مقاله مصالح نوین در ساخت و ساز شهری

بخشی از مقاله

نوین در ساخت و ساز شهری

چکيده
امروزه با توجه به پيشرفت هاي چشم گيردرزمينه ي ساخت و ساز و رشد بسيار سريع علم در زمينه مصالح و مواد کاربري در ساختمان ها مهندسين و معماران عصر حاضر به جديد ترين نوع مصالح کاربردي درعرصه ي حرفه شان روي آورده از اين رو شناخت بروز ترين مصالح ساختماني که در ادامه به تفضيل در باره ي آن سخن خواهيم گفت از اهميت بالايي برخوردار است به خصوص در زمينه طراحي و ديزاين نماي خارجي و داخلي ساختمان هاي مدرن عصر جديد چرا که بشر به اهميت محيط زيست و طبيعتي که از آن بهره ميگيرد پي برده و هم اکنون تلاش در حفظ آن دارد.مصالح قابل بازيافت که به راحتي قابل بازگرداندن به محيط بوده و با ان هارموني و سازگاري داشته باشد. ازانواع مصالح ساختماني نويني که هم اکنون مورد توجه و استفاده معماران و مهندسان و طراحان مي باشد مي توان به انواع کامپوزيت ها و پنل ساندويچي, مصالح نوين گچي,انواع شيشه هاي پيشرفته مانند (ترمال بريک ) شيشه هاي خود تميز شوو... پليمرهاي جامد و مايع در تکنولوژي بتني, وينيل ,گرافن ,فيبرهاي کربني جايگزين چوب بالسا ,بتن سبز ترکيبي ,تار عنکبوت مصنوعي ,چوب بهبود يافته و چوب ترمو ,خاکستر پوسته برنج ,کورين ,متريال سراميکي به مقاومت ياقوت کبود ,پنل هاي بامبو,فتوولتائک ,بتن شيشه اي ,کاشي سقف هاي شيرواني و کاربرد مواد نانو ساختار در صنعت ساختمان اشاره کرد.
کلمات کليدي:مصالح نوين ,محيط زيست ,گرافن ,ترمو وود,فتوولتائک
1

همانگونه که در بالا اشاره شد مصالح ساختماني نوين در ساختمان سازي و طراحي و معماري عصر جديد از اهميت بسيار بالايي برخوردارند و بيشترين علت اهميت انها ويژگي هاي خاص آن ها است که هماهنگي و هارموني بيشتري با طبيعت و محيط اطراف خود دارند و سازگارتر بوده همچنين پتانسيل بالاتر انها نسبت به مصالح قبلي است که تمايز ايجاد ميکند.حال به توضيح انواع مصالح ذکر شده در بالا ميپردازيم .کامپوزيتها کامپوزيتها موادي چند جزئي هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است .ضمن آنکه اجزاي مختلف ، کارايي يکديگر را بهبود ميبخشند. اگرچه کامپوزيتهاي طبيعي، فلزي و سراميکي نيز در اين بحث ميگنجند، ولي در اينجا ما به کامپوزيتهاي پليمري ميپردازيم . در کامپوزيتهاي پليمري حداقل دو جزء مشاهده ميشود.١:فاز تقويت کننده که درون ماتريس پخش شده است .٢: فاز ماتريس که فاز ديگر را در بر ميگيرد و يک پليمر گرماسخت يا گرمانرم ميباشد که گاهي قبل از سخت شدن آنرا رزين مينامند.
