شکل و جایگاه مصالح نو در ساخت و ساز

شهرزاد یاوری

1395/08/03 فناوری های نوین ساخت

مصالح نو در ساخت و ساز

دربناهاي دو دهه گذشته، هم ملاحظات تكنيكي و هم زيبايي شناختي مورد توجه بوده اند. دراين ميان پيشرفت هاي جديد مهندسي مواد، خود موجب افزايش امكانات فناورانه شده، وهمانند جنبه زيبايي شناسانه مصالح، به عنوان يك فرصت طراحي قلمداد میشود. مصالح نام آشناي بناهاي امروز ما آجر، سنگ، گچ، آهن و فولاد و بتن وشيشه انددرحالي كه درطول ده سال اخير تاثير عمده مصالح طبيعي به شدت مورد توجه قرار گرفته است. براي مثال تقاضاهاي مربوط به سازه هاي چوبي، كورتن استيل، اكسيدايزد كوپر، روي، آجر كوره اي چند رنگ و انواع جديد بتن نشان دهنده اين موضوع هستند. اما بايد قبول كرد كه اين پيشرفت ها نيز به زوديبه پايان عمر خود نزديك میشوند. پيشرفت هاي جديد، علاقه و اشتياقي روزافزون را به انواع مختلف مصالح و تكنيك هاي جديد، چند منظوره و شگفت آور نشان میدهد كه به كمك آنها ايده هايي را كه زماني غير ممكن و نامعقول به نظر می رسيد، عملي و قابل درك كرده است. نبايد اين نكته را از خاطر برد كه ايده هايي كه در امر ساخت و ساز يك بنا ارتباط تنگاتنگي با وضعيت اجتماعي و اقتصادي جامعه دارند. علاوه بر اين مطلب جريانات عمده و مهم آينده ما را نيز موضوعاتي همچون توجه به محيط، سلامت عمومي، ارزشمند كردن پول، و روش زندگي آينده تشكيل میدهند. درتوضيح بيشتر بايد گفت كه محيط زندگي آينده ما وابسته مسائلي چون كم كردن استفاده ازمصالح، پايداري و چرخه حيات، برگشت پذيري محصولات ومصالح و صرفه جويي در انرژي است. سلامت عمومی جامعه را نيز شرايط كاري راحت و ايمن، محيط كار و زندگي پاكيزه و سالم تامين میكند. ضمن اينكه صنعتي شدن، انعطاف پذيري درساخت و ساز، استفاده از محيط شهري به طور منعطف، توسعه كيفي و توليد وساخت سريعتر باعث ارزشمند تر شدن پول خواهد شد و شيوه خانه داري، باز توليد و وجودخانه هاي انعطاف پذير در شيوه زندگي آينده ما موثر خواهند بود. نگاه جديدبه شيوه ساختمانسازي، استفاده ازمصالح جديدي را نيز طلب میكند. هر چند ممكن است تكنولوژي ساخت و يا شيوه اجرا در استفاده از اين مصالح هنوز غريب و نا آشنا باشد اما شناخت اين مصالح جديد و كشف خصوصيات آنها كمك موثري به ايجاد نياز كردن آنهادرجامعه ما خواهد كرد.

معرفی مصالح نوین ساختمانی

پانل کامپوزیت آلومینیومی

پانل کامپوزیت آلومینیومی متشکل از لایه هایی از ورق آلومینیومی در بالا و پائین و مواد پلی اتیلنی غیر سمی در مرکز می باشد که ترکیبی از LDPE و L- LDPE دارای کیفیت شکل پذیری بالاست این ماده دارای قابلیت پردازش بسیار آسان، پایداری شیمیایی و عملکرد مکانیکی فوق العاده می باشد و نقطه ضعفی ندارد. بنابراین پانلها چنانچه در معرض گرما و یا سرمای شدید قرار گیرند مسطح باقی می مانند. هردو سطح با درجات پخت متفاوت توسط روش Coil Coating پوشش داده می شوند.

