مصالح ساختمانی فوق مدرن در حال تغییر در روش ساخت و ساز ساختمانها هستند. مواد امروزی سازگار با محیط زیست، قابل اعتماد و بادوام هستند، در حالی که بسیار سبک وزن هستند. در این مقاله به معرفی بیش از 15 مصالح ساختمانی خلاقانه میپردازیم.
علم مواد مدرن در سالهای اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است. امروزه مصالح ساختمانی جدید واقعاً انقلابی در بازار ساخت و ساز ایجاد کردهاند. مواد مصنوعی بدیع در حال تولید هستند، مصالح ساختمانی که نسبت به مصالح سنتی سبکتر، قویتر و سازگارتر با محیط زیست هستند. این پیشرفتها سبکهای معماری جدید را تحریک میکنند که کاملاً متفاوت از آنچه ما به آن عادت کردهایم به نظر برسند.
مواد نوآورانه: حل مشکلات گذشته
وقتی سیمان ترک میخورد، مشکلی بسیار جدیتر از آن چیزی است که بسیاری فکر میکنند. این مسئله فقط از لحاظ زیباشناسی نیست، بلکه یک مشکل ساختاری است و میتواند باعث ورود آب و تضعیف یکپارچگی دیوار شود. در یک محیط با دمای ناپایدار این مشکل با اثر یخ زدگی تشدید میگردد. در زمستان آب موجود در شکافها یخ زده و منبسط میشود و باعث میشود که شکاف بزرگتر شود و در بهار آب عمیقتر به سیمان نفوذ میکند. با گذر زمانی نه چندان طولانی یکپارچگی ساختمان تضعیف میشود.
حال اگر بتن و سیمان بتواند خودش را التیام بخشد چه؟ یا آسفالت و یا حتی فلز؟
صرفه جویی در میلیاردها تومان در تعمیرات و کارهای مرمتی به تنهایی امکان پذیر خواهد بود، نه تنها سبب کاهش هزینهها میشود بلکه آسیب به محیط زیست ناشی از جایگزینی مواد آسیب دیده از بین میرود.
برخی از مصالح ساختمانی مدرن، شاید در مقیاس کوچک جای خود را پیدا کنند، اما تعدادی از مصالح ساختمانی نوآورانه پتانسیل استفاده گسترده را دارند. ساختمانهایی با سازههای آجری و بتنی سنتی به تدریج تبدیل به سازه های قدیمی خواهند شد، زیرا الزامات بشر واضح است: ما به ساختمانهایی سازگار با محیط زیست، کم مصرف، بادوام و سبک وزن نیاز داریم که زیبا به نظر برسند و در عین حال بسیار کاربردی باشند.
نوآورانهترین مصالح ساختمانی
ما در اینجا جالبترین و نوآورانهترین مواد در ساخت و ساز را جمع آوری کردهایم که در حال حاضر در جهان مورد استفاده قرار میگیرند و برخی از آنها که امیدوار کننده هستند در پروژههای آزمایشی مورد استفاده قرار میگیرند.
تعدادی از مصالح ساختمانی لزوماً جدید نیستند، یعنی این فناوری مدتها پیش توسعه یافته و آزمایش شده است، اما هنوز به صورت انتخابی استفاده میشود. مصالح ساختمانی جدید هم برای تکمیل زیبایی و هم به عنوان مصالح ساختمانی اصلی در سازههای ساختمانی استفاده میگردد.
بنابراین، در ادامه به بیش از 15 مواد خلاقانه برتر برای ساخت و ساز اشاره شده است.
مطلب پیشنهادی: مهم ترین مصالح ساختمانی
چوب شفاف
اختراع جدیدترین مواد سازگار با محیط زیست همچون چوب شفاف در سال 2016 اعلام شد. با این حال، تنها در سال 2020 بود که دانشمندی 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 میباشد. این ویژگیها آن را به یک جایگزین بالقوه جالب برای پنجرههای پلاستیکی یا شیشهای تبدیل میکند.
