فناوری‌های جدید چه به‌طور خاص برای ساختمان‌ها توسعه یافته باشند و چه برای زمینه‌های دیگر ایجاد شده باشند، می‌توانند بر طول عمر، ظاهر و عملکرد ساختمان تأثیر بگذارند.
با توسعه سریع مصالح جدید، صنعت ساختمان تقریباً همیشه در حال پیشرفت است. در حالیکه نمی‌توان گفت دقیقاً به کجا می‌رود، پیشرفت‌های اخیر حداقل می‌تواند به ما سرنخی بدهد که چه چیزی ممکن است صنعت ساختمان را در آینده نزدیک تغییر دهد.
همانطور که مصالح پیشرفته تر و پیچیده تر می شوند، ساختمان هایی که در آن ها استفاده می شود نیز پیشرفت خواهند کرد. در اینجا، ما به بررسی مصالحی خواهیم پرداخت که توسط معماران، طراحان و دانشمندان مورد استفاده قرار می‌گیرند که به نظر می‌رسد در آینده نزدیک پایه‌های صنعت ساختمان را تغییر می‌دهند.
بتن خود ترمیم شونده
بتن خود ترمیم شونده حاوی باکتری های جنس باسیلوس است که از طریق تماس با رطوبت یا آب فعال است و سپس از لاکتات کلسیم به عنوان منبع غذایی تولید سنگ آهک استفاده می کند. در نتیجه این سنگ های آهکی شکاف ها را پر می‌کنند که منجر به خود ترمیم آسیب می‌شود. عموماً در صنعت ساختمان استفاده می شود، فراگیر بودن بتن شاید تنها با فرکانس ترک خوردگی مطابقت داشته باشد.بتن با قابلیت وصله بر روی شکستگی های خود بدون شک برای صنعت ساختمان یک موهبت خواهد بود و ترک ها، تعمیرات و نشتی ها را همراه با نیاز به عایق رطوبتی از بین می برد. با این حال، ایده بتن خود ترمیم شونده از زمان روم باستان وجود داشته است، جایی که از آن در زیر آب استفاده می شد، اما رویکردهای مدرن نسبتاً پیچیده تر هستند. هنگامی که آنزیم به پودر بتن اضافه می شود، به ماده کمک می کند تا CO2 موجود در جو را به کریستال های کربنات کلسیم تبدیل کند.
هر زمان که یک ترک کوچک ایجاد شود، کربنات کلسیم آن را پر می کند. یک ترک در مقیاس میلی متری را می توان در عرض یک روز پر کرد و از ایجاد ترک های بزرگتر جلوگیری نمود. بتن خود ترمیم شونده در حال حاضر اولین آزمایش بزرگ خود را در دره های ولز جنوبی در یکی از سایت های ساخت و ساز Costain انجام می دهد که توسط تیمی از محققان دانشگاه کاردیف با همکاری دانشگاهیان دانشگاه باث و دانشگاه کمبریج هدایت می شود. با توجه به هزینه های بالاتر این بتن جدید، هنوز گزینه واقعی برای ساختمان های مسکونی نیست ( طبق صفحه پروژه در وب سایت دانشگاه دلفت)، اما بتن خود ترمیم شونده برای ساخت ظروف زیرزمینی برای زباله های خطرناک ایده آل است زیرا "هیچ انسانی این کار را نخواهد کرد.
توانایی های خود ترمیمی آن به شکل باکتری باسیلوس است که قبل از ریختن با بتن مخلوط می شود. هنگامی که شکاف ایجاد می شود، سنگ آهک ایجاد می شود که آن شکاف را پر می کند. از آنجایی که باکتری های درون آن می توانند تا 200 سال نهفته بمانند، این یک راه حل نسبتا طولانی مدت نیز هست.
