MWCNT менен бекемделген өзүн-өзү сезүүчү үч компоненттүү реставрациялык эритме — гидратталган акиташ, ак цемент жана метакаолинден турган реставрациялык эритмеге көп дубалдуу көмүртек нанотүтүкчөлөрүн (Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWCNTs) кошуу аркылуу электр өткөрүмдүүлүк жана пьезорезистивдүү мониторинг функциясы берилген эритме системасы. Бул изилдөөдө аталган эритме, ичине орнотулган электроддорду жана электр каршылыгын өлчөөнү колдонгон Курулуштун Саламаттыгын Мониторингдөө (Structural Health Monitoring, SHM) системасы менен бирге, салттуу үч компоненттүү реставрациялык эритме жана мезгил-мезгили менен жүргүзүлгөн визуалдык текшерүү ыкмасы менен экономикалык жана экологиялык жактан салыштырылган.

Кейс-изилдөө Грециянын Хиос аралындагы “Korais” Элдик китепканасынын короосунда жайгашкан, 19-кылымга таандык болжол менен 24 m² өлчөмүндөгү тарыхый таш кыш дубалды камтыйт. Салттуу жана нано-бекемделген эритмелер ошол эле дубалдын бузулуу деңгээли окшош болгон өзүнчө 4 m² талаа бөлүктөрүнө физикалык түрдө колдонулган. Ал эми экономикалык жана экологиялык салыштыруу бүтүндөй 24 m² дубалды камтыган 30 жылдык перспективдүү баалоо модели аркылуу жүргүзүлгөн.

Салттуу стратегия салттуу эритмени беш мезгилдүү талаа текшерүүсү менен айкалыштырат. Нано-бекемделген стратегия болсо %0,15 MWCNT камтыган эритмени, 16 ичке орнотулган электроддон турган сегиз өлчөө жубун, Arduino Nano ESP32 негизиндеги электр каршылыгын өлчөөнү, зымсыз маалымат өткөрүүнү, 30 W фотоэлектрдик кубат булагын жана эки пландалган талаалык текшерүү сапарын айкалыштырат.

Нано-бекемделген ыкманын баштапкы колдонуу наркы €6756,74 болуп, салттуу ыкманын €5889,86 маанисинен %14,72 жогору. Отуз жылдык мониторинг чыгымдары кошулганда келечектеги реставрацияга чейинки жалпы чыгымдар тиешелүүлүгүнө жараша €8017,43 жана €6205,73 болуп, нано-бекемделген стратегия бул этапта %29,19 кымбатыраак.

Бирок изилдөөчүлөрдүн инженердик баалоосу менен аныкталган келечектеги кийлигишүү үлүштөрү моделге колдонулганда, нано-бекемделген стратегиянын эсептелген 30 жылдык жашоо циклинин наркы күтүлгөн, оптимисттик жана пессимисттик сценарийлерде салттуу стратегиядан тиешелүүлүгүнө жараша %11,25, %16,63 жана %9,58 төмөн чыккан. Бул жыйынтык MWCNT эритмеси көбүрөөк бышык экенин эксперимент аркылуу далилдебейт; ал нано-бекемделген сценарийде SHM маалыматы келечектеги кийлигишүүнү көбүрөөк максаттуу жүргүзүүгө мүмкүндүк берет деген божомолдун экономикалык натыйжасы.

Монте-Карло белгисиздик анализинде 1.000.000 жупташтырылган симуляция жүргүзүлгөн. Нано-бекемделген стратегиянын 30 жылдык медианалык наркы €13.891,23, салттуу стратегиянын медианалык наркы €15.784,77 болуп, жупташтырылган чыгым айырмасынын медианасы −€1887,55 болгон. Бирок айырманын %95 белгисиздик аралыгы −€4381,57 менен +€483,62 ортосунда болгондуктан нөлдү кесип өтөт. Ошондуктан изилдөө нано-бекемделген стратегия үчүн шартсыз экономикалык артыкчылыкты көрсөтпөйт.

Экологиялык баалоодо SHM жабдуусунун скрининг деңгээлиндеги көмүртек изи да кошулганда, келечектеги реставрациялык кийлигишүү эсепке алынганга чейин нано-бекемделген стратегиянын жалпы климаттын өзгөрүшүнө таасири 103,87 kg CO₂ эквиваленти, ал эми салттуу ыкманыкы 98,15 kg CO₂ эквиваленти болгон. Нано-бекемделген стратегия бул базалык абалда %5,83 жогору климаттык таасирге ээ. Төмөнүрөөк эсептелген климаттык таасир болжолдонгон келечектеги кийлигишүү үлүштөрү колдонулгандан кийин гана пайда болот.

Тарыхый таш кыш курулуштарын реставрациялоодогу көйгөй эмнеде?

Тарыхый таш кыш курулуштарын сактоо бузулган тигиштерди жаңы эритме менен толтуруудан гана турбайт. Колдонулган реставрациялык материал тарыхый негиз менен механикалык жана гигротермалдык жактан шайкеш болушу, түпкү материалга керексиз күч келтирбеши жана келечектеги тейлөө процессин да колдоого тийиш.

