بهترین مصالح ساختمانی جدید

در سال ۲۰۱۶ تعدادی از مصالح و تکنولوژی های مهم پیشرفت زیادی کردند و برخی حتی به تولید انبوه رسیده اند. این مجموعه از تکنولوژی های پیشرفته، همگی حاصل سال ها و برخی حاصل دهه ها تلاش و تحقیق و پیگیری بوده اند. در ادامه با ۳ تکنولوژی برتر مصالح ساختمانی جدید در سال ۲۰۱۶ میلادی آشنا می شویم.

۱. تکنولوژی نمای فلزی حرارتی خورشیدی

اولین گزینه برای معرفی تکنولوژی های برتر، صفحات خورشیدی است. این صفحات یک سیستم پوششی هستند که از ترکیب صفحات چوبی جاذب با شیارهای افقی و عایق شیشه ای مستقر بر روی این چوب ها تشکیل شده است. این روکش یک نمای عملکردگرا هست که بسیار مناسب مکان های سردسیر می باشد. چرا که نور خورشید را از طریق صفحات آلومینیومی جذب کرده و تبدیل به حرارت می کند.

صفحات چوبی شیاردار به این منظور طراحی شده اند که از یک طرف در تابستان باعث کنترل جهت تابش آفتاب و میزان آفتاب ورودی به ساختمان شوند و از طرف دیگر در زمستان باعث ذخیره ی انرژی و گرمای خورشید شده و ساختمان را گرم نگه می دارد.

سیستم برق فتوولتائیک

سیستم فتوولتائیک مانند سایرمولد ها و نیروگاه های برق می تواند در هر ظرفیتی نصب و بهره برداری شود. حتی محدودیت آن بسیار کمتر از سایرین است و می تواند به صورت ژنراتورهایی با توان میلی وات تا چندین مگاوات ساخته شوند. لیکن با توجه به راندمان پائین تبدیل انرژی دراین سیستم و بالا بودن قیمت تجهیزات آن، برق تولیدی ازاین سیستم قدری گران تر است.

شرایط بهینه در بارگیری سیستم فتوولتائیک در معماری ساختمان از دو زاویه قابلل بررسی است :

v مجتمع کردن سیستم فتوولتائیک با معماری و تاسیسات الکتریکی ساختمان

v طراحی و محاسبه سیستم فتوولتائیک به صورت فصلی

استفاده از پانل های خورشیدی در معماری ساختمان، باعث کاهش هزینه های بارگیری این انرژی می شود و می تواند در توسعه کاربرد آن موثر باشد. در تلفیق یک سیستم فتوولتائیک با معماری و تاسیسات ساختمان، تجهیزات اصلی سیستم باقیمانده و سایرتجهیزات به نوعی با وسایل مشابه در ساختمان ادغام می شوند. بعضی از قطعات جانبی تجهیزات اصلی نیز برای نصب نمای ساختمان، قابل حذف و صرفه جوئی هستند و بدین ترتیب با همکاری طراح ساختمان و طراح سیستم خورشیدی می توان شرایطی را ایجاد کرد که امکان بهره برداری از سیستم فتوولتائیک با شرایط بهینه فنی و اقتصادی میسر باشد.

یکی از موارد استفاده از سیستم های خورشیدی برای گرمایش ساختمان سیستم گرمایش کفی است که به جای استفاده ازمنابع فسیلی برای آب گرم مصرفی از انرژی خورشیدی وآب گرمکن خورشیدی تامین می شود.

سیستم برق خورشیدی از اجرای مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از:

1) پانل یا صفحه خورشیدی؛ انرژی نور خورشید را به برق مستقیم تبدیل می نماید.

2) جعبه اتصال گروهی؛ واسطه اتصال پانل ها به مدار برق و محافظ پانل های خورشیدی از صاعقه و برق آسمانی است.

3) سازه های فلزی یا ساختمانی؛ نگهدارنده پانل ها در جهت و زاویه خاص هستند.

4) دستکاه کنترل کننده ؛ کنترل کننده تولید برق، مصرف برق، شارژ باطری های ذخیره و تنظیم کننده مشخصات برق تولیدی ومصرفی از نظر ولتاژ و آمپر است.

5) کابل های ارتباط؛ اتصالات سیستم فتوولتائیک و مدار برق را بر قرار می کند.

6) باطری های ذخیره؛ برق مورد نیاز برای ساعات بدون نور خورشید ذخیره می کند.

7) مبدل برق مستقیم به متناوب؛ برق مستقیم را به برق متناوب یک فاز و یا سه فاز تبدیل می کند.

۲. تکنولوژی پرینترهای سه بعدی

پرینترهای سه بعدی چاپگرهایی هستند که تصاویر و طرح های سه بعدی موجود در کامپیوتر را به صورت نمونه واقعی می سازند و به اجرا در می آورند. با پرینتر سه بعدی می توان در زمانی بسیار کوتاه، ساختمانی کامل را ساخت!

