التكنولوجيا الأساسية: آلية "تشخيص وعلاج الكسور" في الكبسولات الميكروبية
يكمن قلب هذه المادة الذكية في "نظام الإصلاح البيولوجي المضمن مسبقًا". تقوم الفرق الفنية بتغليف مغذيات العصوية الرقيقة ومغذيات لاكتات الكالسيوم في كبسولات ألجينات الصوديوم القابلة للتحلل (قطرها 2-3 مم)، ثم خلطها في الخرسانة بقطر 20-50 مم.حصاة كبيرةالمجاميع بنسبة حجم 3٪. توفر الأحجار المرصوفة بالحصى، مثل الركام الطبيعي عالي القوة (قوة الضغط أكبر من أو تساوي 120MPa)، الدعم الميكانيكي الأساسي للخرسانة؛ وتوزع الكبسولات الميكروبية، مثل "جنود الإصلاح النائمين"، بالتساوي في الفجوات الإجمالية.
عندما تتطور الشقوق في الخرسانة (بعرض أقل من أو يساوي 0.5 ملم) بسبب الحمل أو تغيرات درجة الحرارة، تتسرب مياه الأمطار أو مياه الصيانة إلى الشقوق وتؤدي إلى تحلل الكبسولة، مما يؤدي إلى إطلاق العصوية الرقيقة ولاكتات الكالسيوم. مع الرطوبة والأكسجين، تتكاثر البكتيريا وتستقلب بسرعة لإنتاج كربونات الكالسيوم (الكالسيت)، وتشكل طبقة تعبئة بلورية في الكراك خلال 3-7 أيام. هذا المنتج المتمعدن حيويًا، بقوة ضغط تبلغ 35 ميجا باسكال، يطابق قوة الخرسانة الأصلية، ويحقق "إغلاق الشقوق بشكل مستقل". تُظهر بيانات المختبر أن النظام يحقق معدل إصلاح بنسبة 100% للشقوق الصغيرة (بعرض 0.1-0.3 مم) وأكثر من 90% للشقوق التي يتراوح عرضها من 0.3-0.5 مم.
التحقق الهندسي: ممارسة "الشفاء الذاتي-" لجسر تشينغداو-الجسر البحري
يمثل مشروع صيانة Qingdao Jiaozhou Bay Cross-Sea Bridge أول تطبيق واسع النطاق لهذه التقنية. أدى هذا المشروع البحري الممتد بطول 36.48 كيلومترًا، والذي يحتوي على أقسام خرسانية تقليدية، إلى إحداث 237 شرخًا مرئيًا بعد 10 سنوات من الخدمة بسبب تآكل مياه البحر وأحمال المركبات، مما يتطلب أكثر من 20 مليون يوان سنويًا للإصلاحات اليدوية. وفي عام 2022، تم تجديد أقسام الجسر القريب باستخدام الخرسانة المرصوفة بالحصى ذاتية الإصلاح، والتي تغطي مساحة 12000 متر مربع.
تظهر بيانات مراقبة ما بعد التجديد: بعد عامين من اختبار المد ودرجة الحرارة، طور القسم الذي تم تجديده 19 شرخًا جديدًا فقط، تم شفاء 17 منها (89%) ذاتيًا-في غضون شهر، مما يحقق معدل إصلاح إجمالي للشقوق يبلغ 92%. أشارت اختبارات قدرة التحمل الهيكلية إلى أن معامل المرونة للخرسانة التي تم إصلاحها قد استعاد 95% من حالته الأصلية، وهو ما يتجاوز بكثير معدل الاسترداد البالغ 80% لمواد الإصلاح التقليدية. واستنادًا إلى هذا الاتجاه، من المتوقع أن يمتد العمر الافتراضي لقسم الجسر من 50 عامًا إلى 100 عام، دون الحاجة إلى -إصلاحات يدوية واسعة النطاق طوال عمره.
مقارنة التكلفة: الثورة الاقتصادية من منظور دورة الحياة-الكاملة
على الرغم من أن تكلفة الخرسانة المرصوفة بالحصى ذاتية الإصلاح- تزيد بنسبة 15% عن الخرسانة العادية المرصوفة بالحصى (حوالي ¥480/م³ مقابل ¥417/م³)، إلا أن ميزة تكلفة دورة حياتها الكاملة- تعتبر كبيرة. لنأخذ جسر Qingdao Cross-Sea Bridge كمثال، تتطلب المقاطع الخرسانية التقليدية إصلاحات واسعة النطاق للشقوق-كل 10 سنوات، مع وصول تكاليف الصيانة التراكمية إلى 600 ين/م2؛ باستخدام مواد الإصلاح الذاتي-، لا يلزم سوى 3 عمليات صيانة أساسية على مدار 100 عام، مما يقلل تكاليف الصيانة إلى ¥240/㎡- بانخفاض بنسبة 60%.
بالنسبة للمشاريع الجديدة، فإن الجدوى الاقتصادية أكثر إثارة للدهشة: حيث يؤدي سد الميناء الذي تبلغ سعته 10000 طن باستخدام هذه المادة إلى زيادة تكاليف البناء الأولية بحوالي 800000 ين ولكنه يوفر أكثر من 5 ملايين ين من تكاليف الصيانة عن طريق تقليل 8 عمليات إصلاح رئيسية. حاليا، يتم تضمين التكنولوجيا فيالمبادئ التوجيهية لتطبيق المواد الجديدة في هندسة الطرق السريعةوتم ترقيته في 12 مشروعًا كبيرًا للبنية التحتية المحلية، ليصبح معيارًا للبناء الذكي.