Изилдөөдө каралган дубалда тигиштердин бузулушу, жергиликтүү жаракалар, материалдын жоголушу, биологиялык өсүү жана мурунку кийлигишүүлөрдүн издери бар. Дубал жергиликтүү келип чыккан туура эмес формадагы табигый таштардан турат жана түпкү таштар топурак негизиндеги эритме менен бириктирилген.

Акиташ же акиташка бай реставрациялык эритмелер тарыхый дубалдарда цементке бай заманбап эритмелерге салыштырмалуу жалпысынан шайкеширээк деп эсептелет. Мунун себеби механикалык бекемдик гана эмес, тарыхый дубалдын узак мөөнөттүү жүрүм-турумуна таасир этүүчү көзөнөктүүлүк жана ным өткөрүү сыяктуу касиеттер.

Өзүн-Өзү Сезүүчү MWCNT Эритмеси Кантип Иштейт?

MWCNT менен бекемделген эритме эритме матрицасында электр өткөрүүчү жолдорду түзгөн көп дубалдуу көмүртек нанотүтүкчөлөрүн камтыйт. Механикалык деформация, жараканын башталышы же жараканын өнүгүшү бул өткөрүүчү тармактын электр каршылыгын өзгөртө алгандыктан, ичке орнотулган электроддор аркылуу жүргүзүлгөн каршылык өлчөөсү материалдын механикалык абалындагы өзгөрүүлөр тууралуу мониторинг сигналы бере алат.

Эки реставрация стратегиясы

Эритмелердин негизги курамы

Эки эритме тең бирдей негизги байланыштыруу матрицасын колдонот. Жалгыз негизги материалдык айырма — Сценарий B ге MWCNT кошулушу.

Байланыштыргыч система салмак боюнча %35 гидратталган акиташ + %35 ак цемент + %30 метакаолин болуп даярдалган. Байланыштыргыч/кум катышы салмак боюнча 1:3, суу/байланыштыргыч катышы болсо 0,55. Нано-бекемделген эритмеде Nanocyl NC7000™ MWCNT өлчөмү байланыштыргыч массасынын %0,15-и катары белгиленген.

Суулуу MWCNT кошулмасынын курамындагы суу жалпы аралаштыруу суусуна кошулгандыктан, эки эритменин жалпы суу/байланыштыргыч катышы бирдей сакталган.

24 m² дубал үчүн болжол менен 200 kg эритме көлөмү кантип аныкталган?

Изилдөө 24 m² дубал бетинин болжол менен %20 бөлүгү тигиштерди жаңылоону же жергиликтүү эритмени алмаштырууну талап кылат деп болжолдогон. Бул үлүш 4,80 m² кийлигишүү аянтына туура келет.

Орточо оңдоо тереңдиги 20 mm деп алынып, эритменин көлөмү:

4,80 m² × 0,020 m = 0,096 m³

деп эсептелген. Жаңы эритменин тыгыздыгы 1900 kg/m³ деп кабыл алынганда таза эритме муктаждыгы:

0,096 m³ × 1900 kg/m³ = 182,4 kg

болот. Даярдоо жана колдонуу жоготуулары үчүн %10 кошумча үлүш кошулганда болжол менен 200 kg эталондук эритме партиясы алынган. Бул маани бүтүндөй 24 m² дубал бетине нормалдаштырылганда болжол менен 8,3 kg/m² ге туура келет.

Чыныгы талаа колдонмосунун камтуусу

Эки эритме тең ошол эле тарыхый дубалдын өзүнчө 4 m² бөлүктөрүнө колдонулган. Аянттар кийлигишүүгө чейинки абалды баалоо боюнча окшош бузулуу деңгээлин чагылдыргыдай тандалган.

Бул талаа колдонмосу эритмелердин чыныгы тарыхый таш кыш конструкциясында колдонулушу мүмкүн экенин көрсөтөт. Бирок 30 жылдык экономикалык жана экологиялык натыйжалар 30 жылдык физикалык талаа байкоосунан алынган дегенди билдирбейт. Узак мөөнөттүү натыйжалар перспективдүү моделдөөгө жана сценарий божомолдорунa негизделген.

SHM системасы кантип орнотулган?

Нано-бекемделген 4 m² талаа бөлүгүндөгү тандалган критикалык тигиштерге болжол менен 2,5–3 cm тереңдикте 16 металл электрод жайгаштырылып, алар сегиз көз карандысыз электрод жубун түзгөн. Критикалык чекиттер кийлигишүүгө чейинки инженердик баалоого ылайык тандалган.

24 m² перспективдүү бүт-дубал баалоосунда ошол эле сегиз чекиттүү максаттуу мониторинг түзүлүшү модель божомолу катары сакталган. Ошондуктан система бүт дубалды бирдей мейкиндик тыгыздыгында сезген сенсор тармагы эмес.

SHM маалымат жана энергия агымы

Электр каршылыгы эки зонддуу чыңалуу бөлгүч түзүлүшү менен жана 3,3 V DC шартында өлчөнгөн. Ар бир өлчөө каналында көзөмөлдөнгөн каршылыкка окшош чоңдуктагы туруктуу эталондук каршылык бар.