الوار متقاطع چوب سخت
الوار متقاطع (CLT) یک الوار مهندسی شده است که می توان از آن برای ساخت دیوارها و کف استفاده نمود. به لطف ساختار لایه ای آن، با چرخاندن چوب در هر لایه متوالی در زوایای قائم، نسبت به وزن از فولاد یا بتن قوی تر است و در هر دو جهت به یک اندازه استحکام دارد.چوب چند لایه متقاطع را می توان برای مجموعه ای از اهداف استفاده کرد. برای دیوارهای داخلی، دیوارهای خارجی، سقف های داخلی و همچنین سقف های خارجی و سازه های کف استفاده می شود.
CLT را می توان به طول ها و اندازه هایی ساخت که برای مدت طولانی غیر معمول و دست نیافتنی بوده اند. ساخته شده از لایه های چوب جامد، الوار متقاطع چند لایه ثابت کرده است که جایگزینی حیاتی برای ساختمان هایی است که به پایداری و دوام نیاز دارند.
با طراحی متناوب و لایه ای خود، عملاً به اندازه بتن مسلح و فولاد سازه ای قوی است و از نظر تئوری می تواند به همان روش دومی در سازه هایی با طراحی مشابه مورد استفاده قرار گیرد.
CLT در پانل های چوبی جامد ساخته می شود که به عنوان دیوار، سقف، کف و حتی پله استفاده می شود. پوشش ساختمان را می توان با مواد دیگری مانند چوب، آجر، رندر یا پانل های کامپوزیت عایق بندی و روکش کرد.
اگرچه در حال حاضر، تقریباً تمام سازه‌های CLT با استفاده از چوب‌های نرم ساخته می‌شوند، علاقه‌ی فزاینده‌ای به امکان ساخت پانل‌های CLT ساخته شده از چوب‌های سخت وجود دارد.
Hasslacher، یک شرکت محصولات جنگلی در اتریش، یک خانه برای یک خانواده در سنت CLT ساخته است. هزینه مصالح و نیروی کار ممکن است کمتر از فولاد یا بتن سنتی باشد. اگرچه متغیر است، اما صرفه جویی در هزینه مصالح ممکن است تا 15 درصد در مقایسه با بتن، فولاد و بنایی برای ساختمان های مسکونی متوسط باشد.
CLT سبکتر است، بنابراین نیاز به زیرسازی کوچکتری دارد. تقاضای نیروی کار برای پروژه های CLT نیز کمتر است.
بیوپلاستیک یا پلاستیک های زیستی
پلاستیک های زیستی، زیست تخریب پذیر، زیست سازگار یا هر دو هستند. پلاستیک‌های زیست تخریب‌پذیر، آن هایی که به‌عنوان کمپوست‌پذیر تأیید می‌شوند، گزینه‌ای برای دفع کمپوست در ایستگاه‌های کمپوست تجاری یا توده‌های کمپوست خانگی ارائه می‌کنند و به تسهیل انحراف زباله‌های غذایی از محل دفن زباله به کمپوست کمک می‌کنند. مزایای استفاده از پلاستیک زیستی کاهش استفاده از منابع سوخت فسیلی، ردپای کربن کمتر و تجزیه سریعتر است.همچنین بیوپلاستیک سمیت کمتری دارد و حاوی بیسفنول A (BPA) نیست (یک مختل کننده هورمونی که اغلب در پلاستیک های سنتی یافت می شود). پلاستیک به‌ویژه قوی و بادوام یکی از آلوده‌کننده‌ترین عناصر در جهان است که به دلیل فرآیند تجزیه بیولوژیکی آهسته ملاس است.
پلاستیک زیستی، ساخته شده از جلبک ها، کیتین های دریایی، سلولز و تعداد زیادی از منابع زیست توده تجدید پذیر دیگر، به این معنی است که پس از دور ریختن به روشی بسیار سریع تر تجزیه می شود. یک جایگزین سبز عالی برای پلاستیک ساخته شده با سوخت های فسیلی، خواص پیچیده آن به خوبی در روکش ها، عناصر ساختاری و سایر سازه های تقویت کننده معماری استفاده می شود.