کار پرینتر سه بعدی به صورت لایه لایه است. به این صورت که نمونه های واقعی ساخته شده به وسیله ی چندین لایه از مواد اولیه که روی هم قرار می گیرند، ساخته می شود. یک سال و نیم پیش در کشور چین، یک مجتمع آپارتمانی ۵ طبقه در مقیاس اصلی و واقعی را به وسیله ی پرینتر سه بعدی به اجرا رساندند.


در چاپگرهای سه بعدی خانگی، برای تولید محصولات از ذوب پلاستیک بهره می‌برند. چاپگرهای سه بعدی صنعتی با قابلیت پرینت با استفاده از فلزات، رزین‌های مایع، خمیر سرامیک و حتی مواد خوراکی ساخته شده‌اند. تفاوت اصلی چاپگرهای خانگی و صنعتی در صافی سطح، دقت ابعادی و همچنین تنوع متریال‌های قابل استفاده در قطعه خروجی می‌باشد. البته این تفاوت رفته رفته با گسترش صنعت چاپگرهای خانگی کمرنگ تر شده‌است و امروزه پرینترهای نیمه صنعتی با دقت‌های ابعادی بسیار مناسب ظاهر شده‌اند که قیمت‌های بسیار پایینی نیز دارند، علاوه بر قیمت بسیار پایین، قرقره‌هایی را که مورد استفاده قرار می‌دهید، با قیمت بسیار اندک در حدود سی هزار تومان، بیش از صد قطعهٔ ۲۰ * ۲۰ سانتی‌متر را مورد ساخت قرار می‌دهد. امروزه انتخاب پرینتر سه بعدی به عنوان شغل مورد کسب درآمد بسیار بالایی بین شغل‌های آزاد شده.

چاپگر سه بعدی چگونه کار می کند؟

تفاوت تمامی پرینترهای سه بعدی در تکنولوژی و مواد مصرفی آنها است که آنها را از هم متمایز می کند. به عنوان مثال برخی پرینترهای سه بعدی بر پایه پودر (نایلون، پلاستیک، سرامیک و فلز) که با استفاده از یک منبع حرارت نوری (لیزر) ذوب شده و سپس جامد می شوند و شکل نمونه مورد نظر را می گیرند عمل چاپ را انجام می دهند. در برخی دیگر رزین های پلیمری با استفاده از لیزر لایه به لایه سفت و سخت شده و شکل جامد به خود می گیرند. (این لایه ها بسیار نازک هستند).

جهش قطرات ریز از مواد به سطح پلت فرم نیز که بیانگر تکنولوژی جوهر افشان در چاپ دو بهدی هستند، در چاپ سه بعدی به عنوان تکنولوژی جهش چسب شناخته می شوند.

رایج ترین این تکنولوژی ها، روش FDM است که در آن مواد اولیه از جنس پلاستیک ABS و یا PLA به صورت رشته ای از طریق نازل دستگاه عبور کرده و پس از گرم شدن عمل لایه سازی را انجام می دهد از آنجا که چاپ سه بعدی امکان ساخت مستقیم و دقیق قطعات را فراهم می کند می توان با این تکنولوژی اشیء پیچیده و با قابلیت های بسیار بالا را بدون نیاز به مونتاژ و در کمترین زمان تولید کرد.

با این حال یکی از مهمترین نکات اساسی تولیدی موفق با این دستگاه، طراحی بسیار دقیق نمونه ها می باشد و غیر از این عملیات مهم، آماده سازی فایل و همچنین تبدیل آن می تواند پیچیده و زمان بر باشد به ویژه برای قطعاتی که در طول فرآیند ساخت بسیار پیچیده هستند. با این حال بروز رسانی مستمر نرم افزار و ارتقاء آن می تواند به کاهش زمان و طول این روند کمک به سزایی کند. علاوه بر این پس از پایان کار چاپ بیشتر قطعات نیاز به پردازش دارند، این مرحله که شامل سنباده زدن، صیقل دادن، رنگ و یا دیگر نکات تکمیلی کار است، نیازمند زمان و مهارت بالایی است. و به طور خلاصه می توان گفت این تکنولوژیهم اکنون اینکار تنها با استفاده از متریال های معدودی قابل اجراست اما کار بر روی تولید با انواع متریال مختلف همچون فلزات، مواد خوراکی، مواد بیولوژیک و سایر اقلام نیز در مرحله تحقیق و توسعه است و در آینده ای نزدیک تحول بزرگی در فرآیند تولید ایجاد خواهد کرد.