Чыңалуу бөлгүч системасы белгилүү каршылыктар менен стендде текшерилип, четтөөлөр %1 ден төмөн экени билдирилген. Кубат чынжырында LM2596 DC чыңалуу өзгөрткүчү колдонулган.

Температура жана салыштырмалуу нымдуулук электр каршылыгы менен бир убакта катталган. Бирок изилдөөнүн алкагында талаа калибрлөөсүнө негизделген сандык экологиялык түзөтүү функциясы түзүлгөн эмес. Ошондуктан каршылык сигналдары сандык зыян индекси катары эмес, көзөмөлдөнгөн аймактардагы электрдик өзгөрүүлөрдүн сапаттык көрсөткүчтөрү катары бааланган.

Баштапкы өлчөөлөрдүн болжол менен 10–15 мүнөттө туруктуу абалга келиши күтүлүп, ар бир жайгашуу үчүн туруктуу маани \(R_0\) базалык каршылык катары колдонулган. Өлчөө күн сайын эртең менен жүргүзүлгөн 60 мүнөттүк маалымат чогултуу мезгилинде аткарылган; бул убакыт аралыгы фотоэлектрдик кубат булагынын иштөө мезгили менен байланышкан.

Системанын чеги жана функционалдык бирдик

Экономикалык жана экологиялык баалоодо функционалдык бирдик:

“24 m² өлчөмүндөгү тарыхый таш кыш дубалды реставрациялоо, 30 жыл бою мониторингдөө/баалоо жана 30-жылдын аягында келечектеги реставрация муктаждыгын эсепке алуу”

деп аныкталган.

Системанын чеги даярдоо, баштапкы колдонуу, 30 жылдык мониторинг/текшерүү жана 30-жылдагы болжолдонгон келечектеги реставрациялык кийлигишүүнү камтыйт. 30 жылдан кийинки иш-аракеттер моделдин сыртына чыгарылган.

Келечектеги реставрация үлүштөрү

Бул үлүштөр 30 жылдан кийин чындап өлчөнгөн бузулуу үлүштөрү эмес. Булак аларды кийлигишүүгө чейинки абалды баалоого, жарыяланган пайыздык зыян класстарына жана долбоордун курулуш инженери тарабынан берилген кесиптик баага негизделген инженердик маалыматы бар сценарий параметрлери катары аныктайт.

Сценарий B деги төмөнүрөөк үлүштөр электрдик мониторинг маалыматы реставрацияны көбүрөөк максатталган аймактарга багыттоого жардам бере алат деген божомолду билдирет. Бул үлүштөр MWCNT эритмеси физикалык жактан жайыраак бузуларын көрсөткөн эксперименттик натыйжалар эмес.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Ишмердүүлүккө Негизделген Чыгымдоо ыкмасы

Экономикалык баалоо Activity-Based Costing (ABC) ыкмасы менен жүргүзүлгөн. Даярдоо, колдонуу жана мониторинг этаптарындагы иш-аракеттер эмгек, материал, керектөө материалдары, энергия, транспорт жана жабдуу колдонуу менен байланышкан.

Жалпы баштапкы колдонуу наркы

Булак жалпы колдонуу наркын:

\[ TMC = EC + MC + LC \tag{1} \]

деп аныктайт.

Бул жерде \(TMC\) жалпы колдонуу наркын, \(EC\) энергия чыгымын, \(MC\) материал жана байланышкан жабдуу/керектөө чыгымдарын, \(LC\) болсо эмгек чыгымын билдирет.

Энергия чыгымы

\[ EC=\sum_{i=1}^{n}\left(ICPR_i\cdot PCPR_i\cdot TPR_i\right)\cdot CE \tag{2} \]

\(ICPR_i\) жабдуунун орнотулган кубаты; \(PCPR_i\) иштөө кубаттуулук коэффициенти; \(TPR_i\) иштөө убактысы; \(CE\) электр энергиясынын бирдиктик баасы. Изилдөөдө механикалык аралаштыргычтын кубаты 0,55 kW жана аралаштыруу убактысы 20 мүнөт катары колдонулган.

Материал чыгымы

\[ MC=C_{pr}+C_{appl}+C_{mon}+DC \tag{3} \]

\(C_{pr}\) даярдоо, \(C_{appl}\) колдонуу, \(C_{mon}\) мониторинг менен байланышкан материал жана керектөө чыгымдарын; \(DC\) болсо жабдуунун амортизациясын билдирет.

Этап боюнча материал чыгымы:

\[ C_i=\sum_j\left(W_{ij}\cdot P_{ij}\right)+TC_{cons,i} \tag{3a} \]

түрүндө эсептелген. \(W_{ij}\) этап \(i\) де колдонулган материал \(j\) нин көлөмү; \(P_{ij}\) бирдиктик сатып алуу баасы; \(TC_{cons,i}\) болсо тиешелүү этаптын жалпы керектөө материалдарынын чыгымы.

