة
يُظهر شعار برنامج BRACE تسلسل ترميم الخرسانة
لقد تناولت الوكالة الأمريكية للتنمية المتقدمة (DARPA) قضايا استعادة البنية التحتية وصيانتها. منذ العام الماضي ، بدأ العمل في برنامج BRACE ، الذي يخططون خلاله لإيجاد طرق جديدة بشكل أساسي لترميم وإصلاح الهياكل الخرسانية والخرسانة المسلحة. نحن نعتبر تقنيات "بيولوجية" يمكنها حل المشكلة دون الحاجة إلى تفكيك الهياكل أو استبدال عناصرها.
مشكلة التدهور
تعتبر الخرسانة والخرسانة المسلحة من بين مواد البناء الحديثة الرئيسية وتستخدم على نطاق واسع في بناء البنية التحتية العسكرية والمدنية. ومع ذلك ، على الرغم من كل مزاياها ، فإنها يمكن أن تتدهور مع عواقب سلبية.
تحت تأثير العوامل الخارجية ، وكذلك بسبب التركيب غير الصحيح ، وعدم الامتثال لتقنيات البناء ، إلخ. تظهر شقوق في الخرسانة ثم تبدأ في الانهيار. تؤدي الرطوبة الخارجية إلى تآكل العناصر المعدنية ، مما يقلل من قوة الهيكل ، ويخلق أيضًا ضغوطًا داخلية إضافية. تتناقص قوة الهيكل تدريجياً حتى تدميره الكامل.
وفقًا لوكالة DARPA ، تواجه القوات المسلحة الأمريكية الآن مشكلة تدهور الهياكل الخرسانية. لا يزال الكثير من الأشياء لأغراض مختلفة ، والتي بنيت في منتصف القرن العشرين ، تعمل. بسبب العمر والعوامل الخارجية ، فإن حالتهم تترك الكثير مما هو مرغوب فيه وتتطلب الاهتمام.
بينما يتعين على بناة الجيش الأمريكي استخدام الخرسانة "العادية"
لا يمكن ولا ينبغي إصلاح جميع هذه المرافق أو هدمها وإعادة بنائها. في هذا الصدد ، يُقترح تطوير تقنيات إصلاح جديدة تسمح باستعادة سلامة مواد البناء والهياكل دون تأثير خارجي كبير.
مستوحى من الطبيعة
في مارس 2022 ، أعلنت DARPA عن إطلاق برنامج بحث جديد يسمى ترميم مستوحى من الحيوية لصروح الخرسانة القديمة ("ترميم مستوحى بيولوجيًا من الهياكل الخرسانية القديمة") أو BRACE (يبدو مثل "Brace" أو "Brace").
كجزء من البرنامج الجديد ، من المخطط إعادة فحص عمليات تدهور وتدمير الخرسانة والخرسانة المسلحة في ظل ظروف مختلفة وفي أوقات مختلفة. بناءً على المعلومات التي تم جمعها ، سيحاولون إنشاء تقنية جديدة لإصلاح و / أو الحفاظ على سلامة الهيكل.
كجزء من BRACE ، تقدم DARPA مفهومًا مثيرًا للاهتمام لاستعادة الضرر. نحتاج إلى بعض الوسائل التي يمكنها إنشاء شبكة من القنوات الرفيعة في المنطقة المتضررة أو في سمك الخرسانة ، على غرار الأوعية الدموية أو الفطريات. من خلال هذه الشبكة ، يجب تسليم مواد الإصلاح إلى المنطقة المتضررة بالطريقة المثلى. بمجرد الوصول إلى المنطقة الصحيحة ، سيتم دمج جزيئات المادة في الهيكل الحالي وتقويته.
في وضع الإصلاح ، يجب أن تضمن شبكة القناة أن كمية كبيرة من مواد البناء يتم تسليمها بسرعة إلى المنطقة المتضررة لملء الفراغات الناتجة. ستتألف الوقاية من سد العيوب الصغيرة بالمثل قبل أن تزداد وتبدأ في تشكيل تهديد. بالإضافة إلى ذلك ، تود DARPA استخدام شبكة من القنوات لتشخيص المواد وإشارات التلف.
تحدد كيفية إنشاء القنوات بالضبط من قبل المنظمات المشاركة في البرنامج. من الممكن استخدام بعض الوسائل الكيميائية والبيولوجية وغيرها. في الوقت نفسه ، لا ينبغي أن يؤثر المقطع العرضي وتكوين شبكة "السفن" سلبًا على قوة الهيكل المستعاد ، والذي تم إضعافه بالفعل.
ينقسم البرنامج إلى قسمين يسمى ب. المجالات الفنية (المجالات الفنية) التي لها أهداف متشابهة ولكنها مختلفة. مهمة TA1 الأولى هي الإنشاء الفعلي لتقنية جديدة. كجزء من اتجاه TA2 ، سيتم تطوير طرق لاستخدام الأدوات الجديدة ، بالإضافة إلى أنظمة الاختبار ونماذج التحقق. في المستقبل ، ستظهر مهمة جديدة - من الضروري تطوير نسخة عالية السرعة من التكنولوجيا. بمساعدتها ، يخططون لإصلاح الأضرار الطفيفة التي لحقت بالمباني والمطارات وما إلى ذلك.
بدأ برنامج BRACE في مارس من العام الماضي وأمامه أربع سنوات ونصف السنة. وهذا يعني أن التقنيات الجديدة يجب أن تظهر قبل نهاية السنة المالية 2026. لا يمكن بعد تسمية توقيت ظهور مواد جديدة في الهندسة وهياكل البناء. في المستقبل غير المحدد ، لا يُستبعد نقل التطورات الجديدة إلى المجال المدني ، حيث ستجد أيضًا تطبيقًا واسعًا.
