آشنایی با مصالح ساختمان و کاربردهای آن
ساخت و ساز ساختمانها و سازهها متکی بر داشتن درک کاملی از مصالح ساختمانی است. بدون این دانش ساختن ساختمانها، سازهها و خانههای ایمن، کارآمد و بادوام امکانپذیر نخواهد بود. تا همین اواخر، بیشتر توسعه مصالح ساختمانی عمدتاً بر تولید مصالح ساختمانی ارزانتر، قویتر و بادوامتر متمرکز بود. اما اخیراً به مسائل زیستمحیطی در ساخت، استفاده، دفع و بازیافت مصالح ساختمانی نیز توجه شده است.
امروزه نیز، انواع مختلفی از مصالح ساختمانی مانند بتن، فولاد، چوب و… در ساختمانسازی مورداستفاده قرار میگیرد. هر متریال دارای خواص متفاوتی مانند وزن، استحکام، دوام و هزینه است که آن را برای انواع خاصی از کاربردها مناسب میکند. انتخاب مصالح مناسب برای ساخت، بر اساس هزینه و اثربخشی در برابر بارها و تنشهای وارد بر سازه انجام میشود.
باتوجهبه ارتقای سریع فناوری در صنعت ساخت و ساز، گسترش دامنه مصالح ساختمانی و با گذشت زمان، ما احتمالاً شاهد معرفی انواع بیشتری از مصالح ساختمانی در ساخت و ساز خود خواهیم بود. در این مقاله، سعی شده است تا به معرفی مصالح ساختمانی متداول، کاربرد مصالح ساختمان و همچنین مصالح مدرنی که با رشد تکنولوژی توسعه یافتهاند، پرداخته شود.
شرایط انتخاب مصالح با توجه به کاربرد مصالح ساختمان
همانطور که پیشتر گفته شد، امروزه طیف گستردهای از مصالح ساختمانی وجود دارد که در هر پروژه، بهتناسب نیاز و خواستههای کارفرما، از مصالح خاصی استفاده میشود. احداث یک ساختمان کارآمد به انتخاب صحیح مصالح وابسته است. مهندس معمار در انتخاب مصالح باید همه ویژگیهای آنها را بر طبق دستهبندی قوی در ذهن خود مرور کند.
خواص کاربردی و خصوصیات معمارانه، نتیجه مطالعات آزمایشگاهی بر روی مصالح نیست، بلکه اولی حاصل تجربیات کارگاهی و دومی محصول قدرت خلاقه مهندس معمار است. مسائل اقتصادی نیز در بسیاری از موارد، عامل کنترلکننده در فرایند انتخاب مصالح هستند. در حال حاضر، انواع مصالح ساختمانی که باید طی طراحی و اجرای پروژه انتخاب شوند، علاوه بر موارد فوق، توسط عوامل دیگری نیز کنترل میشوند که در زیر به برخی از آنها اشاره شده است:
- نما و زیباییشناسی ساختمان
- توان مالی کارفرما
- توپوگرافی سایت
- نوع و شکل ساختمان
- وضعیت خاک منطقه
- شرایط محیطی
خواص فیزیکی، شیمیایی و کاربرد مصالح ساختمان
- خواص فیزیکی مصالح به چهار دسته زیر تقسیم میشوند:
- اطلاعات پایهای مصالح؛ مثل ابعاد و اندازهها، جرم مخصوص، چگالی و…
- تأثیرات فیزیکی آب و رطوبت بر مصالح؛ مثل قابلیت جذب آب
- واکنش مصالح به تغییرات حرارتی
- تأثیر نور، صوت و الکتریسیته با مصالح؛ مثل قابلیت جذب نور و یا عبور نور
- خواص شیمیایی مصالح
مقاومت شیمیایی عبارت است از توانایی مصالح در جهت مقابله با اثر اسیدها، بازها، محلولهای نمکی و گازها. در هنگام انتخاب نوع مصالح مصرفی، باید به دوام مصالح نیز توجه کرد. زیرا دوام کافی، موجب مقاومت مصالح در برابر تهاجم عوامل مختلف جوی و سایز عوامل محیطی میشود.
