Chokaa ya urejeshaji ya ternary inayojihisi yenye kuimarishwa kwa MWCNT ni mfumo wa chokaa ambao hupewa upitishaji wa umeme na uwezo wa ufuatiliaji wa piezoresistive kwa kuongeza nanotubu za kaboni zenye kuta nyingi (Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWCNTs) kwenye chokaa ya urejeshaji inayoundwa na chokaa iliyohidratiwa, saruji nyeupe na metakaolini. Katika utafiti huu, chokaa hiyo, pamoja na mfumo wa Ufuatiliaji wa Afya ya Muundo (Structural Health Monitoring, SHM) unaotumia elektrodi zilizopachikwa na kipimo cha upinzani wa umeme, ililinganishwa kiuchumi na kimazingira na chokaa ya kawaida ya urejeshaji ya ternary na mbinu ya ukaguzi wa kuona wa mara kwa mara.

Utafiti-kisa unahusu ukuta wa kihistoria wa mawe ya uashi wa karne ya 19 wenye ukubwa wa takribani 24 m², uliopo katika ua wa Maktaba ya Umma ya “Korais” kwenye Kisiwa cha Chios, Ugiriki. Chokaa ya kawaida na chokaa iliyoimarishwa kwa nano zilitumika kimwili kwenye sehemu tofauti za 4 m² za eneo la ukuta huo huo zilizo na kiwango kinachofanana cha uharibifu. Hata hivyo, ulinganisho wa kiuchumi na kimazingira ulifanywa kupitia mfano wa tathmini tarajiwa wa miaka 30 unaohusisha ukuta mzima wa 24 m².

Mkakati wa kawaida unaunganisha chokaa ya kawaida na ukaguzi wa eneo wa mara tano. Mkakati ulioimarishwa kwa nano unaunganisha chokaa yenye %0,15 MWCNT, jozi nane za vipimo zinazoundwa na elektrodi 16 zilizopachikwa, kipimo cha upinzani wa umeme kinachotegemea Arduino Nano ESP32, uhamishaji wa data bila waya, chanzo cha nguvu cha fotovoltaiki cha 30 W na ziara mbili za uthibitishaji wa eneo zilizopangwa.

Gharama ya awali ya utekelezaji wa mbinu iliyoimarishwa kwa nano ni €6756,74, ikiwa %14,72 juu kuliko thamani ya €5889,86 ya mbinu ya kawaida. Gharama za ufuatiliaji wa miaka thelathini zinapoongezwa, gharama jumla kabla ya urejeshaji wa baadaye zinakuwa €8017,43 na €6205,73 mtawalia; mkakati ulioimarishwa kwa nano ni ghali zaidi kwa %29,19 katika hatua hii.

Hata hivyo, viwango vya uingiliaji wa baadaye vilivyofafanuliwa kupitia tathmini ya kihandisi ya watafiti vinapotumika kwenye mfano, gharama ya mzunguko wa maisha wa miaka 30 iliyohesabiwa ya mkakati ulioimarishwa kwa nano huwa chini kuliko mkakati wa kawaida kwa %11,25, %16,63 na %9,58 katika hali inayotarajiwa, ya matumaini na ya tahadhari mtawalia. Matokeo haya si ushahidi wa majaribio kwamba chokaa ya MWCNT ni ya kudumu zaidi; ni matokeo ya kiuchumi ya dhana kwamba taarifa ya SHM katika hali ya nano inaweza kuruhusu uingiliaji wa baadaye ulioelekezwa zaidi.

Katika uchambuzi wa kutokuwa na uhakika wa Monte Carlo, simuleringi 1.000.000 zilizooanishwa zilifanywa. Gharama ya mediani ya miaka 30 ya mkakati ulioimarishwa kwa nano ilikuwa €13.891,23, huku gharama ya mediani ya mkakati wa kawaida ikiwa €15.784,77; mediani ya tofauti ya gharama iliyoanishwa ilikuwa −€1887,55. Hata hivyo, kwa kuwa kipindi cha kutokuwa na uhakika cha %95 cha tofauti kilikuwa kati ya −€4381,57 na +€483,62, kipindi hicho kinavuka sifuri. Kwa hiyo, utafiti hauonyeshi ubora wa kiuchumi usio na masharti kwa mkakati ulioimarishwa kwa nano.

Katika tathmini ya mazingira, baada ya kujumuisha alama ya kaboni ya kiwango cha uchunguzi ya vifaa vya SHM, athari jumla ya mabadiliko ya tabianchi ya mkakati ulioimarishwa kwa nano kabla ya kuhesabu uingiliaji wa urejeshaji wa baadaye ilikuwa 103,87 kg CO₂ sawa, huku ile ya mbinu ya kawaida ikiwa 98,15 kg CO₂ sawa. Mkakati ulioimarishwa kwa nano una athari ya tabianchi iliyo juu kwa %5,83 katika hali hii ya msingi. Athari ya tabianchi iliyohesabiwa kuwa ya chini zaidi hujitokeza tu baada ya kutumia viwango vinavyodhaniwa vya uingiliaji wa baadaye.

Tatizo ni nini katika urejeshaji wa miundo ya kihistoria ya uashi?

