مصالح ساختمانی نوین شامل چه مواردی است؟

از زمانی که ساختمان‌ها و خانه‌ها وجود داشته‌اند، ساخت‌وساز شامل حفظ یکسری تعادل بین فرم و عملکرد، آرزوهای طراحی و محدودیت‌های مالی و دغدغه‌های عملی بخش ساخت‌وساز بوده است.

به این موارد، ما باید تقاضاهایی را که تغییرات آب و هوایی، نیاز به اهداف انتشار کربن و به طور کلی پایداری به صنعت ساخت‌وساز وارد می‌شود را اضافه کنیم.

مصالح ساختمانی چه در پشت‌بام، چه در نما و چه در داخل حمام استفاده شوند، نقش مهمی در حفظ این تعادل‌های مختلف دارند.

مصالح ساختمانی نوین همواره به صحنه می‌آیند، همراه با وعده‌هایی مبنی بر اینکه به معماران کمک می‌کنند تا خواسته‌های طراحی خود را برآورده کنند، به سازندگان کمک می‌کنند تا این آرزوها را به واقعیت تبدیل کنند و به صنعت کمک می‌کنند که با تعهدات خود برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای دست‌وپنجه نرم کند؛ اما این مصالح ساختمانی نوین چیست؟

در اینجا منتخبی از برخی از بهترین‌ها آورده شده است.

1# کاربرد مصالح ساختمانی نوین

وقتی سیمان ترک می‌خورد، مشکلی بسیار جدی‌تر از آن چیزی است که بسیاری فکر می‌کنند.

این فقط در مورد زیبایی‌شناسی نیست، این مشکل ساختاری است و آب وارد شکاف می‌شود و شروع به تضعیف یکپارچگی بتن می‌کند.

در محیطی با دمای ناپایدار، این مشکل با اثر یخ‌زدگی و یخ‌زدایی تشدید می‌شود.

آب در شکاف، در زمستان‌های یخ‌بندان منبسط می‌شود و هر طرف شکاف را کمی دورتر می‌کند و سپس، هنگامی که یخ در بهار منجمد می‌شود، آب عمیق‌تر به سیمان نفوذ می‌کند و شکاف را عمیق‌تر می‌کند و یکپارچگی ساختاری ساختمان را تضعیف می‌کند.

اما اگر بتن بتواند خودش را التیام بخشد چه؟ یا آسفالت یا حتی فلز؟

اینجاست که نقش مصالح ساختمانی نوین پررنگ می‌شود.

برخی از مصالح ساختمانی نوین، شاید در مقیاس‌های کوچک جای خود را پیدا کنند؛ اما تعدادی از مصالح ساختمانی نوین، پتانسیل استفاده گسترده را دارند.

ساختمان‌هایی با سازه‌های آجری و بتنی سنتی به‌تدریج به تاریخ تبدیل می‌شوند؛ زیرا الزامات بشر بدیهی است.

ما به ساختمان‌هایی سازگار با محیط‌ زیست، کم‌مصرف، بادوام و سبک‌وزن نیاز داریم که زیبا به نظر برسند و در عین‌ حال بسیار کاربردی باشند.

همچنین با توجه‌ به اینکه مصالح سنگین‌تر هزینه حمل‌ونقل تجهیزات ساخت‌وساز بالاتری را به همراه خواهد داشت، هرچه تجهیزات سبک‌تر باشند، حمل‌ونقل آسان‌تر است و بار کمتری بر روی سوخت مصرفی وجود دارد و به کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک می‌کند.

2# انواع مصالح ساختمانی نوین

ما جالب‌ترین و نوآورانه‌ترین مواد در ساخت‌وساز را جمع آوری کرده‌ایم که در حال حاضر مورد استفاده قرار گرفته‌اند و برخی از آن‌ها که مفاهیم امیدوارکننده‌ای هستند که در پروژه‌های آزمایشی تست می‌شوند.

