Szerkezetek Diagnosztikája és Analízise kutatócsoport

A Szerkezetek Diagnosztikája és Analízise

Kutatócsoport a Mérnöki és Smart Technológiák Intézet Építőmérnök

Tanszékének keretein belül működik, aktív tevékenységet folytat hazai és nemzetközi szakmai szervezetekben, széleskörű ipari kapcsolatrendszerrel és bizonyos területeken (pl. roncsolásmentes szerkezetvizsgálat és monitoring) országosan egyedülálló laborháttérrel, módszertannal rendelkezik.

Kutatásaink elsődleges célja olyan eljárások és anyagok kifejlesztése, illetve gyakorlati alkalmazásának elősegítése, amelyek épített környezetünket biztonságosabbá és gazdaságosan fenntarthatóvá teszi. Ehhez hozzátartozik a meglévő építményeink tartószerkezeti megbízhatóságának vizsgálata és szükség szerinti növelése, az építményeket alkotó anyagok tartósságának növelése, a folyamatosan változó terhelési és környezeti hatásokhoz való alkalmazkodás lehetővé tétele és így a használati élettartam növelése, valamint az építéssel és fenntartással kapcsolatos káros környezeti hatások csökkentése. A kutatócsoport fő tevékenysége elsősorban az építőiparhoz kapcsolódó minősítői, szakértői, kutatás-fejlesztési és oktatási feladatok elvégzése, de a környezetvédelemhez, épület-energetikához és egyéb korszerű anyagtudományokhoz (pl. 3D-nyomtatással vagy nanotechnológiával előállított anyagok) köthető kutatásokhoz is kapcsolódik. A kutatások során lényeges szempont, hogy eredményeik piaci hasznosulása is megvalósuljon, de emellett az új tudományos eredmények rendszeresen publikálásra kerüljenek. Kutatócsoportunk ifjúsági tagozattal is rendelkezik, fontosnak tartjuk, hogy a kutatócsoport hallgatói tevékeny részesei legyenek a laboratóriumi és terepi munkáinknak, valamint a publikációs tevékenységünknek.

A kutatási eredményeinket rendszeresen beépítjük az oktatási tevékenységünkbe, így a kutatások témája alapján új tantárgyakat indítunk és tananyagot fejlesztünk BSc, MSc és PhD képzési szinteken egyaránt.

Alegységeink:

- Anyag- és szerkezetanalitikai munkacsoport

- Smart diagnosztikai és monitoring eljárások munkacsoport

- Fenntartható és additív építési technológiák munkacsoport

Az alábbiakban néhány jelentősebb kutatási programunkat foglaljuk össze.

Kombinált roncsolásmentes diagnosztikai és monitoring eljárások fejlesztése

A tartószerkezeti vizsgálatokhoz számos olyan szerkezeti és anyagjellemző ismerete szükséges, amely legtöbbször nem áll rendelkezésünkre a szokványos vizsgálatok eredményeként vagy a meglévő tervek tanulmányozása alapján. Ilyen esetekben célirányos diagnosztikai vizsgálatokat kell végrehajtani, lehetőleg a szerkezet legkisebb mértékű károsításával. Az utóbbi időben egyre inkább teret hódítanak a roncsolásmentes, illetve minimális szerkezeti roncsolással járó vizsgálatok. Ezek a módszerek elsősorban nem az alkotóanyagok szilárdsági tulajdonságairól, hanem a szerkezet felépítéséről, rejtett geometria adottságairól és károsodásairól, felületi és belső inhomogenitásáról szolgáltathatnak hasznos információkat, így általában a szerkezet egészére egy ún. „minőségi jellemzőt” határozhatnak meg. Ez a minőségi jellemző ugyanakkor kiválóan kiegészítheti a hagyományos (pl. roncsolásos) vizsgálati módszerekkel nyert adatokat, sőt nagy segítséget nyújthat a szokványos vizsgálatok helyének és szükséges gyakoriságának megállapításához is. A kutatásunk során kidolgozandó eljárások több, elsősorban roncsolásmentes szerkezetdiagnosztikai és monitoringeljárás együttes alkalmazásán alapulnak és a szerkezeti analízishez szükséges bemenő paraméterek bizonytalanságának optimális mértékű csökkentését célozzák meg.

Reziliens épített környezet smart monitoringgal

A fenntarthatósággal összefüggésben egyre inkább a kutatások fókuszába kerül az épített környezet rezilienciája. Ez elsősorban építményeink alkalmazkodóképességét jelenti a változó kondíciókhoz, megtartva a funkcionalitásukat és biztonságukat, különböző extrém hatásokat (pl. természeti katasztrófák, terrorista cselekmények stb.) követően is. A megnövelt rezilienciára történő szerkezettervezés eszközei magukban foglalják többek között a megfelelő energiaelnyelő képességgel rendelkező anyagok, szerkezeti kapcsolatok, szerkezeti rendszerek választását, de jelenleg még kiaknázatlan terület az épületek megfelelő smart szenzor-, illetve távmonitoring-rendszerekkel történő ellátása.

