به دلیل نگرانی های فزاینده زیست محیطی و افزایش روزافزون هزینه های تامین مصالح ساختمانی سنتی، دانشمندان همواره به دنبال نسل نوینی از مصالح ساختمانی بوده که سازگاری بیشتری با محیط زیست داشته و برتری هایی نسبت به مصالح کنونی داشته باشند. با کافه ساختمان همراه باشید تا 18 مورد از مصالح نوین که می تواند منجر به انقلاب در صنعت ساختمان شود را مرور کنیم.
چالش هایی مانند بلایای طبیعی، نگرانی های زیست محیطی، ناکارآمدی در فرآیندها و هزینه های کمرشکن، فشار را برای حفظ و تداوم عرضه مصالح بر شرکت های تامین کننده و تولید کننده مصالح ساختمانی گذاشته است. 50 درصد از منابع استخراج شده در طبیعت در پروژه های ساخت و ساز مصرف می شود که هزینه بسیار بالایی داشته و علاوه بر تحمیل هزینه های سربار، حجم بالایی از آن تبدیل به نخاله های ساختمانی می شود.
برای غلبه بر این چالش ها شرکت های نوآور از سالها پیش همواره در حال توسعه نسل جدیدی از مصالح ساختمانی بوده اند. این مصالح به گونه ای مهندسی می شوند که نه تنها دارای ویژگی های برتر از قبیل سبکی، استحکام، دوام و پویایی بوده بلکه تاثیرات زیانبار بر محیط زیست هم نداشته باشند. شرکت های سازنده نیز برای ماندن در بازار باید با این مصالح جدید سازگار شوند. در حقیقت، ساختمان هایی که با مصالح نوین ساخته می شوند به گونه ای طراحی و تجهیز می شوند که ردپای کربنی کمتری داشته و چالش های خود را حل کنند.
مساله مصرف انرژی در ساختمان ها نیز باعث شده تا پژوهشگران دانش و توان خود را برای تولید مصالح کاهش دهنده مصرف انرژی بکار گیرند که از آن جمله می توان به مصالحی که برای حفظ انرژی و عایق کاری ساختمان تولید شده اند را نام برد. مصالح نوین از انواع بتن های با ویژگیهای خاص گرفته تا مصالح پیش ساخته همچون ساندویچ پنل ها، نانوکامپوزیت ها و به طور کلی مصالح نانو همه در جهت حل مسایلی مثل بهبود مقاومت ساختمان، سبک تر شدن ساختمان و کاهش مصرف انرژی ساختمان توسعه یافته اند. 18 مورد از مصالح نوین که در سالهای اخیر توسعه یافته و نویدبخش دگرگونی در صنعت ساختمان هستند به شرح زیر می باشند:
- بتن خود ترمیم
- گرافن سه بعدی
- گرافیت متخلخل (Aerographite)
- الوار لایه ای
- بامبوهای ماژولار
- آلومینیوم شفاف
- چوب نیم شفاف
- بتن نورتاب
- سلولز میکروبی
- ابریشم عنکبوتی (تار عنکبوت)
- فوم آلومینیوم
- ریزبلورها (نانوکریستال)
- آجر چوبی
- آجر جاذب آلاینده ها
- آب سرامیک ها
- زغال زیستی
- رآکتورزیستی
- سلول های خورشیدی نامرئی
بتن خودترمیم
نوعی از بتن که در آن باکتری هایی وجود دارد که با آب فعال شده و کانی کلسیت تولید می کنند که موجب ترمیم شکاف ها و درزهای بتن می شود. مزیت این نوع بتن در کاهش هزینه های تعمیرات و نگهداری بتن و همچنین کاهش تولید و انتشار گازهای گلخانه ای است.
گرافن سه بعدی (3D Graphene)
کربن چاپ سه بعدی دارای چگالی برابر با تنها 5 درصد چگالی فلز است ولی تا بیش از 200 برابر آن استحکام دارد. مواد گرافنی سبک در خودروها و همچنین در آسمان خراش های تا بیش از 30 هزار متر قابل استفاده هستند.