از دیگر مزایای چوب شفاف میتوان به مواد خام تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست آن اشاره نمود. درخت بالسا به سرعت رشد میکند، درختی که تنها در 5 سال به بلوغ میرسد. هزینههای تولید نیز بسیار کمتر از شیشه است، جایی که ردپای کربن به طور قابل توجهی به دلیل دمای بالا مورد نیاز و برق مصرفی در این فرایند کاهش میباید.
چوب شفاف کاملاً انعطاف پذیر است، زیرا حاوی سلولز طبیعی است. برای دستیابی به شفافیت، چوب بالسا را در محلولی مخصوص آغشته کرده و سپس رزین اپوکسی به ساختار اضافه میشود. از چوب شفاف یا شیشه چوبی میتوان به جای واحدهای شیشهای سنتی یا سایر عناصر در سازههای ساختمانی استفاده کرد که باید شفاف، اما همچنین با دوام، کم مصرف و سازگار با محیط زیست باشند.
فیبر کربن
یک ماده که مدتهاست در فعالیت های مختلف استفاده میشود! با این حال این ماده ابتکاری بیشتر و بیشتر در ساخت و ساز 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 و بهبود استحکام آنها (همچون آجر، بلوکهای بتنی مسلح، سازههای چوبی) و همچنین برای کاهش ضخامت پانلها و بر این اساس کاهش وزن آنها استفاده میشود. تقویت فیبر کربن برای بتن همچنین عایق حرارتی عالی را فراهم میکند. تنها نقطهضعفی که کاربرد گسترده آن را محدود میسازد، هزینه بالای مواد است.
کاشیهای حساس _کاشی اکریلیک تزیینی
مصالح ساختمانی نوآورانه همیشه موادی با خلوص فیزیکی نوآورانه مانند استحکام یا ایمنی نیستند. آنها میتوانند موادی باشند برای ارائه دکوراسیون بصری و اجرای عجیبترین ایدههای طراحی و ادغام آنها با هم. نوع جدیدی از مصالح ساختمانی، کاشی حساس با فیبر اکریلیک است که به حرکات، لمس یا منابع نوری شما واکنش نشان میدهند. فیبر نوری نور را از خود عبور میدهد و کاشی میتواند چشمک بزند، روشن شود، رنگهای اطراف خود را بگیرد و پراکنده کند. دکوراسیون با این متریال فرصتهای جدیدی را در معماری و طراحی داخلی فراهم میکند.
بتن خود ترمیم شونده
اصطلاح بتن خود ترمیم شونده بیش از 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 معرفی نمود. اصل فناوری ساده است، کپسولهای حاوی باکتریهای خاص و مواد مغذی برای آنها به بتن اضافه شد. باکتریها به محض برخورد آب فعال میشوند. بتن ترک خورده با رطوبت بازسازی شده و با سنگ آهک تولید شده توسط باکتریها پر میشود.
علاوه بر این فناوری زیستی، جایگزین دیگری از سوی محققان کرهای وجود دارد که در آن کپسولهایی از یک پلیمر خاص به بتن اضافه میگردد. تحت تأثیر رطوبت و نور خورشید نیز شروع به واکنش میکند، متورم میشود و ترک را پر میکند.
بتن سنتی یک مصالح ساختمانی بسیار قابل اعتماد و تثبیت شده است، اما در صورت ترک خوردن خواص خود را از دست میدهد. بسیاری از متخصصان علم مواد در سراسر جهان در حال کار بر روی ارتقا مدرن مواد پایه هستند.
اخیراً دانشمندان آمریکایی از مؤسسه پلی تکنیک Worcester (WPI) نیز شواهدی ارائه کردهاند که نشان میدهد بتن زیستی را توسعه دادهاند. در این مورد، یک آنزیم برای واکنش با کریستالهای کربنات کلسیم آزاد کننده Co2 اضافه میشود که خواص آنها شبیه به بتن است. در نتیجه تمام ترکها پر شده و مقاومت بتن بهبود مییابد. این روش میتواند یک ترک 1 میلی متری را در یک روز بازیابی کند.