Uhifadhi wa miundo ya kihistoria ya uashi si kujaza tu viungo vilivyoharibika kwa chokaa mpya. Nyenzo ya urejeshaji inayotumiwa inapaswa kuendana na msingi wa kihistoria kimakanika na kihigrotermali, kutoipa nyenzo asilia msongo usio wa lazima, na pia kusaidia mchakato wa matengenezo wa baadaye.

Katika ukuta uliochunguzwa katika utafiti, kuna uharibifu wa viungo, nyufa za mahali, upotevu wa nyenzo, ukuaji wa kibayolojia na athari za uingiliaji wa zamani. Ukuta umeundwa kwa mawe ya asili yasiyo na umbo sawa ya asili ya eneo hilo, na mawe ya awali yameunganishwa kwa chokaa yenye msingi wa udongo.

Chokaa za urejeshaji zenye chokaa au zenye kiasi kikubwa cha chokaa kwa kawaida huzingatiwa kuwa zinaendana zaidi na kuta za kihistoria kuliko chokaa za kisasa zenye saruji nyingi. Sababu si nguvu ya kimakanika pekee, bali pia sifa kama upenyo wa vinyweleo na uhamishaji wa unyevu ambazo huathiri tabia ya muda mrefu ya ukuta wa kihistoria.

Chokaa ya MWCNT Inayojihisi Hufanyaje Kazi?

Chokaa iliyoimarishwa kwa MWCNT ina nanotubu za kaboni zenye kuta nyingi zinazounda njia za kupitisha umeme ndani ya matriksi ya chokaa. Kwa kuwa ubadiliko wa kimakanika, mwanzo wa ufa au kuendelea kwa ufa kunaweza kubadilisha upinzani wa umeme wa mtandao huu unaopitisha, kipimo cha upinzani kinachofanywa kupitia elektrodi zilizopachikwa kinaweza kutoa ishara ya ufuatiliaji kuhusu mabadiliko katika hali ya kimakanika ya nyenzo.

Mikakati miwili ya urejeshaji

Muundo mkuu wa chokaa

Chokaa zote mbili hutumia matriksi ileile ya msingi ya kiunganishi. Tofauti pekee kuu ya nyenzo ni kuongezwa kwa MWCNT katika Hali B.

Mfumo wa kiunganishi uliandaliwa kwa uzito kama %35 chokaa iliyohidratiwa + %35 saruji nyeupe + %30 metakaolini. Uwiano wa kiunganishi/mchanga kwa uzito ni 1:3, na uwiano wa maji/kiunganishi ni 0,55. Katika chokaa iliyoimarishwa kwa nano, kiasi cha Nanocyl NC7000™ MWCNT kiliwekwa kuwa %0,15 ya uzito wa kiunganishi.

Kwa kuwa maji yaliyomo katika kiungio cha MWCNT chenye maji yalijumuishwa katika hesabu ya jumla ya maji ya mchanganyiko, uwiano wa jumla wa maji/kiunganishi ulihifadhiwa sawa kwa chokaa zote mbili.

Kiasi cha takribani 200 kg cha chokaa kwa ukuta wa 24 m² kiliamuliwaje?

Utafiti ulidhania kwamba takribani %20 ya uso wa ukuta wa 24 m² ulihitaji kujazwa upya kwa viungo au uingizwaji wa chokaa wa mahali. Uwiano huu unalingana na eneo la uingiliaji la 4,80 m².

Kina cha wastani cha ukarabati kilichukuliwa kuwa 20 mm na ujazo wa chokaa ukahesabiwa kuwa:

4,80 m² × 0,020 m = 0,096 m³

Wakati msongamano wa chokaa mbichi ulipokubaliwa kuwa 1900 kg/m³, hitaji halisi la chokaa lilikuwa:

0,096 m³ × 1900 kg/m³ = 182,4 kg

. Baada ya kuongeza %10 kwa upotevu wa maandalizi na utekelezaji, kundi la rejea la takribani 200 kg la chokaa lilipatikana. Thamani hii ikisawazishwa kwa uso mzima wa ukuta wa 24 m² inalingana na takribani 8,3 kg/m².

Upeo wa utekelezaji halisi wa eneo

Chokaa zote mbili zilitumika kwenye sehemu tofauti za 4 m² za ukuta huo huo wa kihistoria. Maeneo yalichaguliwa ili yawakilishe viwango vinavyofanana vya uharibifu kulingana na tathmini ya hali kabla ya uingiliaji.

Utekelezaji huu wa eneo unaonyesha uwezekano wa kutumia chokaa kwenye uashi halisi wa kihistoria. Hata hivyo, haimaanishi kwamba matokeo ya kiuchumi na kimazingira ya miaka 30 yalipatikana kutokana na ufuatiliaji wa kimwili wa eneo kwa miaka 30. Matokeo ya muda mrefu yanategemea uundaji wa mfano tarajiwa na dhana za hali.

Mfumo wa SHM uliwekwaje?