خواص کامپوزيتها به عوامل مختلفي از قبيل نوع مواد تشکيل دهنده و ترکيب درصد آنها، شکل و آرايش تقويت کننده و اتصال دو جزء به يکديگر بستگي دارد.از نظر فني، کامپوزيتهاي ليفي، مهمترين نوع کامپوزيتها مي باشند که خود به دو دستۀ الياف کوتاه و بلند تقسيم ميشوند. الياف ميبايست استحکام کششي بسيار بالايي داشته ، خواص ليف آن (در قطر کم ) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نيرو توسط الياف تحمل ميشود و ماتريس پليمري در واقع ضمن حفاظت الياف از صدمات فيزيکي و شيميايي، کار انتقال نيرو به الياف را انجام ميدهد. ضمناَ ماتريس الياف را به مانند يک چسب کنار هم نگه ميدارد و البته گسترش ترک را محدود ميکند. مدول ماتريس پليمري بايد از الياف پايينتر باشد و اتصال قوي بين الياف و ماتريس بوجود بياورد. خواص کامپوزيت بستگي زيادي به خواص الياف و پليمر و نيز جهت و طول الياف و کيفيت اتصال رزين و الياف دارد. اگر الياف از يک حدي که طول بحراني ناميده ميشود، کوتاهتر باشند، نميتوانند حداکثر نقش تقويت کنندگي خود را ايفا نمايند. کارايي کامپوزيتهاي پليمري مهندسي توسط خواص اجزاء آنها تعيين ميشود. اغلب آنها داراي الياف با مدول بالا هستند که در ماتريسهاي پليمري قرار داده شده اند و فصل مشترک خوبي نيز بين اين دو جزء وجود دارد.ماتريس پليمري دومين جزء عمده کامپوزيتهاي پليمري است . اين بخش عملکردهاي بسيار مهمي در کامپوزيت دارد. اول اينکه به عنوان يک بايندر يا چسب الياف تقويت کننده را نگه ميدارد. دوم ، ماتريس تحت بار اعمالي تغيير شکل ميدهد و تنش را به الياف محکم و سفت منتقل ميکند سوم ، رفتار پلاستيک ماتريس پليمري، انرژي را جذب کرده ، موجب کاهش تمرکز تنش ميشود که در نتيجه ، رفتار چقرمگي در شکست را بهبود ميبخشد.تقويت کنندهها معمولا شکننده هستند و رفتار پلاستيک ماتريس ميتواند موجب تغيير مسير ترکهاي موازي با الياف شود و موجب جلوگيري از شکست الياف واقع دريک صفحه شود. . از الياف متداول در کامپوزيتها ميتوان به شيشه ، کربن و آراميد اشاره نمود. در حدود ٩٠% کامپوزيتهاي توليد شده از الياف شيشه و رزين پلياستر و وينيل استر استفاده مي شود. ٦٥% کامپوزيتها با استفاده از روش قالبگيري باز ساخته ميشوند و٣٥% باقيمانده با استفاده از روشهاي قالبگيري بسته يا پيوسته توليد ميشوند شناخنه مي شوند.
پنل کامپوزيت آلومينيومي :
پانل کامپوزيت آلومينيومي متشکل از لايه هايي از ورق آلومينيومي در بالا و پائين و مواد پلي اتيلني غير سمي در مرکز مي باشد که ترکيبي از(ال دي پي ايي و ال –ال دي پي ايي) داراي کيفيت شکل پذيري بالاست اين ماده داراي قابليت پردازش بسيار آسان ، پايداري شيميايي و عملکرد مکانيکي فوق العاده مي باشد و نقطه ضعفي ندارد . بنابراين پانلها چنانچه در معرض گرما و يا سرماي شديد قرار گيرند مسطح باقي مي مانند. هردو سطح با درجات پخت متفاوت توسط روش (کويل کوتينگ )پوشش داده مي شوند.
پنل کامپوزيت آلمينيومي مقاوم در برابر آتش :
پنل مقاوم در برابر آتش متشکل از لايه هايي از ورقه آلومينيومي در پائين و بالا و ماده مرکب غير ارگانيک ندکننده سرعت سرايت شعله به ساير نقاط و مواد ضد حريق در اندازه نانومتري در مرکز پنل مي باشد . عيار اين ماده که متشکل از مواد ريز غير طبيعي و انواع زيادي از مواد با تراکم بالا واکسيژن است بسيار بالا مي باشد . اين ماده داراي خاصيت پايداري در برابر شرايط آب و هوايي متغيير و عملکرد فوق العاده است و نه تنها مشکل ضد حريق نبودن پنل کامپوزيت آلومينيومي را برطرف ميکند بلکه بطور چشمگيري عملکرد ديناميکي قسمتهاي خمو يا تا شده پنل که ضعيف ترين بخش يک پانل مرکب آلومينيومي مي باشد بهبود مي بخشد.