نماهای هومئوستاتیک
سیستم نمای هومئوستاتیک شامل مکانیسم هایی است که بر اساس ماهیچه ها مدل شده اند. این نما ها، سیستم را قادر می سازند تا به طور خودکار تلفات و افزایش گرما را تنظیم کند و در مصرف انرژی صرفه جویی کند. نما می تواند در امتداد بخش های جداگانه به تغییرات در مقیاس کوچک در شرایط محیطی محلی پاسخ دهد.این نما زمانی استفاده می شود که یک رابط آسان تر یا ساده تر برای یک شی زیرین مورد نظر باشد. دکوراتور اضافه کردن یا تغییر رفتار یک رابط را در زمان اجرا امکان پذیر می کند. همه ما در مکانی بوده‌ایم که شرایط آن، چه گرمای بیش از حد یا نور زیاد، می‌تواند در طول زمان خفه‌کننده باشد. ایده پشت نماهای هموستاتیک این است که مصالح ساخته شده با این شرایط بیرونی تنظیم می شود تا به ایجاد شرایط داخلی مطلوب کمک کند.
.jpg "هفت ماده که برای تغییر صنعت ساختمان تنظیم شده اند")
سیستم نمای هومئوستاتیک از یک روبان ساخته شده از یک ماده دی الکتریک (پلیمری که به تکانه های الکتریکی واکنش نشان می دهد) که در یک نمای شیشه ای دوتایی محصور شده است، هر دو طرف با نقره پوشانده شده است که نور را منعکس می کند و الکتریسیته را در سطح مواد توزیع می کند و به آن اجازه می دهد تا در نتیجه ضروری ترین شرایط با ساختمان سازگار شود.
ابریشم مصنوعی عنکبوت
ابریشم مصنوعی عنکبوت متشکل از الیاف هیدروژل ساختار یافته هسته-غلاف سلسله مراتبی است. این الیاف دارای استحکام کششی 895 مگاپاسکال و کشش پذیری 44.3 درصد است که به خواص مکانیکی قابل مقایسه با ابریشم عنکبوت دست می یابد. خواص ابریشم مصنوعی به این معنی است که به اندازه کافی قوی و انعطاف پذیر است تا در رباط های مصنوعی، بخیه های جراحی و داربست های سلولی برای ترمیم بافت استفاده شود. زمینه های کاربرد مواد بیونیک ابریشم عنکبوت بسیار گسترده است. زمینه های رایج مانند پزشکی، ساخت و ساز، صنعت خودرو و هوافضا شامل مواد ابریشم عنکبوت است. پس از دهه‌ها گرفتار شدن در شبکه‌ای از شایعات و شنیده‌ها، داستان درهم‌تنیده این ماده سرانجام به لطف یک شرکت ژاپنی به نام ،Spiber Inc ، این ماده در راه است تا پایان خوشی داشته باشد. این شرکت ادعا می کند که ابریشم مصنوعی عنکبوت 340 برابر سخت تر از فولاد است و آماده است که به یک ماده نسل بعدی پایدار تبدیل شود ( بر خلاف موادی که دنیا تا به حال دیده است ).
علیرغم پیشرفت آن، این ماده هنوز در برابر آب و هوا آسیب پذیر است که آن را در حال حاضر در کارگاه ها، آزمایشگاه ها و پروژه های آزمایشی محدود نگه داشته است. محصول آن ها از طریق فرآیند تخمیر مخمر ساخته می‌شود که پروتئین‌های ابریشم را تولید می‌کند و سپس فرآیند اکستروژن را طی می‌کند تا به الیاف تبدیل شود. این به اندازه کافی امیدوار کننده است که با تولید کننده فضای باز پاتاگونیا همکاری داشته باشیم. با این حال تولید ابریشم عنکبوت ساده نیست و مشکلات ذاتی وجود دارد.