Katika viungo muhimu vilivyochaguliwa katika sehemu ya eneo ya 4 m² iliyoimarishwa kwa nano, elektrodi 16 za chuma ziliwekwa kwa kina cha takribani 2,5–3 cm na kuunda jozi nane huru za elektrodi. Nukta muhimu zilichaguliwa kulingana na tathmini ya kihandisi ya kabla ya uingiliaji.

Katika tathmini tarajiwa ya ukuta mzima wa 24 m², mpangilio huo huo wa ufuatiliaji lengwa wa nukta nane ulihifadhiwa kama dhana ya mfano. Kwa hiyo, mfumo si mtandao wa sensa unaohisi ukuta mzima kwa msongamano sawa wa anga.

Mtiririko wa data na nishati wa SHM

Upinzani wa umeme ulipimwa kwa mpangilio wa kigawanyaji voltage cha probe mbili chini ya 3,3 V DC. Katika kila njia ya kipimo kuna kinzani rejea kisichobadilika chenye ukubwa unaofanana na upinzani unaofuatiliwa.

Mfumo wa kigawanyaji voltage ulikaguliwa kwenye benchi kwa kutumia vinzani vinavyojulikana na iliripotiwa kwamba mikengeuko ilikuwa chini ya %1. Kigeuzi cha voltage cha DC cha LM2596 kilitumika katika mzunguko wa nguvu.

Halijoto na unyevunyevu kiasi zilirekodiwa kwa wakati mmoja na upinzani wa umeme. Hata hivyo, ndani ya upeo wa utafiti, hakuna kazi ya marekebisho ya kimazingira ya nambari iliyotokana na urekebishaji wa eneo iliyoundwa. Kwa hiyo, ishara za upinzani zilitathminiwa si kama fahirisi ya kiasi ya uharibifu, bali kama viashiria vya ubora vya mabadiliko ya umeme katika maeneo yanayofuatiliwa.

Vipimo vya awali vilitarajiwa kutulia baada ya takribani dakika 10–15, na thamani tulivu \(R_0\) kwa kila eneo ilitumika kama upinzani wa msingi. Kipimo kilifanywa kila siku wakati wa kipindi cha dakika 60 cha ukusanyaji wa data kilichofanyika asubuhi; muda huu ulihusishwa na kipindi cha utendaji wa chanzo cha nguvu cha fotovoltaiki.

Mpaka wa mfumo na kitengo cha utendaji

Katika tathmini ya kiuchumi na kimazingira, kitengo cha utendaji kilifafanuliwa kama:

“kurejesha ukuta wa kihistoria wa uashi wenye ukubwa wa 24 m², kuufuatilia/kuutathmini kwa miaka 30, na kuhesabu mahitaji ya urejeshaji wa baadaye mwishoni mwa mwaka wa 30”

.

Mpaka wa mfumo unajumuisha maandalizi, utekelezaji wa awali, ufuatiliaji/ukaguzi wa miaka 30 na uingiliaji wa urejeshaji wa baadaye unaodhaniwa katika mwaka wa 30. Shughuli baada ya miaka 30 ziliachwa nje ya mfano.

Viwango vya urejeshaji wa baadaye

Viwango hivi si viwango vya uharibifu vilivyopimwa kweli baada ya miaka 30. Chanzo kinavifafanua kama vigezo vya hali vilivyoarifiwa na uhandisi vinavyotegemea tathmini ya hali kabla ya uingiliaji, madaraja ya asilimia ya uharibifu yaliyochapishwa na tathmini ya kitaalamu ya mhandisi wa ujenzi wa mradi.

Viwango vya chini katika Hali B vinawakilisha dhana kwamba taarifa ya ufuatiliaji wa umeme inaweza kusaidia kuelekeza urejeshaji katika maeneo lengwa zaidi. Viwango hivi si matokeo ya majaribio yanayoonyesha kwamba chokaa ya MWCNT huharibika polepole zaidi kimwili.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mbinu ya Ugharamiaji Kulingana na Shughuli

Tathmini ya kiuchumi ilifanywa kwa njia ya Activity-Based Costing (ABC). Shughuli katika hatua za maandalizi, utekelezaji na ufuatiliaji ziliunganishwa na kazi, nyenzo, vifaa vya matumizi, nishati, usafiri na matumizi ya vifaa.

Gharama jumla ya utekelezaji wa awali

Chanzo kinafafanua gharama jumla ya utekelezaji kama:

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

.

Hapa \(TMC\) inawakilisha gharama jumla ya utekelezaji, \(EC\) gharama ya nishati, \(MC\) gharama za nyenzo na vifaa/vitumizi vinavyohusiana, na \(LC\) gharama ya kazi.

Gharama ya nishati

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

\(ICPR_i\) ni nguvu iliyosakinishwa ya kifaa; \(PCPR_i\) ni kipengele cha uwezo wa kufanya kazi; \(TPR_i\) ni muda wa kufanya kazi; na \(CE\) ni gharama ya kitengo cha umeme. Katika utafiti, nguvu ya kichanganyaji cha kimitambo ilikuwa 0,55 kW na muda wa kuchanganya ulikuwa dakika 20.

