با ۳۸ ماده ساختمانی نوآورانه آشنا شوید که صنعت ساخت‌وساز را با پایداری، دوام و انعطاف‌پذیری طراحی برای ساختمان‌های آینده دگرگون می‌کنند!

مصالح ساختمانی نوآورانه در حال تغییر شیوه اجرای پروژه‌های ساختمانی هستند. مصالح امروزی سازگار با محیط‌ زیست، قابل‌اعتماد و بادوام‌اند و در عین حال سبک و قابل‌حمل باقی مانده‌اند. علم مصالح ساختمانی نوآورانه در سال‌های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است. امروزه مصالح ساختمانی کاملاً نو و تحول‌آفرینی در بازار وجود دارد. مواد مصنوعی نوآورانه‌ای در حال توسعه هستند—مصالحی که سبک‌تر، مستحکم‌تر و از نظر زیست‌محیطی پایدارتر از مصالح سنتی‌اند. این پیشرفت‌ها معماری نوینی را تشویق می‌کنند که کاملاً متفاوت از آنچه تاکنون به آن عادت داشته‌ایم و بسیار محیط‌زیست‌دوستانه‌تر است.

مصالح ساختمانی نوآورانه و انقلابی

زمانی که سیمان ترک می‌خورد، این مشکل بسیار جدی‌تر از آن چیزی است که اغلب مردم تصور می‌کنند. این موضوع تنها به جنبه‌های زیبایی‌شناختی مربوط نمی‌شود، هرچند ظاهر نیز اهمیت بالایی دارد. مشکل اصلی ساختاری است: آب وارد ترک می‌شود و شروع به آسیب رساندن به ساختار بتن می‌کند. در محیط‌هایی با نوسانات دمایی، اثر یخ‌زدگی و ذوب شدن آب وضعیت را وخیم‌تر می‌سازد.

در زمستان‌های سرد، آب موجود در ترک منبسط شده و باعث می‌شود طرفین ترک اندکی از هم فاصله بگیرند. هنگام ذوب یخ در بهار، آب بیشتر به عمق سیمان نفوذ می‌کند و ترک را تشدید کرده و پایداری سازه را به خطر می‌اندازد. اما چه می‌شد اگر بتن می‌توانست خود را ترمیم کند؟ یا آسفالت، و حتی فلز؟ این قابلیت می‌تواند میلیاردها دلار در هزینه‌های تعمیر و بازسازی صرفه‌جویی ایجاد کند، ضمن اینکه آسیب‌های زیست‌محیطی ناشی از تعویض اجزای آسیب‌دیده را نیز کاهش می‌دهد.

برخی از این مصالح نوآورانه احتمالاً در بازار جایگاه محدودی خواهند یافت، اما تعدادی از این مواد انقلابی قابلیت استفاده گسترده را دارند. سازه‌های سنتی آجری و بتنی در نهایت منسوخ خواهند شد، زیرا نیازهای بشر کاملاً مشخص است: ما به ساختمان‌هایی نیاز داریم که سازگار با محیط‌زیست، کارآمد از نظر انرژی، بادوام و سبک باشند و در عین حال ظاهر زیبا و کاربری بالا داشته باشند. از آنجا که مصالح سنگین‌تر هزینه حمل تجهیزات ساختمانی را بالا می‌برند، مواد سبک‌تر هم راحت‌تر جابه‌جا می‌شوند و هم مصرف سوخت کمتری دارند و در نهایت اثرات زیست‌محیطی را کاهش می‌دهند.

چرا باید از مصالح ساختمانی نوآورانه استفاده کنیم؟

هرچند بسیاری از فعالان صنعت بر این باورند که پایداری نقش مهمی در رشد کسب‌وکار دارد، اما تعداد کمی از شرکت‌ها برنامه عملیاتی مشخصی برای اجرای این اهداف در اختیار دارند. بسیاری از شرکت‌ها نمی‌دانند چگونه اهداف پایداری را با الزامات فزاینده دولت‌ها و مدیریت هزینه‌ها به بهترین شکل ترکیب کنند.

۱. مقررات دولتی

توافق‌نامه پاریس اهداف جاه‌طلبانه‌ای را برای پایداری در صنعت ساخت‌وساز تعیین کرده است. شدت مصرف انرژی به میزان انرژی لازم برای تولید یک سطح مشخص خروجی گفته می‌شود. در یک ساختمان تجاری، این عدد از تقسیم کل انرژی مصرف‌شده سالانه به مساحت کل طبقات ساختمان به دست می‌آید. بر اساس این توافق‌نامه، شدت مصرف انرژی در هر متر مربع ساختمان‌ها باید ظرف هشت سال، سی درصد کمتر از سطح سال ۲۰۲۰ شود. این اهداف صنعت ساخت را به سمت طراحی و ساخت ساختمان‌هایی با راه‌حل‌های چرخه‌ای‌تر سوق می‌دهد.