الباحثون والمؤدون
قبل عام ، أطلقت داربا برنامج BRACE ، وفتحت أيضًا دعوة لتقديم الطلبات من المنظمات الراغبة في المشاركة فيه. في 23 مارس 2023 ، أعلنت الوكالة انتهاء الجزء التحضيري للبرنامج واختيار المشاركين فيه.
ستشارك ثلاث منظمات أمريكية في التطوير الكامل للتقنيات الجديدة. هذا هو مختبر ليفرمور الوطني. إي لورانس ، جامعة كولورادو ومعهد باتيل التذكاري. قدموا أفكارهم وتطوراتهم الخاصة حول الترميم "البيولوجي" للخرسانة.
طباعة ثلاثية الأبعاد لمبنى هاون أسمنتي
لسوء الحظ ، لم يتم الإعلان بعد عن تفاصيل المشاريع الأولية من المنظمات الأعضاء في BRACE. تشير التقارير الرسمية إلى أنها تلبي جميعًا المتطلبات الأساسية للعميل وتستند إلى فكرة شبكة من القنوات داخل المادة. في هذه الحالة ، يمكن تنفيذ المفهوم العام بطرق مختلفة.
وفقًا لـ DARPA ، سيعمل المشاركون الثلاثة في البرنامج في كلا "المجالات الفنية". سيتعين عليهم تطوير تقنيات جديدة ، وكذلك تكييفها للاستخدام العملي. سيتم أيضًا إنشاء مجموعة من التدابير والوسائل للاختبار من قبل المشاركين.
Сферы применения
لقد بدأت للتو المرحلة الرئيسية من برنامج BRACE ، وستنتظر نتائجه عدة سنوات أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، لا توجد ضمانات حتى الآن بأن المشاركين في البحث سيتعاملون مع المهام. ومع ذلك ، تشير وكالة DARPA بالفعل إلى المجالات المحتملة لتطبيق التقنيات الجديدة والتأثير المتوقع.
يمتلك البنتاغون تحت تصرفه مجموعة كبيرة من البنية التحتية العسكرية من مختلف الأنواع ، والتي تم استخدام الخرسانة والخرسانة المسلحة في بنائها. هذه هي المباني والهياكل المختلفة ، ومدارج المطارات ، وأرصفة الموانئ وحتى قاذفات الصوامع للصواريخ الاستراتيجية. تم بناء نسبة كبيرة من هذه الهياكل الخرسانية / الخرسانية المسلحة في الماضي البعيد وهي تتدهور تدريجياً.
بمساعدة الأدوات المطورة ، يخططون في المستقبل لإصلاح الأشياء التالفة وعناصرها. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتم استبعاد استخدامها في مرحلة البناء ، مما سيمنع المزيد من تدهور الهياكل. ونتيجة لذلك ، ستكون المرافق القديمة قادرة على الاستمرار في العمل لفترة أطول ، وستكون المنشآت المبنية حديثًا في البداية لديها موارد متزايدة. في كلتا الحالتين ، سيكون هناك مدخرات معروفة.
من المخطط أيضًا إنشاء أموال للإصلاحات السريعة. بمساعدتهم ، سوف يتعاملون مع الأضرار القتالية للمطارات والمباني المختلفة. يفرض هذا التطبيق متطلبات خاصة على وسائل الإصلاح ، ولكنه يوفر مزايا واضحة.
في المستقبل ، ستكون تقنيات BRACE قادرة على الانتقال إلى المناطق المدنية وذات الاستخدام المزدوج. يتم استخدام الهياكل الخرسانية في كل مكان تقريبًا ، بما في ذلك. على أشياء ذات أهمية حاسمة. إن إدخال وسائل واعدة للإصلاح والوقاية سيسمح بسرعة نسبية وبأقل تكلفة لاستعادة المرافق والهياكل المتضررة ، فضلاً عن إطالة أمد تشغيلها. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون من الممكن الإصلاح بسرعة مع استعادة القوة بشكل شبه كامل.
من الواضح أن التقنيات الجديدة من DARPA والمقاولين ستجد بالتأكيد عملائها في المجال المدني. في الآونة الأخيرة ، شهدت الولايات المتحدة مشاكل خطيرة في البنية التحتية. لعدد من الأسباب ، تآكل الأشياء المختلفة في مجال النقل والطاقة والصناعة ، إلخ. لا يحظى بالاهتمام الواجب. لا يتم تنفيذ الوقاية بشكل كامل ، مما يؤدي إلى وقوع حوادث مختلفة. من الممكن أن يؤدي ظهور تقنيات BRACE واستخدامها على نطاق واسع إلى تقليل هذه المخاطر ، على الرغم من أنه لن يقضي عليها تمامًا.
المهام الصعبة
وهكذا ، فإن وكالة DARPA تطلق دراسات واسعة النطاق كجزء من برنامج واعد آخر مزدوج الاستخدام. الهدف من برنامج BRACE هو إنشاء تقنيات جديدة بشكل أساسي في مجال علم المواد والبناء. إذا قام المشاركون في البرنامج بعملهم ، فسيتاح لعمال البناء العسكريين والمدنيين الأمريكيين فرص خاصة جديدة.
ومع ذلك ، يواجه أعضاء BRACE مهام صعبة للغاية. سيتعين عليهم العثور على أدوات ذات وظائف وقدرات خاصة ، بالإضافة إلى ضمان تطبيقها في الممارسة العملية. ستصبح معرفة ما إذا كان من الممكن الحصول على جميع النتائج المرجوة معروفة في غضون سنوات قليلة. في غضون ذلك ، سيتعين على البنتاغون إجراء إصلاحات بالطريقة المعتادة أو هدم وإعادة بناء المنشآت - بكل تكاليف الوقت والمال.
معلومات