۳. تکنولوژی بتن خود ترمیم شونده

در سال ۲۰۱۶ دانشمندان و متخصصان بر روی فناوری جدیدی به نام بتن خود ترمیم شونده کار کردند و آزمایش های مختلفی انجام دادند. دانشمندان ۳ نوع از این بتن خود درمان را ارزیابی کردند: استفاده از پلیمر و جریان الکتریکی، استفاده از ترکیبات آلی و غیرآلی، استفاده از کپسول های حاوی باکتری.

هدف از این پروژه تولید بتن هایی می باشد که در زیرساخت های جاده ها، تونل ها، پل ها و ساختمان ها بتواند خود را به روز نگه دارد و بدون دخالت انسان خود را تعمیر کند! این پروژه زمانی دارای اهمیت بیشتری می شود که بدانیم سالانه هزینه ای حدود ۵۸ میلیارد دلار تنها در بریتانیا صرف تعمیر و نگهداری بتن فشرده می شود. آزمایشات نهایی بر روی این پروژه و این تکنولوژی در مراحل نهایی خود به سر می برد.

ماده ای بتنی که در دانشگاه میشیگان تولید شده است می تواند در صورت شکسته شدن خود را ترمیم نماید. دخالت انسانی الزامی نبوده و تنها به آب و دی اکسیدکربن مورد نیاز است.
نم نم باران در چند روز کافی است تا پلی آسیب دیده را ترمیم و نونوار نماید. خاصیت خود ترمیمی به این دلیل ممکن می باشد که در این ماده برخلاف بتن های معمولی که ترک ها، شکافهای بزرگی را بوجود می آورند، طراحی بگونه ای صورت گرفته است تا ترک های نازک مویی تشکیل شود.

اگر زخم و برشی کوچک در دستان شما پدید آید بدن انسان قادر است ان را ترمیم نماید. اما اگر جراحتی بزرگ داشته باشید، بدن نیاز به کمک خواهد داشت. حتی ممکن است به بخیه زدن احتیاج پیدا کنید. ما ماده ای را با ترک هایی کم عرض تولید کرده­ایم که به خودی خود می­تواند ترمیم شود. پروفسور "ویکتور لی" دکترای مهندسی عمران با استادی و تخصص در مهندسی علم مواد می گوید: حتی اگر بار زیادی به این مواد بتنی وارد شود باز هم اندازه ترک ها تغییر نکرده و ترک ها ریز باقی می مانند. مقاله ای نیز در این مورد در ژورنال "تحقیقات سیمان و بتن" چاپ شده است. پروفسور ویکتور لی می گوید استفاده از این مواد جدید می تواند زیرساخت ها را ایمن و پایدارتر سازد.

در آزمایشگاه پروفسور لی توان مقاومتی نمونه­ های مواد خود ترمیمی را که در معرض کرنش کششی به میزان ۳% قرار گرفته بودند را آزمود. این بدین معنا است که آنها نمونه ها را به اندازه ۳% طول اولیه ان کش آورده اند.

پروفسور لی می گوید ما به طور باورنکردنی شگفت زده و خوشحال شدیم زیرا زمانی که نمونه های کش آمده را پس از ترمیم آنها بار گذاری کردیم، آنها رفتاری به مانند اول و عملا مقاومت و سختی به میزان قبل داشتند.

مهندسان دریافته اند که برای نیل به ترمیمی کامل می بایست ترک ها از ۱۵۰ میکرومتر کمتر بوده و ترجیها اندازه آنها ۵۰ میکرومتر باشد. با تلاشی که پروفسور لی و همکارانش داشته اند در طی ۱۵ سال گذشته توانسته اند ترکیب سیمانی خم شونده مهندسی یا ECC را ارائه نمایند

با توجه به اینکه نرمی ECC خیلی بیشتر از بتن معمولی می باشد، ترکیب خم شونده ECC بیشتر از آنکه رفتاری شیشه ای داشته باشد رفتاری فلزی از خود بروز می دهد. بتن معمولی به مانند سرامیک رفتار می کند و هنگامی که در معرض نیروهای زلزله و یا نیروهای معمولی بشتر از حد نرمال قرار می گیرد رفتاری ترد و شکننده از خود نشان داده و شکست هایی مصیبت بار را موجب می شود اما پروفسور لی می گوید که ECC به راحتی و بدون شکست خم می شود. مشخص شده است که ECC با پوششی از فایبر مسلح می تواند در مقابل ۵% کرنش کششی تاب آورده، ایمن و بدون ایراد بماند. بتن های معمولی حتی توان تحمل ۰.۱% از کرنش کششی را ندارد.

