مصالح ساختمانی برای آینده‌ ساخت و ساز

در حالی که ممکن است برخی از افراد استدلال کنند که روش‌های قدیمی بهترین هستند، اما واقعیت این است که پیشرفت‌ها در حوزه‌ی صنعت ساخت و ساز و مصالح ساختمانی، ساختمان‌سازی را در سراسر جهان آسان‌تر و ایمن‌تر نموده است. توسعه‌ی مصالح ساختمانی جدید و ابتکارآمیز به معماران اجازه داده است تا تصورات خود را بهتر تحقق ببخشند ، چنان‌که ساختمان‌های جسورانه‌تری خلق می‌کنند که بواسطه‌ی بهتر شدن استحکام، انعطاف‌پذیری و دوام مصالح ساختمانی امکان پذیر شده است. مصالح ساختمانی حوزه‌ای است که همواره در حال توسعه و پیشرفت است. اگر می‌خواهید در راس حوزه مصالح ساختمانی باقی بمانید، لیست زیر را که دربردارنده‌ی مصالح ساختمانی جدید است را مطالعه نمایید. مصالح ساختمانی که ممکن است در پروژه‌ی مهم بعدی‌تان به خوبی گنجانده شوند.

اگر چه گرافن ماده‌ی جدیدی نیست اما از زمان کشفش تاکنون، به صورت عملی در ساخت و ساز مورد استفاده قرار نگرفته است. از لحاظ تئوری، گرافن یک ماد‌ی ساختمانی عالی است زیرا به طور غیر قابل باوری سبک است و در عین حال، هم نسبت به استیل و هم نسبت به فیبر کربنی محکم‌تر و مقاوم‌تر است. به طور بالقوه، گرافن این توانایی را دارد که با مصالح ساختمانی سنتی‌تر ترکیب شود تا ستون‌ها و کابل‌های محکم‌تری ایجاد نماید، در عین حال اجازه می‌دهد تا ساختمان‌های تاثیرگذارتری خلق نماییم. در هر حال، تولید گرافن بسیار مشکل است به طوری که ساختمان‌سازان به ندرت می‌توانند بیش از چند ورق اندک از این ماده را در هر پروژه استفاده نمایند. البته این موضوع تا این زمان مصداق داشته است زیرا آزمایشگاه US Oak Ridge National، برای تولید این ماده روش جدیدی ابداع نموده است که در آن از تکنیکی به نام رسوب‌گیری شیمیایی بخار استفاده می‌شود. سرپرست تیم مسئول این پروژه می‌گوید «این کشف، کاربردهای بالقوه و بازار تقاضا برای این مصالح ساختمانی را به طور قابل توجهی توسعه می‌بخشد. قدم بعدی این است که قیمت این ماده را کاهش دهیم و مقیاس پذیری آن را بهبود ببخشیم در این حالت، این ماده می‌تواند به طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار بگیرد».

ساختمان‌ و بناهای رم باستان به مدت بسیار طولانی پا بر جا مانده‌اند، بنابراین قطعا می‌توان از مصالح ساختمانی که رمیان مورد استفاده قرار داده‌اند چیزهایی آموخت. در حال حاضر، محققین آزمایشگاه برکلی در دانشگاه کالیفرنیا موفق به کشف راز عمر طولانی این ساختمان‌ها (فرمول مخصوصی که رومیان برای ساخت بتن از آن استفاده می کردند) شده‌اند. بر خلاف بتن مدرن که در آن از سیمان برای به‌هم چسباندن مصالح ساختمانی ریزدانه نظیر شن و ماسه استفاده می‌شود، در بتن رمی از یک مخلوط ملات از سنگ آهک آتشفشانی استفاده می‌شود. این مخلوط به گونه‌ای واکنش می‌دهد که کریستال‌هایی تشکیل می‌شوند که داخل فضاهای درون بتن، به طور موثرتری انبساط می‌یابند. این ویژگی همان کار میکروفیبرها در بتن بر پایه‌ی سیمان پرتلند را انجام می‌دهد اما در برابر فرسودگی مقاومت بیشتری دارد. هم‌چنین فضا را به طور محکم‌تری پوشش می‌دهد. این ترکیب ریسک بروز ریزترک‌ها در بتن با گذشت زمان را کاهش و طول عمر ساختمان‌ را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. سفری به شهر رم، این ادعا را اثبات می‌کند.

بتن رمی نه تنها نسبت به بتن مدرن محکم‌تر است، بلکه با محیط زیست نیز سازگارتر است. در فرآیند تولید سیمان پرتلند، سنگ آهک و خاک رس را می‌بایست بیش از 1400 درجه سانتی‌گراد حرارت داد که این کار، 7% از رد پای جهانی کربن را تشکیل می‌دهد. به بیان دیگر، این مصالح ساختمانی به چنین حرارتی نیاز ندارد زیرا خاکستر آتشفشانی و آهک در دمای پایین‌تری واکنش می‌دهند. این یعنی یک فرمول بالقوه جدید برای تولید بتنی که محکم‌تر، با دوام‌تر و سازگارتر با محیط زیست است.

