کامپوزیت‌‌های ساختمانی

مهم‌ترین مزیت مواد کامپوزیتی آن است که با توجه به نیازها، می‌توان خواص آنها را کنترل کرد. به طور کلی مواد کامپوزیتی دارای مزایای زیر هستند.

-مقاومت مکانیکی نسبت به وزن بالا
-مقاومت در برابر خوردگی بالا
-خصوصیات خستگی عالی نسبت به فلزات
-خواص عایق حرارتی خوب

دسته‌بندی کامپوزیت‌ها از دیدگاه زیستی
-کامپوزیت‌های طبیعی مانند استخوان، ماهیچه، چوب
-کامپوزیت‌های مصنوعی(مهندسی)

دسته‌بندی کامپوزیت‌های مهندسی از لحاظ فاز زمینه ماتریس
-CMC کامپوزیت‌های با زمینه‌ سرامیکی Ceramic Matrix Composites
-PMC کامپوزیت‌های با زمینه‌ پلیمریPolymer Matrix
-MMC کامپوزیت‌های با زمینه‌ فلزی Mettal Matrix Composites

کامپوزیت‌های پایه پلیمری ( PMC‌)
‌کامپوزیت‌های پایه پلیمری مهم‌ترین دسته از کامپوزیت‌ها هستند. طیف وسیعی از صنایع‌، از صنایع رده بالا مثل تولید قطعات هواپیما گرفته تا صنایع رده پایین مثل تولید سینک ظرفشویی و …. از کامپوزیت‌های پایه پلیمری تولید می‌شوند و درحال حاضر ۵۹ درصد بازار کامپوزیت‌ها را به خود اختصاص داده‌اند و به همین دلیل بزرگترین زیر مجموعه مواد مرکب محسوب می‌گردند .‌

امروزه اغلب صنایع از مزایای منحصر به فرد این مواد بهره می‌جویند و ردپای کامپوزیت‌ها را در حوزه‌های زیر می‌توان جستجو نمود.

-‌صنایع حمل و نقل شامل حمل و نقل هوایی ، جاده ای ، ریلی و دریایی
-‌صنایع نظامی و هوا – فضا
-صنایع انرژی در حوزه های تولید و انتقال برق ، صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی
-صنعت ساخت و ساز شامل صنایع زیر بنایی و صنعت ساختمان
-صنایع خودرو و قطعه سازی
-‌صنایع مبلمان شهری
-وسایل خانگی
-‌لوازم ورزشی

کامپوزیت های پایه پلیمری در حال حاضر تنها به میزان ۱ درصد نسبت به شروع کاربری خود یعنی صنایع هوا – فضا کاربرد دارند و قسمت عمده الباقی در صنایع ساخت و ساز و حمل و نقل به کار گمارده می‌شوند‌. درحقیقت توسعه فناوری تولید کامپوزیت‌های پایه پلیمری این امکان را فراهم کرده است تا اغلب صنایع از مزایای منحصر به فرد این مواد بهره جویند. مطابق آمار ارائه شده، بیشترین میزان مصرف کامپوزیت‌ها معطوف به صنعت ساخت و ساز مشتمل بر ساختمان ابر سازه ها‌، صنایع نفت و گاز و لوله هستند.

مزایای کامپوزیت‌های پایه پلیمری
مزایای سازه‌های مبتنی بر کامپوزیت‌های پلیمری نسبت به نمونه‌های سنتی بتنی‌، چوبی و فلزی که باعث نفوذ آنها درگستره وسیعی از صنایع مختلف شده است‌، بشرح ذیل است.

-کاهش وزن سازه ساخته شده با توجه به معماری قابل تغییر بر اساس خواست طرح
-ایمن بودن در برابر پدیده خوردگی
-قابلیت تحمل بارهای سیکلی و مقاومت بسیار مناسب در برابر پدیده خستگی
-سادگی روشهای تولید و امکان تولید اشکال بسیار پیچیده باروشهای بسیار آسان ، کارآمد و مقرون به صرفه
-سهولت فرایندهای تعمیر و عیب یابی
-ضریب انبساط حرارتی پایین و عایق مناسب حرارتی
-عایق الکتریکی
-بهبود اتصالات و امکان تولید یکپارچه
-خصوصیات ارتعاشی بسیار مناسب و مقاوم بودن نسبت به پدیده تشدید در ارتعاشات نسبت به فلزات
-قابلیت مونتاژ آسان