پنل کامپوزيت فلزي :
پنل کامپوزيت فلزي زماني ايجاد مي گردد که تعداد زيادي از رولهاي آلومينيومي در ابعاد باريکتر به يکديگر بپيوندند و تشکيل يک پنل آلومينيومي با ضخامت مورد نياز را بدهند
موارد مصرف :
-١نماي بيروني ساختمانها
-٢بازسازي نماي ساختمانهاي قديمي و تغيير دکوراسيون
-٣دکوراسيون ديوارهاي داخلي ، سقفها ، حمامها ، آشپزخانهها و تراسها
-٤دکوراسيون داخي فروشگاهها
-٥تابلوهاي تبليغاتي ، سکوهاي نمايش و لوح هاي اطلاعاتي
-٦مواد صنعتي و مواد مورد مصرف در ماشينها و قايقها
-٧ديوارکوب ها و سقف کوب هاي تونل ها
ويژگي ها:
*پايداري فوق العاده در برابر شرايط گوناگون آب و هوائي
*پايداري بالا در برابر پوسته شدن رنگ و مسطح بودن پوشش
*سبکي و پردازش ساده
*خصوصيات ضد حريق ممتاز
*پايداري در برابر جدانشدن لايه ها از يکديگر
*سادگي نگهداري
*پايداري در برابر ضربه

مزاياي استفاده از مواد کامپوزيت استحکام بالا
مواد کامپوزيت براي نيازهاي استحکامي خاص در يک کار بردمي توانند طراحي شوند . مزيت بارز کامپوزيتها نسبت به ساير مواد ، توانايي استفاده کردن از تعداد زيادي از ترکيبهاي رزينها و تقويت کننده ها وبنا بر اين رسيدن به خواست مشتري از نظرخواص مکانيکي وفيزيکي سازه مي باشد.
سبکي
کامپوزيتها، موادي را ارائه مي دهند که مي توانند هم براي استحکام بالا وهم وزن کم طراحي شوند. در حقيقت کامپوزيتها جهت توليد سازه هايي با بالاترين نسبت استحکام به وزن شناخته شده براي بشر به کار برده ميشوند.
مقاومت به خوردگي
کامپوزيتها، مقاومت طولاني مدتي را در کار در محيط هاي شيميايي و دمايي ارائه مي دهند .کامپوزيتها موادي منتخب براي قطعاتي که در معرض محيطهاي باز، کاربردهاي شيميايي وديگر شرايط محيطي مي باشند هستند.
انعطاف پذيري طراحي
کامپوزيتها نسبت به ديگر مواد اين مزيت را دارند که ميتوانند با شکلهاي پيچيده نسبت به هزينه کم ، قالبگيري شوند.
انعطاف پذيري در ايجاد شکلهاي پيچيده ، به طراحان آزادي عمل مي دهد که نشاني از موفقيت کامپوزيتهاست .
بادوام بودن
سازه هاي کامپوزيتي عمري با دوام طولاني را دارا هستند.اين خصوصيت با حداقل نيازمندي هاي تعمير ونگهداري توام گشته است . طول عمرکامپوزيتها در کاربردهاي حساس مزيت به شمار مي رود. در نيم قرن توسعه کامپوزيتها ،سازه هاي کامپوزيتي به گونه اي خوب طراحي شده اند که هنوز کاملا فرسوده نشده اند امروزه توسعه صنعت کامپوزيت ها به عنوان يک ارائه دهنده اصلي مواد به رشد خودادامه مي دهد به صورتي که بيشتر طراحان ، مهندسين وسازندگان ، از مزاياي اين موادهمه کاره مطلع شده اند.
