مصالح ساختمانی نوین

16 اسفند 1400 | مهندس زهرا راستین

آگاهی ما از مصالح ساختمانی و تأثیر آنها بر محیط زیست هرگز به اندازه امروز نبوده است. مصالح ساختمانی روز به روز پیچیده تر و پیشرفته تر می شوند. برخی از آنها اساس طبیعی دارند، در حالی که برخی دیگر کاملاً جدید هستند و از اجزای تقریباً بیگانه ساخته شده اند. در حال حاضر سرعت توسعه مواد نوآورانه به حدی است که پیگیری آن تقریبا غیرممکن است. در این مقاله، به توضیح چند مورد از مهم‌ترین پیشرفت‌ها، از آلومینیوم شفاف گرفته تا آجرهایی با قابلیت رشد و نمو می‌پردازیم؛ این مصالح پتانسیل ایجاد انقلابی کامل در معماری و ساخت و ساز را دارند.

BioMASON آجرهایی تولید می‌کند  که حاصل رشد و نمو باکتری‌ها هستند

آجر برای سال های طولانی در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده بوده است. اخیرا امکان استفاده از این مصالح به شیوه ای مدرن فراهم شده است. دیوارهای آجری در معرض دید با مجاری تهویه را در دفاتر استارت آپ‌ها و آپارتمان‌های شهری لوکس در نظر بگیرید. با این حال، تولید آجر یک فرآیند طولانی است که خسارت قابل توجهی به محیط زیست وارد می‌کند. آیا می‌دانستید که تولید آجر مسبب تقریباً 8 درصد از کربن منتشر شده در جهان است؟ این رقم برابر با انتشار کربن از حدود 170 میلیون خودرو است. یکی از شرکت‌هایی که جایگزینی برای روش‌های تولید مرسوم یافته است، استارتاپ بیوتکنولوژی BioMASON است. این شرکت از فرآیندی استفاده می‌کند که میلیون‌ها سال قدمت دارد. آن‌ها با تقلید از روش رشد مرجان در طبیعت در طول هزاران سال، میکروارگانیسم‌ها را به ماسه تزریق می‌کنند، اما این روند را به چند روز کاهش می دهند. آجرهای BioMASON برای استفاده در ساخت و ساز به اندازه کافی قوی هستند و مانند نمونه های سنتی خود سبب آلودگی محیط نمی‌شوند. رویکرد نوآورانه BioMASON مبتنی بر یک ارگانیسم میله‌ای شکل به نام باسیلوس است که ریزمحیطی ایجاد می‌کند که در آن کریستال‌های کربنات کلسیم تشکیل می‌شوند. از آنجایی که فرآیند رشد آجر در دمای اتاق انجام می شود، نیازی به سوزاندن سوخت های فسیلی نیست. در واقع، در حین ساخت آجر، کربن از هوا جذب می شود. رنگ طبیعی آجرها بژ روشن است، اما به راحتی می توان آنها را در هر رنگ دیگری تولید کرد و یا آنها را شبیه آجرهای معمولی ساخت. همچنین می توان آجرها را طوری ساخت که در تاریکی بدرخشند، در صورت خیس شدن تغییر رنگ دهند یا بافت هایی متفاوت داشته باشند. گام بعدی این است که مشتریان بتوانند آجر را در محل تولید کنند.