هواگرافیت یا گرافیت متخلخل (ائروگرافیت)
هواگرافیت از دیگر مصالح ساختمانی جدید است که دارای ساختار تودرتوی متخلخلی از شبکه های کربنی به شکل کف (فوم) است. با چگالی 180 گرم بر متر مکعب، در زمره سبکترین مواد ساخته شده در جهان قرار دارد. این ماده محصول تلاش مشترک پژوهشگران در دو دانشگاه کایل و دانشگاه فنی هامبورگ آلمان است که در سال 2012 معرفی شد. این ماده متشکل از لوله های کربنی با قطر در حد 15 میکرونی است که دیواره ای به ضخامت 15 نانومتر دارند. به دلیل انحنای نسبی کمتر و ضخامت بیشتر دیواره، دیواره های این نوع گرافیت متخلخل به کلی با پوسته های گرافن مانند نانولوله های کربنی متفاوت بوده و ویژگیهایی شبیه کربن شیشه ای از خود بروز می دهند. از جمله کاربردهای بالقوه این ماده شگفت انگیز به جز صنعت ساختمان می توان به استفاده در صنایع هوانوردی، ماهواره ها، و سیستم های پالایش اشاره کرد. این ماده آنچنان شگفت انگیز است که برای پژوهشگران خود جایزه نوبل را به ارمغان آورد.
الوار لایه ای (گلولام)
این نوع چوب پیش ساخته دارای مقاومت بالاتر در برابر آب و رطوبت بوده و نسبت به چوب های سنتی دارای استحکام بالاتری است. برای ساخت آن لایه های چوب (دست کم چهار لایه) هر یک با ضخامت حداکثر 4.5 میلیمتر با استفاده از چسب های بادوام و مقاوم به رطوبت به هم چسبانده می شوند. با بکارگیری این نوع الوار در ساختمان به ازای هر طبقه از انتشار حدود 150 تن کربن جلوگیری می شود.
بامبوهای ماژولار
این نوع مصالح ساختمانی در ایران رایج نیست ولی در کشورهایی که در دسترس است مزیت های بسیاری از جمله هزینه بسیار کم و قابلیت ساخت و طراحی انواع شکل ها را فراهم می کند. در ساخت ساختمان های مقاوم به زلزله، طراحی و اجرای شکل های غیر متعارف معماری ساختمان، و تقویت تیرآهن بکار می رود.
آلومینیوم شفاف
این ماده در حقیقت یک آلیاژ سرامیک است که از آلومینیوم، اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است و با نام تجاری ALON توسط شرکت Surmet به بازار عرضه شد. این ماده 80 درصد سخت تر از یاقوت کبود است و در تولید پنجره های ضد فرابنفش (UV) و بسیاری صنایع دیگر کاربرد دارد.
چوب نیم شفاف
این نوع چوب نیمه شفاف که توسط دانشمندان دانشگاه KTH سوئد طراحی و ساخته شده است می تواند نور را از خود عبور دهد و از اینرو آنرا تبدیل به یک مصالح خاص برای استفاده در طراحی داخلی می کند. برای تولید چوب نیم شفاف عملیات لیگنین زدایی از چوب انجام می شود که باعث سفید شدن آن می گردد. سپس روکش سفید و متخلخل چوب با نوعی پلیمر ترکیب می شود که ویژگیهای نوری آن با سلولهای چوب همخوانی دارد و آن را تبدیل به یک ماده تقریبا شفاف می کند. این چوب دارای ویژگیهای منحصر بفردی از جمله نارسانایی و ویژگیهای عایق کنندگی بهتر، استحکام بالاتر و زیست تخریب پذیری (Biodegradability) بهتر است. از آن در تولید رویه های خورشیدی (Solar Panel)، نورگیری طبیعی فضای داخلی، و طراحی سازه های معاصر استفاده می شود.
فن آوری نانو در پوشش سنگ و چوب
بتن نورتاب
تولید این نوع بتن پاسخی به نیاز به کاهش مصرف انرژی و همچنین تقاضا برای طراحی های نوین معماری بوده است. این نوع سیمان قابلیت گیرش پرتوهای نور و بازتاب آن را دارا است. این ماده که در سال 2015 ابداع شده دارای کاربردهای گسترده ای از قبیل نمای ساختمان، استخرهای شنا، حمام، آشپزخانه، پارکینگ است و به طور کلی کاربرد عمده آن ساخت و ساز در بخش معماری و طراحی داخلی است. همچنین در مبحث ایمنی جاده و ساخت مسیرهای دوچرخه و پیاده در مکان های تاریک و کم نور، علایم راهنمایی و رانندگی، بدنه پل ها، و همچنین در بخش انرژی در سکوهای نفتی و هر جایی که نیاز به نور و دیده شدن بدنه ساختمان یا سازه است بکار می رود. افزودن بر این، در سازه های زیرزمینی که نور کم است و همینطور در علامت گذاری نقاط حادثه خیز نیز دارای کاربرد می باشد.