پنل ساندويچي
با توجه به وسعت کشور ايران و شرايط اقليمي متفاوت در نواحي مختلف اين سرزمين لازم است روشهاي ساختمان سازي متناسب با ويژگيهاي خاص منطقه اي تدوين و به مورد اجرا گذاشته شود . نظر به اينکه اين کشور روي يکي از کمربندهاي فعال زمين لرزه در جهان قرار دارد لذا ايجاد سازه هاي مقاوم و امن از اولويت خاصي برخوردار است . بررسي نياز کشور به واحدهاي مسکوني نشان مي دهد که با توجه به بافت جوان نيروي انساني هر ساله به حدود ٦٠٠٠٠٠ واحد مسکوني جديد نياز هست که روشهاي سنتي ساخت جوابگوي بخش محدودي از اين نياز مي باشد . علاوه بر نيازهاي جديد ، کيفيت ضعيف
4

ساخت باعث استهلاک سريع ساختمانهاي موجود شده که اين امر باعث افزايش نياز به ساختمان سازي جديد مي شود ؛ همچنين به مقوله مقاوم سازي سازه هاي موجود نيز بايد توجه لازم مبذول گردد . با توجه به نيازهاي وسيع ذکر شده و لزوم بهبود کيفيت توليد ساختمان همانطور که در غالب کشورهاي بزرگ نيز متداول است بايد روشهاي توليد صنعتي ساختمان بطور جدي مورد توجه قرار گيرد . يکي از اين فنون مطرح شده در دو دهه اخير استفاده از صفحات ساندويچي متشکل از دو لايه بتن مسلح با شبکه جوش شده و يک لايه پلي استايرن است که در برخي طرحهاي ساخت مسکن در ايران به کار گرفته
شده است . ساندويچ پنل )به انگليسي (Sandwich panel :يا پنل کمپوزيت آلومينيم ) (ACP) به انگليسي :
(Aluminium Composite Panelو همچنين مصالح کمپوزيتي آلمينيومي) (ACM) به انگليسي Aluminium : (Composite Materialاز ترکيبات سبک و مرکبي تشکيل شده است که از دو طرف به دو لايه محدود شده است و در ميان آن يک لايه عايق قرار دارد (همانند يک ساندويچ همبرگر که نان آن همبرگر را از دو طرف پوشانده است ) اين عايق نرم و انعطاف پذير است .ساندويچ پانل ها از موادي مانند پلي اورتان ، پلي استايرن ، پشم سنگ و پشم شيشه توليد ميشوند.
کليات استفاده از پانلهاي ساندويچي :
صفحات ساندويچي ( D٣ ) از يک لايه پلي استايرن به ضخامت حداقل ٤ سانتيمتر و دو شبکه ميلگرد جوش شده در دوطرف اين لايه تشکيل شده است . براي انتخاب عرض و ارتفاع پانلها استفاده از مدل ٣٠ سانتيمتر توصيه مي شود ( عرض هاي ٩٠ – ١٢٠ – ١٥٠ سانتيمتر و ارتفاع ٢٧٠ و ٣٠٠ سانتيمتر ) ، وزن متوسط هر صفحه با اندازه ٣٠٠ * ١٥٠ سانتيمتر و بدون بتن سبک بوده و به سادگي توسط يک کارگر قابل حمل و نصب مي باشد و سرعت عمل در نصب نيز قابل ملاحظه است
.
مقاومت صفحات در برابر آتش سوزي مناسب بوده و در جهت بهبود آن بکارگيري لايه مقاوم در برابر آتش سوزي توصيه مي شود .
با توجه به وجود لايه عايق بتن ، بکارگيري اين صفحات علاوه بر بهبود خاصيت عايق حرارتي و صوتي بودن ديوارها باعث سبک سازي بنا خواهد شد که جدا از کاهش حجم مصالح مصرفي باعث کاهش جرم ساختمان خواهد شد .
استفاده از اين صفحات در پارکينگ ساختمانها ايجاد محدوديت نموده و لذا در شرايط لزوم تأمين پارکينگ در طبقات زيرين ساختمانها ، بکارگيري سيستم ترکيبي متشکل از اسکلت فلزي با بتن آرمه و صفحات ساندويچي به عنوان عامل جداکننده مورد توجه مي باشد .