پانل کامپوزیت آلومینیومی مقاوم در برابر آتش

پانل مقاوم در برابر آتش متشکل از لایه هایی از ورق آلومینیومی در پائین و بالا و ماده مرکب غیر ارگانیک کند کننده سرعت سرایت شعله به سایر نقاط و مواد ضد حریق در اندازه نانومتری در مرکز پانل می باشد. عیار این ماده که متشکل از مواد ریز غیر طبیعی و انواع زیادی از مواد با تراکم بالا و اکسیژن است بسیار بالا می باشد. این ماده دارای خاصیت پایداری در برابر شرایط آب و هوایی متغییر و عملکرد فوق العاده است و نه تنها مشکل ضد حریق نبودن پانل کامپوزیت آلومینیومی را برطرف میکند بلکه بطور چشمگیری عملکرد دینامیکی قسمتهای خم و یا تا شده پانل که ضعیف ترین بخش یک پانل مرکب آلومینیومی می باشد بهبود می بخشد.

پانل کامپوزیت فلزی

پانل کامپوزیت فلزی زمانی ایجاد می گردد که تعداد زیادی از رول های آلومینیومی در ابعاد باریکتر به یکدیگر بپیوندند و تشکیل یک پانل آلومینیومی با ضخامت مورد نیاز را بدهند .

موارد مصرف :

نمای بیرونی ساختمان ها
بازسازی نمای ساختمانهای قدیمی و تغییر دکوراسیون
دکوراسیون دیوارهای داخلی ، سقفها ، حمامها ، آشپزخانه ها و تراس ها
دکوراسیون داخی فروشگاه ها
تابلوهای تبلیغاتی ، سکوهای نمایش و لوح های اطلاعاتی
مواد صنعتی و مواد مورد مصرف در ماشینها و قایقها
دیوارکوب ها و سقف کوب های تونل ها

ویژگی ها :

پایداری فوق العاده در برابر شرایط گوناگون آب و هوائی
پایداری بالا در برابر پوسته شدن رنگ و مسطح بودن پوشش
سبکی و پردازش ساده
خصوصیات ضد حریق ممتاز
پایداری در برابر جدا نشدن لایه ها از یکدیگر
سادگی نگهداری
پایداری در برابر ضربه

ساندويچ پانل دكوراتيو و خانه های پیش ساخته

خصوصیات:

سبکی وزن بالا 5 کیلوگرم برمترمربع (ایمنی در برابر زلزله و کاهش بار مرده ساختمان)
عایق حرارتی و صوتی مناسب
سرعت بالا در اجراء
تنوع و زیبایی در طرح و رنگ
دوام و عمر طولانی

کاربرد:

ساندویچ پانل های دکوراتیو به دلیل طرح های متنوع و مقاومت بالا در رنگ انتخاب مناسبی برای پوشش موارد ذیل می باشد :

نمای ساختمان
خانه های پیش ساخته و کانکس
دکوراسیون داخلی (دیوار – پارتیشن – سقف کاذب)
بازسازی ساختمانهای قدیمی
ساندويچ پانل صنعتي ، کانکس و سردخانه

ساختار:

ورق گالوانیزه رنگی به ضخامت 0.5 میلیمتر
فوم از جنس پلی پورتال با دانسیته معادل 40 کیلوگرم بر مترمکعب
ورق گالوانیزه رنگی به ضخامت 0.5 میلیمتر

آشنایی با کامپوزیت ها

در کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوا فضا، کاربردهای زیر آبی، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوا فضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشند، مقاومت سایشی و uv خوبی داشته باشند و .... از آنجا که نمی توان مادهای یافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چارهای دیگر بود. کلید این مشکل، استفاده از کامپوزیت هاست. کامپوزیتها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هر کدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود میبخشند. اگرچه کامپوزیت های طبیعی، فلزی و سرامیکی نیز در این بحث میگنجند، ولی در اینجا ما تنها به کامپوزیت های پلیمری می پردازیم.

در کامپوزیت های پلیمری حداقل دو جزء مشاهده میشود:

فاز تقویت کننده که درون ماتریس پخش شده است.
فاز ماتریس که فاز دیگر را در بر میگیرد و یک پلیمر گرماسخت یا گرمانرم میباشد که گاهی قبل از سخت شدن آنرا رزین می نامند.