- کاربرد مصالح ساختمان
کاربرد مصالح ساختمان، پهنه وسیعی از اطلاعات عملی و تجربی هستند که در نتیجه نهایی کار تأثیر چشمگیری دارند. پیشبینی مسائلی مانند نحوه خرید مصالح، نحوه حمل آن، باراندازی و انبارداری مصالح به طرز چشمگیری در هزینههای اجرای پروژه تأثیر میگذارند. ابعاد و اندازه مصالح و تخصص لازم در بهکارگیری آنها، از دیگر نکات مهم هستند. نیاز به ماشینآلات جانبی برای استفاده از مصالح خاص، پیچیدگی نصب، امکان تولید مصالح در محل کارگاه و خرید و حمل و آن، در تعیین برنامه پیشرفت پروژه و هزینهها نقش مهمی دارند؛ بنابراین یک معمار باتجربه با در نظر داشتن کلیه مسائل اجرایی انتخاب مصالح را انجام میدهد.
برای آشنایی با کاربرد سازه های چوبی این مقاله را بخوانید.
ویژگیهای معمارانه و زیباییشناختی
مسائل زیباییشناسی، زمینه گستردهای از بحثهای مختلف را در طول تاریخ به وجود آورده است. هر یک از مصالح، زیبایی و کارایی خاص خود را دارند. اما هماهنگی آنها با فضاها و عملکرد معماری، توازن با محیط اطراف و ایجاد ترکیب مناسب در همنشینی با مصالح دیگر، و همچنین انتخاب ابعاد و اندازههای لازم برای هر مصالح، توانایی یک معمار در تحققبخشیدن طرح خود است.
هزینهها و مسائل اقتصادی
یکی از مهمترین عوامل انتخاب مصالح، درنظرداشتن مسائل اقتصادی و مهار هزینههای مربوطه است. هزینههای تحقق یک طرح معماری به دو قسمت عمده اجرا و نگهداری تقسیم میشود. هزینههای اجرا به راحتی و بر اساس قیمتهای روز قابل پیش بینی است اماهزینههایی ناشی از نگهداری ساختمان، هزینههای بلندمدت که تعمیرات و اصلاحات را در برمیگیرد تقسیم میشود؛ بنابراین نوع طراحی ساختمان و نوع مصالح مصرفی و پیشبینیهای لازم به لحاظ کاهش هزینهها، بسیار حائز اهمیت است.
آشنایی با مصالح ساختمانی متداول
در ادامه مقاله، متداولترین مصالح ساختمانی که امروزه در صنعت ساخت و ساز، از گزینههای محبوب به شمار میروند را بررسی میکنیم.
-
فولاد
فولاد که در ساخت و ساز بسیار از آن استفاده میشود، یکی از متداولترین متریالهای مورداستفاده در آسمانخراشها و ساختمانهای اداری مدرن است. فولاد که معمولاً برای تقویت ساختاری سازه استفاده میشود، اکنون بهعنوان بخشی از نمای بیرونی نیز استفاده میشود و هم بهعنوان بدنه و هم بهعنوان پوسته افق شهر مدرن عمل میکند. فولاد به دلیل استحکام، دوام و سبکی بهعنوان قاب پنجره و در، نرده و دستگیره درب بسیاری از ساختمانهای مدرن مورداستفاده قرار میگیرد.
فولاد یک مصالح ساختمانی نسبتاً گران است، بنابراین این وظیفه مهندس سازه است که اندازهها و اشکال اقتصادی را باتوجه به بارهای واقعی روی ساختمان انتخاب کند تا از طراحی بیش از حد جلوگیری شود.
-
شیشه
شیشه که برای دستیابی به شفافیت و سطوح بالای نور طبیعی استفاده میشود، یکی از رایجترین مصالح مورد استفاده در معماری معاصر است. با گذشت زمان، شیشه بهعنوان یک مصالح ساختمانی با U-value کمتر و عایق حرارتی بالاتر توسعهیافته است که به کاهش انرژی مورد نیاز ساختمان کمک کرده و به نفع محیطزیست عمل میکند.