کامپوزیت‌‌های ساختمانی
کامپوزیت‌‌های ساختمانی (Structural Composites) از پرکاربرد‌ترین مواد کامپوزیتی محسوب می‌شوند. زیرا به دلیل افزایش جمعیت در سراسر دنیا و روند رو به کاهش منابع طبیعی و سوخت‌های فسیلی، استفاده از مواد مصنوعی در مصارف مختلف،لازم است و به نظر می رسد که کامپوزیت‌ها از جمله این مواد هستند. به عبارت دیگر از کاربرد‌های شاخص مواد کامپوزیتی، استفاده از آن‌ها در صنعت ساختمان بوده که جایگزین مناسبی برای آهن و چوب در مصارف ساختمانی است. به طور کل مقاومت بسیار بالا و وزن بسیار کم، کاربری کامپوزیت‌ها را ساده کرده است. اصولا سازه‌­های ساختمانی مخصوصاً سازه­‌های بتن آرمه در هنگام اجرا یا بهره ­برداری به دلایل مختلف از جمله ضعف اولیه یا عمر زیاد، تحت اثر عوامل مختلف محیطی یا مکانیکی تضعیف می‌شوند. روش‌­های سنتی تقویت این سازه‌ها نیز با مشکلاتی همراه است. بنابراین تعمیر و تقویت خارجی و داخلی سازه‌ها با مواد کامپوزیتی و یا ساخت سازه‌های تمام کامپوزیتی می‌تواند بر طول عمر و کیفیت ساختمان کمک شایانی داشته باشد.

دلایل استفاده از ساختارهای کامپوزیتی در مصارف ساختمانی
معماری
ظاهر ساختمان یکی از مشخصه‌های اصلی از جنبه زیبایی شناختی است. با استفاده از کامپوزیت‌‌های ساختمانی می‌توان در زمینه‌های زیر فعالیت کرد.

-پل‌ها و دهنه‌های طویل‌تر
-تیرهای نازک‌تر
-ستون‌های با ظرافت بیشتر
-طراحی متنوع تر
اقتصادی
در کلیه فعالیت‌های اقتصادی، برآورد هزینه از جمله پارامترهای اصلی است. توجه به این گزینه در صنعت ساخت و ساز به دلیل فراگیر بودن و روند رو به رشد قیمت مصالح ساختمانی مهم و ضروری است. استفاده از کامپوزیت‌‌های ساختمانی منجر به :

-کاهش وزن تجهیزات مورد استفاده در ساختمان
-کاهش سطوح نیازمند به آبکاری و پوشش دهی
-ایجاد پل‌های طولانی تر همراه با کاهش وزن
-ساخت اتاق‌های بدون ستون
-کاهش زمان و هزینه مورد نیاز برای ساخت ساختمان

کاربردهای متنوع کامپوزیت‌‌های ساختمانی
با توجه به افزایش جمعیت در سراسر دنیا و روند رو به کاهش مواد و منابع طبیعی و سوخت‌های فسیلی باید استفاده از مواد مصنوعی را تا سطحی که به طبیعت آسیبی نرسانند افزایش دهیم تا بتوانیم منابع طبیعی بیشتری را از خطر حفظ کنیم. کامپوزیت‌ها ازجمله این منابع هستند که در صنعت ساختمانی می‌توانند جایگزین‌های مناسبی برای آهن و چوب باشند که امروزه در بخش‌های مختلف ساخت و ساز ساختمان کاربرد دارند و کامپوزیت‌‌های ساختمانی از پرکاربردترین مواد کامپوزیتی محسوب می‌شوند.