اولاً عنکبوت ها را نمی توان مانند کرم ابریشم پرورش داد زیرا آن ها گوشتخوار هستند و اگر در نزدیکی یکدیگر باشند به سادگی همدیگر را می خورند. ابریشم تولید شده بسیار ظریف است، بنابراین برای تولید تنها یک متر مربع پارچه به 400 عنکبوت نیاز است. در درازمدت، سازندگان ابریشم عنکبوت برای رقابت با منسوجات معمولی در مقیاس انبوه باید هزینه کمتر از 10 دلار در هر کیلوگرم را هدف قرار دهند. شرکت اسپایبر علناً اعلام کرده است که قیمت هر کیلوگرم ابریشم در مقیاس تجاری 20 تا 30 دلار خواهد بود. ابریشم عنکبوت پنج برابر قوی تر از فولاد است. الیاف جدید ساخته شده توسط باکتری های دستکاری شده ژنتیکی قوی تر از فولاد و سخت تر از کولار است. ابریشم عنکبوت یکی از قوی ترین و سخت ترین مواد روی زمین است.
گرافن با چاپ سه بعدی
گرافن یک لایه منفرد از اتم های کربن است که در یک شبکه شش ضلعی سازمان یافته است. اما اگر ورقه های گرافن با منافذ پر از هوا جدا شوند، ساختار سه بعدی می تواند خواص خود را حفظ کند. این ساختار گرافن متخلخل را آئروژل گرافن می نامند. مزیت اصلی استفاده از پرینت سه بعدی در صنعت ساخت و ساز صرفه جویی در هزینه های تولید در ضایعات مواد است. تولید ساختمان ها به صورت لایه به لایه و با ساختارهای مشبک در داخل باعث کاهش هزینه بسیار می شود.نه تنها این، بلکه آن ها همچنین قادر به استفاده از مواد بازیافتی هستند (پیوند بسیار قوی اما بسیار سبک است). در واقع، دانشمندان می گویند گرافن 10 برابر قوی تر از الماس و 100 برابر قوی تر از فولاد است. گرافن جدا از قدرت و سبکی چشمگیرش، رسانای الکتریکی است. این بدان معناست که گرافن پتانسیل زیادی برای جایگزینی سیلیکون در تمام وسایل الکترونیکی ما دارد. گرافن، که یکی از قوی‌ترین مواد مصنوعی در جهان به حساب می‌آید، دارای خواص فیزیکی است که کاربردهای آن را تقریباً نامحدود می‌کند. با این حال، از آنجایی که از نظر فیزیکی خود را به صورت ورقه یا تکه نشان می دهد، هنگام استفاده در ساخت و ساز دشوار می شود ( اگرچه غیرممکن نیست ).
اگرچه در مرحله اولیه، امکان استفاده از گرافن چاپ سه بعدی در ساخت و ساز با مقاله منتشر شده توسط سه مهندس MIT تقویت شد که در آن از ساختاری سه بعدی که به طور بالقوه توانایی 10 برابر استحکام فولاد و 5 درصد وزن آن را داشت، استفاده کرد. بر اساس گزارش ژوئیه 2021 توسط Grand View Research، بازار جهانی ساخت و ساز سه بعدی قرار است بین سال های 2021 تا 2028 به میزان باورنکردنی 91 درصد رشد کند. چاپ با چنین سرعتی می تواند امکان استفاده از چاپ سه بعدی را برای ایجاد پناهگاه های اضطراری در صورت نیاز فراهم کند و به پاسخگویی به تقاضای فزاینده مسکن کمک کند. مزایای چاپ سه بعدی در ساخت و ساز چیست؟
* زنجیره تامین کوتاهتر و فرآیند طراحی سریعتر
* فرآیندهای لجستیکی کمتر و ضایعات کمتر
* در دسترس قرار دادن خانه های سفارشی برای بازار گسترده تر
* نصب ساده تر و کارآمدتر لوله ها و برق
.jpg "هفت ماده که برای تغییر صنعت ساختمان تنظیم شده اند")
منبع: Laboratory furniture design & build solutions