Gharama ya nyenzo

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

\(C_{pr}\) inawakilisha gharama za nyenzo na matumizi zinazohusiana na maandalizi, \(C_{appl}\) na utekelezaji, \(C_{mon}\) na ufuatiliaji, huku \(DC\) ikiwakilisha uchakavu wa vifaa.

Gharama ya nyenzo kwa kila hatua:

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

ilihesabiwa kwa namna hii. \(W_{ij}\) ni kiasi kilichotumika katika hatua \(i\) cha nyenzo \(j\); \(P_{ij}\) ni bei ya ununuzi ya kitengo; na \(TC_{cons,i}\) ni gharama jumla ya vifaa vya matumizi vya hatua husika.

Uchakavu wa vifaa

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

Hapa \(TC_{equip}\) inawakilisha gharama ya ununuzi wa kifaa, \(TUH\) muda kilichotumika katika kazi husika, na \(TLH\) maisha yote ya huduma ya kifaa. Uchakavu ulitumika tu kwa zana za maandalizi na utekelezaji; uingizwaji uliopangwa wa vipengele vya SHM ulitathminiwa moja kwa moja kama gharama ya ufuatiliaji.

Gharama ya kazi

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

na kwa undani:

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

. \(ENGH\) na \(STH\) zinawakilisha saa za kazi za mhandisi na fundi mwenye ujuzi; \(ENGHT\) na \(STHT\) zinawakilisha viwango vya mshahara kwa saa.

Katika mfano wa gharama wa chanzo, mshahara wa mhandisi uliwekwa kuwa €10/saa, mshahara wa fundi €6/saa, bei ya umeme €0,20/kWh na bei ya mafuta €1,50/L.

Ingizo za gharama za chokaa na SHM

Gharama ya awali ya vifaa vya SHM ni €274,54. Arduino Nano ESP32 pamoja na kebo za ishara na nguvu zilipangwa kubadilishwa katika mwaka wa 10 na 20. Kwa bei za sasa, kila uingizwaji ni €103,53, na baada ya kutumia mfumuko wa bei wa kila mwaka wa %2,15, ulifanyiwa mfano kuwa €128,07 katika mwaka wa 10 na €158,43 katika mwaka wa 20.

Gharama ya mzunguko wa maisha

Mlinganyo unaohamisha gharama za ufuatiliaji na urejeshaji wa baadaye kwenda siku za mbele kwa mfumuko wa bei ni:

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

. \(\pi\) inawakilisha kiwango cha mfumuko wa bei wa kila mwaka, \(Ratio\) uwiano wa ukuta utakaofanyiwa uingiliaji baadaye, na \(t_{impl}\) mwaka ambao urejeshaji wa baadaye utafanyika.

Baada ya kuongeza gharama ya awali ya utekelezaji, gharama jumla ya mzunguko wa maisha:

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

ilihesabiwa.

Utafiti ulipata kiwango cha mfumuko wa bei cha %2,15 kwa mwaka kutoka wastani wa mfumuko wa bei wa kila mwaka wa Ugiriki kati ya 2002–2024. Urejeshaji wa baadaye uliwekewa mfano mwishoni mwa mwaka wa 30 na hakuna mizunguko ya urejeshaji ya kati iliyoongezwa ndani ya miaka 30.

Ulinganisho wa usaidizi wa maamuzi wenye uzani

Hali inayotarajiwa ilipewa uzani wa %50, na hali ya matumaini na ya tahadhari zilipewa %25 kila moja:

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

Uzani huu si uwezekano wa kitakwimu wa hali za baadaye. Chanzo kilitumia uzani huu kwa madhumuni ya usaidizi wa maamuzi tu, kama mbadala chanya na hasi zilizosawazishwa kuzunguka hali kuu inayotarajiwa.

Gharama za utekelezaji wa awali na ufuatiliaji

Gharama ya ufuatiliaji wa mkakati wa kawaida inajumuisha ukaguzi 5 wa eneo. Katika mkakati ulioimarishwa kwa nano, uhamishaji wa data, ziara mbili za uthibitishaji wa eneo na uingizwaji uliopangwa wa vipengele vya SHM vimehesabiwa pamoja. Katika mkakati wa nano, uhamishaji wa data pekee unafikia jumla ya €848,56.

Gharama za hali za miaka 30

Katika ulinganisho wa deterministiki wenye uzani, gharama ya miaka 30 ilikuwa €15.822,18 kwa mkakati wa kawaida na €13.933,05 kwa mkakati ulioimarishwa kwa nano. Tofauti yenye uzani ilikuwa −€1889,14, yaani %11,94 kwa faida ya mkakati wa nano.

Hata hivyo, matokeo haya yenye uzani si “gharama inayotarajiwa” iliyokadiriwa kitakwimu. Uzani wa %50/%25/%25 uliootumika ulichaguliwa na watafiti kwa ajili ya usaidizi wa maamuzi.

Je, Uchambuzi wa Monte Carlo Unaonyesha Mkakati Ulioimarishwa kwa Nano Ni Nafuu Zaidi kwa Hakika?