Жабдуунун амортизациясы

\[ DC= TC_{equip,pr}\left(\frac{TUH_{pr}}{TLH_{pr}}\right) + TC_{equip,appl}\left(\frac{TUH_{appl}}{TLH_{appl}}\right) \tag{3b} \]

Бул жерде \(TC_{equip}\) жабдуунун сатып алуу баасын, \(TUH\) тиешелүү иште колдонулган убакытты жана \(TLH\) жабдуунун жалпы кызмат мөөнөтүн билдирет. Амортизация даярдоо жана колдонуу куралдарына гана колдонулган; SHM системасынын пландалган бөлүк алмаштыруулары түздөн-түз мониторинг чыгымы катары бааланган.

Эмгек чыгымы

\[ LC=LC_{pr}+LC_{appl}+LC_{mon} \tag{4a} \]

жана кеңири түрдө:

\[ \begin{aligned} LC=&(ENGH_{pr}\cdot ENGHT_{pr}+STH_{pr}\cdot STHT_{pr})\\ &+(ENGH_{appl}\cdot ENGHT_{appl}+STH_{appl}\cdot STHT_{appl})\\ &+(ENGH_{mon}\cdot ENGHT_{mon}+STH_{mon}\cdot STHT_{mon}) \end{aligned} \tag{4b} \]

түрүндө. \(ENGH\) жана \(STH\) инженер менен квалификациялуу техниктин иш сааттарын; \(ENGHT\) жана \(STHT\) тиешелүү сааттык эмгек акыларын билдирет.

Булактын чыгым моделинде инженердин акысы €10/саат, техниктин акысы €6/саат, электр баасы €0,20/kWh жана күйүүчү май баасы €1,50/L деп алынган.

Эритме жана SHM чыгым кириштери

Баштапкы SHM жабдуусунун наркы €274,54. Arduino Nano ESP32 менен сигнал жана кубат кабелдери 10 жана 20-жылдары пландуу түрдө алмаштырылган. Учурдагы баа менен ар бир алмаштыруу €103,53 болуп, %2,15 жылдык инфляция колдонулганда 10-жылы €128,07 жана 20-жылы €158,43 деп моделденген.

Жашоо циклинин наркы

Мониторинг жана келечектеги реставрация чыгымдары инфляция менен келечекке жылдырылган формула:

\[ LCC= \sum_{t=1}^{n} MonitoringCost_t(1+\pi)^t + Ratio\cdot ImplementationCost\cdot(1+\pi)^{t_{impl}} \tag{5} \]

түрүндө. \(\pi\) жылдык инфляция деңгээлин, \(Ratio\) келечекте кийлигишиле турган дубал үлүшүн, \(t_{impl}\) болсо келечектеги реставрация жүргүзүлө турган жылды билдирет.

Баштапкы колдонуу наркы кошулганда жалпы жашоо циклинин наркы:

\[ TC= ImplementationCost_0+ \sum_{t=1}^{n} MonitoringCost_t(1+\pi)^t + Ratio\cdot ImplementationCost\cdot(1+\pi)^{t_{impl}} \tag{6} \]

деп эсептелген.

Изилдөө %2,15 жылдык инфляция деңгээлин Грециянын 2002–2024-жылдардагы орточо жылдык инфляциясынан чыгарган. Келечектеги реставрация 30-жылдын аягында моделденген жана 30 жыл ичинде аралык реставрация циклдери кошулган эмес.

Салмакталган чечим-колдоо салыштыруусу

Күтүлгөн сценарийге %50, оптимисттик жана пессимисттик сценарийлерге ар бирине %25 салмак берилген:

\[ Expected\ Savings=\sum_i w_i\cdot CostDifference_i \tag{7} \]

Бул салмактар келечектеги абалдардын статистикалык ыктымалдыктары эмес. Булак аларды чечим колдоо максатында гана борбордук күтүлгөн абалдын айланасындагы симметриялуу оң жана терс альтернативалар катары колдонгон.

Баштапкы колдонуу жана мониторинг чыгымдары

Салттуу стратегиянын мониторинг чыгымы 5 талаа текшерүүсүнөн турат. Нано-бекемделген стратегияда маалымат өткөрүү, эки талаа текшерүү сапары жана пландалган SHM компоненттерин алмаштыруу бирге эсепке алынган. Нано стратегияда маалымат өткөрүүнүн өзү гана жалпы €848,56 түзөт.

30 жылдык сценарий чыгымдары

Салмакталган детерминисттик салыштырууда 30 жылдык чыгым салттуу стратегия үчүн €15.822,18, нано-бекемделген стратегия үчүн €13.933,05 болгон. Салмакталган айырма −€1889,14, башкача айтканда нано стратегиянын пайдасына %11,94.

Бирок бул салмакталган натыйжа статистикалык түрдө божомолдонгон “күтүлгөн чыгым” эмес. Колдонулган %50/%25/%25 салмактар чечим колдоо үчүн изилдөөчүлөр тарабынан тандалган.

Монте-Карло Анализи Нано-Бекемделген Стратегия Сөзсүз Арзаныраак Экенин Көрсөтөбү?

