مواد جایگزین: بتن شفاف
این محصول یکی از مصالح ساختمانی مبتنی بر بتن با عناصر نانو اپتیکی تعبیه شده است که یک سطح انتقال نور ایجاد می کند . این ویژگی با توزیع یکنواخت فیبرهای نوری پلاستیکی با دیافراگم عددی بالا در سرتاسر توده بتن به دست می آید که از هدایت صاف نور از یک سر بلوک به انتهای دیگر پشتیبانی می کند. نتیجه یک سطح نسبتاً جالب است که بینندگان خود را با یک بازی زیبا از نور و شبح ها مجذوب خود می کند.
تاریخچه
اگرچه بتن نیمه شفاف اخیراً رایج شده است، اولین نام از آن در یک حق ثبت اختراع کانادایی به سال 1935 مشاهده شده است. با پیشرفت نوآوری در فیبرهای نوری مبتنی بر شیشه و پلیمر، تولید بتن نیمه شفاف در دهه 1990 در بازارها ظاهر شد. این ماده به طور رسمی در سال 2001 توسط معمار مجارستانی Áron Losonczi ثبت شد که ترکیبی سنتی از آب، ماسه، شن و سیمان است که در سراسر جرم آن الیاف پلاستیکی یا کوارتز تعبیه شده است. ظرف 2 سال پس از ارائه این ایده، Losonczi توانست اولین بلوک LiTraCon یا بتن انتقال نور را تولید کند که به سرعت در کشورهایی مانند ایتالیا، آلمان و چین پذیرفته شد.اجزای تشکیل دهنده مواد
این ماده از دو جزء اصلی بتن ریز و فیبرهای نوری نانو تشکیل شده است . سیمان، سنگدانه و آب در تطابق با عناصر اولیه بتن، پایه ماده را ایجاد می کنند. سیمان، ترجیحاً سیمان پرتلند، چسبنده ای است که در مدت معینی سفت و سخت می شود و در نتیجه به محصول فرم می دهد. سنگدانه های درشت مانند گرانیت خرد شده یا تراشه های بازالت سخت باعث تقویت مواد می شوند. بتن شفاف معمولاً حاوی سنگدانه های درشت نیست زیرا به الیاف آسیب می رساند و عبور نور از بلوک بتنی را محدود می کند. سنگدانه های ریز، نه تنها از نظر شیمیایی غیرفعال هستند، بلکه همچنین بر استحکام مواد نیز تأثیر می گذارد زیرا فضاهای خالی ایجاد شده را پر می کند و تخلخل را کاهش می دهند. شن و ماسه از سنگدانه های ریز هستند که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند. آب مصرفی باید عاری از اسید، مواد قلیایی، روغن و سایر ناخالصی های آلی باشد. سیمان سریع گیر برای مخلوط ترجیح داده می شود و خاک رس دستی نیز به عنوان پایه ای برای فیبرهای نوری برای ادغام با بتن اضافه می شود.
فیبرهای نوری دومین جزء مهم ماده را تشکیل می دهند که شامل سه عنصر اصلی هستند. هسته، مرکز شیشه ای باریک فیبر است که انتقال نور از طریق آن انجام می شود. یک ماده یا روکش نوری بیرونی، هسته را احاطه کرده و نور منعکس شده را به داخل هسته منحرف می کند. بر بالای آن یک پوشش بافر پلاستیکی قرار دارد که فیبر را از آسیب خارجی محافظت می کند. برخی دیگر از انواع فیبرهای مورد استفاده عبارتند از فیبر چند حالته، فیبر تک حالته، فیبر چند حالته استپ-ایندکس، فیبرهای چند حالته با شاخص درجه بندی شده و غیره. فوق منعطف کننده هایی مانند Neoplast، Glenium، Polyplast SP HPC و غیره نیز به مخلوط اضافه می شوند. شیشه های ضایعات صنعتی که با چکش خُرد خورده و به قطعات کوچک تبدیل می شوند، به منظور افزایش ضریب شکست به مواد اضافه می شوند.