خواص کامپوزیت ها به عوامل مختلفی از قبیل نوع مواد تشکیل دهنده و ترکیب درصد آنها، شکل و آرایش تقویت کننده و اتصال دو جزء به یکدیگر بستگی دارد. از نظر فنی، کامپوزیتهای لیفی، مهمترین نوع کامپوزیت ها می باشند که خود به دو دستة الیاف کوتاه و بلند تقسیم می شوند. الیاف میبایست استحکام کششی بسیار بالایی داشته، خواص لیف آن (در قطر کم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نیرو توسط الیاف تحمل می شود و ماتریس پلیمری در واقع ضمن حفاظت الیاف از صدمات فیزیکی و شیمیایی، کار انتقال نیرو به الیاف را انجام می دهد. ضمناَ ماتریس الیاف را به مانند یک چسب کنار هم نگه میدارد و البته گسترش ترک را محدود میکند. مدول ماتریس پلیمری باید از الیاف پایینتر باشد و اتصال قوی بین الیاف و ماتریس به وجود بیاورد. خواص کامپوزیت بستگی زیادی به خواص الیاف و پلیمر و نیز جهت و طول الیاف و کیفیت اتصال رزین و الیاف دارد. اگر الیاف از یک حدی که طول بحرانی نامیده می شود، کوتاه تر باشند، نمیتوانند حداکثر نقش تقویت کنندگی خود را ایفا نمایند.

الیافی که در صنعت کامپوزیت استفاده می شوند به دو دسته تقسیم میشوند:

الف)الیاف مصنوعی ب)الیاف طبیعی.

کارایی کامپوزیتهای پلیمری مهندسی توسط خواص اجزاء آنها تعیین میشود. اغلب آنها دارای الیاف با مدول بالا هستند که در ماتریسهای پلیمری قرار داده شده اند و فصل مشترک خوبی نیز بین این دو جزء وجود دارد. ماتریس پلیمری دومین جزء عمده کامپوزیتهای پلیمری است. این بخش عملکردهای بسیار مهمی در کامپوزیت دارد. اول اینکه به عنوان یک بایندر یا چسب الیاف تقویت کننده را نگه میدارد. دوم، ماتریس تحت بار اعمالی تغییر شکل میدهد و تنش را به الیاف محکم و سفت منتقل میکند. سوم، رفتار پلاستیک ماتریس پلیمری، انرژی را جذب کرده، موجب کاهش تمرکز تنش میشود که در نتیجه، رفتار چقرمگی در شکست را بهبود میبخشد. تقویت کننده ها معمولا شکننده هستند و رفتار پلاستیک ماتریس میتواند موجب تغییر مسیر ترک های موازی با الیاف شود و موجب جلوگیری از شکست الیاف واقع دریک صفحه شود. بحث در مورد مصادیق ماتریس های پلیمری مورد استفاده درکامپوزیت ها به معنای بحث در مورد تمام پلاستیکهای تجاری موجود می باشد. در تئوری تمام گرماسخت ها و گرمانرم ها میتوانند به عنوان ماتریس پلیمری استفاده شوند. در عمل، گروههای مشخصی از پلیمرها به لحاظ فنی و اقتصادی دارای اهمیت هستند. در میان پلیمرهای گرماسخت پلیاستر غیر اشباع، وینیل استر، فنل فرمآلدهید (فنولیک) اپوکسی و رزینهای پلی ایمید بیشترین کاربرد را دارند. در مورد گرمانرم ها، اگرچه گرمانرم های متعددی استفاده میشوند، peek ، پلی پروپیلن و نایلون بیشترین زمینه و اهمیت را دارا هستند. همچنین به دلیل اهمیت زیست محیطی، دراین بخش به رزین های دارای منشا طبیعی و تجدید پذیر نیز، پرداخته شده است. از الیاف متداول در کامپوزیتها میتوان به شیشه، کربن و آرامید اشاره نمود. در میان رزینها نیز، پلی استر، وینیل استر، اپوکسی و فنولیک از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.