به طور کلی یکی از مهم‌ترین دلایل استفاده از کامپوزیت‌‌های ساختمانی نقش آن در زیبایی معماری و استفاده از آن به عنوان نمای ساختمان است. اما دلیل دیگر این است که با توجه به روند رو به رشد قیمت مصالح ساختمانی و با توجه به اینکه در برآورد اقتصادی کامپوزیت هزینه بسیار کمتری را برای ساختمان می‌تراشد استفاده از این محصول بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

مشخصات فنی ورقهای کامپوزیت:

.1سبکی

ورق های کامپوزیت دارای وزن کمی حدود 8-5 کیلوگرم در هر مترمربع می باشند که در مقایسه با دیگر مصالح از قبیل سنگ، شیشه و سیمان دارای پایین ترین وزن ممکن می باشد. با بررسی های بعمل آمده نمای کامپوزیت آلومینیوم حدود 90% سبک تر از سنگ گرانیت، 85% سبک تر از سیمان، 75% سبک تر از شیشه و 50% سبک تر از ورق معمولی است.( کاهش وزن سازه باعث کاهش ضریب زلزله در محاسبات می باشد.

2.خواص آکوستیک

فضای خالی پشت ورق های کامپوزیت باعث ایجاد خاصیت آکوستیک می شود. بعنوان مثال وقتی از یک ورق کامپوزیت در یک ساختمان با دیوارهای ساخته شده از بتن سبک استفاده می شود خاصیت عایق بودن صوت آن و برابر می شود.

3.شکل پذیری

بوسیله ابزار زوایای مختلف با لبه تیز تا 135 درجه را می توان با این ورقها ایجاد کرد در حالیکه برای مصالح رایج دیگر فاقد سیمان، سنگ و شیشه این امر امکان پذیر نمی باشد.

4.تنوع رنگ

با توجه به وجود تنوع رنگ ورق ها طراحان می توانند از رنگ های بسیار متنوع و مختلف از جمله رنگ های متالیک در طرحهای خود استفاده کنند. برای رنگ کردن پانل ها از سیستمهای بسیار پیشرفته و با کیفیت بالا استفاده شده است تا رنگ مورد نظر بالاترین کیفیت و بهینه ترین مقاومت را در برابر شرایط نامساعد جوی و آلودگی های صنعتی داشته باشد. این خواص به وسیله پوشش های فلورایدی یاPVDF تأمین شده اند.

5.مقاومت دربرابر آتش

از لحاظ مقاومت در برابر آتش سوزی این مصالح در بسیاری از کشورها بعنوان مصالح ضد احتراق شناخته شده و مورد استفاده قرار می گیرد و پس از آتش سوزی نیز برای محیط زیست آلودگی ایجاد نمی کند زیرا تمامی مواد بکار رفته در ساخت آن بدونCFC هستند.
 

6.عملکردغیریکپارچه دربرابر زلزله

با توجه به اینکه این ورق ها بصورت ثابت به نمای ساختمان متصل نمی شوند، هنگام وقوع زلزله ورق ها در جای خود حرکت کرده و امکان فرو ریختن آن به حدأقل می رسد.

7.امکان آببندی نما

از ویژگی های نمای کامپوزیت، امکان آب بندی آن می باشد به گونه ای که امکان نفوذ آب به زیر نما وجود نداشته باشد و آب ناشی از باران و برف پس از هدایت به شیارهای تعبیه شده از محل معینی خارج می شوند. همچنین این ورق ها در مقابل خوردگی ناشی از آب و هوا و باران های اسیدی کاملاً مقاوم است و عوامل جوی هیچگونه تأثیری به زیبائی و کیفیت نما نخواهد داشت.

8.بی نیازی به شستشو

از دیگر ویژگی های این ورق ها تمیز ماندن آن است. دلیل این امر نوع رنگ مصرفی است که در اثر جریان هوا الکتریسیته ساکن در ورق ایجاد نمی شود که گرد و غبار معلق در هوا جذب نشده لذا سطح آن تمیز مانده و هرگونه گرد و غبار احتمالی نیز با اولین باران از روی سطح کاملاً شسته می شود.

9.قابلیت تعویض پنلها

در صورت بروز هرگونه مشکل در یکی از پانل ها به دلایل مختلف، این قابلیت وجود دارد که بتوان بدون خرابی کل نما تنها پانل آسیب دیده را عوض کرده و یک پانل نو جایگزین آن کرد.