فرایند ساخت
فرآیند تولید بتن نیمه شفاف بسیار شبیه به بتن سنتی است، البت با اضافه کردن 4 تا 5 درصد فیبرهای نوری به مخلوط. الیاف و لایه های کوچک بتن به طور متناوب در فواصل 2 تا 5 میلی متر به قالب اضافه می شوند. هر چه لایه نازک تر و کوچکتر باشد، نور اجازه عبور از آن را بیشتر پیدا می کند. یک قالب مستطیل شکل از فولاد یا چوب تهیه می شود که در کناره های آن خاک رس یا گل قرار می گیرد تا فیبرهای نوری به راحتی قالب گیری شوند و به گونه ای برش داده شوند که کاملاً در داخل قالب قرار گیرند. الیاف به صورت لایه ای قرار می گیرند و سوراخ هایی روی صفحه فولادی یا چوبی ایجاد می شود تا اجازه عبور آن الیاف را بدهد. مخلوط بتن سپس با احتیاط ریخته می شود تا در حالی که از میزهای ارتعاشی برای جلوگیری از تجمع فضاهای خالی استفاده می شود، هیچ اختلالی در فیبرهای نوری زیر ایجاد نشود. قالب و گل پس از 24 ساعت برداشته شده و طول اضافی الیاف به اندازه ضخامت پانل بریده می شود. از آن جایی که این یک فرم از بتن پیش ساخته است، مواد در نهایت به بلوک ها یا پانل ها بریده می شوند، و تا محصولات پایانی مختلفی از نیمه براق تا خیلی براق پرداخت می شوند و برای استفاده ارسال می شوند.
برنامه های کاربردی
اگرچه استفاده از بتن نیمه شفاف هنوز فراگیر نشده است، اما کاربرد آن در برخی از سازه های شگفت انگیز، به طور کلی به عنوان مصالحِ نما، قابل توجه بوده است. "دروازه اروپا" یکی از محبوب ترین مکان های دیدنی در مجارستان به دلیل کیفیت عبور نور ایجاد شده توسط این ماده است. این بنای تاریخی در سال 2004 برای جشن پیوستن مجارستان به اتحادیه اروپا ساخته شد.
کتابخانه شهر اشتوتگارت در آلمان ساخته شد توسط Yi Architects نمونه عالی دیگری است. شکل مکعبی آن همراه با سقفی شفاف اجازه می دهد تا نور طبیعی منطقه را روشن کند و یک فضای داخلی پویای استثنایی ایجاد کند.
مزایا و معایب
از آن جایی که بتن شفاف اجازه عبور کافی نور را می دهد، مصرف برق را کاهش می دهد و آن را به جایگزینی سازگار با محیط زیست برای بتن سنتی تبدیل می کند. رسانایی و چگالی حرارتی پایینی دارد، وزن مرده روی ساختمان را کاهش می دهد و هزینه جابجایی کمتری دارد. به غیر از این مزیت های اقتصادی و زیست محیطی، ظاهر چشمگیر آن کیفیت بصری و جذابیت زیبایی شناختی سازه را افزایش می دهد. کارشناسان پیش بینی می کنند که این بتن با کارایی بالا می تواند در آینده تغییر مثبتی در بازار کلی ایجاد کند.علیرغم مزایای مختلف این ماده، استفاده از آن به ویژه در پروژه های بزرگ دارای اشکالاتی است. تولید بتن نیمه شفاف در مقایسه با بتن سنتی به دلیل هزینه بالای فیبرهای نوری گران است. بنابراین، برای اینکه بتن نیمه شفاف تبدیل به یک جایگزین پایدار شود، یافتن راه های مقرون به صرفه برای ساخت آن بسیار مهم است. تزریق فیبرهای نوری به لایه های بتنی نیاز به نیروی کار ماهر دارد، اما اکثر افراد تمایل دارند در این زمینه تخصص و فناوری لازم را نداشته باشند. استحکام بتن شفاف به دلیل نفوذ نانو اپتیک کم شده و نمی توان از آن برای ستون ها یا تیرها استفاده کرد. جابجایی مواد به دلیل استفاده بیش از حد از قطعات شیشه ای می تواند خطرناک باشد. همچنین می‌توان این ماده را روی سطوحی که اشعه خورشید به آنها نمی‌تابد و از نظر بازرسی، بی‌اثر در نظر گرفت.
با نگاه به آینده
با توجه به ماهیت گران قیمت بتن شفاف، ممکن است چندین سال برای استفاده گسترده از آن در صنعت ساختمان طول بکشد. این منجر به افزایش تولیدکنندگانی شد که اکنون در حال کار به سمت توسعه یک جایگزین مقرون به صرفه از مواد برای پروژه‌های تجاری و مسکونی هستند. چندین شرکت شروع به تولید بتن نیمه شفاف با استفاده از طیف گسترده ای از سیستم های تولید کرده اند. استفاده گسترده از این بتن دوستدار محیط زیست به تدریج شاهد مصرف انرژی کمتری خواهد بود که منجر به بهبود آب و هوا و استفاده از نور طبیعی بیشتر می شود. بهبود فاحش در شرایط سلامتی نیز قابل مشاهده است زیرا در حال حاضر جمعیت زیادی به دلیل کمبود نور خورشید که منجر به کاهش استحکام استخوان می شود، کمبود ویتامین D دارند. در نتیجه، بتن شفاف یکی از نوآورانه ترین عناصر برای تنوع بخشیدن به آینده مصالح ساختمانی است.نحوه عملکرد بتن شفاف
تصویر: خطوط بتنی شفاف داخلی ساختمان بانک گرجستان در تفلیس، گرجستان. اگرچه چراغ ها خاموش هستند، اتاق همچنان درخشان به نظر می رسد. در ادامه تصاویر ساخت خانه را ببینید. LUCEM
بلوک های ساختمانی کم نور سنتی در حال تغییری هستند که در نهایت اجازه می دهند نوری به داخل بتابد.