طراحان و مهندسان مواد کامپوزیتی را در جهت تولید موادی با قیمت ارزان و با استحکام بیشتر و وزن کمتر نسبت به سایر سازه ها بهتر ومناسب تری ندارند. در زندگی روزمره محصولات فراوانی که ما از آنها بهره میجوییم همچون قایقها و چوبهای اسکی و گلف و حتی آن چیزهایی که زیاد در موردشان اطلاعات نداریم همچون صنعت هوا و فضا و صنایع نظامی از کامپوزیتها بهره فراوان می برند. کامپوزیتها به مواد چند سازه ترجمه شده است. در حدود 90% كامپوزيتهاي توليد شده از الياف شيشه و رزين پلياستر و وينيل استر استفاده مي شود. 65% كامپوزيتها با استفاده از روش قالبگيري باز ساخته ميشوند و35% باقيمانده با استفاده از روشهاي قالبگيري بسته يا پيوسته توليد ميشوند. كامپوزيتها به طور گستردهاي به عنوان پلاستيكهاي تقويت شده (Reinforced Plastics) شناخته مي شوند. به طور ويژه، كامپوزيت ها، الياف تقويت كنندهاي در ماتريس پليمري هستند. غالبا، الياف تقويت كننده، فايبر گلاس (Fiber Glass) مي باشند گرچه اليافي با استحكام بالا نظير آراميد (Aramid) و كربن (Carbon) در كاربردهاي پيشرفته به كار برده مي شوند. ماتريس پليمري، رزين ترموستي نظير پلي استر، مينيل استر و رزينهاي اپاكسي به عنوان ماتريس انتخابي مي باشند. رزينهاي خاصي نظير فنوليك، پلي اوره تان و سيليكون براي كاربردهاي ويژه استفاده مي شوند. اغلب پلاستيك خانگي، نظير پلي اتيلن، اكريليك، نايلون و پلي استيرن به عنوان ترموپلاستيكها شناخته ميشوند. اين ماده ميتوانند حرارت ديده و شكل بگيرند و يا دوباره حرارت ديدن مجدداَ به حالت مايع برگردند. كامپوزيت ها معمولا از رزينهاي ترموستي كه ابتدا به صورت پليمرهاي مايع مي باشند استفاده مي كنند و در حين فرايند قالب گيري به شكل جامد تبديل مي شوند. اين فرايند به عنوان اتصال مقاطع كه غير قابل بازگشت مي باشد شناخته مي شود. به اين دليل، در مواد كامپوزيت، مقاومت شيميايي وحرارتي وخاص فيزيكي دوام سازه اي شان نسبت به ترموپلاستيكها افزايش يافته است به دليل فوايد مواد كامپوزيت، رشد كاربردهاي جديد در بازارهاي نظير حمل و نقل، ساختمان، مقاومت به خوردگي، سازه هاي در يايي، سازه هاي خيلي قوي، محصولات مصرفي، وسايل برقي، هواپيما وهوافضا، وسايل وتجهيزات تجاري در حال تقويت است. مزاياي استفاده از مواد كامپوزيت عبارتند از:

استحكام بالا

مواد كامپوزيت براي نيازهاي استحكامي خاص در يك كار برد مي توانند طراحي شوند. مزيت بارز كامپوزيتها نسبت به ساير مواد، توانايي استفاده كردن از تعداد زيادي از تركيب هاي رزين ها و تقويت كننده ها و بنابراين رسيدن به خواست مشتري از نظرخواص مكانيكي وفيزيكي سازه مي باشد.

سبکی

كامپوزيت ها، موادي را ارائه مي دهند كه مي توانند براي هم استحكام بالا وهم وزن كم طراحي شوند. در حقيقت كامپوزيت ها جهت توليد سازه هايي با بالاترين نسبت استحكام به وزن شناخته شده براي بشر به كار برده مي شوند.

مقاومت به خوردگی

كامپوزيت ها، مقاومت طولاني مدتي را در كار در محيطهاي شيميايي و دمايي ارائه مي دهند. كامپوزيت ها موادي منتخب براي قطعاتي كه در معرض محيط هاي باز، كاربردهاي شيميايي وديگر شرايط محيطي مي باشند هستند.

انعطاف پذیری طراحی

كامپوزيت ها نسبت به ديگر مواد اين مزيت را دارند كه مي توانند با شكل هاي پيچيده نسبت به هزينه كم، قالب گيري شوند. انعطاف پذيري در ايجاد شكل هاي پيچيده ، به طراحان آزادي عمل مي دهد كه نشاني از موفقيت كامپوزيت هاست.

بادوام بودن

سازه هاي كامپوزيتي عمري با دوام طولاني را دارا هستند. اين خصوصيت با حداقل نيازمندي هاي تعمير و نگهداري توام گشته است. طول عمر كامپوزيتها در كاربردهاي حساس مزيت به شمار مي رود. در نيم قرن توسعه كامپوزيت ها ، سازه هاي كامپوزيتي به گونه اي خوب طراحي شده اند كه هنوز كاملا فرسوده نشده اند . امروزه توسعه صنعت كامپوزيت ها به عنوان يك ارائه دهنده اصلي مواد به رشد خود ادامه مي دهد به صورتي كه بيشتر طراحان، مهندسين وسازندگان، از مزاياي اين مواد همه كاره مطلع شده اند.