-
پلاستیک
پلاستیک بهطورکلی بهعنوان یک ماده ارزان، سست و ناپایدار در نظر گرفته میشود. این متریال در ابتدا برای مقاومت در برابر عناصر و دوام بیشتر مواد خانگی دیگر طراحی شد. با درنظرگرفتن این موضوع، پلاستیک در واقع میتواند راهحل هوشمندانهای را بهعنوان مصالح ساختمانی برای اکثر معماریهای مدرن ارائه دهد. باتوجهبه سطوح بالای تولید پلاستیک، بازیافت و استفاده مجدد از آن برای معماری یا پلاستیکهای زیستی به طور فزایندهای محبوب میشود و تأثیر مثبتی بر محیطزیست دارد.
-
بتن
بتن یک ماده مرکب است که از اختلاط سیمان، سنگدانههایی مانند ماسه و سنگ خرد شده و آب به دست می آید. خواص بتن به نسبتهای استفاده شده در طرح اختلاط بستگی دارد. بتن که بهراحتی پرمصرفترین ماده در جهان است، یک ماده اولیه عالی برای تعدادی از سازهها است. ترکیب بتن که عمدتاً از سیمان ساخته شده است، میتواند به راحتی با استفاده از داربست مناسب به شکل دلخواه درآید.
با این حال، شایان ذکر است که بتن دوستدار محیط زیست نیست و تأثیر قابلتوجهی بر اکوسیستم دارد. در واقع، تخمین زده میشود که ساخت و ساز بتن تا 5 درصد از کل انتشار گازهای گلخانهای در سراسر جهان را تشکیل میدهد.
بتن تازه را میتوان در قالبها ریخت تا هر شکل یا شکلی به خود بگیرد و سختشدن آن به یک ماده سنگ مانند زمان میبرد. حداکثر 7 روز طول میکشد تا بتن به اکثریت مقاومت خود برسد و برای جلوگیری از ترک خوردن یا کاهش ظرفیت نیاز به توجه ویژه ای برای عمل آوری دارد.
بتن زمانی که در معرض تنشهای فشاری قرار میگیرد بسیار قوی است، اما شکننده است و مقاومت کششی محدودی دارد. در ترکیب با میلگردهای فولادی، بتن مسلح برای طیف وسیعی از سازهها مانند ساختمانهای بلند چندطبقه، پلها، جادهها، تونلها و بسیاری کاربردهای دیگر قویتر و مناسبتر است.
دیگر مصالح پرکاربرد در معماری
-
سنگ
سنگها مصالح ساختمانی بسیار محبوبی هستند، زیرا ظرفیت زهکشی کافی دارند؛ کاربرد مصالح ساختمانی سنگ در معماری بسیار زیاد است. به خصوص در مناطقی که بارندگی زیاد است، میتوان به راحتی از سنگها بهعنوان مصالح ساختمانی استفاده کرد. سنگها عموماً یک ماده معدنی غیرفلزی هستند. این قطعات سنگی بریده شده، همان مواد سخت روی پوسته زمین هستند که در سطح یا زیر خاک قرار میگیرند.
مزایای سنگ :
- دارای خاصیت زهکشی کافی در مناطق پر بارندگی
- ایجاد پوششهای جذاب و صاف به کمک پانسمانکردن
- رنگ بسیار یکنواخت
- شکلپذیری آسان
- بهبود بافت سنگ باگذشت زمان
معایب سنگ :
- ساخت و ساز بسیار پرهزینه
- فرایند زمان بر اجرا با سنگ
-
آجر
آجر رایجترین نوع مصالح ساختمانی است که بیشتر در ساخت و سازهای مسکونی مورد استفاده قرار میگیرد. آجر بلوکهای کوچکی از خاک رس سوخته یا خشک شده است که معمولاً در اجرای دیوارهای ساختمانی استفاده میشود. آجرها از زمانهای بسیار قدیم، در حدود 5000 سال پیش مورد استفاده قرار گرفتهاند.