پیشرفت دیگری توسط دانشمندان دانشگاه کلرادو بر اساس فتوسنتز باکتریها است. T Bioconcrete مخلوطی از سیانوباکتریها (باکتریهای فتوسنتز) ژلاتین و ماسه تشکیل شده است. آنها به آب واکش میدهند و اندازه آنها برای پر کردن هر حفره افزایش مییابد.
آئروژل
سختترین و سبکترین ماده در جهان که از 99.8 درصد هوا ساخته شده است!
این ماده فوق سبک متخلخل مصنوعی از ژلی مشتق شده است که در آن مایع ژل با گاز جایگزین میشود. نتیجه یک بدنه بسیار جامد با چگالی بسیار کم و هدایت حرارتی کم است. در لمس، شبیه به فوم پلی استایرن شکننده است. آئروژلها میتوانند از ترکیبات شیمیایی مختلفی ساخته شوند. اولین بار در سال 1931 با عنوان زاده فکر ساموئل استفنز کیستلر (Samuel Stephens Kistler) تولید شد. او استدلال کرد که میتواند مایع را با گاز جایگزین کند بدون اینکه ساختار را کوچک کند. اولین آئروژلها از سیلیکاژل ساخته شده بودند. کار بعدی کیستلر مربوط به آئروژلهای مبتنی بر اکسید آلومینیوم، اکسید کروم و دیاکسید قلع بود. آئروژلهای کربنی برای اولینبار در اواخر دهه 1980 ساخته شدند.
ویژگی خاص آئروژلها این است که میتوانند رسانایی حرارتی کمتری نسبت به گازی که دارند داشته باشند. این ماده یک عایق حرارتی عالی است، بنابراین به طور گسترده برای عایق حرارتی کارآمد و سازگار با محیط زیست در مقیاس صنعتی استفاده میشود. به دلیل تخلخل زیاد و ریز ساختار، میتوان آئروژلها را به عنوان ماتریکس جمع آوری کوچکترین ذرات گردوغبار استفاده کرد.
ریچلیت
یک ماده کامپوزیتی کاغذی بادوام است که از صفحات سخت و صاف کاغذ باطله فشرده شده ساخته شده است. کاغذ با منبع مناسب نسبت به بسیاری از مصالح متداول در ساخت و ساز بسیار دوست دار محیط زیست است. با این حال، فن آوری مدرن آن را به یک ماده خام شگفت انگیز تبدیل میکند که برای ساخت و ساز زیست محیطی بسیار ضروری است.
بر خلاف سنگ و یا سایر سطوح سخت، ریچلیت مانند چوب سخت متراکم عمل میکند و میتوان آن را به راحتی آسیاب، سنباده و به هم متصل نمود. همچنین یک ماده مقاوم در برابر آب است که دارای خاصیت جذب رطوبت کم، مقاوم در برابر حرارت بالا و مقاومت در برابر آتش است. با روکش طبیعی نیز ضرری ندارد و در بسیاری از صنایع ساخت و ساز تا طراحی مبلمان استفاده میشود. حتی برای تولید آلات موسیقی نیز مورد استفاده قرار میگیرد و در عین حال با کیفیت صدای بالا جایگزین آبنوس گران قیمت میشود.
گرانیت مایع
سنگ مایع مصنوعی یک مخلوط ساختمانی ویژه که از 70 درصد براده های مرمر و 30 درصد مواد افزودنی خاص و پر کننده تزئینی ساخته شده است. این ماده بر روی سطوحی همچون بتن، آجر ، سنگ و آسفالت پاشیده میشود. با توجه به ترکیب آن، مایع فشرده میشود و یک مهرو موم محکم ایجاد میکند و سطح را زیبا و بادوام میسازد. گرانیت مایع بک ماده سازگار با محیط زیست است زیرا که شامل رزین های ایمن، تراشه های مرمر طبیعی و پرکننده های معدنی است. این ماده کامپوزیت اغلب در کار های تکمیلی، برای ساخت یا پوشش ساختار های فردی یا عناصر داخلی استفاده میشود.