Hapana. Ingawa mkakati ulioimarishwa kwa nano hutoa gharama ya chini katika simuleringi nyingi za Monte Carlo, kipindi cha kutokuwa na uhakika cha %95 cha tofauti ya gharama iliyoanishwa kati ya mikakati miwili kinavuka sifuri, hivyo utafiti hauwezi kuonyesha ubora wa kiuchumi usio na masharti katika wigo wote wa kutokuwa na uhakika uliowekewa mfano.

Uchambuzi wa kutokuwa na uhakika wa Monte Carlo

Gharama deterministiki za miaka 30 za hali ya matumaini, inayotarajiwa na ya tahadhari zilitumika kama kikomo cha chini, modi na kikomo cha juu cha usambazaji wa pembetatu kwa kila mkakati. Kwa Python 3.11, simuleringi 1.000.000 zilizooanishwa zilifanywa.

Katika kila iteresheni, sampuli tofauti ya gharama ya miaka 30 ilichukuliwa kwa kila mkakati na tofauti ya:

Gharama ya MWCNT + SHM − Gharama ya kawaida

ikahesabiwa. Thamani hasi inaonyesha kuwa mkakati ulioimarishwa kwa nano una gharama ndogo zaidi.

Katika %93,59 ya simuleringi, mbinu iliyoimarishwa kwa nano ilizalisha gharama ya chini ya miaka 30. Hata hivyo, kwa kuwa kikomo cha juu cha %2,5 cha usambazaji wa tofauti kinafikia +€483,62, katika baadhi ya mchanganyiko wa mfano mkakati wa kawaida una gharama ndogo zaidi.

Tathmini ya Mzunguko wa Maisha ilifanywaje?

Tathmini ya mazingira ilifanywa katika programu ya LCA for Experts® 10.9.8.16, ndani ya mfumo wa kanuni za ISO 14040:2006 na ISO 14044:2006. Mbinu ya Environmental Footprint 3.2 (EF 3.2) ya Tume ya Ulaya ilitumika katika tathmini ya athari.

Orodha ya Mzunguko wa Maisha inajumuisha data msingi ya utafiti kuhusu fomula za chokaa, kiasi cha nyenzo, usafirishaji, uchanganyaji, ziara za eneo na viwango vya uingiliaji wa baadaye. Michakato ya nyuma kama uzalishaji wa nyenzo, umeme na usafiri wa barabara iliwekewa mfano kwa kutumia hifadhidata za LCA for Experts.

Orodha ya mazingira ya MWCNT iliwakilishwaje?

Kwa kuwa hakukuwa na orodha ya mzunguko wa maisha maalum kwa bidhaa ya MWCNT iliyotumiwa katika hifadhidata ya Sphera, mchango wa mabadiliko ya tabianchi ulihesabiwa kupitia proxy inayowakilisha mchakato wa uzalishaji wa kawaida wa chemical vapor deposition ya kichocheo (CVD) kwa kiwango cha viwanda ulioripotiwa katika fasihi.

Katika kategoria nyingine za EF 3.2, seti za data zenye uwakilishi wa kiufundi ulio karibu zaidi zilitumika. Hali hii ni kikomo muhimu cha mfano kinachoonyesha kwamba matokeo ya mazingira mahususi kwa nanonyenzo si orodha kamili maalum ya bidhaa.

Dhana ya usafirishaji

Ilidhaniwa kuwa nyenzo zilisafirishwa kwa barabara kutoka sehemu ya usambazaji hadi eneo la ujenzi kwa 60 km kwenda na kurudi. Ziara za eneo ziliwekewa mfano kwa minivan ya dizeli Euro 5 yenye matumizi ya mafuta ya 6,0 L/100 km.

Kwa kila ziara ya 60 km, takribani 3,6 L za dizeli na athari ya tabianchi ya 12,7 kg CO₂ sawa zilihesabiwa. Hivyo, ziara tano za eneo za kawaida zilisababisha 63,30 kg CO₂ sawa, huku ziara mbili za uthibitishaji za mkakati wa nano zikisababisha 25,30 kg CO₂ sawa.

Dhana hii ya 60 km haiwakilishi mnyororo mzima wa ugavi kutoka nchi za uzalishaji au vituo vya usambazaji vya kimataifa.

Mzigo wa mabadiliko ya tabianchi wa vifaa vya SHM

Athari ya tabianchi ya vifaa vya SHM ni 28,73 kg CO₂ sawa wakati wa ufungaji wa awali na 41,42 kg CO₂ sawa katika miaka 30 baada ya kujumuisha uingizwaji uliopangwa katika mwaka wa 10 na 20.

Orodha hii ya vifaa iliweza kuongezwa kwa kiasi katika kategoria ya mabadiliko ya tabianchi pekee. Kwa sababu data ya kina ya muundo na uzalishaji wa vipengele vya elektroniki haitoshi, michango ya vifaa vya SHM katika kategoria nyingine za EF 3.2 kama uongezaji wa asidi, ekotoksisiti na matumizi ya rasilimali za metali/madini haikuhesabiwa.

Baada ya Kuongeza Vifaa vya SHM, Je, Athari ya Kaboni ya Mkakati wa Nano Ni ya Chini Mwanzoni?