بتن شفاف دقیقاً "روشن" نیست (بیشتر نیمه شفاف است)، اما مصالح ساختمانی جدید از فیبرهای نوری استفاده می کنند تا نور را از میان خود عبور دهند و در عین حال چگالی را حفظ کنند که به معنای واقعی کلمه بتن را سنگ بنای ساختمان ها در سراسر جهان کرده است.
رشته های الیافی که نور طبیعی و مصنوعی را جذب و انتقال می دهند، حدود 5 درصد از حجم سطح بلوک بتنی نیمه شفاف را تشکیل می دهند. الیاف با اجزای بتن سنتی - آب، ماسه و سیمان - مخلوط می شوند و به طور مساوی در سراسر سطح توزیع می شوند. از طریق پانل های شفاف به دست آمده، بیننده می تواند به وضوح طرح کلی یک شیء را در طرف مقابل بتن ببیند. با وجود این وضوح، بتن شفاف، محکم، مقاوم در برابر ترک است و کیفیت باربری خود را حفظ می کند.
همان طور که اشاره شد اعتقاد بر این است که مواد انتقال دهنده نور توسط معمار مجارستانی Aron Losonczi اختراع شده است، که توسعه بلوک های بتنی نیمه شفاف پیش ساخته را آغاز کرد و او آن را LiTraCon (بتن عبور دهنده نور) در سال 2004، تنها سه سال پس از فارغ التحصیلی از دانشگاه فنی بوداپست، نامید. در این جا، سازنده، قطعات بزرگ بتن را به صورت دستی قالب‌گیری می‌کند و هزاران رشته فیبر نوری را همزمان در مواد جاسازی می‌کند. سپس بتن به بلوک‌های جداگانه بریده می‌شود (کوچکترین آنها در حدود 48 در 14 اینچ یا 1.22 در 0.35 متر است). رشته های الیاف موازی، دو سطح دانه ای متمایز ایجاد می کنند: یکی روشن و دیگری تیره.
اکنون می دانید بتن نیمه شفاف چیست، اما دقیقاً چگونه از آن استفاده می شود؟
تصویر: نمونه دیگری از بتن نیمه شفاف. LUCEM
بتنی کسل‌کننده، کدر، و افسرده‌کننده مدت‌هاست که با ساختمان‌های اداری ندامتگاه مانند، پاسیوهای زشت و زیرزمین‌های ناتمام همراه بوده است. با این حال، بتن نیمه‌شفاف با خواص انتقال نور خود، این قدرت را دارد که به طور بالقوه فضای داخلی ساختمان‌های بتنی را متحول کند و آنها را تازه، باز و جادار جلوه دهد. در حالی که الیاف شیشه و پلاستیک تعبیه شده در این ماده، آن را در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی در مقیاس بزرگ مقرون به صرفه می‌سازد، LiTraCon و سایر انواع بتن ناقل نور در حال یافتن راه خود به سازه‌های زیادی در سراسر جهان هستند.
از زمان توسعه خود، بتن نیمه شفاف برای ایجاد دیوارهای جداکننده، پله ها، کاشی های تزئینی و حتی لامپ ها استفاده شده است. برای مثال، یکی از اولین کاربردهای عمومی LiTraCon ، در یک میدان عمومی در استکهلم، سوئد بود. در روز، پیاده رو میدان به نظر می رسد که گویی از بتن معمولی ساخته شده است، اما سطح نیمه شفاف آن در شب هنگام روشن شدن نورهای رنگی زیر سطح روشن می شود. در همین حال، در شرق اروپا، ساختمان مرکزی بانک گرجستان که به تازگی بازسازی شده است، تقریبا 300 متر مربع (3229 فوت مربع) بتن شفاف ساخته شده توسط سازنده آلمانی LUCEM، از جمله پانل های دیواری با نور LED دارد.
در حالی که بتن نیمه شفاف یکی از جالب ترین برداشت های جدید در مورد مصالح ساختمانی سخت و غیر الهام بخش است، این تنها مورد نیست. در سال 2005، دپارتمان حمل و نقل میشیگان از بتن "خم شدنی" برای مقاوم سازی پل در ایپسیلانتی استفاده کرد. این مصالح ساختمانی تقویت‌شده با الیاف پوشش‌داده‌شده‌ای که درون سیمان می‌لغزند، ۵۰۰ برابر در برابر ترک‌ها مقاوم‌تر و حدود ۴۰ درصد سبک‌تر از بتن سنتی است. در همان زمان، تولیدکنندگان، بتن «خود تقویت‌کننده» را نیز توسعه داده‌اند که از الیاف فولادی استفاده می‌کند تا مواد را در برابر ترک‌ها مقاوم‌تر کند و بر آن‌هایی را که رخ می‌دهند پل بزنند.