A kutatás során egy olyan műholdradar alapú (pl. InSAR=Interferometric Synthetic Aperture Radar) állapotmonitoring-rendszert fejlesztünk, amely a szokványos felszíni állapotfelmérési eljárásokkal (pl. geodéziai vizsgálatok, 3D lézerszkennelés, drón fotogrammetria, elmozdulás- és alakváltozás-mérő szenzorok, földi interferometrikus radarvizsgálat stb.) kombináltan alkalmazva, többdimenziós adatfúziós és numerikus szimulációs matematikai eljárásokkal kiegészítve valósítja meg az építmények folyamatos monitoringját. Célunk ipari partnerekkel közösen egy olyan szolgáltatás kidolgozása, amely lehetővé teszi épületek és egyéb mérnöki műtárgyak smart módszerekkel történő állapotmonitoringját stabilitásuk és integritásuk fenntartásához, mérsékelve így az esetlegesen bekövetkező katasztrófák vagy egyéb súlyos károsodások következményeit.

Betonhulladékok innovatív újrahasznosítása

A beton az egyik legnagyobb tömegben felhasznált anyag a világon és becslések szerint egyre nagyobb mennyiségben fogják használni a jövőben is. Épített környezetünk talán legnagyobb jelentőséggel bíró anyaga, melynek előállítása és felhasználása ugyanakkor a jelenleg alkalmazott technológiák mellett még hatalmas CO 2 -emiszszióval jár.

Meglévő beton és vasbeton szerkezeteink állapotromlás és avulás miatt várhatóan szükségessé váló, egyre nagyobb volumenben történő elbontása hatalmas hulladékmennyiséget vetít előre a jövőre nézve. Az építési betonhulladékok újrahasznosítási problémájának megoldása ezért kiemelt fontossággal bír a társadalom számára.

Kutatócsoportunk Fenntartható és additív építési technológiák munkacsoportja 2020-tól kutatási programot indított a beton újrahasznosíthatósága témakörében.

A program keretében számos vizsgálat készült különféle újrahasznosított és visszanyert beton adalékanyagok felhasználhatóságáról, többek között elemeztük a pécsi „magasház” bontásából származó beton adalékanyagot. A vizsgálatok kimutatták, hogy a közhiedelemmel ellentétben akár nagyobb nyomószilárdság is elérhető újrahasznosított adalékanyag alkalmazásával, mintha kizárólag természetes adalékanyagot használnánk.

Célunk az újrahasznosított betonok széleskörű ipari alkalmazásának elősegítése, amelyhez nem csak a végtermékek anyagjellemzőinek optimalizálására van szükség, hanem fontos szempont lehet az újrahasznosítás egészségügyi kockázatainak elemzése, az előállított termékek életciklusra vetítve minimalizált, vagy akár negatív CO2-kibocsátásának megvalósítása, valamint más ipari szektorok számára nyersanyag vagy innovatív energiatároló megoldások lehetőségeinek felkutatása is.

3D betonnyomtatási rendszer fejlesztése

Az építési termékek additív gyártási technológiájának ipari léptékű alkalmazása a jelenkori építőipari fejlesztések egyik legfontosabb irányát képezi. A közeljövőben az építőiparban várhatóan olyan technológiai forradalom veszi kezdetét, amelynek egyik fókuszában 3D-nyomtatás építőipari applikációja áll. A digitalizált ipari gyártásnak és a 3D-nyomtatásnak köszönhető fokozott pontosság, a teljes értéklánc optimalizálása számottevően csökkentheti a CO2-kibocsátást, továbbá az is várható, hogy a nyomtatással beépített anyagokat a szerkezet használati életének végén hatékonyan lehet majd újrahasznosítani.

A digitális és automatizált technológiák általános felhasználása az építőipari gyártási módszerekben jelenleg még kezdeti stádiumban van más iparágakhoz képest, így az ez irányú fejlesztési tevékenységekben hatalmas potenciál van.

A kutatócsoport Fenntartható és additív építési technológiák munkacsoportja ez év elején kezdte el a 3D-nyomtatásra alkalmas betonanyagra vonatkozó termékfejlesztő tevékenységét hazai és nemzetközi ipari partnerek bevonásával. A termékfejlesztő kutatómunka során olyan összetételű beton kidolgozása a cél, amely hazai folyami homok adalékanyagra, hazai gyártású nagy szilárdságú cement kötőanyagra, hazai beszerzésű adalékokra és vegyi adalékszerekre épül. A kutatás során a betonösszetételre irányuló fejlesztéseken kívül vizsgáljuk a 3D-nyomtatási technológiával előállított betonok speciális mechanikai tulajdonságait, valamint a 3D fémnyomtatási technológiákkal való kombinálási lehetőségeket.