ایران شهرساز

نسخه‌ی کامل: مصالح نوین
شما درحال مشاهده‌ی نسخه‌ی متنی این صفحه می‌باشید. مشاهده‌ی نسخه‌ی کامل با قالب‌بندی مناسب.
کامپوزیت ها
امروزه استفاده از سیستم های ترکیبی یا کامپوزیت به شدت روبه افزایش است، چراکه بشر به وسعت کاربرد این ترکیبات پی برده و لزوم استفاده از آنها را درک نموده است.

آشناترین مثال برای كامپوزیت، دیوار كاه گلی است. در گذشته بشر كاه و گل را با هم تركیب كرد و ماده ای ساخت كه از لحاظ خواص فیزیكی با هر دو آنها متفاوت بود. این تركیب، تركیبی است فیزیكی و این مواد با هم آلیاژ نشده اند بلكه در كنار هم قرار گرفته اند. بشر اولیه به این ماده دسترسی پیدا كرد؛ چیزی كه امروز آن را به نام كامپوزیت یا مواد مهندسی شده می شناسیم و در واقع، تركیبی است از مواد مختلف در سه زیر شاخه پایه پلیمر، پایه سرامیك و پایه فلزی.

در پایه پلیمر به جای گل از رزین استفاده می شود كه پلاستیك است. پلاستیك زنگ نمی زند، سبك است، به راحتی شكل می گیرد، ریخته گری می شود، می توان آن را ذوب كرد و قابل بازیافت می باشد. ولی یكی از معایب آن عدم استحکام آن است. بنابراین برای استحكام بخشیدن به آن تركیب دیگری مورد نیاز است. به جای كاه از نوعی الیاف مثل الیاف شیشه استفاده می شود. البته كلمه فایبر گلاس كه به كامپوزیت اطلاق می شود، اصطلاحی غلط است، زیرا الیاف شیشه تنها یكی از الیافی است كه در این تركیب مورد استفاده قرار می گیرد. الیاف كربن، كولار و پلی پروپیلن نیز در این صنعت کاربرد دارند. در نهایت تمام این الیاف با یك رزین تركیب می شوند.

مواد كامپوزیت در سه رده تكنولوژی در صنعت مصرف دارند. در رده های پایین در ساختن وان حمام و وسایل بهداشتی، وسایل بازی در پارك ها، دكه های گل فروشی و غیره به كار می روند. در رده متوسط در صنعت خودرو، انتقال آب و نفت و نیرو و ... مورد استفاده قرار می گیرند و در رده تكنولوژی بالا در صنایع هوا و فضا مورد مصرف دارند.

موارد استفاده كامپوزیت در ساختمان

مواد كامپوزیت عمدتاً در ساختمان كاربرد وسیعی دارند. این مواد به صورت لوازم بهداشتی داخل ساختمان مثل وان، دستشویی، در و پنجره و ... برای جلوگیری از انتقال حرارت كار گذاشته می شوند. مواد كامپوزیت ترك نمی خورند و در مقابل ضربه و خوردگی و خمش مقاومند.
در حالت دیگر این مواد در سازه ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند؛ بطوریكه می توان از آنها به جای تیرآهن یا میلگرد داخل بتن استفاده كرد. تقویت خارجی و داخلی سازه های بتنی هم اكنون یك تجارت بسیار مهم در جهان امروز است.


یكی از مزایای استفاده از كامپوزیت عدم دور ریز آن است، بطوریكه به عنوان مثال قطعات دور ریز مواد كامپوزیتی در یك كارخانه خودروسازی را می توان آسیاب كرده و به عنوان پر كننده و تقویت كننده بتن استفاده نمود. این مواد حتی در ساخت خانه های تمام كامپوزیتی نیز كاربرد دارند. در اروپا خانه های كامپوزیتی دو طبقه ساخته می شود كه به راحتی با جرثقیل قابل حمل و جابجایی هستند.