"آلومینیوم شفاف" سه برابر قوی تر از فولاد است

اکسی نیترید آلومینیوم که برای اولین بار در فیلم پیشتازان فضا پیشنهاد شد و در رسانه های عمومی با عنوان «آلومینیوم شفاف» شناخته می شود، اکنون واقعاً در حال توسعه است. این آلیاژ سرامیکی با همجوشی نیتروژن، اکسیژن و آلومینیوم ایجاد می شود. آلومینیوم شفاف اولین بار زمانی به دست آمد که محققان دانشگاه آکسفورد از فلاش لیزری برای حذف الکترون ها از آلومینیوم بدون تغییر ساختار کریستالی آن استفاده کردند. آلومینیوم شفاف سه برابر محکم‌تر از فولاد، چهار برابر سخت‌تر از شیشه سیلیکا گدازیده، ۸۵ درصد سخت‌تر از یاقوت کبود و همانطور که از نامش پیداست، از نظر بصری شفاف است. این ماده در برابر خوردگی، تشعشع و اکسیداسیون مقاوم است و می‌تواند برای تولید پنجره و گنبد در وسایل زیردریایی و فضایی، لنز دوربین‌های مقاوم و انواع دیگر شیشه‌ ایمنی استفاده شود. حتی می توان آسمان خراش‌ها را با آن پوشاند. سایر کاربردهای بالقوه عبارتند از عایق‌ها و صفحات تابش حرارتی، سرامیک‌های نیمه شفاف، کامپوزیت‌های ماتریس فلزی، مواد دیرگداز و پرکننده‌های رسانای حرارت. نسخه تجاری آلومینیوم شفاف ALON است. زمانی که هزینه‌های ساخت این فلز معجزه‌آسا کاهش یابد، می‌تواند در پنجره‌های یکپارچه تا ابعاد 45 در 90 سانتی‌متر استفاده شود و برای ساخت بالکن‌های شیشه‌ای و شیشه‌های مقاوم در برابر آتش به کار رود. این فلزدر حال حاضر در پوشش‌های شفاف وسایل الکترونیکی مانند قطعات کامپیوتری استفاده می‌شود، اما با قیمت بیش از 10 دلار برای هر 2.5 سانتی متر مربع؛ استفاده از آن هنوز به اندازه کافی برای استفاده روزمره و معمولی مقرون به صرفه نیست.

آیا با گرافن می توان سازه هایی با ارتفاع 30 کیلومتر ساخت؟

یکی از مهمترین اکتشافات فیزیک قرن حاضر، ماده فوق نازک گرافن است. گرافن که حدود 12 سال پیش کشف شد،  تقریباً هر صنعتی در جهان از جمله ساخت و ساز را تغییر می‌دهد، هرچند استفاده از آن در مقیاس بزرگ هنوز رواج نیافته است. شبکه دو بعدی لانه زنبوری گرافن تا 200 برابر قوی تر از فولاد است، اما بسیار سبک وزن است و نازک ترین ماده شناخته شده برای بشر است. این ماده حتی به عنوان مانعی برای گازها عمل می‌کند. همه این ویژگی ها به این ماده امکانات تقریباً بی حد و حصری در ساخت و ساز می‌دهند، هرچند تولید انبوه آن به دلیل هزینه های بالا(حدود 500 دلار برای یک گرم) ممکن نیست. مزایای این ماده به عنوان یک افزودنی برای پلیمرها، بتن، رزین‌ها یا فولاد برای بهبود خواص آنها، کاربرد آن را در آینده نزدیک رایج می سازد. با وجود اینکه به زودی شاهد هیچ کاربرد گسترده ای از این ماده نخواهیم بود، این واقعیت که گرافن طی چند سال گذشته از ماده ای ناشناخته به ماده ای با پتانسیل ایجاد انقلابی در صنعت تبدیل شده است، یک دستاورد بزرگ است. به عنوان مثال، گرافن همراه با رنگ می تواند پوششی تقویتی و مقاوم در برابر آب و هوا برای سازه های آجری، فولادی، بتنی و حتی شیشه ای ایجاد کند که باعث افزایش شدید طول عمر سازه و کاهش هزینه ها در دراز مدت می شود. همچنین، به طور بالقوه ما را قادر می سازد تا ساختمان های بسیار بلندتری بسازیم و برخی تخمین می زنند که ساخت سازه هایی با ارتفاع 30 کیلومتر امکان پذیر است.