با توجه به اطلاعات بدست آمده از کشورهاي اروپايي ، غالب ساختمانهاي اجرا شده به اين روش در حد يک يا دو طبقه بوده است . لذا طرح و اجراي ساختمانها با تعداد طبقات بيشتر نياز به مطالعات ويژه داشته و در اينصورت مطالعات مهندس طراح بايد پاسخگوي شرايط آئين نامه هاي معتبر
مزايااستفاده زا پانلهاي ساندويچي :
سبکي ديوارهاي ساخته شده از پانلهاي ساندويچي در مقايسه با ديگر مصالح
· سرعت حمل و نقل و سهولت پانلهاي ساندويچي در ارتفاع · مقاومت زياد در برابر نيروهاي برشي ناشي از زلزله
· عايق در مقابل حرارت ، برودت ، رطوبت و صدا· مقاوم در برابر آتش سوزي بعلت وجود قشرهاي بتوني طرفين پانل ساندويچي
· نفوذناپذيري ساختمان در مقابل حشرات
· امکان حمل و بکارگيري پانلهاي ساندويچي در مناطق صعب العبور جهت احداث ساختمان بدون نياز به کارگران متخصص
· دستيابي به فضاي مفيد بيشتر بعلت ضخامت ناچيز ديوارهاي پانل ساندويچي
· آزادي عمل در اجراي طرحهاي متنوع به علت انعطاف پذيري قطعات پيش ساخته پانلهاي ساندويچي
· صرفه جويي در هزينه پي سازي و اسکلت ساختمانهاي بلندمرتبه بدليل وزن اندک قطعات سقف و ديوار پانلهاي ساندويچي
· صرفه جويي در هزينه تهويه مطبوع ساختمان در تابستان و يا زمستان بدليل جلوگيري از تبادل حرارت و يا برودت و در نتيجه صرف انرژي کمتر
· افزايش عمر مفيد ساختمان و دستگاههاي تأسيساتي آن
· عدم نفوذ نسبي آلودگي صوتي و ايجاد آرامش براي ساکنين ساختمان در شهرهاي بزرگ
· بازگشت سرمايه گذاري در امور ساختمان سازي در کوتاهترين زمان
· عبور دادن لوله هاي آب و فاضلاب و برق و تلفن به سادگي از زير شبکه پانل و نصب چهارچوب دربها و کلاف فلزي پنجره ها قبل از بتن پاشي و کلاً اجراي تأسيسات ساختمان با کمترين هزينه
· عدم نياز به کنده کاري و تخريب تأسيساتي ديوارها و سقف و در نتيجه عدم ايجاد نخاله هاي انباشته که صرفه جويي در هزينه و وقت را بدنبال دارد . پس از بتن پاشي طرفين پانلها با ضخامت حداقل ٤ سانتيمتر ، پانلها بي نياز از ملات گچ و خاک ميباشد و با اجراي پلاستر گچ ( سفيدکاري ) ، ديوارها و سقف آماده براي نقاشي خواهد بود · حذف نعل درگاه در سيستم پيشرفته پانلهاي ساندويچي
· حمل و نقل پانلهاي ساندويچي با هزينه اندک صورت مي گيرد . بطور مثال يکدستگاه تريلر قادر است حدود ١٠٠٠ متر مربع پانل سانويچي را حمل کند · استفاده از ديوار و سقف پانلهاي ساندويچي در ساختمان سازي ، بهره وري مناسب آهن آلات مصرفي را موجب ميگردد . بطور مثال باصرف ١٧ کيلوگرم در متر مربع فولاد بصورت مفتول و ميلگرد مي توان يک واحد مسکوني يک طبقه را بنا کرد .
مصالح نوين گچي
١-سيستم ساخت و ساز خشک (
dry wall)
به جاي استفاده از گچ هاي پودري و روش خيس از قطعات پيش ساخته گچي استفاده مي شود که سريع تر و تميزتر هستند و ترک نميخورند.
٢-سقف هاي کاذب
٣-پنل هاي گچي پيش ساخته
ويژگي ها:از سفال و آجر و بلوک وزن کمتري داشته وسريع تر نصب ميشود و سرعت کار را بالا مي برد.