Hapana. Kabla ya kuongezwa kwa uingiliaji wa urejeshaji wa baadaye kwenye mfano, baada ya kujumuisha vifaa vya SHM na kiungio cha MWCNT, athari jumla ya mabadiliko ya tabianchi ya mkakati ulioimarishwa kwa nano ni 103,87 kg CO₂ sawa, huku ya mkakati wa kawaida ikiwa 98,15 kg CO₂ sawa; mkakati wa nano uko juu kwa %5,83 katika hali ya msingi.

Matokeo ya msingi ya mazingira

Ingawa mbinu iliyoimarishwa kwa nano inaonyesha thamani ya chini katika kategoria nyingi za orodha iliyopo, thamani za juu zilipatikana katika mabadiliko ya tabianchi kwa jumla, mionzi ionishaji, kupungua kwa ozoni, vichafuzi chembechembe na baadhi ya kategoria ndogo za sumu.

La muhimu zaidi, kwa sababu vifaa vya SHM haviwezi kuongezwa kikamilifu katika kategoria nyingine zaidi ya mabadiliko ya tabianchi, kategoria hizi haziwezi kufasiriwa kama wasifu kamili wa mazingira wa mfumo ulioimarishwa kwa nano.

Hatua za mzunguko wa maisha za mzigo wa mabadiliko ya tabianchi

Mgawanyo huu unaonyesha matokeo muhimu: mkakati wa nano unapunguza mzigo wa usafiri kwa kupunguza ziara za eneo kutoka tano hadi mbili; hata hivyo, baada ya kuongeza mzigo wa miaka 30 wa 41,42 kg CO₂ sawa wa vifaa vya elektroniki vya SHM, faida hii inageuka katika jumla ya msingi.

Matokeo ya tabianchi baada ya kuongeza uingiliaji wa baadaye

Athari ya mabadiliko ya tabianchi ya mkakati wa nano hushuka chini ya mkakati wa kawaida tu baada ya kutumia maeneo madogo ya urejeshaji wa baadaye katika Hali B. Chanzo hakifasiri matokeo haya kama ushahidi kwamba chokaa ya MWCNT ni “ya kaboni ya chini kiasili” au “ya kudumu zaidi”.

Kwa nini mfano wa vichafuzi chembechembe ni muhimu?

Mfano mmoja muhimu unaoonyesha kwamba utafiti unahitaji tafsiri ya mazingira ya kategoria nyingi ni vichafuzi chembechembe. Athari ya vichafuzi chembechembe ya mkakati ulioimarishwa kwa nano ni juu kwa %3,29 katika hali ya msingi, juu kwa %7,79 katika hali inayotarajiwa ya uingiliaji, na juu kwa %10,71 katika hali ya tahadhari. Katika hali ya matumaini, mbinu hizo mbili karibu zinalingana na mkakati wa nano unaonyesha thamani ya chini kwa takribani %0,22.

Kwa hiyo, kutoa hitimisho la “rafiki zaidi kwa mazingira” kwa kutegemea CO₂ sawa pekee hakuwakilishi matokeo yote ya mazingira ya utafiti.

Kwa nini kabonati haikuongezwa kwenye mfano?

Katika chokaa zenye chokaa, kufungwa kwa CO₂ ya anga kupitia kabonati kadiri muda unavyopita kunaweza kuathiri mizania yote ya kaboni ya mzunguko wa maisha. Hata hivyo, kasi na kiasi cha kabonati hutegemea muundo wa kiunganishi, muundo wa vinyweleo, unyevu, hali ya mazingira na upatikanaji wa CO₂.

Kwa kuwa utafiti huu haukuwa na data ya muda mrefu ya kabonati kwa fomula maalum za chokaa, haukutumia salio lolote la kurejesha CO₂. Kwa hiyo, thamani za tabianchi zilizoripotiwa zinawakilisha tu michakato ya orodha iliyofafanuliwa.

Je, ulinganifu wa muda mrefu na ukuta wa kihistoria umethibitishwa?

Hapana. Utafiti unasema kwamba athari zinazowezekana za kiungio cha MWCNT kwenye muundo wa vinyweleo na uhamishaji wa unyevu zinapaswa kuchunguzwa zaidi kwa muda mrefu katika muktadha wa uashi wa kihistoria.

Upenyezaji wa mvuke wa maji, usafirishaji wa maji kwa kapilari, tabia ya kukauka na usafirishaji/uundaji wa fuwele za chumvi havikupimwa moja kwa moja. Pia hakuna ulinganisho wa moja kwa moja wa ulinganifu wa hygroscopic au chumvi kati ya chokaa ya MWCNT na chokaa asilia ya ukuta yenye msingi wa udongo uliofanywa.