موادی که برای ساخت آجرهای سفالی استفاده میشود عبارتاند از: سیلیس، آلومین، منیزیم، اکسید آهن و آهک. ترکیب آهک و منیزیم به طور دقیق در هنگام ساخت آجر کنترل میشود، زیرا این دو ماده میتوانند باعث عدم سلامت آجر شوند.
بهطورکلی، سه نوع آجر مورد استفاده وجود دارد که بسته به نوع ساخت و ساز، عبارتاند از:
- آجرهای نسوز یا نسوز رسی
آجرهای نسوز برای تحمل دمای بالا تا 1300 درجه سانتیگراد استفاده میشوند. این نوع آجرها عمدتاً در کورهها استفاده میشوند، جایی که مقاومت در برابر دمای بالا از اهمیت بالایی برخوردار است.
- آجرهای توخالی
این آجرها وزن سبکی دارند و عایق حرارتی خوبی دارند. بهطورکلی برای ساخت دیوارها و پارتیشنها استفاده میشود.
- آجر خاکستر بادی
خاکستر بادی ضایعاتی است که از سوزاندن زغالسنگ یا زغالسنگ در صنایع مختلف به دست میآید. خاک رس، زمانی که با خاکستر بادی و آهک مخلوط میشود، خواص کلی آجرها را بهبود میبخشد و همچنین خاکستر بادی بهاندازه کافی بدون ایجاد خطر برای آلودگی محیط زیست مورداستفاده قرار میگیرد.
مزایای آجر :
- آجرها در مصرف انرژی کارآمد هستند.
- آنها به تعمیر و نگهداری کمی نیاز دارند.
- آجرها مصالح پایداری هستند.
معایب آجر :
- آجر به اندازه سنگ مصالح ساختمانی محکم و بادوامی نیست.
- آجرها آب را جذب میکنند که میتواند باعث رطوبت میشود.
تأثیر تکنولوژی بر مصالح ساختمانی
امروزه مصالح ساختمانی مدرن در حال تغییر روشهای ساخت و ساز هستند. متریالهای امروزی سازگار با محیطزیست، قابلاعتماد و بادوام هستند. علم متریال مدرن در سالهای اخیر رشد و پیشرفت چشمگیری داشته است. این پیشرفتها معماری جدیدی را تحریک میکند که کاملاً متفاوت از آنچه ما به آن عادت کردهایم پیشروی کند. در ادامه به معرفی برخی از این مصالح که با رشد تکنولوژی، توسعهیافتهاند میپردازیم.
چوب شفاف
این متریال در سال 2016 کشف شد. با این حال، در سال 2020 بود که دانشمندی که با همکاری تیمی از دانشگاه مریلند در کالج، روشی برای شفاف کردن چوب اختراع کرد. چوب شفاف حداقل 5 برابر قوی تر و سبک تر از شیشه است و همچنین از نظر حرارتی کارآمدتر است. همین ویژگیهاست که آن را به یک جایگزین بالقوه جالب برای پنجره های پلاستیکی یا شیشه ای تبدیل می کند. از مزایای دیگر آن مواد خام تجدید پذیر و سازگار با محیط زیست است. همچنین هزینه های تولید چوب شفاف نیز بسیار کمتر از تولید شیشه است.
چوب شفاف کاملاً انعطافپذیر است، زیرا حاوی سلولز طبیعی است. برای دستیابی به شفافیت، چوب بالسا را در محلول مخصوص آغشته میکنند و سپس رزین اپوکسی به سازه اضافه میکنند. از چوب شفاف یا شیشه چوبی میتوان بهجای واحدهای شیشهای سنتی یا سایر عناصر در سازههای ساختمانی استفاده کرد که باید شفاف، اما همچنین بادوام، سازگار با محیط زیست و کممصرف باشند.
فیبر کربن
فیبر کربن، امروزه بیشتر در ساخت و ساز استفاده میشود، صنعتی که اغلب ترکیبی از استحکام و سبکی را میطلبد. فیبر کربن 75 درصد سبکتر از آهن و 30 درصد سبکتر از آلومینیوم است. برای تقویت مصالح ساختمانی سنتی و بهبود استحکام آنها و همچنین برای کاهش ضخامت پانلها و کاهش وزن آنها از فیبر کربن استفاده میشود. تقویت بتن به کمک فیبر کربن نیز یک عایق حرارتی عالی را فراهم میکند. تنها نقطهضعفی که کاربرد گسترده این متریال را محدود میکند، هزینه بالای مواد است.