بتن انعطاف پذیر_ خمشی
تحقیقات برای بهبود کیفیت بتن یکی از محبوبترین فعالیتها در علم مواد است، اما نباید تعجب آور باشد.
این روزها تقریباً تمام ساخت و سازها بر پایه بتن است. قبلاً اشاره کردیم که یکی از مشکلات بتن شکنندگی آن در صورت تراشه و ترک خوردن است.
علاوه بر این، در عین حال که 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 انعطاف پذیری را نیز به آن اضافه کردهاند، این ویژگی در مشخصه بتن سنتی نیست.
بتن جدید به دلیل یک افزودنی منحصر به فرد، انعطاف و استحکامی به دست آورده است که تا 3 برابر بیشتر از بتن سنتی است.
نازکترین میکرو الیاف پلیمری در یک محلول مخلوط میشوند و بار را در کل دال بتن توزیع میکنند. این عمل به آنها کمک میکند تا زمانی که در معرض خمش قرار میگیرد به اندازه فلز و دوبرابر قویتر از بتن معمولی شود. با این حال هیچ محدودیتی برای بهترشدن وجود ندارد و دانشمندان دیگر همچنان به دنبال بتن انعطاف پذیر هستند. بهعنوانمثال متخصصان دانشگاه Swinburne بتن را بدون استفاده از سیمان، اما با همان ویژگیهای برجسته از نظر انعطاف پذیری و بارگذاری ساختهاند. این نوع جدید بتن دوستدار محیط زیست است؛ زیرا خاکستر و کامپوزیتهای زئوپلیمری را در خود جای داده است (انتشار زبالههای معمولی از نیروگاههای زغال سنگ). همچنین در دمای اتاق جامد میشود که به معنای کاهش هزینههای تولید ناپایدار است. اما مهمتر از همه بتن جدید 400 برابر انعطاف پذیر تر از بتن سنتی است، در حالی که همان سطح مقاومت را حفظ میکند.
زئو پلیمرها نه تنها به ضریب خمشی میافزایند، بلکه مقاومت در برابر شکستگیهای ریز احتمالی را نیز بهبود میبخشند. الیاف پلیمری سازه را حتی با ترکهای تحت بار نگه میدارد؛ بنابراین میتوان از مواد جدید در مناطق زلزله خیز استفاده کرد و خطر ریزش ساختمانها را به حداقل رساند.
انعطاف پذیری آن امکانات طراحی بی حد و حصری را برای معماران ارائه میدهد و چالشهای جدیدی را برای ساختوساز ایجاد میکند.
آلومینیوم شفاف
این ماده یک واقعیت فیزیکی است. به عبارت ساده، یک سرامیک شفاف بر پایه آلومینیوم اکسی نیترید (AION) است. از ویژگیهای اصلی این ماده مقاومت در برابر خراش و دوام بالای آن است. آلومینیوم شفاف بسیار بادوامتر از شیشه آلومینوسیلیکات (کوارتز) است و همچنین 85 درصد سخت تر از یاقوت کبود می باشد. علاوه بر این، میتواند حرارت را تا 2100 درجه سانتی گراد تحمل کند. در برابر اشعه، اسید ها، مواد قلیایی و آب مقاوم است. طبیعتا این ماده بلافاصله توسط صنایع نظامی و اپتیکی پذیرفته شد. اما در ساخت و ساز پنجرههای مقاوم در برابر ضربه، گنبد ها و سایر عناصری که نیاز به شفافیت و استحکام دارند، مورد استفاده قرار میگیرند.
چوب لمینت شده
این ماده یک ماده نوآورانه است که از چوب در عناصر خود استفاده میکند. چوب به صورت صفحات فشرده شده و لمینت میشود و آن را به یک بلوک جامد تبدیل میکند که بسیار قویتر از چوب معمولی است.