Vigezo hivi ni muhimu hasa katika miundo ya kihistoria; kwa sababu chokaa ya ukarabati isiyolingana inaweza kushikilia unyevu ndani ya muundo au kuhamisha uharibifu wa fuwele za chumvi kwenda kwenye nyenzo asilia ya kihistoria.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Chokaa ya urejeshaji ya ternary yenye MWCNT ilitumika katika kiwango cha eneo kwenye sehemu ya 4 m² ya ukuta halisi wa kihistoria pamoja na elektrodi zilizopachikwa.
• Mfumo lengwa wa SHM unaotegemea upinzani wa umeme uliwekwa ili kutoa ishara ya ufuatiliaji katika nukta nane muhimu.
• Gharama za utekelezaji wa awali na ufuatiliaji wa miaka 30 za mkakati ulioimarishwa kwa nano ni kubwa kuliko mkakati wa kawaida.
• Baada ya kutumia viwango vinavyodhaniwa vya uingiliaji wa baadaye vilivyo vidogo, mkakati wa nano hutoa gharama ya miaka 30 iliyohesabiwa kuwa ya chini katika hali zote tatu deterministiki.
• Katika mfano wa Monte Carlo, matokeo yanayotawala ni kwamba mkakati wa nano hutoa gharama ya chini; hata hivyo, kipindi cha kutokuwa na uhakika cha %95 cha tofauti ya gharama iliyoanishwa kinavuka sifuri.
• Baada ya kujumuisha vifaa vya SHM, athari jumla ya msingi ya mabadiliko ya tabianchi ya mkakati wa nano ni %5,83 juu kuliko ya mkakati wa kawaida.
• Athari ya chini ya tabianchi ya mkakati wa nano hujitokeza tu baada ya kutumia viwango vidogo vya uingiliaji wa baadaye.
• Matokeo ya mazingira hubadilika kulingana na kategoria ya athari; kipimo kimoja cha kaboni hakiwakilishi utendaji wote wa mazingira.

Matokeo yasiyoungwa mkono na utafiti

• Haijathibitishwa kwamba chokaa ya MWCNT ni ya kudumu kwa miaka 30 zaidi kuliko chokaa ya kawaida.
• Haijaonyeshwa kwamba mfumo wa SHM unapunguza moja kwa moja uharibifu wa kimwili.
• Hakuna uhusiano wa kizingiti cha kiasi uliothibitishwa kati ya vizingiti vya upinzani wa umeme na kiwango halisi cha uharibifu uliowekwa.
• Vipimo vya upinzani havijakalibishwa kama fahirisi ya kiasi ya uharibifu.
• Viwango vya uingiliaji wa baadaye vya %25–60 kwa Hali B si viwango vya uharibifu wa miaka 30 vilivyotokana na uchunguzi wa eneo.
• Haijaonyeshwa kwamba mkakati wa nano ni bora katika kategoria zote za athari za mazingira.
• Orodha kamili ya mzunguko wa maisha kwa vifaa vya SHM haijaundwa kwa kategoria zote za EF 3.2 isipokuwa mabadiliko ya tabianchi.
• Ulinganifu wa muda mrefu wa unyevu na chumvi wa chokaa ya MWCNT na ukuta asilia wa kihistoria bado haujathibitishwa.
• Gharama za utafiti-kisa huu mmoja haziwezi kujumlishwa moja kwa moja kwa nchi nyingine, viwango vya mishahara, umbali au miundo ya kihistoria.

Vikwazo vikuu vya utafiti

Muundo tarajiwa wa miaka 30: Matokeo ya muda mrefu si uchunguzi halisi wa eneo wa miaka 30, bali ni matokeo ya mifano ya kiuchumi na kimazingira.

Viwango vya uingiliaji wa baadaye: Viwango tofauti vya Hali A na B ni dhana zilizoarifiwa na uhandisi na vinaathiri sana matokeo.

Urekebishaji wa SHM: Hakuna marekebisho ya kiasi ya eneo kwa joto na unyevu au urekebishaji wa kizingiti cha uharibifu uliofanywa kwa upinzani wa umeme.

Tofauti ya ufunikaji wa anga: Ukaguzi wa kuona hutathmini ukuta mzima mara kwa mara, wakati SHM hutoa taarifa endelevu/inayorudiwa kutoka nukta nane muhimu zilizochaguliwa. Mbinu hizi mbili hazitoi aina ileile ya taarifa.

Data ya LCA ya elektroniki: Athari ya mabadiliko ya tabianchi pekee ya vifaa vya SHM iliweza kuongezwa kwenye mfano katika kiwango cha uchunguzi.

Data proxy ya MWCNT: Kwa kuwa hakukuwa na LCI kamili maalum kwa nanonyenzo iliyotumika, data wakilishi ya CVD ilitumika kwa uzalishaji.

Ulinganifu wa unyevu na chumvi: Tabia za muda mrefu za mvuke wa maji, kapilariti, kukauka na uundaji wa fuwele za chumvi hazijathibitishwa kwa majaribio.

Kabonati: Hakuna salio la kaboni la ufyonzaji wa muda mrefu wa CO₂ na chokaa lililoongezwa kwenye mfano.

Hitaji la utafiti wa baadaye

Waandishi wanasisitiza kwamba ili mfumo wa ufuatiliaji uweze kubadilika kuwa usaidizi halisi wa maamuzi, mahusiano ya kiasi yanayotegemea data ya muda mrefu ya eneo yanapaswa kuanzishwa kati ya mwitikio wa upinzani wa umeme, hali halisi ya uharibifu na eneo linalohitaji urejeshaji.