مواد كامپوزیتی بطور اخص در ساخت پلها و پل های عابر پیاده بکار می روند. هم اكنون نمونه های زیادی از پل های تمام كامپوزیتی در سرتاسر جهان موجود است. یكی دیگر از موارد استفاده كامپوزیت در صنعت ساختمان استفاده از آن در زیباسازی شهر ها، ساخت مجسمه ها و مرمت ساختمان های قدیمی و بناهای باستانی است، بدون اینكه معلوم شود بخش ترمیمی از جنس ماده اصلی نیست، با همان رنگ و همان شكل.

مواد كامپوزیتی در ابرسازه ها نیز كاربردهای متنوعی دارند. در ساخت سقف مساجد و برجهای مسكونی و تجاری، مقادیر بالایی از این مواد استفاده می شود و این کاربرد، بدون كاهش مقاومت سازه، وزن آن را بسیار كاهش می دهد. تاكنون در آمریكا در حدود 130 هزار پل تمام كامپوزیتی و یا تقویت شده توسط كامپوزیت ساخته شده است. در ژاپن به دلیل بالا بودن پتانسیل زلزله، مواد كامپوزیتی در تعداد زیادی از ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند. در مالزی یك شركت سالانه 400 هزار تن مواد كامپوزیتی تولید می كند كه از آن بیشتر در ساخت گنبد مسجد استفاده می كنند.

متاسفانه در كشور ما به دلیل عدم شناخت كامل خصوصیات این تركیبات كه خود ضعف در طراحی، تولید و مصرف را به دنبال دارد، میزان استفاده این مواد به نسبت كشور های دیگر بسیار ناچیز است. ولی شاید بتوان با برنامه ریزیهای درازمدت و سرمایه گذاری در جهت شناساندن هرچه بیشتر این مواد به شركتها و موسسات صنعتی كشور این ضعف ها را تا حد زیادی جبران نمود.

پروفیل های كامپوزیتی (FRP)
بزرگترین سهم بازار مصرف مواد مركب (كامپوزیت) در اختیار صنعت ساختمان است. در این میان پروفیلهای كامپوزیتی به میزان وسیعی در ساختمان سازی بویژه احداث بناهای ساحلی و یا سازههای مستقر شده در شرایط اقلیمی خورنده كاربرد یافته اند. گسترش تكنولوژی ساخت این پروفیلها ميتواند علاوه بر مرتفع ساختن نیاز صنعت ساختمان، راهگشای تولید انواع محصولات در صنایع دیگر همچون وسایل ورزشی، خودرو و غیره باشد.


مزایای استفاده از پروفیل های كامپوزیتی
دلیل عمده استفاده از پروفیل های FRP در داخل بتن، جلوگیری از پدیده خوردگی و افزایش عمر سازه در برابر ارتعاش می باشد. هرچند كه استفاده از پروفیل های FRP به جای نمونه های فلزی سبب كاهش وزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این پروفیلها، مساله كاهش وزن اهمیت ناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده دارد. دلیل بالا بودن عمر كامپوزیت ها، خواص غیر كشسان آنهاست. در حالی كه مواد فلزی حالت كشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا می نمایند. بنابراین مواد كامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملكرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزه خواهند بود.

بكارگیری پروفیل های FRP به جای فلزی، بطور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از بروز خوردگی جلوگیری می كند. ظهور تخریب ناشی از پدیده خوردگی در بتن مسلح شده با پروفیل فلزی بدین گونه است كه نخست میله های فلزی داخل بتن دچار زنگ زدگی شده و اكسید می شوند. سپس این اكسیدها به سمت سطح بیرونی بتن شروع به مهاجرت كرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بین رفتن آن می شوند. بدین ترتیب با خورده شدن دو جزء فلزی و بتن سازه، زمینه تخریب كامل سازه بتنی فراهم می گردد. روشهای سنتی گذشته مانند چسباندن صفحات فلزی بر روی سازه یا اضافه كردن ضخامت بتن جهت مقابله با پدیده خوردگی ضمن آنكه مشكل خوردگی فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزایش وزن سازه و آسیب پذیرتر شدن آن در برابر زلزله نیز خواهد شد. جهت جلوگیری از این امر می توان با تقویت سطح خارجی سازه بتنی توسط مواد مركب و استفاده از پروفیل های FRP در داخل بتن، هم مشكل خوردگی فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوی مختل شدن كارایی سازه در صورت خورده شدن بتن را گرفت كه این بهترین روش مقابله با پدیده خوردگی در یك سازه بتنی می باشد.

كشور ما نیاز بسیار گسترده ای به استفاده از كامپوزیت ها در قالب پروفیلهای كامپوزیتی دارد. هم اكنون بسیاری از سازه های بنا شده در محیط های خورنده مناطق مختلف كشور همچون پل های دریاچه ارومیه و یا ساختمان های جنوب كشور دچار معضل خوردگی هستند كه استفاده از كامپوزیت ها می تواند پاسخگوی مشكل این قبیل سازه ها باشد.

تكنولوژی تولید پروفیلهای كامپوزیتی
پروفیل های FRP به روش پالتروژن ساخته می شوند. در این روش دسته ای از الیاف، پس از آغشته شدن با رزین پس از عبور از یك قالب در كنار هم قرار گرفته و یك پروفیل دارای مقطع ثابت را بوجود می آورند. از عمده ترین مزایای روش پالتروژن چند منظوره بودن آن و كاربردهای گوناگون آن در صنایع مختلف است. به عبارتی صرفاً با تغییر قالب دستگاه می توان علاوه بر محصولاتی كه در صنعت كاربرد دارد، همانند پروفیلها، محصولات گوناگون دیگری در حوزه های مختلف از جمله تسمه های ماشین نساجی، ریل ها، محافظ اتوبان ها، چارچوب پنجره ها و درها، تیرهای با مقطع I شكل، نبشی ها و غیره تولید نمود. عمر محصولات پالتروژنی بسیار بالاست و سرعت تولید یك محصول پالتروژنی نیز نسبتاً زیاد است.

توجیه اقتصادی پروفیل های كامپوزیتی (FRP)
با وجود اینكه یك تیر پالتروژنی قیمت ظاهری بیشتری نسبت به نمونه مشابه آهنی دارد، لیكن مقاومت مناسب آن در مصارف خاص ضد خورندگی و زلزله و عمر بالای آن، ميتواند توجیه گر قیمت اولیه بالای آن باشد. در مصارف عمومی مانند ساخت سازه ها اگر نیاز به مقاومت در برابر خورندگی و زلزله داشته باشد، استفاده از تیرهای پالتروژنی می تواند توجیه اقتصادی نیز داشته باشد.

اگر می بینیم كه در كشوری همچون تركیه، بكارگیری بتن الیافی به جای روش های سنتی، مقرون به صرفه تر از كشور ماست، ریشه های آن را در سرمایه گذاری و تلاش سازمان یافته جهت اقتصادی نمودن استفاده از این تكنولوژی جدید می توان یافت. اما اگر ما از روی آوردن به فناوری جدید به علت ریسك سرمایه گذاری پرهیز كنیم، خواهیم دید كه تكنولوژی سنتی در غیاب بهره گیری از فن آوری نوین، رقم بسیار بالایی از سرمایه های ما را به هدر خواهد داد. بطور مثال، ریزدانه های تولید شده در كشور ما كه به روشهای قدیمی غیر استاندارد تولیــــد می شوند، باعث افزایش درصد سیمان به كار رفته در بنا می شوند و همین امر موجب ظهور ترك و ضایعات در بتن حاصل نیز می گردد

بتــن الیافی

تكنولوژی بتن الیافی نمونه دیگری از كاربرد كامپوزیت ها به عنوان یك فن آوری نوین در صنعت ساخت و ساز می باشد. بدین منظور مطلب حاضر سعی در معرفی این تکنولوژی خواهد داشت.

از جمله مواد جدیدی كه جایگاه ویژه ای در ساخت و ساز به خود اختصاص داده، افزودنيهای بتن و الیاف تقویت كننده می باشد. استفاده از افزودنی های بتن باعث بهبود خواص مطلوب بتن، همچون مقاومت آن می گردد و در بعضی موارد با كاهش وزن بتن، مصالح بسیار سبكی را فرا راه مهندسین بنا قرار می دهد. بدون بهره گیری از این افزودنی ها بنای برج بزرگ میلاد در شهر تهران امكان پذیر نمی بود. الیاف تقویت كننده نیز از دیگر مواد عصر حاضر هستند كه كاربرد های فراوانی در قسمت های مختلف ساختمان یافته اند. این الیاف كه بیشتر شامل الیاف شیشه، پلی پروپیلن و گاه كربن نیز می شود، در ساخت انواع بتن های الیافی كاربرد فراوان دارد. همچنین از الیاف شیشه می توان در تولید آرماتورهای سبك و بسیار مقاوم در برابر خوردگی بهره برد. این الیاف جایگاه نسبتاً مناسبی در تعمیر بناها و تقویت سازه های صدمه دیده دارند و می توانند مقاومت پیچشی و برشی مناسبی پدید آورند. علاوه بر اینها از ورقه های پارچهای فایبر گلاس نیز در تقویت انواع قطعات ساخته شده از بتن مسلح می توان استفاده نمود.

بتن الیافی در حقیقت نوعی كامپوزیت است كه با بكارگیری الیاف تقویت كننده داخل مخلوط بتن، مقاومت كششی و فشاری آن، فوق العاده افزایش می یابد. این تركیب كامپوزیتی، یكپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امكان استفاده از بتن به عنوان یك ماده شكل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی ازهم پاشیده نمی شود. شاهد تاریخی این فن آوری، كاربرد كاهگل در بناهای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تكنولوژی می باشد كه الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین كاه، و سیمان جانشین گل بكار رفته در كاهگل شده است. امروزه با استفاده از الیاف شیشه، پلی پروپیلن، فولاد و بعضاً كربن، تولید انواع بتن های كامپوزیتی در كاربردهای مختلف صنعتی ممكن گردیده و بكارگیری آنها در كشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول صنعت ساختمان واقع شده است.


موارد استفاده و محدودیت های كاربرد بتن الیافی
هر فن آوری همواره كاربرد ها و محدویت های خاص خود را دارد. بتن الیافی خواص مناسبی همچون شكل پذیری بالا، مقاومت فوق العاده، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترك خوردن را دارا می باشد كه متناسب با آنها می توان موارد كاربرد فراوانی برای آن یافت. بطور مثال در ساخت كف سالنهای صنعتی، می توان از این نوع بتن به جای بتن آرماتوری متداول سود جست. این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم دربرابر ضربه، همچون سازه پناهگاه ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می رود و بناهای شكل گرفته از بتن، قابلیت فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارد. همچنین در ساخت باند فرودگاه ها به خوبی می توان از این نوع بتن كمك گرفت. موارد دیگری از بكارگیری این بتن، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل ها و یا پاشش بتن روی سطح انحنای یك سازه می باشد. علاوه بر موارد یاد شده می توان از مزایایی همچون عایق بودن سازه در باربر صدا و سرعت بالای اجرا نیز بهره مند گردید.

اما از آنجا كه نحوه قرار گرفتن الیاف داخل بتن، كاملاً تصادفی می باشد، از این بتن معمولاً نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستونها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبكه بندی فولادی به صرفه تر و مناسب تر می باشد. لازم است به این نكته توجه شود كه ناكارآمدی یك تكنولوژی جدید، نباید مانع نادیده گرفتن كاربردهای مناسب و نقاط قوت آن گردد.
توجیه اقتصادی بتن الیافی
باید اعتراف كرد كه استفاده از بتن الیافی در همه موارد از بتن سنتی به صرفه تر نمی باشد. اما بر اساس برآورد هایی كه توسط بعضی از متخصصین كشور انجام گرفته است، در جاهایی كه سرعـــت اجرای بالا مدنظر است و یا نیاز به پاشــــش بتن (شات كریت) روی سطوح ویژه ای است، استفاده از این نوع بتن توصیه می گردد.

پنجره نافس (صندوقه ای)
تهویه بسیار مؤثر در تمام اقلیم ها


پنجره نافس یك سیتم تهویه جدید و پیشرفته در پوسته ساختمان هاست كه با وجود ارائه محصول آزمایشی آن، هنوز وارد بازار فروش نشده است. این مبادله گر جدید حرارتی هوا-هوا، بسیار جمع و جور، 05/1 كیلو گرم وزن داشته و به راحتی در ظرفشویی قابل شستشو می باشد. در غلظت CO2 داخل اتاق فعال شده و می تواند به عنوان یك آژیر حریق در مواقع ضروری عمل كند.

ابعاد سری جدید این پنجره 750*٢٠٠*180 میلی متراست كه می تواند در قاب پنجره یا دیوار خارجی نصب شود. بعد از تست نمونه اولیه در ایسلند و هلند، پیش بینی راندمان 95% انتقال حرارتی جواب داد. در20 درجه اختلاف حرارتی مابین هوای درون و بیرون دو فن 4 واتی با توانایی تبادل حرارتی 50 متر مکعب بر ساعت، 320 وات، انرژی حرارتی ذخیره می كنند. تجهـیزات برقی سـنتی با راندمـان ٤٠ % دارای ظرفیت ذخیره انرژی 300 واتـی می باشد. بنابراین كل بازده انرژی پنجره نافس (جعبه ای) ٨٩% است.

در این سیستم مبادله كننده حرارتی مفتولی تنها ۱٨ پاسكال اختلاف فشار دارد و فن این پنجره های نافس در نمونه اولیه، حدود 30dbصدا ایجاد نمود كه باید در نمونه های بعدی مدنظر قرار گیرد. تعدادی از موانع و مشکلاتی که در سیستم های تأسیساتی امروزی به وضوح دیده می شوند عبارتند از:

1- كیفیت هوای بیرونی :
بررسی كیفیت هوای درونی خانه های شخصی در هلند نتایج قابل ملاحظه ای در پی داشته است. براساس تحقیقات Evert Hasselaar در٥٠٠ خانه درگروه های مختلف، این نتیجه حاصل شد كه ۳⁄۲ خانه هایی که دارای تهویه مكانیكی بودند، ظرفیت تهویه به علت كثیفی حدود 10% در سال كاهش می یافت و نیز به دلیل آزار و اذیت صوتی موتور گاهی تهویه مكانیكی قطع می شد.

كشف دیگر این بود كه در ٥⁄٤ خانه ها، تهویه طبیعی دراتاق خواب اصلی كوچك 2 نفره داشتند که در ۲۹% این خانه ها به خاطر سروصدای ترافیك، حتی درشب پنجره ای برای بازشدن نبود. غلظت CO2 بسیار بالا و گرد وخاك ریز زیادی درخانه ها یافت می شد. همچنین حمامی كه 3 بار در روز برای دوش گرفتن استفاده می شد عموما" تهویه بسیار كوچكی برای خشك شدن داشت و این باعث نمایان شدن لكه های سیاه می شد. نکته دیگر این بود که اختلاف شاخصی بین حمام های داخلی و حمام هایی كه تنها یك پنجره دردیوار بیرونی داشتند وجود نداشت و دیوارهای سفالی حمام ها كه تا سقف كشیده شده اند ساده تر تمیز می شدند.