Жок. Монте-Карло натыйжаларында нано-бекемделген стратегия симуляциялардын көпчүлүгүндө төмөнүрөөк чыгым жаратса да, эки стратегиянын ортосундагы жупташтырылган чыгым айырмасынын %95 белгисиздик аралыгы нөлдү кесип өткөндүктөн, изилдөө бардык моделденген белгисиздик диапазонунда шартсыз экономикалык артыкчылыкты көрсөтө албайт.

Монте-Карло белгисиздик анализи

Оптимисттик, күтүлгөн жана пессимисттик детерминисттик 30 жылдык чыгымдар ар бир стратегия үчүн тиешелүүлүгүнө жараша үч бурчтук бөлүштүрүүнүн төмөнкү чеги, модасы жана жогорку чеги катары колдонулган. Python 3.11 менен 1.000.000 жупташтырылган симуляция жүргүзүлгөн.

Ар бир итерацияда эки стратегия үчүн өзүнчө 30 жылдык чыгым үлгүсү алынган жана:

MWCNT + SHM чыгымы − Салттуу чыгым

айырмасы эсептелген. Терс маани нано-бекемделген стратегиянын арзаныраак экенин билдирет.

Симуляциялардын %93,59 ында нано-бекемделген ыкма төмөнүрөөк 30 жылдык чыгым жараткан. Бирок айырма бөлүштүрүүнүн жогорку %2,5 чеги +€483,62 ге жеткендиктен, айрым модель комбинацияларында салттуу стратегия арзаныраак болот.

Жашоо Циклин Баалоо кантип жүргүзүлгөн?

Экологиялык баалоо LCA for Experts® 10.9.8.16 программасында ISO 14040:2006 жана ISO 14044:2006 принциптеринин алкагында жүргүзүлгөн. Таасирди баалоодо Европа Комиссиясынын Environmental Footprint 3.2 (EF 3.2) ыкмасы колдонулган.

Жашоо Циклинин Инвентаризациясы эритме формулаларын, материал көлөмдөрүн, ташууну, аралаштырууну, талаа сапарларын жана келечектеги кийлигишүү үлүштөрүнө байланыштуу баштапкы изилдөө маалыматтарын камтыйт. Материал өндүрүү, электр энергиясы жана автомобиль транспорту сыяктуу фондук процесстер LCA for Experts маалымат базалары менен моделденген.

MWCNT экологиялык инвентаризациясы кантип көрсөтүлгөн?

Колдонулган MWCNT үчүн Sphera маалымат базасында продуктка мүнөздүү жашоо циклинин инвентаризациясы жок болгондуктан, климаттын өзгөрүшүнө кошкон салымы адабиятта өнөр жай масштабындагы салттуу каталитикалык химиялык буу чөктүрүү (CVD) өндүрүш процессин чагылдырган proxy аркылуу эсептелген.

Башка EF 3.2 категорияларында эң жакын техникалык өкүлчүлүк маалымат топтомдору колдонулган. Бул жагдай айрыкча нано-материалга мүнөздүү экологиялык натыйжалар продуктка атайын толук инвентаризация эмес экенин көрсөткөн маанилүү модель чектөөсү.

Транспорт божомолу

Материалдар курулуш аянтына камсыздоо пунктунан 60 km барып-келүү жол транспорту менен ташылган деп болжолдонгон. Талаа сапарлары Euro 5 дизель минивени менен, 6,0 L/100 km күйүүчү май керектөөсү боюнча моделденген.

Ар бир 60 km сапар үчүн болжол менен 3,6 L дизель жана 12,7 kg CO₂ эквиваленти климаттык таасир эсептелген. Ошентип, беш салттуу талаа сапары 63,30 kg CO₂ эквиваленти, эки нано-стратегия текшерүү сапары болсо 25,30 kg CO₂ эквиваленти түзгөн.

Бул 60 km божомолу өндүрүш өлкөлөрүнөн же эл аралык бөлүштүрүү борборлорунан келген бүтүндөй камсыздоо чынжырын чагылдырбайт.

SHM жабдуусунун климаттын өзгөрүшүнө болгон жүгү

SHM жабдуусунун климаттык таасири баштапкы орнотууда 28,73 kg CO₂ эквиваленти, 10 жана 20-жылдардагы пландалган алмаштырууларды кошкондо 30 жылда 41,42 kg CO₂ эквиваленти.

Бул жабдуу инвентаризациясы сандык түрдө климаттын өзгөрүшү категориясына гана кошула алган. Электрондук компоненттердин кеңири курамы жана өндүрүш маалыматы жетишсиз болгондуктан, SHM жабдуусунун кычкылдануу, экотоксикалуулук, металл/минерал ресурстарын колдонуу сыяктуу башка EF 3.2 категорияларына кошкон салымы эсептелген эмес.

SHM Жабдуусу Кошулганда Нано-Стратегиянын Көмүртек Таасири Башында Төмөнүрөөкпү?

Жок. Келечектеги реставрациялык кийлигишүү моделге кошулганга чейин, SHM жабдуусу жана MWCNT кошулмасы эсепке алынганда нано-бекемделген стратегиянын жалпы климаттын өзгөрүшүнө таасири 103,87 kg CO₂ эквиваленти, салттуу стратегияныкы болсо 98,15 kg CO₂ эквиваленти; нано стратегия базалык абалда %5,83 жогору.