بتن: خم می شود، شکستگی های خود را برطرف می کند و اکنون حتی مقداری نور وارد آن می شود. می ارزد که اطلاعات بیشتر جدیدی در مورد بتن، نحوه عملکرد و نحوه استفاده از آن، به دست آورید.
بتن شفاف و شیشه هوشمند برای کنترل پایداری و حفظ حریم خصوصی
بتن شفاف و شیشه هوشمند با هم می توانند ابزاری برای کنترل نور روز در ساختمان های صفر خالص برای بهبود بهره وری انرژی، پایداری و حفظ حریم خصوصی به معماران ارائه دهند.بتن شفاف یک ابزار معماری و طراحی است که نور روز را در یک ساختمان منتقل می کند و پراکنده می کند و بهره وری انرژی، پایداری و حفظ حریم خصوصی را ارائه می دهد و همچنین به عنوان یک عنصر ساختاری و عایق عمل می کند.
بتن شفاف معمولاً به‌صورت بلوک‌ها یا پانل‌های پیش‌ساخته تحویل داده می‌شود، که در آن هر بلوک هزاران عنصر نوری را در خود جای می‌دهد که عمود بر روی نما قرار گرفته‌اند و اجازه می‌دهند نور از بیرون به داخل و بالعکس منتقل شود.
محصولات نهایی ایجاد شده با بتن نیمه شفاف شامل دیوارهای خارجی، دیوارهای جداکننده داخلی، راه پله ها، کاشی های تزئینی و حتی مبلمان است.
منفعل در مقابل مواد هوشمند فعال
شباهت‌هایی بین بتن نیمه‌شفاف و فناوری‌های شیشه‌های هوشمند «غیرفعال» مانند شیشه‌های هوشمند ترموکرومیک و فتوکرومیک وجود دارد که هیچ‌کدام نمی‌توانند رفتار خود را پس از ساخت تغییر دهند.شیشه هوشمند ترموکرومیک میزان عبور خود را بر اساس تغییرات دما تغییر می دهد، در حالی که شیشه هوشمند فتوکرومیک به UV و نور مرئی بستگی دارد.
همه موارد فوق می توانند به اعتبار ساختمان سبز کمک کنند، زیرا استانداردهایی مانند LEED v4 به حداقل 300 لوکس نور روز در 50٪ فضای ساختمان نیاز دارند.
استفاده از بتن شفاف می‌تواند به نور روز بیشتر اجازه دهد تا در پوشش ساختمان نفوذ کند، در حالی که همچنان افزایش گرما را کاهش می‌دهد و هزینه‌های تهویه مطبوع را در ماه‌های گرم‌تر کاهش می‌دهد.
از سوی دیگر، مواد «فعال» مانند PDLC، SPD و شیشه‌های هوشمند الکتروکرومیک می‌توانند رفتار خود را در لحظه تغییر دهند زیرا توسط یک محرک الکتریکی هدایت می‌شوند. آنها را می توان به عنوان مثال از طریق سنسورها یا سیستم های اتوماسیون ساختمان کنترل کرد.
آنها همچنین می توانند به اعتبارات LEED v4 کمک کنند، اما نیاز به برق دارند، که می تواند مزایای کاهش نور مصنوعی را جبران کند.
ساختمان های با انرژی خالص صفر
وقتی صحبت از پایداری به میان می‌آید، بتن شفاف به نور طبیعی روز اجازه می‌دهد تا به اعماق فضاهای داخلی ساختمان نفوذ کند که در غیر این صورت ممکن است اصلاً نور نداشته باشند.علاوه بر این، زمانی که بتن نیمه شفاف با نور مصنوعی استفاده می‌شود، می‌تواند طرح‌های خلاقانه برای املاک خرده‌فروشی و مسکونی را تسهیل کند.
«دستورالعمل عملکرد انرژی ساختمان‌ها» از اتحادیه اروپا، تمام ساختمان‌های جدید را ملزم می‌کند تا به زودی «تقریباً انرژی صفر» داشته باشند و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر را الزامی می‌کند.
هدف این دستورالعمل اتحادیه اروپا "ترویج بهبود عملکرد انرژی ساختمان‌ها در اتحادیه اروپا، با در نظر گرفتن شرایط اقلیمی و محلی فضای باز، و همچنین الزامات آب و هوای داخلی و مقرون به صرفه بودن" است.
واضح است که بتن نیمه شفاف کمک مثبتی به این اهداف خواهد کرد.
منبع: کریس اوفر، Rethinking The Future، Litracon