بتن خود ترمیم شونده
اصطلاح “بتن خود ترمیم شونده” کمی خارقالعاده به نظر میرسد. در سال 2015، مخترع هنک جونکرز از دانشگاه صنعتی دلفت، روشی نوآورانه برای ترمیم ترکهای بتن با استفاده از باکتری نشان داد. اصل فناوری ساده است: کپسولهایی حاوی باکتریهای خاص و مواد مغذی برای آنها به بتن اضافه میشود. باکتریها بهمحض برخورد با آب فعال میشوند و بتن ترک خورده با رطوبت بازسازی شده و با سنگآهک تولید شده توسط باکتریها پر میشود.
البته که بتن سنتی یک مصالح ساختمانی بسیار قابلاعتماد و تثبیت شده است، اما در صورت ترکخوردن خواص خود را از دست میدهد. بسیاری از متخصصان علم مواد در سراسر جهان در حال کار بر روی ارتقای مدرن مواد پایه هستند.
Richlite
Richlite یک ماده کامپوزیت کاغذی و بادوام است. این ماده از کاغذباطله ساخته شده است که به صفحات سخت و صاف فشرده میشود. کاغذ، از مصالح دوستدار محیط زیست نسبت به بسیاری از متداولترین مواد مورد استفاده در ساخت و ساز است و این یکی از مزایای اصلی Richlite است. بااینحال، تکنولوژی، آن را به یک ماده خام شگفتانگیز تبدیل میکند که برای ساخت و ساز سازگار با محیط زیست بسیار کارآمد است.
بر خلاف سنگ یا سایر سطوح سخت، Richlite مانند چوب سخت متراکم عمل میکند و میتوان آن را بهراحتی آسیاب، سنباده و به هم وصل کرد. Richlite همچنین یک ماده مقاوم در برابر آب است که دارای جذب رطوبت کم، مقاومت در برابر حرارت بالا و مقاومت در برابر آتش است. Richlite یک ماده شناخته شده است که موردعلاقه بسیاری از معماران بهعنوان متریالی برای مبلمان، عناصر داخلی و سازههای خلاقانه است.
سنگ مایع
سنگ مایع مصنوعی یک مخلوط ساختمانی ویژه (ساخته شده از 70 درصد براده های مرمر و 30 درصد مواد افزودنی خاص و پرکننده تزئینی) است که بر روی سطوحی از جمله بتن، آجرکاری، سنگ و آسفالت پاشیده میشود. با توجه به ترکیب آن، مایع فشرده میشود و یک مهر و موم محکم ایجاد میکند و سطح را با دوام و ظاهری جذاب می دهد. گرانیت مایع یک ماده سازگار با محیط زیست است زیرا شامل رزینهای ایمن، تراشههای مرمر طبیعی و پرکنندههای معدنی است. این ماده کامپوزیت اغلب در کارهای تکمیلی، برای ساخت یا پوشش ساختارهای فردی یا عناصر داخلی استفاده میشود.
آلومینیوم شفاف
این متریال، یک سرامیک شفاف بر پایه آلومینیوم اکسی نیترید (AlON) است. از ویژگیهای اصلی این ماده مقاومت در برابر خراش و دوام است. آلومینیوم شفاف بسیار بادوامتر از شیشه آلومینوسیلیکات (کوارتز) است و همچنین 85 درصد سختتر از یاقوت کبود است. علاوه بر این، میتواند حرارت را تا 2100 درجه سانتیگراد تحمل کند. در برابر اشعه، اسیدها، مواد قلیایی و آب مقاوم است. علاوه بر این، در ساخت و ساز برای پنجرههای مقاوم در برابر ضربه، گنبدها و سایر عناصری که نیاز به شفافیت و استحکام دارند نیز از آن استفاده میشود.