Базалык экологиялык натыйжалар

Нано-бекемделген ыкма учурдагы инвентаризацияда көп категорияда төмөнүрөөк маани көрсөткөнүнө карабастан, жалпы климаттын өзгөрүшү, иондоштуруучу нурлануу, озондун азайышы, бөлүкчө заттар жана айрым уулуулук субкатегорияларында жогорураак маанилер алынган.

Андан да маанилүүсү, SHM жабдуусу климаттын өзгөрүшүнөн башка категорияларга толук кошула албагандыктан, бул категорияларды нано-бекемделген системанын толук экологиялык профили катары чечмелөөгө болбойт.

Климаттын өзгөрүшү жүгүнүн жашоо цикли этаптары

Бул бөлүштүрүү маанилүү натыйжаны көрсөтөт: нано стратегия талаа сапарларын бештен экиге азайтып транспорттон келген жүктү төмөндөтөт; бирок SHM электрондук жабдуусунун 41,42 kg CO₂ эквиваленти болгон 30 жылдык жүгү кошулганда бул артыкчылык базалык жалпы көрсөткүчтө тескерисине айланат.

Келечектеги кийлигишүү кошулганда климаттык натыйжалар

Нано стратегиянын климаттын өзгөрүшүнө таасири Сценарий B үчүн келечектеги реставрация аянттары кичирээк болгон учурда гана салттуу стратегиядан төмөндөйт. Булак бул натыйжаны MWCNT эритмеси “табиятынан азыраак көмүртектүү” же “көбүрөөк бышык” экенинин далили катары чечмелебейт.

Бөлүкчө заттар мисалы эмне үчүн маанилүү?

Изилдөө көп категориялуу экологиялык чечмелөөнү талап кыларын көрсөткөн маанилүү мисалдардын бири — бөлүкчө заттар. Нано-бекемделген стратегиянын бөлүкчө заттар таасири базалык абалда %3,29 жогору, күтүлгөн кийлигишүү сценарийинде %7,79 жогору жана пессимисттик сценарийде %10,71 жогору. Оптимисттик сценарийде болсо эки ыкма дээрлик бирдей болуп, нано стратегия болжол менен %0,22 төмөн маани көрсөтөт.

Ошондуктан CO₂ эквивалентине гана таянып “экологиялык жактан жакшыраак” деген жыйынтык чыгаруу изилдөөнүн бардык экологиялык натыйжаларын билдирбейт.

Карбонатташуу эмне үчүн моделге кошулган эмес?

Акиташ камтыган эритмелерде атмосфералык CO₂ убакыттын өтүшү менен карбонатташуу аркылуу байланышы жашоо циклинин жалпы көмүртек балансына таасир этиши мүмкүн. Бирок карбонатташуу ылдамдыгы жана көлөмү байланыштыргыч курамына, көзөнөк түзүлүшүнө, нымдуулукка, айлана-чөйрө шарттарына жана CO₂ жеткиликтүүлүгүнө көз каранды.

Бул изилдөө атайын эритме формулалары үчүн узак мөөнөттүү карбонатташуу маалыматына ээ болбогондуктан, эч кандай CO₂ кайра сиңирүү кредити колдонулган эмес. Ошондуктан билдирилген климаттык маанилер аныкталган инвентаризация процесстерин гана чагылдырат.

Тарыхый дубал менен узак мөөнөттүү шайкештик текшерилгенби?

Жок. Изилдөө MWCNT кошулмасынын көзөнөк түзүлүшүнө жана ным өткөрүүгө мүмкүн болгон таасирлерин тарыхый таш кыш курулуштары үчүн узак мөөнөттө өзүнчө изилдөө керектигин белгилейт.

Суу буусунун өткөрүмдүүлүгү, капиллярдык суу ташуу, кургатуу жүрүм-туруму жана туз ташуу/кристаллдашуу түздөн-түз өлчөнгөн эмес. MWCNT эритмеси менен түпкү топурак негизиндеги дубал эритмесинин ортосунда түз гигроскопиялык же туз шайкештиги салыштыруусу да жүргүзүлгөн эмес.