تعدادی از مصالح ساختمانی کاملاً جدید نیستند، یعنی این فناوری مدت‌ها پیش توسعه یافته و آزمایش شده اند؛ اما هنوز به صورت انتخابی استفاده می‌شوند و گسترده نیستند.

مصالح ساختمانی جدید هم برای تکمیل تزیینی و هم به‌عنوان مصالح اصلی در سازه‌های ساختمانی استفاده می‌شود.

چند نمونه از مصالح ساختمانی نوین برای ساخت‌وساز به صورت زیر هستند:

• چوب شفاف
• فیبر کربن
• کاشی اکریلیک تزیینی
• بتن خودترمیم‌شونده
• آیروژل (AIRGEL)
• کامپوزیت RICHLITE
• گرانیت مایع
• بتن خمشی انعطاف‌پذیر
• آلومینیوم شفاف
• چوب لمینت‌شده
• هیدروسرامیک
• Flexicomb
• میلگرد کنف

1-2# چوب شفاف

اختراع چوب شفاف در سال 2016 اعلام شد.

با این‌ حال، در سال 2020 بود که دانشمندی که با همکاری تیمی از دانشگاه مریلند در کالج، روشی برای شفاف کردن چوب اختراع کرد.

چوب شفاف حداقل 5 برابر قوی‌تر و سبک‌تر از شیشه است و از نظر حرارتی کارآمدتر است.

این ویژگی‌ها است که آن‌ را به یک جایگزین بالقوه جالب برای پنجره‌های پلاستیکی یا شیشه‌ای تبدیل می‌کند.

مزایای دیگر این ماده، خاصیت تجدیدپذیری و سازگاری با محیط‌ زیست آن است.

چوب شفاف کاملاً انعطاف‌پذیر است؛ زیرا حاوی سلولز طبیعی است.

برای دستیابی به شفافیت، چوب بالسا را در محلول مخصوص آغشته می‌کنند و سپس رزین اپوکسی به سازه اضافه می‌کنند.

از چوب شفاف یا شیشه چوبی می‌توان به‌جای واحدهای شیشه‌ای سنتی یا سایر عناصر در سازه‌های ساختمانی استفاده کرد که باید شفاف؛ اما همچنین بادوام، سازگار با محیط‌ زیست و کم‌مصرف باشند.

2-2# فیبر کربن

فیبر کربن، واقعاً یک ماده آینده است.

امروزه این ماده ابتکاری بیشتر در ساخت‌وساز استفاده می‌شود، صنعتی که اغلب ترکیبی از استحکام و سبکی را می‌طلبد.

فیبر کربن 75 درصد سبک‌تر از آهن و 30 درصد سبک‌تر از آلومینیوم است.

برای تقویت مصالح ساختمانی سنتی برای بهبود استحکام آن‌ها (آجر، بلوک‌های بتونی مسلح، سازه‌های چوبی) و همچنین برای کاهش ضخامت پانل‌ها و در نتیجه کاهش وزن آنها استفاده می‌شود.

تقویت فیبر کربن برای بتن همچنین عایق حرارتی عالی را فراهم می‌کند.

تنها نقطه ضعفی که کاربرد گسترده آن را محدود می‌کند، هزینه بالای مواد است.

3-2# کاشی اکریلیک تزئینی

مصالح ساختمانی نوین همیشه موادی با خواص فیزیکی نوآورانه مانند استحکام یا ایمنی نیستند.

این‌ها همچنین می‌توانند موادی باشند که فناوری را برای ارائه دکوراسیون تماشایی و اجرای عجیب‌ترین ایده‌های طراحی ادغام می‌کنند.

نوع جدیدی از مصالح ساختمانی تکمیل، کاشی با فیبر اکریلیک است که به حرکات، لمس یا منابع نور شما واکنش نشان می‌دهد.