سلولز میکروبی
این سلولز آمیخته ای است از باکتری، مخمر و ریزجانداران دیگر است که توانایی شکل داده به ساختارهای لایه ای را دارند. کاربردهای بالقوه آن در نمای ساختمان های معاصر و همچنین نشانه ها و تابلوهای علایم است.
تار عنکبوت مصنوعی
نوعی فیبر پروتئینی که توسط عنکبوت تنیده می شود و دارای چسبندگی است و دارای ماندگاری 340 برابری نسبت به فلز است. به دلیل ویژگیهای ارتعاشی منحصر به فرد، می توان از تار عنکبوت مصنوعی در تولید موزاییک های عایق صوت ساختمان و کتابخانه ها استفاده نمود.
فوم آلومینیوم
به طور کلی ساختارهای کف مانند (فومی) دارای سه ویژگی سبکی و دوام همراه با سطح بسیار زیاد نسبت به حجم هستند. ویژگیهای مکانیکی منحصر به فرد فوم آلومینیوم نیز شامل نسبت استحکام به وزن بسیار بالا و پاسخ کاملا همسان و یکنواخت نسبت به بارهای وارده هستند. از جمله دیگر ویژگیهای فوم آلومینیوم می توان به مقاومت آن در برابر خوردگی، استحکام بالا و هدایت گرمایی و الکتریکی را نام برد که از فلز مادر یعنی آلومینیوم به ارث برده است. فوم آلومینیوم که با تزریق هوا به داخل آلومینیوم مذاب بدست می آید 100 درصد بازیافت پذیر بوده و می تواند به عنوان نمای ساختمان و رویه های دکوراتیو مورد استفاده قرار گیرد که کاربرد آن در نما به دلیل استحکام بالا نسبت به وزن آن است.
ریزبلورها (نانوکریستال)
ریزذرات بلورین که به نور طبیعی اجازه عبور داده ولی گرما را از خود گذر نمی دهند. این ریزبلورها در تولید و ساخت پنجره های هوشمند که امکان کنترل مقدار نور را فراهم می کنند کابرد دارند و موجب کاهش هزینه های تهویه مطبوع می شود.
آجر چوبی
این آجرها با استفاده از پشم و پلیمرهای جلبک دریایی ساخته شده و دارای استحکام 37 درصد بیشتر از آجر معمولی هستند. مزیت بکارگیری آنها شامل کاهش تولید و انتشار گازهای گلخانه ای (ناشی از تولید آجرهای سنتی) و افزایش مقاومت ساختمان در اقلیم های سرد است.
آجر جاذب آلاینده ها
این آجرهای دولایه عایق توان پالایش و جذب 30 درصد از ذرات آلاینده ریز و 100 درصد از آلاینده های درشت را دارا هستند. با استفاده از این آجرها، هوای پاکیزه و پالایش شده به داخل ساختمان دمیده شده و نوعی سامانه خود تهویه برای ساختمان های سبز به شمار می روند.
آب سرامیک ها
نوعی غشا یا ممبران که از سرامیک، فیبر و آب ژل (هایدروژل) درست شده و توان جذب آب تا بیش از 400 برابر حجم خود را دارد. کاربرد آن در خنک کردن ساختمان و کاهش 28 درصدی در مصرف برق است.
زغال زیستی
مواد تولید شده از بازیافت که دارای کیفیت بالای عایق سازی است که این ویژگی در فرآیند تغییر شیمیایی ناشی از سوزاندن خرده ریزهای درختان در کوره ایجاد می شود. این نوع زغال برای تنظیم دمای فضاهای داخلی و ساخت ساختمان های خودکفا از نظر انرژی کاربرد دارد.
رآکتورزیستی
صفحه های القایی جلبکی که با سنتز خود می توانند انرژی تولید کنند در احداث ساختمان های خودکفا از نظر انرژی کاربرد دارند. به دلیل توانایی های ویژه جلبک ها در تولید انرژی و فراوانی این گونه و دیگر ویژگیهای خاص آن، استفاده از آنها در صنعت ساختمان از چند سال پیش شروغ شده که از آن جمله می توان به تولید مبلمان سبز جلبکی با قابلیت تولید گرما، نور و غذا برای ساکنین اشاره کرد.
سلول های خورشیدی نامرئی
طول موجهای نامرئی نور را به سلولهای خورشیدی تعبیه شده در لبه های خود هدایت می کند. امکان تولید انرژی از تقریبا هر بخشی از ساختمان را از قبیل در و پنجره فراهم می کند.