پانل های ساندويچی ساختمانی ساخته شده با كامپوزيت

پانل هاي ساندويچي اصطلاحاً به آن دسته از ساختارهايي اطلاق ميشود كه از يك هسته مركزي ضعيف و لايه های خارجي قوي تشكيل شده باشد. معمولاً در ساخت اين قبيل پانلهاي ساندويچي از كامپوزيت هاي الياف شيشه (فايبرگلاس) و اخيراً از كامپوزيتهاي الياف طبيعي كمك گرفته ميشود.

پانلهاي ساندويچي

يك پانل ساندويچي در حقيقت از دو بخش اصلي تشكيل شده است: نخست هستة مياني كه ضعيف و معمولاً حجيم است. ديگري پوستههاي واقع در دو طرف هسته كه قوي و معمولاً نازك هستند. معمولاً هستة ضعيف مياني از جنس فوم يا لانه زنبوري ميباشد و پوستههاي واقع در دو طرف هسته از كامپوزيت هاي الياف شيشه يا الياف طبيعي، ساخته ميشوند. اين ساختار به ظاهر ساده كه به علت شباهت ظاهريش با ساندويچ به همين نام خوانده مي شود، مزيتها و قابليتهاي فوقالعادهاي از خود نشان مي دهد. يك ساختار ساندويچي، مقاومت بسيار بالاتري نسبت به تكتك اجزاي خود دارد و از سبكي فوقالعادهاي نيز برخودار است. همچنين هزينة نسبتاً پاييني داشته و به سرعت و سهولت مي تواند در ساخت وساز مورد استفاده قرار گيرد. بعد از پروفيل هاي پالتروژن و محصولات تهيه شده به روش قالب باز، پانل هاي ساندويچي مهترين مورد استفادة كامپوزيت ها در صنعت ساختمان است. گرچه اين پانلها در گذشته از طريق لايه چيني دستي و روش قالب باز تهيه ميشدند، اما امروزه به مدد فرآيندهاي ماشيني، سرعت و كيفيت توليد اين محصولات تا حد فوق العادهاي افزايش يافته است. همين مسئله موجب كاهش هزينه و افزايش استقبال از اين محصولات گرديده است. علاوه بر ساخت وساز، موارد استفاده زيادي از پانلهاي ساندويچي را در صنايع هوا فضا، خودرو، كشتي سازي و غيره مي توان مشاهده نمود.

مزيتهای پانل های ساندويچی برای مصارف ساختمانی

سبكی فوق العاده

به علت استفاده از مواد سبك در هستة اين پانل ها، وزن پانل به شدت كاهش مي يابد. يك ديوارة ساندويچي در مقايسه با نمونة مشابه سيماني يا آجري گاه تا50 برابر سبكتر است. اين مسئله به ويژه در سبك سازي بنا، مقابله با زلزله و كاهش هزينه زيرسازي بسيار مهم است.

مقاومت بالا

عليرغم سبكي فوقالعاده پانلهاي ساندويچي، اين محصولات مقاومت فوق العادهاي در برابر انواع بارهای فشاری دارند. اين پانلها نيروي وارده را به خوبي جذب كرده و مقاومت بالاتري نسبت به چوب از خود نشان مي دهند. اين مسئله در ساخت ديوارهها و سقفهاي كاذب از اهميت ويژهاي برخوردار است.

مقاومت در برابر خوردگي و پوسيدگي

اين قبيل پانلها بر خلاف ديوارههاي متداول بتني در برابر رطوبت هوا و شرايط خورنده محيطي دچار آسيب هاي ناشي از خوردگي نمي شوند. اين مسئله باعث حداقل شدن هزينه تعمير و نگهداري ميگردد. در مقايسه با پارتيشن هاي چوبي اين پانلها از طول عمر چندين برابر در محيطهاي مرطوب برخوردارند. همچنين به علت عدم پوسيدگي، از نظر بهداشتي نيز مطمئن بوده و جاي نگراني براي تجمع ميكروب در ساختمان باقي نمي گذارد.