فیبر نوری نور را از خود عبور می‌دهد و واکنش نشان می‌دهد، کاشی می‌تواند چشمک بزند، روشن شود، رنگ‌های مجاور را روی سطح خود بگیرد و پراکنده کند.

دکوراسیون با این متریال فرصت‌های جدیدی را در معماری و طراحی داخلی فراهم می‌کند.

4-2# بتن خودترمیم‌ شونده

بتن سنتی یک مصالح ساختمانی بسیار قابل‌اعتماد تثبیت شده است؛ اما در صورت ترک‌خوردن خواص خود را از دست می‌دهد.

بسیاری از متخصصان علم مواد در سراسر جهان در حال کار بر روی ارتقای مدرن مواد پایه هستند.

اصطلاح “بتن خودترمیم‌شونده” کمی خارق‌العاده به نظر می‌رسد.

در سال 2015، مخترع هنک جونکرز از دانشگاه صنعتی دلفت، روشی نوآورانه برای ترمیم ترک‌های بتن با استفاده از باکتری نشان داد.

اصل این فناوری ساده است؛ کپسول‌های حاوی باکتری‌های خاص و مواد مغذی برای آنها به بتن اضافه می‌شوند و باکتری‌ها به محض برخورد آب فعال می‌شوند.

بتن ترک خورده با رطوبت بازسازی می‌شود و با سنگ آهک تولیدشده توسط باکتری‌ها پر می‌گردد.

علاوه بر این فناوری زیستی، جایگزین دیگری از سوی محققان کره‌ای وجود دارد که در آن کپسول‌هایی از یک پلیمر خاص به بتن اضافه می‌شود که تحت‌تأثیر رطوبت و نور خورشید نیز شروع به واکنش می‌کند، متورم می‌شود و ترک را پر می‌کند.

اخیراً دانشمندان آمریکایی از مؤسسه پلی‌تکنیک Worcester (WPI) نیز شواهدی را ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد آنها بتن زیستی را توسعه داده‌اند.

در این مورد، آنزیمی برای واکنش با کریستال‌های کربنات کلسیم آزادکننده CO2 اضافه می‌شود که خواص آنها شبیه بتن است.

در نتیجه تمام ترک‌ها پر می‌شوند و مقاومت بتن بهبود می‌یابد. این روش می‌تواند یک ترک 1 میلی متری را در یک روز بازیابی کند.

5-2# آیروژل (AIRGEL)

این مصالح ساختمانی نوین فوق‌سبک از ژلی مشتق شده است که در آن جزء مایع ژل با گاز جایگزین می‌شود.

نتیجه یک بدنه بسیار جامد با چگالی بسیار کم و هدایت حرارتی کم است که در لمس، شبیه فوم پلی‌استایرن شکننده می‌باشد.

آیروژل‌ها می‌توانند از ترکیبات شیمیایی مختلفی ساخته شوند.

اولین‌بار در سال 1931 به‌عنوان زاده فکر ساموئل استفنز کیستلر تولید شد.

او استدلال می‌کرد که می‌تواند مایع را با گاز جایگزین کند بدون اینکه ساختار را کوچک کند.

اولین آیروژل‌ها از سیلیکاژل ساخته شده بودند.

کار بعدی کیستلر مربوط به آیروژل‌های مبتنی بر اکسید آلومینیوم، اکسید کروم و دی اکسید قلع بود.

آیروژل‌های کربنی برای اولین بار در اواخر دهه 1980 ساخته شدند.

ویژگی خاص آیروژل‌ها این است که می‌توانند رسانایی حرارتی کمتری نسبت به گازی که دارند، داشته باشند.

این ماده یک عایق حرارتی عالی است، بنابراین به طور گسترده‌ای برای عایق حرارتی سازگار با محیط‌ زیست و کارآمد در مقیاس صنعتی استفاده می‌شود.