متوسط عرض ترک ها در بتن های خود ترمیمی پروفسور لی کمتر از ۶۰ میکرومتر می باشد، که در حدود نصف ضخامت موی بدن انسان می باشد. دستور العمل ایشان این اطمینان خاطر را به مخاطب می دهد که سیمان بسیار خشک داخل بتن می تواند با دی اکسید کربن و آب واکنش نشان داده تا ترمیم شود و رگه ای نازک از کربنات کلسیم را شکل می دهد. کربنات کلسیم ترکیب مقاومی است که به صورت طبیعی در صدف های دریایی یافت می شود. در شرایط آزمایشگاهی جهت تکمیل پروسه ترمیم مواد، بایستی ۵ بار چرخه خشک و تر شدن دوباره انجام گیرد.

پیشرفت تکنولوژی دیگر محدود به زمان خاص یا اتفاق خارق العاده ای نیست، بلکه نمودار پیشرفت همیشه در اوج قرار دارد. همان طور که ملاحظه کردید، این تکنولوژی ها به حوزه معماری هم رسوخ کرده است و ویژگی های مثبت زیادی را در اختیار معماران و عموم مردم قرار داده است.

بتنی که در شرایط واقعی ترکهایش را وصله خواهد کرد

بتن حاوی باکتری تولید کننده سنگ آهک، که در اثر فرسایش حاصل از نفوذ آب باران به داخل بتن فعال می گردد در حال باز کردن راه خود به دنیای مهندسی ساختمان می باشد. این مصالح جدید می تواند به صورت عمده ای طول عمر و کارکرد بتن را افزایش دهد و موجب کاهش چشمگیری در هزینه ها گردد. تحقیقات در این زمینه در دانشگاه صنعتی دلفت (دلف) هلند آغاز شده است که حاصل تلاش هنک جانکرس میکروبیولوژیست و متخصص تکنولوژی بتن اریک شلانگن می باشد.

میکروترک ها بخش قابل پیش بینی از ترک های احتمالی در ساختار بتن می باشند که تاثیر چندانی در کاهش مقاومت بتن ندارند. شکست هایی به اندازه ۰.۲ میلی متر محدوده مجاز تشکیل ترک در کاربردهای معمولی از بتن می باشد. اما گاهی نفوذ آب به همراه املاح شیمیایی محلول به این ترک ها موجب خوردگی در بتن می شود.

عمر طولانی تر

دکتر جانکرس می گوید؛ برای حصول به دوام بیشتر و طولانی تر نمودن مدت زمان بهره برداری از ابنیه بتنی بایست به طریقی میکروترک های ایجاد شده به هم دوخته شده و التیام یابد.

بنابراین تا زمانی که آب باران در ترک ها راه خود را باز نموده، نفوذ کند و آنها را فعال سازد، هاگ خفته باقی می ماند. این باکتری های بی ضرر با تغذیه از مواد مغذی موجود در ترکیب بتن سنگ آهک تولید می کنند.

لاکتات کلسیم که از ترکیبات شیر می باشد نقش عمده ای در تغذیه باکتری های ترمیم کننده بتن دارد. باکتری هایی که نقش ترمیمی را دارند مقاومت خوبی در شرایط محیطی قلیایی از خود نشان می دهند.

دکتر جانکرس توانسته است ترکهایی به بزرگی ۰.۵ میلیمتر که ۲ یا ۳ برابر از شرایط عادی بزرگتر می باشد را در آزمایشگاه با این روش ترمیم نماید. محققین معتقدند که زمان ان رسیده است تا بتن خود ترمیمی در مقیاس بزرگ تولید شده و عملکرد ان در بتنهای مختلف و در شرایط محیطی متفاوت مورد ارزیابی قرار گیرد.

بزرگترین مشکل که محققین با ان روبرو می باشند اطمینان از زنده ماندن میکروارگانیسم ها در طی فرایند میکس و تولید بتن می باشد، این نگرانی راه حل هایی مانند استفاده از پوشش برای ذرات را پیش آورده است که روشی بسیار پر هزینه خواهد بود. اگر چه تیم تحقیقاتی تلاش دارد تا این هزینه ها را کاهش دهد ولیکن خود این مقوله نیز زمان بر بوده و رسیدن به نتیجه را به تعویق می اندازد.

تست های واقعی پس از مرحله انجام خواهد شد اگر چه قبلا نیز به صورت محدود برخی تلاشهایی انجام گرفته است. پس از مرحله تست واقعی بتن اجرا شده می بایست به مدت ۲ سال تحت نظر باشد و رفتار ان در شرایط واقعی مونیتور و ارزیابی گردد.

اگر چه روش خود ترمیمی حدود ۵۰% به هزینه تولید بتن می افزاید ولیکن تاثیری حداکثر به میزان ۱-۲% کل هزینه ساخت خواهد داشت. این افزایش را اگر با هزینه های احتمالی ترمیم مقایسه نماییم متوجه خواهیم شد که استفاده از بتن خود ترمیم امری با صرفه اقتصادی خواهد بود.