۲. کنترل هزینه‌ها

هزینه مواد خام همچنان در حال افزایش است و صنعت را به سوی جستجوی محصولات و اجزای مقرون‌به‌صرفه‌تر سوق می‌دهد. هرچند بسیاری از مصالح نوآورانه پایدار گران‌تر هستند، این هزینه‌ها در بلندمدت با مزایایی همچون صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های نگهداری جبران می‌شود.

۳. آگاهی زیست‌محیطی

تعداد بیشتری از مردم، به‌ویژه افراد زیر ۴۰ سال، اثرات زیست‌محیطی برندهایی را که استفاده می‌کنند مدنظر قرار می‌دهند. آنها حتی تصمیمات سرمایه‌گذاری را نیز بر اساس شاخص‌های ESG (محیط‌زیست، مسئولیت اجتماعی و حاکمیت شرکتی) اتخاذ می‌کنند. رهبران صنعت ساخت‌وساز باید رویکردی فعالانه‌تر نسبت به پایداری داشته باشند. این رویکرد به‌سرعت به یک نیاز تجاری تبدیل می‌شود که شیوه رشد شرکت‌ها را دگرگون خواهد کرد.

۳۹ ماده ساختمانی نوآورانه که صنعت را متحول می‌کنند

۱. فیبر کربن

فیبر کربن ماده‌ای نوآورانه است که پیش‌تر در صنایع ورزشی استفاده شده است. اما این ماده در حال حاضر به‌طور فزاینده‌ای در ساخت‌وساز کاربرد پیدا کرده است، جایی که ترکیبی از استحکام و سبکی نیاز است. فیبر کربن ۷۵٪ از آهن سبک‌تر و ۳۰٪ از آلومینیوم سبک‌تر است. از این ماده برای تقویت مصالح سنتی مانند آجر، بلوک‌های بتنی مسلح و سازه‌های چوبی استفاده می‌شود و به کاهش ضخامت و وزن پنل‌ها کمک می‌کند. همچنین این تقویت‌کننده در بتن عایق حرارتی فوق‌العاده‌ای ارائه می‌دهد. تنها مانع استفاده گسترده از فیبر کربن، هزینه بسیار بالای آن است.

۲. کاشی اکریلیک حساس (Sensitiles)

مصالح نوآورانه ساختمانی همیشه ویژگی‌های فیزیکی جدید مانند استحکام یا ایمنی ندارند. برخی مواد با فناوری ترکیب می‌شوند تا امکان تزئینات خیره‌کننده و اجرای طراحی‌های خلاقانه را فراهم کنند. کاشی‌های حساس از فیبر اکریلیک ساخته می‌شوند که به حرکت، لمس یا منابع نوری واکنش نشان می‌دهند. فیبر نوری نور را منتقل می‌کند و باعث می‌شود سطح کاشی بدرخشد، نورانی شود یا رنگ‌های اطراف را بازتاب دهد. استفاده از این ماده در طراحی داخلی و معماری افق‌های تازه‌ای می‌گشاید.

۳. بتن خودترمیم‌شونده

اصطلاح «بتن خودترمیم‌شونده» شاید تخیلی به نظر برسد. در سال ۲۰۱۵، مخترع هلندی «هنک جونکرز» از دانشگاه فناوری دلفت روشی نوآورانه برای ترمیم ترک‌های بتن با استفاده از باکتری معرفی کرد. اصل کار ساده است: کپسول‌های حاوی باکتری‌ها و مواد مغذی داخل بتن قرار می‌گیرند و با تماس آب فعال می‌شوند. ترک‌ها با رطوبت و تولید سنگ‌آهک توسط باکتری‌ها پر می‌شوند.

این بتن نوآورانه با الهام از روند ترمیم زخم بدن انسان عمل می‌کند و با افزودن فیبرها یا کپسول‌های حاوی محلول‌های چسبنده به مخلوط بتن ساخته می‌شود. پس از ایجاد ترک، کپسول‌ها می‌شکنند و مواد خارج‌شده درز را می‌بندند. این فناوری هنوز در مرحله تحقیق است. ترمیم خودکار بتن باعث افزایش طول عمر و کاهش هزینه‌های تعمیر می‌شود. ترک‌هایی که به آرماتور می‌رسند باعث خوردگی می‌شوند، اما این ماده نوآورانه از بروز این مشکل جلوگیری می‌کند.