در این نوع انواع فرعی مانند چوب چندلایه را خواهید یافت. چوب چندلایه از چند تکه الوار به هم چسبیده تشکیل شده است که برای ایجاد تیرهای قوی استفاده میشود. الوارهای متقاطع از تکههای چوبی ساخته شدهاند که در جهتهای متناوب قرار گرفتهاند تا پانلهای بزرگی ایجاد کنند و بتوانند بارهای سنگین را تحمل نمایند.
هر دو نوع چوب در برابر آتش مقاوم هستند. لایههای بیرونی هنگام سوختن، زغالی ایجاد میکنند که به عایق بقیه چوب کمک میکند. در طول آزمایشات مقاومت در برابر آتش، آنها توانایی حفظ یکپارچگی ساختاری خود را نشان دادهاند. استفاده از چوب جامد جذب کربن را در حین رشد درختان و در حالی که چوب در ساختمانها استفاده میشود، تسهیل میکند.
هیدرو سرامیک_ خنک کننده غیر فعال
این مواد یک کامپوزیت از خاک رس و هیدروژل ساخته شده که میتواند فضای داخلی ساختمانها را تا دمای 6 درجه سانتی گراد خنک کند. هیدروسرامیک ها از توانایی هیدروژل برای جذب 500 برابر بیشتر از وزن خود آب برای ایجاد یک سیستم ساختمانی استفاده می کنند که به عنوان بخشی از طبیعت به موجودی زنده تبدیل میشود. این فناوری توسط دانشجویان اسپانیایی در موسسه معماری پیشرفته کاتالونیا در سال 2014 توسعه یافت. از آن زمان، این ماده ابتکاری که سیستم های خود خنک کننده را قادر میسازد در صنعت ساخت و ساز و در میان معماران تقاضای زیادی داشته است و میتواند تا 28 درصد از کل انرژی مصرفی دستگاه های خنک کننده سنتی را ذخیره کند.
کابکوما_ رزوههای هیدروکربنی
برای مناطق زلزله خیز مانند ژاپن، موادی که میتوانند در برابر زلزله مقاومت کنند بسیار مهم هستند. به همین دلیل است که آزمایشگاه Komatsu Seiten Fabric یک کامپوزیت الیاف کربن گرمانرم به نام CABKOMA Strand Rod ساخته است.
این کامپوزیت با الیاف معدنی و مصنوعی، با روکش رزین ترموپلاستیک پوشش داده شده است که سبکترین سیستم تقویت لرزهای جهان را ایجاد میکند. رشتههای ابتکاری تقریباً 5 برابر سبکتر از سیم فلزی با همان استحکام هستند و حتی از نظر طراحی نیز زیبا به نظر می رسند. البته مانند تمام مواد بتنی مبتنی بر فیبر کربن، نقطه ضعف کابکوما این است که با قیمت بالایی عرضه میشود.
لانه انعطاف پذیر_ Flexicomb
این مواد از طبیعت الهام گرفته است همانطور که ممکن است از نام آن حدس بزنید، ساختار این ماده از لانه زنبور الهام گرفته است. این ایده بسیار ساده به طرز شگفت انگیزی انعطاف پذیر و کاربردی است. این ایده اولین بار در دانشگاه ییل ظاهر شده جایی که محققان ساختاری شبیه لانه زنبوری را مورد مطالعه قرار دادند. با ترکیب نیهای نوشیدنی در یک آرایه، به راحتی میتوان ساختاری شبیه لانه زنبوری ایجاد کرد. همچنین این فرصت را برای بازیافت یک مزاحم پلاستیکی رایج (نی نوشیدنی) ارائه میدهد.
در این لانه انعطاف پذیر هزاران لوله پلیپروپیلن محکم به یک ماتریس انعطاف پذیر متصل شدهاند که میتوان به آن اشکال مختلف داد. این سازهها نیمه شفاف هستند، بنابراین اغلب برای ساخت عناصر نورپردازی تزیینی استفاده میشود.