مزیت‌های مصالح کامپوزیتی
-سبکی اولین مزیت کامپوزیت‌‌های ساختمانی است و هزینه‌های ساختمان را تا حد بسیار زیادی پایین می‌آورد و در مقابله با زلزله اهمیت فراوانی دارد و می‌توان گفت در مقایسه با آجر و سیمان ۵۰ برابر سبک‌تر است. کامپوزیت‌‌های ساختمانی علی رغم سبکی، مقاومت بالایی دارد و انواع فشارها و ضربه‌ها را جذب کرده و در برابرشان مقاومت می‌کنند.
-یکی از ویژگی‌های کامپوزیت‌‌های ساختمانی مقابله با خوردگی و رطوبت است که هزینه‌های تعمیر و نگهداری را تا حد قابل توجهی پایین آورده و به علت عدم پوسیدگی از نظر بهداشتی هم مطمئن‌تر بوده و نگرانی از تجمع میکروب‌ها را به حداقل می‌رساند. همچنین کامپوزیت‌ها در معرض محیط‌های باز، کاربردهای شیمیایی و سایر شرایط محیطی و دمایی مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند.
-یکی از ویژگی‌های مثبت کامپوزیت‌‌های ساختمانی شکل‌گیری و انعطاف پذیری بالا و متنوع آن در جهت‌های گوناگون است که با هزینه‌ها و امکانات کمی قالب گیری می‌شوند و به طراحان برای خلق اشکال پیچیده آزادی عمل فوق العاده‌ای می‌دهند.

نانو کامپوزیت‌‌های ساختمانی
در این دسته از کامپوزیت‌ها، فاز تقویت کننده کمتر از ۱۰۰ نانومتر است. از جمله این مواد تقویت کننده نانو سیلیس آمورف بوده که به عنوان عامل چسبنده به بتن‌های با عملکرد بالا افزوده می‌شود. هم چنین نانو لوله‌های نوین، دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی‌تر و بسیار سبک می‌کند به طوریکه می‌توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل کرده و در آینده جایگزین الیاف کربنی شوند و در کامپوزیت‌ها به کار برده شوند.

دلیل بالا بودن عمر نانو كامپوزیت‌ها، خواص غیركشسان آنهاست. در حالی كه مواد فلزی حالت كشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا می نمایند. بنابراین مواد نانو كامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملكرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزه خواهند بود.

جایگاه کاربرد کامپوزیت‌‌های ساختمانی
طبق آمار، مصرف کامپوزیت در کشورهای توسعه یافته در صنعت ساختمان، چیزی حدود ۳۸ درصد بازار جهاني این محصولات را به خود اختصاص می‌دهد، بنابراین نادیده گرفتن کامپوزیت در مواردی که می‌تواند ناکارآمدی محصولات و روش‌های سنتی را جبران کند، به معناي از دست دادن یک تکنولوژی نوین در صنعت ساختمان است که به سرعت هم بهره‌برداری از آن در دنیا رو به افزایش است.
با مطالعه پیشینه استفاده از کامپوزیت در می‌یابیم که ابتدا خاصیت شکل‌پذیری آن در ساخت لوازم بهداشتی داخل ساختمان مورد توجه قرار گرفته است که عمده استفاده از کامپوزیت‌‌های ساختمانی در ساخت وان، سینک و… بوده که بعدها با انجام مطالعات بیشتر به سمت استفاده‌های زیر ساختاری در بنا کشیده شده است. مثلا در ژاپن به علت زلزله‌خیز بودن اين كشور، کامپوزیت‌‌های ساختمانی کاربرد فراوانی دارند و در ساخت پل‌ها، تیرها، گاراژها و پارکینگ‌ها به شکل گسترده استفاده می‌شوند همچنین در کشورهای اروپایی چون فرانسه و آلمان ساختمان‌هایی از جنس مواد مرکب یا همان کامپوزیت‌‌های ساختمانی ساخته می‌شوند که با جرثقیل قابل حمل هستند.
در ایران بیشترین درصد استفاده از کامپوزیت‌‌های ساختمانی در مصالح بهداشتی است و هنوز قابلیت‌های مقاومتی آن ناشناخته مانده است، ولی باید بدانیم که صرف استفاده‌های تزئینی از این ماده در مصالح بهداشتی داخلی ساختمان نمی‌تواند بیانگر رشد به کارگیری این محصول در ساختمان‌سازی باشد و باید در این زمینه فعالیت‌هایی در جهت به کارگیری کامپوزیت به شکل‌های کاربردی‌تری هم صورت گیرد.