Бул параметрлер тарыхый курулуштарда өзгөчө маанилүү; анткени шайкеш эмес оңдоо эритмеси нымды конструкциянын ичинде кармап калышы же туз кристаллдашуу зыянын түпкү тарыхый материалга жылдырышы мүмкүн.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• MWCNT кошулган үч компоненттүү реставрациялык эритме чыныгы тарыхый дубалдын 4 m² бөлүгүндө ичке орнотулган электроддор менен талаа масштабында колдонулган.
• Электр каршылыгына негизделген максаттуу SHM системасы сегиз критикалык чекитте мониторинг сигналы бере тургандай орнотулган.
• Нано-бекемделген стратегиянын баштапкы колдонуу жана 30 жылдык мониторинг чыгымдары салттуу стратегиядан жогору.
• Болжолдонгон келечектеги кичирээк кийлигишүү үлүштөрү колдонулганда нано стратегия үч детерминисттик сценарийде төмөнүрөөк эсептелген 30 жылдык чыгым берет.
• Монте-Карло моделинде нано стратегиянын төмөнүрөөк чыгым бериши үстөм натыйжа; бирок жупташтырылган чыгым айырмасынын %95 белгисиздик аралыгы нөлдү кесип өтөт.
• SHM жабдуусу кошулганда нано стратегиянын базалык жалпы климаттын өзгөрүшүнө таасири салттуу стратегиядан %5,83 жогору.
• Нано стратегиянын төмөнүрөөк климаттык таасири келечектеги кичирээк кийлигишүү үлүштөрү колдонулгандан кийин гана пайда болот.
• Экологиялык натыйжалар таасир категориясына жараша өзгөрөт; бир гана көмүртек метрикасы бардык экологиялык натыйжалуулукту чагылдырбайт.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• MWCNT эритмеси салттуу эритмеден 30 жыл көбүрөөк бышык экени далилденген эмес.
• SHM системасы физикалык бузулууну түздөн-түз азайтары көрсөтүлгөн эмес.
• Электр каршылыгынын чектери менен чыныгы зыян деңгээлинин ортосунда тастыкталган сандык чектик байланыш түзүлгөн эмес.
• Каршылык өлчөөлөрү сандык зыян индекси катары калибрленген эмес.
• Сценарий B үчүн %25–60 аралыгындагы келечектеги кийлигишүү үлүштөрү талаа байкоосунан алынган 30 жылдык бузулуу үлүштөрү эмес.
• Нано стратегия бардык экологиялык таасир категорияларында артык экени көрсөтүлгөн эмес.
• SHM жабдуусу үчүн климаттын өзгөрүшүнөн башка бардык EF 3.2 категорияларында толук жашоо циклинин инвентаризациясы түзүлгөн эмес.
• MWCNT эритмесинин түпкү тарыхый дубал менен узак мөөнөттүү ным жана туз шайкештиги али далилденген эмес.
• Бул жалгыз кейс-изилдөөнүн чыгымдарын башка өлкөлөргө, эмгек акы деңгээлдерине, аралыктарга же тарыхый курулуштарга түз жалпылоого болбойт.

Изилдөөнүн негизги чектөөлөрү

Перспективдүү 30 жылдык түзүлүш: Узак мөөнөттүү натыйжалар чыныгы 30 жылдык талаа байкоолору эмес, экономикалык жана экологиялык модель натыйжалары.

Келечектеги кийлигишүү үлүштөрү: Сценарий A жана B үчүн ар башка үлүштөр инженердик маалыматы бар божомолдор болуп, натыйжаларга күчтүү таасир этет.

SHM калибрлөөсү: Электр каршылыгы үчүн температура жана нымдуулукка карата сандык талаа түзөтүүсү же зыян чегинин калибрлөөсү жүргүзүлгөн эмес.

Мейкиндиктик камтуу айырмасы: Визуалдык текшерүү бүт дубалды мезгилдүү бааласа, SHM сегиз тандалган критикалык чекиттен үзгүлтүксүз/кайталанган маалымат берет. Эки ыкма бир эле маалымат түрүн чыгарбайт.

Электроника LCA маалыматы: SHM жабдуусунун климаттын өзгөрүшүнө таасири гана скрининг деңгээлинде моделге кошулган.

MWCNT proxy маалыматы: Колдонулган нано-материалга мүнөздүү толук LCI жок болгондуктан, өндүрүш үчүн өкүлчүлүк CVD маалыматы колдонулган.

Ным жана туз шайкештиги: Узак мөөнөттүү суу буусу, капиллярдуулук, кургатуу жана туз кристаллдашуу жүрүм-турумдары эксперимент аркылуу тастыкталган эмес.

Карбонатташуу: Эритме тарабынан узак мөөнөттүү CO₂ сиңирүү үчүн көмүртек кредити моделге кошулган эмес.

Келечектеги изилдөө зарылдыгы

Авторлор мониторинг системасы чыныгы чечим колдоого айланышы үчүн электр каршылыгынын жооп реакциясы, чыныгы бузулуу абалы жана реставрация талап кылынган аянттын ортосунда узак мөөнөттүү талаа маалыматтарына негизделген сандык байланыштарды түзүү керектигин белгилешет.

Мындан тышкары, MWCNT эритмесинин тарыхый дубал менен суу буусунун өткөрүмдүүлүгү, капиллярдык ным ташуу, кургатуу, туз ташуу жана туз кристаллдашуу боюнча узак мөөнөттүү шайкештигин текшерүү; SHM инфраструктурасы үчүн бардык EF 3.2 экологиялык категорияларында кеңири жашоо циклинин инвентаризацияларын түзүү зарыл.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпкү изилдөө: Prospective Life-Cycle Cost and Environmental Assessment of MWCNT-Reinforced Self-Sensing Ternary Mortar for Historic Masonry Restoration: A Field Case Study

Авторлор: Evangelos Vasileiou; Lydia-Chara Pavlopoulou; Vasileios D. Prokopiou; Ilona Lazaridou; Vasileios Zeimpekis; George Maistros; Zoi S. Metaxa; Nikolaos D. Alexopoulos.