خنک کننده غیر فعال
همه میدانیم که رنگ سفید در بازتاب نور بسیار خوب است. اما به نظر میرسد که میتوان سفیدترین رنگ جهان را ایجاد کرد که میتواند به عنوان تهویه مطبوع برای خنک کردن اتاقها عمل کند. محققان دانشگاه پوردو رنگ سفیدی ساختهاند که 98.1 درصد از نور خورشید را منعکس میکند. راز رنگ در ترکیب آن است که حاوی سولفات باریم است.
این مواد یک سفید کاملاً خالص با جلوه بازتابی ایجاد میکند. با توجه به نتایج آزمایش، اجرای رنگ سفید منجر به نتایج باور نکردنی میشود: رنگ آمیزی سقف 90 مترمکعبی ظرفیت خنک کننده 10 کیلو وات را ارائه میدهد که این رقم از توان کولرهای خانگی بیشتر است. جدا از استفاده آن در خنک کردن ساختمانها، رنگ جدید میتواند از گرم شدن بیش از حد سیستمهای برق جلوگیری کند.
پوشش زیستی زغالسنگ
استارت آپ Made of Air مستقر در برلین، یک بیوپلاستیک غیر سمی ویژه ساخته است از بیوچار از زبالههای جنگلی و کشاورزی. کربن را جذب میکند و میتواند برای همه چیز از نمای ساختمان، مبلمان، فضای داخلی، حمل و نقل و زیر ساخت شهری استفاده شود.
مواد بازیافتی از 90 درصد کربن تشکیل شده و قادربه جذبCo2 از جو است و خود یک ماده کربن منفی است.
مواد متخلخل و غنی از کربن، کربن را بسیار مؤثر حفظ میکند. بر خلاف زیست توده در حال تجزیه که بهسرعت کربن خود را به اتمسفر بازمیگرداند، بیوچارها برای صدها یا حتی هزاران سال پایدار میماند. مواد ساخته شده از پلاستیک بیوچار ارزانتر از پلاستیک زیستی معمولی است.
پانلهای شش ضلعی به نام HexChar برای اولین بار به عنوان مواد روکش در مرکز نمایندگی آئودی مونیخ در سال 2021 نصب شد. این اولینبار بود که این محصول در یک ساختمان مورد استفاده قرار گرفت. تجزیه و تحلیل چرخه عمر آن نشان داده است که روکش این نمایندگی 14 تن کربن ذخیره میکند.
میلگرد کنف
محققان مؤسسه پلی تکنیک Rensselaer در ایالات متحده یک جایگزین کنفی برای تقویت فولادی اختراع کردهاند که به ادعای آنها از مشکل خوردگی جلوگیری میکند و انتشار کربن در طول ساخت و ساز را کاهش میدهد.
آرماتور کنفی را میتوان برای حمایت از سازههای بتنی به همان روشی که امروزه از فولاد و سایر آرماتورها استفاده میشود مورد استفاده قرار داد. اما به دلیل ترکیب مواد و دوام آن، اثرات زیست محیطی کمتری به همراه دارد.
در حال حاضر زنگ زدگی آرماتورهای فولادی دلیل اصلی تخریب پیش از موعد سازههایی مانند پلها، جادهها، سدها و ساختمان میباشد. تقویت کننده ابتکاری کنفی دوام و محافظت سه برابری در برابر خوردگی را فراهم میکند. علاوه بر این، بر خلاف تقویت الیاف شیشه در سازههایی که به ویژه در معرض خوردگی هستند، تقویت کنف نیازی به مصرف انرژی زیادی برای تولید و نصب ندارد که آن را به یک راه حل سازگار با محیط زیست تبدیل میکند.
نتیجه
این فهرست تنها بخش کوچکی از پیشرفتهایی است که در حال حاضر در صنعت ساخت و ساز استفاده میشود. هر یک از مواد هر سال در حال بهبود هستند و یا با یک راه حل یا گزینه بهتر جایگزین میشوند. ساخت و ساز بخشی است که در آن مواد پیشرفته تکنولوژیکی و راهحلهای دیجیتالی نوآورانه میتوانند شیوه اجرای پروژهها را متحول کنند و اشیایی واقعاً آیندهنگر را ایجاد کنند.