بلینگ کریت: بتن چشم نواز و منعکس کننده نور

اخیرا مساله نور و روشنایی در تولید انواع جدیدی از بتن مورد توجه قرار گرفته و این ماده خاکستری خسته کننده به گونه ای اصلاح شده تا بتواند به معنای واقعی کلمه اشیا را روشن کند. بتن بلینگ کریت که با پارچه تقویت شده و با یک سطح منعکس کننده نور پوشانده می شود، می تواند کاربردهای بالقوه ای در معماری و طراحی داشته باشد. این ماده به لطف ریزکره ها یا گلوله های شیشه ای کوچک تعبیه شده در کوانتز به عنوان بتن منعکس کننده نور نیز شناخته می شود. کوانتز بتنی با فناوری پیشرفته، نانو بهینه و با کارایی بالا است که ویژگی‌های بازتابی بلینگ کریت از آن ناشی می‌شود. سطوح بازتابنده پرتوهای نور طبیعی یا مصنوعی را به سمت منبع نور پس می فرستند - مانند چشمان گربه در تاریکی شب. ظاهر سطح به فاصله بین نور و بیننده بستگی داشته و در نتیجه سطح برای شخصی که از کنار آن عبور می‌کند ظاهری پویا خواهد داشت. این ماده بدون نیاز به هیچ گونه پوشش اضافی ضد آب است، در برابر یخ زدگی مقاوم است و می تواند زاویه دار، مسطح یا منحنی باشد. بلینگ کریت را می توان برای علامت گذاری ایمنی در مناطق خطرناک (لبه های سکو، پله ها، معابر تونل یا پیاده روها) و برای سیستم های راهنما و علائم یکپارچه استفاده کرد. این ماده در رنگ های مختلف موجود است و اندازه توپ های شیشه ای از 0.7 میلی متر تا 9 میلی متر متغیر است؛ اندازه استاندارد آن 6 میلی متر است. بافت آن نیز می تواند الگوها و شبکه های مختلفی داشته باشد. در حالی که سایر مواد منعکس کننده نور اغلب پس از مدتی نیاز به تعویض دارند، یا به دلیل قوانین آتش سوزی برای استفاده در فضاهای زیرزمینی مناسب نیستند، بلینگ کریت قوی، بادوام و غیر قابل اشتعال بوده و تولید آن آسان است. ساخت بلینگ کریت ابتدا دریک آزمایش هنری با مواد بازتابنده نور و برای بررسی پدیده بازتاب مجدد آغاز شد، اما اکنون برای کاربردهای تجاری در صنایع مختلف ساخته می شود.

آجر خنک با چاپ سه بعدی رطوبت را جذب می کند و ساختمان ها را در بیابان خنک می کند

آجر خنک که از شیوه‌های قدیمی خنک‌سازی تبخیری (کاهش دمای هوا با افزودن بخار آب به آن) الهام گرفته است، جایگزینی برای سیستم‌های HVAC سنتی و پرهزینه است. آجر خنک توسط Emerging Objects -شرکت متخصص در اجزای نوآورانه معماری و ساخت و ساز با چاپ سه بعدی- طراحی شده است. این مصالح سیستمی از آجرهای سرامیکی متخلخل است و برای ساخت دیوارهایی به کار می رود که فضاهای داخلی را در آب و هوای گرم و خشک خنک کنند. هر آجر دارای شبکه ای از سوراخ های ریز است که مانند یک اسفنج رطوبت را جذب می کند. هنگامی که هوای گرم از طریق شبکه ریز منافذ در آجر حرکت می‌کند، رطوبت موجود در منافذ گرم و سپس تبخیر می شود، دمای ساختمان کاهش یافته و هوا خنک می‌شود. از آنجایی که آجر خنک مدولار است، این مصالح را می‌توان به روش‌های مختلف روی هم چید، این خاصیت به مهندسان و معماران آزادی طراحی باورنکردنی می‌دهد. آجرهای خنک با سیمان در جای خود نگه داشته شده و یک پیوند قوی و بادوام ایجاد می کنند. علاوه بر این، اشکال منحصربفرد آجرها سطوح سایه‌داری روی دیوار ایجاد می‌کند و دیوار را از گرمای خورشید محافظت می‌کند.

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .