مقالات

ساختارهای کامپوزیتی در مصارف ساختمانی

امروزه به دلیل افزایش جمعیت در سراسر دنیا و روند رو به کاهش منابع طبیعی و سوخت های فسیلی، استفاده از مواد مصنوعی در مصارف مختلف لازم است و به نظر می رسد که کامپوزیت ها از جمله این مواد هستند. از کاربردهای شاخص مواد کامپوزیتی استفاده از آن ها در صنعت ساختمان بوده که جایگزین مناسبی برای آهن و چوب در ساخت وساز است. کامپوزیت ها با توجه به دارا بودن ویژگی ها و مزیت های متعدد مانند مقاومت بسیار بالا، وزن بسیار کم، قابلیت طراحی، عمر زیاد، انعطاف پذیری بالا، خوردگی کم و بهینه سازی انرژی، هم در مصرف زیربنایی ساختمان و هم در مصارف داخلی بنا مورد استفاده قرار گرفته اند.

- کامپوزیت

ترکیب دو یا چند ماده با یکدیگر به طوریکه به صورت شیمیایی مجزا و غیرمحلول در یکدیگر باشند و بازده خواص سازه ای این ترکیب نسبت به هر یک از اجزا تشکیل دهنده آن به تنهایی، در موقعیت برتری قرار بگیرد را کامپوزیت می نامند.

- روش های ساخت کامپوزیت های ساختمانی

بیشتر قطعات کامپوزیتی برای کاربردهای ساختمانی با فرآیندهای پاشش رزین، لایه گذاری دستی و پالتروژن ساخته می شوند.

  • پاشش رزین

در این روش الیاف خرد شده و رزین توسط یک افشانه اسپری می شوند.

  • پوشش نما و بام مثل صفحات سبک نمای ساختمان
  • سقف های کاذب، نرده و حصارها
  • درب و پنجره و اسکلت ساختمان
  • دکور و پارتیشن بندی در سازه های داخلی ساختمان
  • لوازم سرویس های بهداشتی مانند: وان حمام، سینک و زیردوشی

 

  • لایه گذاری دستی

چیدن الیاف شیشه در بین لایه های رزین پلی استر را لایه گذاری دستی می نامند.

  • پالتروژن

در این روش الیاف جهت آغشته شدن از روی میله قرقره ها به درون حمام رزین کشیده می شوند و سپس از قالبی گرم عبور می کنند، گرما باعث پخته شدن و اتصال کامل رزین و الیاف می گردد.

- موارد استفاده کامپوزیت ها در ساختمان

  1. پلاستیک های تقویت شده با فیبر ( FRP ): پانل، میله گرد، لوله ها و ستون ها
  2. بتن مسلح
  3. تیرها و پانل های مشبک برای تحمل نیرو
  4. خرپاها
  5. ستون ها و پایه ها برای تحمل نیروهای عمودی
  6. ETFE

1- میله گردهای کامپوزیتی ( FRP )

میله گردهای کامپوزیتی از دسته کامپوزیت های زمینه پلیمری بوده که با الیاف لایه ای تقویت شده اند. این میله گردها ازجمله مواد غیرفلزی و مقاوم در برابر خوردگی بوده که در کنار خواص مهمی مانند استحکام کششی زیاد، از آن ها به عنوان آرماتور استفاده می کنند. این میله گردها در تقویت پل های بتنی در مناطق سردسیر و احداث بناهای ساحلی به کار می رود. برخی از مزایای میله گردهای کامپوزیتی به صورت زیر دسته بندی می شوند:

- مقاومت کششی بیشتر از فولاد

- یک چهارم وزن آرماتور فولادی

- عدم تاثیر در میدان مغناطیسی و فرکانس های رادیویی

- عدم هدایت الکتریکی و حرارتی

2- بتن مسلح

بتن ساخته شده از سیمان، محصولی شکننده با مقاومت کششی بسیار پایین است. چنانچه فولاد و بتن در کنار هم قرار بگیرند خواص مناسبی حاصل می شود چراکه بتن در تحمل تنش های فشاری و فولاد در تحمل تنش های کششی مناسب عمل می کنند. در واقع لایه های بتنی در تحمل تنش های فشاری و فولاد در تحمل تنش های کششی مناسب عمل می کنند. لایه های بتنی، فولاد را در برابر خم شدن محافظت کرده و نیز بتن، از خوردگی و آتش گرفتن فولاد حفاظت می کند. بتن های تقویت شده با فولاد ساختاری داکتیل و منعطف تر نسبت به بتن تقویت نشده دارند. در نواحی ساحلی و مناطقی که رطوبت بالایی دارند، میله گردهای فولادی در معرض خوردگی قرار گرفته و زنگ می زنند. این امر مقاومت کششی بتن را پایین می آورد برای رفع این نقیصه توصیه می شود که در مناطق مرطوب از بتن مسلح شده با الیاف غیر فلزی استفاده شود.

الیاف کربنی از جمله این جایگزین هاست که قدرت استحکام و مقاومت آن ده برابر بیشتر از فولاد است در عین حال وزن آن 5 برابر سبک تر از فولاد خواهد بود. بافت داخلی الیاف کربن به گونه ای است که در حفظ انرژی داخلی ساختمان بسیار موثر عمل کرده و همچنین در جذب ذرات گرمایشی محیط، نقش موثری را ایفا خواهد کرد.

3- تیرها و پانل های کامپوزیتی

تیرها و پانل های کامپوزیتی با زمینه پلیمری به عنوان مصالح صنعت ساختمان از قدرت، استحکام، سبکی قابلیت چرخش و جابجایی مناسبی برخوردار بوده و می توانند در جذب انرژی های داخلی ساختمان، نقش چشم گیری ایفا کنند. چنانچه این اجزا با ترکیب استاندارد و صحیح ساخته شوند، می توانند به عنوان یکی از مستحکم ترین مصالح ساختمانی مطرح گشته و به راحتی جایگزین مصالحی چون فولاد، بتن و چوب در پروژه های مختلف می شوند. همچنینن پانل های کامپوزیتی در برابر طوفان، باد ونفوذ حشرات خطرناک به داخل ساختمان مقاوم هستند. جلوگیری از ایجاد شکاف و تیرگی در دیواره های خانه های پیش ساخته از سایر مزایای این پانل های کامپوزیتی است.

4- خرپا

سازه ای است که از واحدهای مثلثی شکل تشکیل شده است. این سازه توانایی تحمل نیروهای کششی و فشاری را داشته و بسته به آنکه از چه موادی ساخته شده باشد، طول عمر متفاوتی خواهد داشت. خرپاهایی که از اجزای کامپوزیتی ساخته شده باشند، طول عمر بالایی داشته و سبک وزن می باشند، به همین دلیل در مصارف ساختمانی و ساخت اتاق های پیش ساخته و سقف های کاذب مورد استفاده قرار می گیرند.

5- ستون های کامپوزیتی

ستون های کامپوزیتی با زمینه پلیمر یا بتنی در این دسته قرار دارند.

6- ETFE

یک پلیمر پایه فلوئورکربن با دوام است که از آن به عنوان مصالح ساختمانی کاربردی در آینده نام برده می شود. این کامپوزیت پلیمری، یک پلاستیک شفاف تفلونی است که جایگزین شیشه و پلاستیک های معمولی در بسیاری از ساختمان ها می شود. از جمله ویژگی های این کامپوزیت می توان به وزن بسیار کم آن اشاره کرد، به طوریکه با دارا بودن یک درصد وزن شیشه، هم نور بیشتری را از خود عبور می دهد و هم عایق بهتری محسوب میگردد. از دیگر ویژگی های آن می توان به دارا بودن حالت ارتجاعی اشاره کرد که این قابلیت توانایی تحمل وزنی معادل 400 برابر وزن خود کامپوزیت را به آن می دهد. به دلیل سطوح کربنی این محصول، گرد و غبار و لکه به طور خودکار از سطح آن پاک می شود. این کامپوزیت طول عمر بالایی داشته و قابل بازیافت است.

منابع

  • نگرشی بر کامپوزیت ها و انواع آن/ دکتر فرشته مطیعی، زهره قاضی طباطبایی
  • کامپوزیت ها و برخی کاربردهای آن/ محمد مهدی مداح
  • irancivilcenter.com

 نویسنده : سعیده شاه میری  (کارشناس ارشد مهندسی شیمی )