محققین موسسه‌ی تکنولوژی ماساچوست مقاله‌ای منتشر نموده‌اند که پیشنهاد می‌کند سیمان را از معادله‌ی بتن خارج کنیم. این محققین چشم به جهان طبیعت دوخته‌اند و پیشنهاد نموده‌اند که برای به هم چسباندن مصالح ساختمانی ریز دانه در بتن، از مواد طبیعی نظیر استخوان، صدف و اسفنج‌های دریایی استفاده نماییم. این تحقیق تلاش تازه‌ای است برای حل دو مشکلی که سیمان پرتلند به همراه دارد؛ انرژی که لازم است تا این سیمان تولید شود و پتانسیلی که این سیمان برای دچار شدن به ریزترک‌ها با گذشت زمان دارد. این ایده زمانی به وقوع پیوست که این تیم تحقیقاتی، دانش گسترده درباره‌ی ساختار مواد طبیعی را با حدس زنی‌هایی که درباره‌ی ساختار درونی بتن انجام شده بود مقایسه کردند. بنابراین منطقی به نظر رسید که در تولید بتن، از مواد شناخته شده‌تر  استفاده نماییم. «بونکریت» هنوز آماده‌ی استفاده در ساختمان‌سازی نیست اما برای تغییر روشی که مهندسین بر مبنای آن ترکیب مصالح ساختمانی را انتخاب می‌کنند، چیزی بیش از یک نقطه‌ی شروع است.

چوب بالسا به دلیل این‌که سخت و در عین حال به طور باورنکردنی سبک و بسیار سودمند است، اما تولید آن دشوار می‌باشد لذا قیمت آن گران است. در هر حال یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه هاروارد سعی دارند از موادی که به طور بی‌نظیری سبک و مقاوم هستند مصالح ساختمانی کامپوزیتی سلولی تولید نمایند که بتواند جایگزینی برای چوب بالسا باشد.

برای تولید جایگزین‌های مصنوعی، از رزین‌های بر پایه‌ی اپوکسی که با فیبر کربنی تقویت شده‌اند و در مقابل حرارت سفت می‌شوند و نیز تکنیک‌های چاپ اکستروژن سه بعدی استفاده شده است. محققین از این روش‌ها استفاده نمودند تا در مصالح ساختمانی اپوکسی فیبر کربنی، یک اثر لانه زنبوری ایجاد نمایند.

نتیجه‌ی نهایی ماده‌ای است که می‌تواند به طور کامل و بالقوه‌ای جایگزین چوب بالسا شود. استفاده از چوب در ساختارهای دقیق، به دلیل داشتن رگه‌های نامنظم، سخت و دشوار است اما این ماده نه تنها ارزان‌تر از چوب است بلکه چنین مشکلاتی را نیز ندارد.

توسعه‌ی مصالح ساختمانی جدید فقط با رویکرد قوی‌تر یا سبک‌تر نمودن مصالح ساختمانی نیست، بلکه سازگارتر نمودن مصالح ساختمانی با محیط زیست نیز اهمیت زیادی دارد. یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه تکنولوژی مارا در مالزی، توانسته‌اند ماده‌ای تولید نمایند که به این هدف نائل آید. آن‌ها این ماده را «بتن سبز)» نامیده‌اند. این محققین عناصر متداول سازند‌ه‌ی بتن را با مواد دور ریختنی مناسب و مواد بازیافت شده مخلوط کردند و یک جایگزین مقرون به صرفه و دوستدار محیط زیست تولید نمودند که به خوبی بتن اولیه عمل می کند. برخی از مواد به کار رفته در این ترکیب جدید عبارتند از خاکستر بادی، مصالح ساختمانی ریزدانه بازیافت شده، و رشته‌های قوطی‌های آلمینیومی.

ابریشم عنکبوت با داشتن استحکام بی‌نهایت زیاد یکی از تاثیرگذارترین مواد دنیای طبیعت است. دلیل این استحکام چگالی نسبتا پایین این ماده است که آن را از استیل هم محکم‌تر می‌کند. مدت‌هاست که محققین قصد داشته‌اند تا نسخه‌ی مصنوعی آن را در حوزه مصالح ساختمانی بسازند اما راز خواص ابریشم عنکبوت تاکنون به صورت یک معما باقی مانده است. 

یک تیم تحقیقاتی از موسسه‌ی تکنولوژی ماساچوست با استفاده از تکنیک‌های چاپ سه بعدی، تار عنکبوت‌های شبیه‌سازی شده تولید نمودند تا درباره‌ی ساختار تار عنکبوت اطلاعات بیشتری کسب کنند. این محققین معتقدند این کار گام بعدی به سوی ساخت یک نسخه‌ی مصنوعی از ابریشم عنکبوت است.

یکی از این محققین می‌گوید «ما در حال تعیین کمی مکانیسمی هستیم که تارهای عنکبوت را بسیار محکم می‌کند».

تحقیقات انجام شده از سوی دانشگاه‌های وارویک و کمبریج، منجر به دست‌یابی به فهم جدیدی از ساختار ملکولی چوب شده است. این فهم جدید می‌تواند منجر به کاربردهای جدید گیاهان در ساختمان‌سازی و هم‌چنین تولید نسخه‌ی بهبودیافته‌ای از یکی از متداول‌ترین مصالح ساختمانی در جهان شود.

دانشمندان دریافته‌اند که پلیمر زیلان (که یک سوم ساختار چوب را تشکیل می‌دهد) شکلی غیر معمول دارد. این کشف آنان را قادر نمود تا این موضوع را که چگونه مولکول‌ها و سلول‌ها درون دیواره‌ی گیاه به ترتیب قرار می‌گیرند را مورد مطالعه قرار دهند. این گام مهم به سوی درک معماری مولکولی دیواره‌های سلول گیاه، استفاده از گیاهان در مصالح ساختمانی تجدید‌پذیر، انرژی و ساختمان‌سازی را تحت تاثیر قرار خواهد داد.