به دلیل تخلخل زیاد و ریز ساختار، می‌توان از آیروژل‌ها به‌عنوان ماتریس جمع‌آوری کوچک‌ترین ذرات گرد و غبار استفاده کرد.

6-2# کامپوزیت RICHLITE

Richlite یک ماده کامپوزیت کاغذی بادوام است.

این ماده از کاغذ باطله ساخته شده است که به صفحات سخت و صاف فشرده می‌شود که قابل پردازش هستند.

با استفاده مجدد از مواد قدیمی برای تولید Richlite جدید، انرژی کمتری در طول فرآیند تولید مصرف می‌شود.

این امر منجر به ردپای کربن تولید کمتر و محصول نهایی بسیار پایدارتر می‌شود.

با این‌ حال، تکنولوژی، آن را به یک ماده خام شگفت انگیز تبدیل می‌کند که برای ساخت‌وساز زیست‌محیطی بسیار ضروری است.

برخلاف سنگ یا سایر سطوح سخت، Richlite مانند چوب سخت متراکم عمل می‌کند و می‌توان آن را به‌راحتی آسیابد کرد، سنباده کشید و به هم وصل کرد.

Richlite همچنین یک ماده بهداشتی مقاوم در برابر آب است که دارای جذب رطوبت کم، مقاومت در برابر حرارت بالا و مقاومت در برابر آتش است.

در نتیجه در بسیاری از صنایع از ساخت‌وساز تا طراحی مبلمان از آن استفاده می‌شود.

حتی از آن برای تولید آلات موسیقی استفاده می‌شود.

7-2# گرانیت مایع

سنگ مصنوعی مایع یک مصالح ساختمانی نوین مایع ویژه (ساخته شده از 70 درصد براده‌های مرمر و 30 درصد مواد افزودنی خاص و پرکننده تزیینی) است که بر روی سطوحی از جمله بتن، آجرکاری، سنگ و آسفالت پاشیده می‌شود.

با توجه‌ به ترکیب آن، مایع فشرده می‌شود و یک مهر و موم محکم ایجاد می‌کند و سطحی با دوام و ظاهری جذاب ارائه می‌دهد.

گرانیت مایع یک ماده سازگار با محیط‌ زیست است؛ زیرا شامل رزین‌های ایمن، تراشه‌های مرمر طبیعی و پرکننده‌های معدنی است.

این ماده کامپوزیت اغلب در کارهای تکمیلی، برای ساخت یا پوشش ساختارهای فردی یا عناصر داخلی استفاده می‌شود.

8-2# بتن خمشی انعطاف‌پذیر

این روزها تقریباً تمام ساخت‌وسازها بر پایه بتن است.

قبلاً اشاره کردیم که یکی از مشکلات بتن شکنندگی آن در صورت تراشه و ترک‌خوردن است.

علاوه بر این، درحالی‌که بتن بسیار قوی است، باری که می‌تواند تحمل کند محدود است.

در سال 2014، سنگاپوری‌ها توانستند نه تنها مقاومت و وزن بتن را با حذف آرماتور در سازه‌های بتنی بهبود بخشند؛ بلکه انعطاف‌پذیری را نیز به آن اضافه کردند، که این ویژگی مشخصه بتن سنتی نیست.

بتن جدید ConFlexPave به دلیل یک افزودنی منحصربه‌فرد، انعطاف و استحکامی به دست آورده است که تا 3 برابر بیشتر از بتن سنتی است.

نازک‌ترین میکروالیاف پلیمری در محلول مخلوط می‌شوند و بارها را در کل دال بتن توزیع می‌کنند.

این به آن کمک می‌کند تا زمانی که در معرض خمش قرار می‌گیرد به اندازه فلز و دو برابر قوی‌تر از بتن معمولی شود.

اما مهم‌تر از همه، بتن جدید 400 برابر انعطاف پذیرتر از بتن سنتی است، در حالی که همان سطح مقاومت را حفظ می‌کند.