پنجره هاي آلومينيومي ترمال بريک
پنجره يکي از عوامل مهم اتلاف انرژي در ساختمان هاست ، اتلاف انرژي در پنجره هاي خوب آلومينيومي بسيار کمتر از پنجره هاي آهني است . پنجره هاي آلومينيومي به دو صورت ساده و ترمال بريک ارايه مي شوند.پنجره هاي (شکست حرارتي) از انواع پنجره هاي عايق در برابر حرارت مي باشند. به دليل ضريب انتقال حرارت بالا در آلومينيوم علاوه بر دوجداره بودن شيشه ها ، پروفيل آلومينيومي نيز از طريق تيغه هاي پلي آميد به هم متصل و دوجداره مي شوند . اين روش باعث عدم انتقال حرارت در پروفيل مي شود. پروفيلهاي حاصل پروفيلهاي ترمال بريک مي باشند که از دو مقطع پروفيل آلومينيومي مجزا که به وسيله تيغه هاي پلي آميد به هم متصل مي گردند، تشکيل شده اند. سيستم ترمال بريک که در اروپا ابداع شده است به دليل داشتن لاستيک پلي آميد مابين جدار داخلي و خارجي پروفيل که توسط پيشرفته ترين ماشين الات اروپايي پانچ مي گردد امکان نفوذ گرما، سرما و لرزش را به صفر رسانده و امکان دو رنگ بودن نماي داخلي و خارجي را ميسر مي نمايد. پلي آميد خواص مکانيکي خود را در حرارتهاي بالا و در برابر مواد شيميايي و آب و اشعه يو وي حفظ مي کند . بالا بودن استحکام و طول عمر بالا از ديگر مزاياي تيغه هاي پلي آميد مي باشد. تيغه پلي آميد مانع انتقال حرارت از يک سطح به سطح ديگر مي شود.در واقع اطلاق عنوان ترمال بريک به اين سيستم به دليل ايجاد شکست حرارتي و ممانعت از انتقال حرارت مي باشد.
نتيجه استفاده از پروفيل ترمال بريک ، جلوگيري از انتقال سرما و گرما از جدار خارجي به جدار داخلي و بالعکس مي باشد.
6

بطور متوسط ٣٠ % سطح خارجي ساختمان را پنجره تشکيل مي دهد . ٧٠ % از سطح هر پنجره را شيشه و مابقي را پروفيل تشکيل مي دهد.
در صورت استفاده از سيستم ترمال بريک در درب و پنجره ها ٣٨ % کاهش اتلاف انرژي حرارتي در فصل سرما و ٣٢ % کاهش اتلاف انرژي برودتي در فصل گرما ، ٢٨ % کاهش مصرف سوخت ، ٢٠ % کاهش هزينه در سرمايه گذاري اوليه تاسيسات و به ميزان قابل توجهي از آلودگي صوتي جلوگيري ميشود.
به طور خلاصه تمام مزاياي استفاده از پنجره آلومينيومي ترمال بريک را به صورت زير ميتوان فهرست کرد:
١-عايق حرارتي
٢-عايق رطوبتي
٣-عايق صوتي
٤-غير قابل اشتغال
٥-سازگار با محيط زيست و قابل بازيافت
٦-مقاوم در برابر آلودگي هوا و گرد و غبار
٧-مقاوم در برابر فشار باد در عين سبکي
٨-زيبايي فوق العاده ، تنوع رنگ زياد و دلخواه
٩ -سبکي فوق العاده
١٠-ايمن در مقابل سرقت و زلزله
١١-مقاوم در برابر تغيير رنگ و شکل به دليل عوامل محيطي مانند تابش آفتاب ، باران ، زمان
امروزه استفاده از فريم هاي آلومينيومي به علت شکل پذيري بالا و سبکي متداول شده است چرا که با افزوده شدن تعداد شيشه هاي موجود، لازم است به طريقي وزن ساختمان را کاهش دهيم و لذا در اين مقوله آلومينيوم فلز مناسبي به نظر مي رسد. همچنين استفاده از پرده کرکره هاي عايق در فصول سرد باعث محدوديت در تلفات انرژي بالاخص در هنگام شب خواهد شد.
علاوه بر آن تنوع و زيبايي يک سيستم پوشش و رنگ آميزي يعني آنادايز تنها در آلومينيوم قابل استحصال است .
شيشه هاي خود تميز شو
به اين نوع شيشه ها در کارخانه هاي برق , ولتاژ بسيار بالا تزريق کرده و به اين ترتيب شيشه ها داراي بار منفي مي شوند و خاصيت خود تميز شوندگي پيدا کرده و هيچ گونه گرد و غبار و خاک روي آنها نميشيند.
پليمرهاي جامد و مايع در تکنولوژي بتني
پليمر جامد در تکنولوژي بتني به دو شکل بتن اف آر پي و اف آر سي مي باشد.