Pia ni muhimu kujaribu ulinganifu wa muda mrefu wa chokaa ya MWCNT na ukuta wa kihistoria kwa upenyezaji wa mvuke wa maji, usafirishaji wa unyevu kwa kapilari, kukauka, usafirishaji wa chumvi na uundaji wa fuwele za chumvi; na kuunda orodha za kina zaidi za mzunguko wa maisha kwa miundombinu ya SHM katika kategoria zote za mazingira za EF 3.2.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

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

Waandishi: 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.

Barua pepe ya corresponding author: nalexop@aegean.gr

Ushirika: 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.

Jarida: Sustainability.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Juzuu / toleo / nambari ya makala: Volume 18, Issue 19, Article 10216.

DOI: 10.3390/su181910216.

Kuwasilishwa: 9 Julai 2026.

Marekebisho: 29 Septemba 2026.

Kukubaliwa: 6 Oktoba 2026.

Kuchapishwa: 8 Oktoba 2026.

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu; utafiti-kisa unaounganisha utekelezaji wa eneo kwenye ukuta halisi wa kihistoria na mfano tarajiwa wa miaka 30 wa gharama ya mzunguko wa maisha na tathmini ya mazingira.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Kiungo rasmi: https://doi.org/10.3390/su181910216

Kitengo cha utendaji: Ukuta wa kihistoria wa uashi wa 24 m², kipindi rejea cha miaka 30.

Utekelezaji halisi wa eneo: Maeneo tofauti ya 4 m² kwenye ukuta huo huo kwa chokaa ya kawaida na iliyoimarishwa kwa nano.

Mbinu ya kiuchumi: Activity-Based Costing na mfano wa Life-Cycle Cost wa miaka 30.

Mbinu ya mazingira: LCA for Experts® 10.9.8.16; mfumo wa ISO 14040:2006 na ISO 14044:2006; Environmental Footprint 3.2.

Mbinu ya kutokuwa na uhakika: Simuleringi 1.000.000 zilizooanishwa za Monte Carlo zinazotumia gharama za matumaini, zinazotarajiwa na za tahadhari kama kikomo/modi za usambazaji wa pembetatu; Python 3.11.

Ufadhili: Mradi wa e-Infrastructure “Interregional Digital Transformation for Culture and Tourism in Aegean Archipelagos” (MIS 5047046); uliofadhiliwa kwa pamoja na Mfuko wa Maendeleo ya Kikanda wa Ulaya na Serikali ya Ugiriki chini ya hatua ya “Regional Excellence”.

Kamati ya maadili: Haitumiki.

Ridhaa iliyoarifiwa: Haitumiki.

Upatikanaji wa data: Data inaweza kupatikana kutoka kwa corresponding author kwa ombi linalofaa. Hazipatikani hadharani kwa sababu zinajumuisha dhana za gharama mahususi kwa mradi, vigezo vya uingiliaji wa urejeshaji na ingizo za mfano wa LCA.

Mgongano wa maslahi: Waandishi hawakuripoti mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana E.V., L.-C.P., V.D.P. na N.D.A.; mbinu E.V., L.-C.P., V.D.P., V.Z. na N.D.A.; programu V.D.P. na I.L.; uthibitishaji E.V., L.-C.P., V.D.P., V.Z., Z.S.M. na N.D.A.; uchambuzi rasmi E.V., L.-C.P. na V.D.P.; uchunguzi E.V., L.-C.P., I.L., V.Z. na G.M.; rasilimali N.D.A., Z.S.M. na G.M.; uratibu wa data E.V., L.-C.P., V.D.P. na I.L.; rasimu ya kwanza E.V., L.-C.P. na V.D.P.; mapitio/uhariri waandishi wote; uonyeshaji V.D.P. na I.L.; usimamizi Z.S.M. na N.D.A.; usimamizi wa mradi E.V. na N.D.A.

Kikomo kikuu cha tafsiri ya kisayansi: Faida za kiuchumi na kimazingira zilizohesabiwa ni ulinganisho wa mikakati miwili kamili ya urejeshaji. Fomula ya nyenzo, mbinu ya ufuatiliaji, marudio ya ziara za eneo, hitaji la vifaa na viwango vya uingiliaji wa baadaye hubadilika kwa wakati mmoja. Kwa hiyo, utafiti hautenganishi athari huru ya kiuchumi/kimazingira ya kiungio cha MWCNT pekee au mfumo wa SHM pekee.

Kikomo cha uimara: Utafiti haujaonyesha kwa majaribio kwamba chokaa ya MWCNT ina maisha marefu zaidi ya kimwili. Kujihisi na uimara wa kimwili ni sifa tofauti.

Kikomo cha SHM: Ishara za upinzani hazijafanyiwa marekebisho ya kiasi yaliyokalibishwa eneo kwa halijoto/unyevunyevu na hazijabadilishwa kuwa fahirisi ya kiasi ya uharibifu.

Kikomo cha mfumo wa mazingira: Orodha ya kina ya vipengele vya vifaa vya SHM iliongezwa katika kiwango cha uchunguzi kwa mabadiliko ya tabianchi pekee. Kwa hiyo, matokeo mengine ya EF 3.2 ni wasifu wa mazingira wa sehemu tu wa mfumo monitoring-enabled.