ژئوپلیمرها نه تنها به ضریب خمشی می‌افزایند؛ بلکه مقاومت در برابر شکستگی‌های ریز احتمالی را نیز بهبود می‌بخشند.

الیاف پلیمری سازه را حتی با ترک‌ها تحت بار نگه می‌دارند، بنابراین می‌توان از مواد جدید در مناطق زلزله‌خیز استفاده کرد؛ زیرا خطر ریزش ساختمان‌های ساخته شده از چنین بتنی به حداقل می‌رسد.

این یک ماده جانبی است که تعدادی از کارهای پیش از ساخت را تسهیل می‌کند و همچنین در آماده‌سازی تأسیسات زیربنایی کانال‌ها، تعمیر و محافظت از سطوح و شیب‌ها و تقویت مخازن و لوله‌ها استفاده می‌شود.

9-2# آلومینیوم شفاف

این مصالح ساختمانی نوین، یک واقعیت فیزیکی است.

به عبارت ساده، این یک سرامیک شفاف بر پایه آلومینیوم اکسی نیترید (AlON) می‌باشد و از ویژگی‌های اصلی این ماده مقاومت در برابر خراش و دوام است.

آلومینیوم شفاف بسیار بادوام‌تر از شیشه آلومینوسیلیکات (کوارتز) است و همچنین 85 درصد سخت‌تر از یاقوت کبود است.

علاوه بر این، می‌تواند حرارت را تا 2100⁰C تحمل کند و در برابر اشعه، اسیدها، مواد قلیایی و آب مقاوم است.

طبیعتاً این ماده بلافاصله توسط صنایع نظامی و اپتیکی پذیرفته شد؛ اما در ساخت‌وساز از آن برای پنجره‌های مقاوم در برابر ضربه، گنبدها و سایر عناصری که نیاز به شفافیت و استحکام دارند استفاده می‌شود.

10-2# چوب لمینت شده

این یک ماده نوآورانه است که از چوب در تمام عناصر خود استفاده می‌کند.

چوب به پانل‌ها فشرده و لمینت می‌شود و آن را به یک بلوک جامد تبدیل می‌کند که بسیار قوی‌تر از چوب معمولی است.

در این دسته از مصالح ساختمانی نوین، انواع فرعی مانند چوب چندلایه و الوارهای متقاطع را خواهید یافت.

چوب چندلایه از چندتکه الوار به‌هم‌چسبیده تشکیل شده است که برای ایجاد تیرهای قوی استفاده می‌شود.

الوارهای متقاطع از تکه‌های چوبی ساخته شده‌اند که در جهت‌های متناوب گذاشته شده‌اند تا پانل‌های بزرگی ایجاد کنند که بتوانند بارهای سنگین را تحمل کنند.

هر دو نوع چوب در برابر آتش بسیار مقاوم هستند.

لایه‌های بیرونی، هنگام سوختن، ذغالی ایجاد می‌کنند که به عایق‌بندی بقیه چوب کمک می‌کند.

در طول آزمایش‌های مقاومت در برابر آتش، آنها توانایی حفظ یکپارچگی ساختاری خود را نشان دادند.

استفاده از چوب جامد جذب کربن را در حین رشد درختان و درحالی‌که چوب در ساختمان‌ها استفاده می‌شود، تسهیل می‌کند.

11-2# هیدروسرامیک (خنک‌کننده غیرفعال)

این یک نمای کامپوزیت ساخته‌شده از خاک رس و هیدروژل است که می‌تواند فضای داخلی ساختمان‌ها را تا دمای 6 درجه سانتی گراد خنک کند.

هیدروسرامیک‌ها از توانایی هیدروژل برای جذب 500 برابر بیشتر از وزن خود آب برای ایجاد یک سیستم ساختمانی استفاده می‌کنند.

این فناوری توسط دانشجویان اسپانیایی در مؤسسه معماری پیشرفته کاتالونیا در سال 2014 توسعه یافت.