آشنایی با برخی مصالح مدرن
-
مصالح ژئوفوم
ژئوفوم ساخته شده با EPS یک ماده فوم سبک و سفت و سخت است که در سرتاسر جهان به عنوان پرکننده سبک، عایق حرارتی و زهکش شناخته میشود. ژئوفوم EPS تقریباً 100 برابر سبکتر از بسیاری از خاکها و حداقل 20 تا 30 برابر سبکتر از سایر جایگزینهای پرکننده سبک وزن است. این تفاوت شدید در وزن واحد نسبت به سایر مواد باعث میشود ژئوفوم EPS به ماده پرکننده جذابی تبدیل شود. از آنجایی که این یک جایگزین خاک است، خاکریزهای ژئوفوم EPS را میتوان به گونهای پوشانده که شبیه خاکریزهای شیبدار معمولی به نظر برسد یا مانند دیوار به نظر برسد.
-
بتن رسانا
مخلوط بتن رسانا، که در دانشگاه نبراسکا ساخته شد، حاوی 1.5 درصد الیاف فولادی و 20 درصد برادههای فولادی در هر حجم بود. الیاف و برادههای فولادی که به مخلوط بتن معمولی اضافه شدهاند با هدف دستیابی به مقاومت الکتریکی مورد نیاز برای گرمایش مقاومت الکتریکی هستند.
-
بتن خود متراکم
بتن خود تراکم (SCC) یک بتن ابتکاری است که برای قرار دادن و تراکم نیازی به لرزش ندارد. این میتواند تحت وزن خود جریان یابد و قالب را کاملاً پر کند و حتی در حضور آرماتورهای متراکم به تراکم کامل برسد. بتن سخت شده متراکم، همگن و دارای خواص مهندسی و دوام مشابه بتن مرتعش سنتی است.
بتن خود تراکم به دلیل محتوای چسبندگی بالاتر و منحنی دانه بندی ترکیبی متفاوت، نسبت به بتن معمولی دارای ریزدانه های بیشتری است. این تنظیمات، همراه با فوق روانکنندههای مخصوص سازگاری، سیالیت منحصربهفردی و فشردگی ذاتی ایجاد میکنند.
چرا کاربرد مصالح ساختمان مهم است؟
این غیرقابل انکار است که جلوههای بصری یک ساختمان نقش بزرگی در اولین برداشت ما از آن دارد. به هر حال، ما انسان ها موجوداتی بسیار بصری هستیم و تصاویر میتوانند حداقل نقشی در تصمیم گیری ما داشته باشند.
همین امر در مورد معماری نیز صادق است. معماران ممکن است همیشه نتوانند بیان کنند که چرا یک نوع معماری را بر دیگری ترجیح میدهند، اما جلوههای بصری یک سبک خاص قطعا در سطحی با آنها صحبت میکند.
بنابراین، تعجبی ندارد که بین کیفیت بصری یک ساختمان و پایداری سازه آن رابطه وجود دارد. مصالح ساختمانی که یک معمار انتخاب میکند اغلب نوع معماری قابل دستیابی را تعیین میکند. بنابراین، اگر یک معمار برای زیبایی بصری خاصی تلاش میکند، باید از پیامدهایی که انتخاب مصالح آنها بر پایداری سازه تمام شده خواهد داشت آگاه باشد.
سخن پایانی بن رو کالج
کدام مصالح، می تواند بهترین مصالح انتخابی ما باشد؟ هیچ پاسخ واحدی برای این سوال وجود ندارد، زیرا مصالح مختلفی وجود دارند که می توانند در معماری استفاده شوند. میان این طیف وسیع مصالح مورد استفاده در معماری و مزایا و معایب هر یک از آن ها، این وظیفه معمار و طراح است که با علم خود، بتواند یک انتخاب هوشمندانه داشته باشد و مناسب ترین متریال را برای یک پروژه خاص انتخاب کند. با وجود گزینه های بسیار زیاد و متنوع میان مصالح ساختمانی، معماران آزادی زیادی در ایجاد سازه های خلاقانه و منحصر به فرد دارند.
Rating 3.33 from 3 votes
با دیگران به اشتراک بگذارید تا امتیاز بگیرید!