Inženjeri na Univerzitetu u Pitsburgu razvijaju novi materijal, metamaterijalni beton, koji može sakupljati energiju i nadgledati oštećenja u betonskoj strukturi ili zemljotrese. Ovaj materijal predstavlja novi koncept laganih i mehanički podesivih betonskih sistema sa integrisanom funkcionalnošću energetske efikasnosti. Osim toga, ovaj materijal ima sposobnost generisanja električne energije, što ga čini idealnim za pametnu infrastrukturu.
.jpg)
Metamaterijalni beton pomaže da se blagovremeno otkriju oštećenja (Foto: Pixabay)
Beton je najčešće korišćeni materijal u građevinskoj industriji i datira još iz Rimskog carstva. Međutim, beton koji se koristi danas je sličan onome koji je korišćen pre nekoliko vekova, a način na koji se koristi nije se mnogo promenio. Zato inženjeri na Univerzitetu u Pitsburgu žele da promene ovaj trend i razvijaju novi materijal koji ima više funkcionalnosti od običnog betona.
Amir Alavi, asistent profesora građevinske i životne sredine na Univerzitetu u Pitsburgu, objašnjava da masovna upotreba betona u infrastrukturnim projektima ukazuje na potrebu za razvojem novih betonskih materijala koji su ekonomičniji i ekološki održiviji, ali nude i napredne funkcije.
Oglas
Ova vrsta betona se sastoji od ojačanih polimernih mreža ugrađenih u provodni cement. Omogućava graditeljima da koriste manje materijala bez žrtvovanja snage ili dugovečnosti. Osim toga, metamaterijalni beton ima sposobnost generisanja električne energije. Iako ne može da proizvede dovoljno električne energije da bi se napajala električna mreža, generisani signal je više nego dovoljan da napaja senzore pored puta.
Električni signali koji se samostalno generišu u metamaterijalnom betonu pod mehaničkom ekscitacijom mogu se takođe koristiti za nadgledanje oštećenja u betonskoj strukturi ili praćenje zemljotresa istovremeno smanjujući njihov uticaj na zgrade.
Ovaj novi materijal ima ogroman potencijal u građevinskoj industriji. Metamaterijalni beton se može fino podešavati u smislu lomljivosti, fleksibilnosti i oblikovanja, što omogućava graditeljima da koriste manje materijala i tako smanje troškove. Pored toga, ovaj materijal otvara vrata novim mogućnostima u izgradnji pametnih struktura.
Metamaterijalni beton može biti ključan za razvoj pametne infrastrukture. Inženjeri su predvideli da će ovaj materijal moći da napaja čipove ugrađene u puteve, što će omogućiti samovozećim automobilima navigaciju na auto-putevima kada su GPS signali suviše slabi. U budućnosti, ovi pametni materijali mogli bi biti ugrađeni u puteve, aerodrome, mostove i druge infrastrukturne projekte, što bi omogućilo graditeljima da naprave efikasnije i sigurnije strukture.
Ovaj novi materijal se sastoji od ojačanih auksetičkih polimernih mreža ugrađenih u provodnu cementnu matricu. Kada se mehanički stimuliše, kompozitna struktura izaziva kontaktno elektrifikovanje između slojeva. Provodni cement, koji je pojačan grafitnim prahom, služi kao elektroda u sistemu.
Rezultati eksperimentalnih studija pokazuju da se ovaj materijal može kompresovati do 15% pod cikličnim opterećenjem i da može proizvesti 330 μW električne energije.
Osim toga, metamaterijalni beton može se koristiti i za nadgledanje strukture zgrada. Električni signali koji se samostalno generišu u betonu mogu se koristiti za praćenje strukture i oštećenja zgrada, što bi omogućilo graditeljima da otkriju oštećenja i pre nego što dođe do ozbiljnijih problema.
Metamaterijalni beton ima puno potencijala i mogao bi da donese mnogo promena u građevinarstvu i razvoju pametne infrastrukture.