از آن زمان، این ماده ابتکاری که سیستم‌های خود خنک‌کننده را قادر می‌سازد، در صنعت ساخت‌وساز و در میان معماران تقاضای زیادی داشته است.

این مصالح ساختمانی نوین به ویژه برای ساخت و سازهای زیست‌محیطی محبوب است؛ زیرا می‌تواند تا 28% از کل انرژی مصرفی دستگاه‌های خنک‌کننده سنتی را ذخیره کند.

12-2# FLEXICOMB

Flexicomb از طبیعت لانه‌ زنبوری الهام‌ گرفته شده است.

این ایده بسیار ساده به طرز شگفت‌انگیزی انعطاف‌پذیر و کاربردی است و برای اولین ‌بار در دانشگاه ییل ظاهر شد، جایی که محققان ساختار لانه‌زنبوری را موردمطالعه قرار دادند.

در این مصالح ساختمانی نوین با ترکیب نی‌های نوشیدنی در یک آرایه، به‌راحتی می‌توان ساختاری شبیه لانه‌زنبوری ایجاد کرد.

در Flexicomb، هزاران لوله پلی‌پروپیلن محکم به یک ماتریس انعطاف‌پذیر متصل شده‌اند که می‌توان به آن اشکال مختلف داد.

این سازه‌ها نیمه شفاف هستند، بنابراین اغلب برای ساخت عناصر نورپردازی تزیینی استفاده می‌شوند.

13-2# میلگرد کنف

محققان مؤسسه پلی‌تکنیک Rensselaer در ایالات متحده یک جایگزین کنف برای تقویت فولادی اختراع کرده‌اند که به ادعای آنها از مشکل خوردگی جلوگیری می‌کند و انتشار کربن در طول ساخت‌وساز را کاهش می‌دهد.

آرماتور کنفی را می‌توان برای حمایت از سازه‌های بتنی به همان روشی که امروزه از فولاد و سایر آرماتورها استفاده می‌شود، استفاده کرد؛ اما به دلیل ترکیب مواد و دوام آن، اثرات زیست‌محیطی کمتری دارد.

در حال حاضر زنگ‌زدگی آرماتورهای فولادی دلیل اصلی تخریب پیش از موعد سازه‌هایی مانند پل‌ها، جاده‌ها، سدها و ساختمان‌ها می‌باشد.

تقویت‌کننده ابتکاری کنف دوام و محافظت سه برابر در برابر خوردگی را فراهم می‌کند.

علاوه بر این، بر خلاف تقویت الیاف شیشه در سازه‌هایی که به‌ویژه در معرض خوردگی هستند، تقویت کنف نیازی به مصرف انرژی زیادی برای تولید و نصب ندارد که آن را به یک راه‌حل سازگار با محیط‌ زیست تبدیل می‌کند.

نتیجه‌گیری

علم مواد مدرن در سال‌های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است.

امروزه، مصالح ساختمانی نوین واقعاً انقلابی در بازار ایجاد کرده‌اند.

مواد مصنوعی بدیع در حال تولید هستند.

این پیشرفت‌ها، معماری جدیدی را تحریک می‌کنند که کاملاً متفاوت با آنچه ما به آن عادت کرده‌ایم و سازگارتر با محیط‌زیست است.

فهرست بالا، تنها بخش کوچکی از پیشرفت‌هایی است که در حال حاضر در صنعت ساخت‌وساز استفاده می‌شود.

هر یک از مواد هر سال در حال بهبود هستند، یا یک راه‌حل با گزینه دیگری حتی بهتر جایگزین می‌شود.

ساخت‌وسازها به‌عنوان جایگاهی هستند که در آن مواد پیشرفته تکنولوژیکی و راه‌حل‌های دیجیتالی نوآورانه می‌توانند شیوه اجرای پروژه‌ها را متحول کنند.