Corresponding author: Nikolaos D. Alexopoulos.

Corresponding author электрондук почтасы: nalexop@aegean.gr

Аффилиациялар: Research Unit of Advanced Materials, Department of Financial and Management Engineering, School of Engineering, University of the Aegean, Chios, Greece; Department of Accounting and Finance, Hellenic Mediterranean University, Heraklion, Greece; Hephaestus Laboratory, School of Chemistry, Democritus University of Thrace, Kavala, Greece.

Журнал: Sustainability.

Басмакана: MDPI, Basel, Switzerland.

Том / сан / макала номери: Volume 18, Issue 19, Article 10216.

DOI: 10.3390/su181910216.

Жөнөтүлгөн: 9 июль 2026.

Ревизия: 29 сентябрь 2026.

Кабыл алынган: 6 октябрь 2026.

Жарыяланган: 8 октябрь 2026.

Булак түрү: Рецензияланган изилдөө макаласы; чыныгы тарыхый дубалдагы талаа колдонмосун перспективдүү 30 жылдык жашоо циклинин чыгым жана экологиялык баалоо модели менен айкалыштырган кейс-изилдөө.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Расмий шилтеме: https://doi.org/10.3390/su181910216

Функционалдык бирдик: 24 m² тарыхый таш кыш дубал, 30 жылдык эталондук мезгил.

Чыныгы талаа колдонмосу: Салттуу жана нано-бекемделген эритме үчүн ошол эле дубалда өзүнчө 4 m² аянттар.

Экономикалык ыкма: Activity-Based Costing жана 30 жылдык Life-Cycle Cost модели.

Экологиялык ыкма: LCA for Experts® 10.9.8.16; ISO 14040:2006 жана ISO 14044:2006 алкагы; Environmental Footprint 3.2.

Белгисиздик ыкмасы: Оптимисттик, күтүлгөн жана пессимисттик чыгымдарды үч бурчтук бөлүштүрүүнүн чеги/модасы катары колдонгон 1.000.000 жупташтырылган Монте-Карло симуляциясы; Python 3.11.

Каржылоо: “Interregional Digital Transformation for Culture and Tourism in Aegean Archipelagos” e-Infrastructure долбоору (MIS 5047046); “Regional Excellence” аракетинин алкагында Европа Аймактык Өнүктүрүү Фонду жана Греция мамлекети тарабынан биргелешип каржыланган.

Этика комитети: Колдонулбайт.

Маалымдалган макулдук: Колдонулбайт.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Маалыматтар негиздүү өтүнүч боюнча corresponding author дан алынышы мүмкүн. Долбоорго мүнөздүү чыгым божомолдорун, реставрациялык кийлигишүү параметрлерин жана LCA модель кириштерин камтыгандыктан жалпыга ачык эмес.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен.

Автордук салымдар: Концептуалдаштыруу E.V., L.-C.P., V.D.P. жана N.D.A.; ыкма E.V., L.-C.P., V.D.P., V.Z. жана N.D.A.; программалык камсыздоо V.D.P. жана I.L.; текшерүү E.V., L.-C.P., V.D.P., V.Z., Z.S.M. жана N.D.A.; формалдык анализ E.V., L.-C.P. жана V.D.P.; изилдөө E.V., L.-C.P., I.L., V.Z. жана G.M.; ресурстар N.D.A., Z.S.M. жана G.M.; маалыматтарды башкаруу E.V., L.-C.P., V.D.P. жана I.L.; алгачкы долбоор E.V., L.-C.P. жана V.D.P.; карап чыгуу/редакциялоо бардык авторлор; визуалдаштыруу V.D.P. жана I.L.; көзөмөл Z.S.M. жана N.D.A.; долбоорду башкаруу E.V. жана N.D.A.

Негизги илимий чечмелөө чеги: Эсептелген экономикалык жана экологиялык артыкчылыктар эки толук реставрация стратегиясынын салыштыруусу. Материал формуласы, мониторинг ыкмасы, талаа сапарынын жыштыгы, жабдууга муктаждык жана келечектеги кийлигишүү үлүштөрү бир убакта өзгөрөт. Ошондуктан изилдөө MWCNT кошулмасынын гана же SHM системасынын гана өз алдынча экономикалык/экологиялык таасирин бөлүп көрсөтпөйт.

Бышыктык чеги: Изилдөө MWCNT эритмеси узагыраак физикалык кызмат мөөнөтүнө ээ экенин эксперимент аркылуу көрсөткөн эмес. Өзүн-өзү сезүү жана физикалык бышыктык өзүнчө касиеттер.

SHM чеги: Каршылык сигналдары температура/нымдуулук үчүн талаада калибрленген сандык түзөтүүгө дуушар болгон эмес жана сандык зыян индексине айландырылган эмес.

Экологиялык система чеги: SHM жабдуусунун кеңири компонент инвентаризациясы климаттын өзгөрүшү үчүн гана скрининг деңгээлинде кошулган. Ошондуктан башка EF 3.2 натыйжалары monitoring-enabled системанын жарым-жартылай экологиялык профилдери болуп саналат.