2- تاسیسات موجود با کارایی کم:
مطالعه درمورد تهویه موجود درساختمان های مسكونی، تجاری و صنعتی هلند نشان می دهد كه تفاوت بسیاری بین نتایج پیش بینی شده و آنچه كه درعمل حاصل می شود وجود دارد. عوامل موثرعبارتند از ایده، طراحی، ذخیره، اجرا، كنترل، تطبیق، استفاده و نگهداری و...
در هر مرحله اشتباهاتی كه درابعاد بزرگ مستقر می شوند، وجود دارد. (شكل )1

درفازمفهومی معمارباید آب وهوای درونی را درمقطع عرضی مرسوم طراحی كرده و آن را به مدیر و مشاوران تاسیسات توضیح دهد. درعمل به مهارت زیادی نیز احتیاج است.
تمام سیستم های حرارت، تهویه، سیستم تصفیه هوا بدون مكانیابی توسط مشاوران طرح می شود كه معمولا" در سقف های كاذب مخفی میشوند و سقف كاذبی که برای پنهان كردن داکت های هوا استفاده می شود، حدود %15 حجم ساختمان را تسخیر می كند. (شكل 2)

و نکته دیگر اینکه در تخمین هزینه های ساخت قبل یا بعد ازمناقصه های عمومی معمولاً ازتهویه فاكتور گرفته می شود.

3- بازبینی تاسیسات :
تأسیسات موجود درخانه ها درعمل به دلیل صدای آزاردهنده و كثیف شدن سریع مبادله كننده حرارتی پشت دریچه فولادی دراتاق، زیر سقف و... مورد استقبال ساكنین قرار نمی گیرد. تاسیسات بزرگتر معمولا" مداوم تر بوده ولی به فضای بیشتری احتیاج دارند و حرارت زیادی تولید می كنند که این به معنای راحتی كمتر و قیمت ساخت بالا وحداكثر بار گرمایی و سرمایی می باشد.

4- مصرف و نگهداری :
دوره مصرف طولانی درقبال پیشبرد خوب می باشد. بررسی تحقیقات نشان می دهد كه مبادله كننده حرارتی درخانه ها با سیستم تهویه تعادلی به سختی نگهداری شده وبا گرد و خاك مسدود می شود. همچنین 3/2 تهویه مكانیكی كه در آئین نامه ها مشخص شده است عملاً موجب تامین جریان هوای آزاد ساختمان های تازه ساخت نمی شود. عمومأ مصرف كننده ها هیچ اظهار نظری راجع به تأ سیسات مكانیكی ندارند و در ساختمان های بزرگ از نظر تهویه مكانیكی، ساختمان هایی تنفرانگیز برای مردم تلقی می شوند که احساس حبس در تكنولوژی نامناسب را دارند كه این حس با تعبیه پنجره ای بازشو حل می شود.



تهویه جدید با راندمان بالا:

دوباره ازابتدا شروع میكنیم؛ یك ساختمان خوب، یك معماری پایداراست و تأ سیسات مهمان های آرام وهوشمند آنند. سالهاست راجع به ایده ساخت پنجره نافس فكر شده است و اینكه چگونه قابل دسترسی می باشد و یا به چه فرمی است، هنوز به طور كلی شناخته نیست. تحقیقات وسیع جهانی در مورد بهترین مبادله كننده حرارتی سالهای زیادی به طول انجامیده و سرانجام با نمایش یك مبادله كننده حرارتی كه توسط دكتر ir.noorvan andel اختراع شده بود، به ثمر رسید.( شكل 3و4)
ابعادی برای قاب پنجره انتخاب شده که هماهنگ با عمق دیوار مركب دو جداره و ایزولاسیون سنتی بیرونی باشد.

پنجره نافس دارای سه جز اصلی است:
1) سیستم تهویه تعادلی با دو فن
2) سیستم كنترل هوشمند
3) مبادله كننده حرارتی مفتولی با جریان متقابل