علاوه بر این بیوتکنولوژی، محققان کره‌ای روش دیگری توسعه داده‌اند که کپسول‌های پلیمر خاصی به بتن اضافه می‌شود و با رطوبت و نور خورشید واکنش داده و منبسط شده و ترک را می‌بندند. بتن سنتی هرچند ماده‌ای قدیمی و قابل‌اعتماد است، اما در برابر شکستگی دوام چندانی ندارد. بسیاری از دانشمندان در تلاشند خواص بتن را مدرن‌سازی کنند.

اخیراً دانشمندان آمریکایی مؤسسه پلی‌تکنیک ووستر (WPI) اثبات کرده‌اند که بتن زیستی تولید کرده‌اند. در این روش آنزیمی اضافه می‌شود که با CO2 واکنش داده و کریستال‌های کربنات کلسیم با خواص مشابه بتن ایجاد می‌کند. این فرآیند می‌تواند ترک‌های ۱ میلی‌متری را تنها در یک روز ترمیم کند. نوآوری دیگر محققان دانشگاه کلرادو بر اساس فتوسنتز باکتریایی است. بتن زیستی شامل سیانوباکتری‌ها (میکروارگانیسم‌های فتوسنتزی)، ژلاتین و ماسه است که با رطوبت واکنش داده و رشد می‌کنند تا ترک‌ها را ببندند.

۴. آئروژل (Aerogel)

مستحکم‌ترین و سبک‌ترین ماده جهان چیزی نیست جز ۹۹.۸٪ هوا!

این ماده نوآورانه ساختمانی سبک و متخلخل از نوعی ژل مصنوعی ساخته شده است که در آن جزء مایع با گاز جایگزین شده است. در نتیجه، ماده‌ای بسیار جامد با چگالی و رسانایی حرارتی بسیار پایین حاصل می‌شود. هنگام لمس، حس فوم پلی‌استایرن شکننده را تداعی می‌کند. آئروژل‌ها می‌توانند از مواد شیمیایی گوناگونی تولید شوند. این ماده در سال ۱۹۳۱ توسط ساموئل استیونز کیستلر ابداع شد. او معتقد بود می‌تواند مایع را بدون کاهش ساختار با گاز جایگزین کند. نخستین آئروژل‌ها از ژل‌های سیلیکا ساخته شدند.

کیستلر بعدها روی آئروژل‌های تولیدشده از اکسید آلومینیوم، اکسید کروم و دی‌اکسید قلع تحقیق کرد. آئروژل‌های کربنی در اواخر دهه ۱۹۸۰ توسعه یافتند. آئروژل‌ها ویژگی منحصربه‌فردی دارند: رسانایی حرارتی آنها حتی از گازی که در خود دارند کمتر است. به همین دلیل این ماده نوآورانه ساختمانی عایق حرارتی فوق‌العاده‌ای است و اغلب در کاربردهای صنعتی نیازمند عایق‌کاری پایدار و کارآمد استفاده می‌شود. به دلیل تخلخل بالا و ریزساختار خاص، آئروژل‌ها برای جمع‌آوری کوچک‌ترین ذرات گردوغبار نیز کاربرد دارند.

۵. گرانیت مایع (Liquid Granite)

سنگ مصنوعی «مایع» ترکیبی ساختمانی خاص است (شامل ۷۰٪ خرده‌سنگ مرمر و ۳۰٪ افزودنی‌های ویژه و پرکننده‌های تزئینی) که روی سطوحی مانند بتن، آجر، سنگ و آسفالت اسپری می‌شود. به دلیل ترکیب شیمیایی خود، این ماده مایع به‌سرعت سفت شده و لایه‌ای منسجم ایجاد می‌کند که هم دوام بالا دارد و هم ظاهر جذاب.

گرانیت مایع یک ماده نوآورانه سازگار با محیط‌زیست محسوب می‌شود و از رزین‌های ایمن، خرده‌سنگ‌های طبیعی مرمر و پرکننده‌های معدنی ساخته شده است. این ماده مرکب عمدتاً در عملیات تکمیلی مانند تولید یا رنگ‌آمیزی قطعات خاص یا دکوراسیون داخلی به کار می‌رود.

۶. بتن خم‌شونده و انعطاف‌پذیر (Bending, Flexible Concrete)

امروزه تقریباً تمام ساخت‌وسازها مبتنی بر بتن هستند. پیش‌تر گفتیم که شکنندگی بتن هنگام ترک‌خوردگی یکی از معایب آن است. همچنین هرچند بتن بسیار مقاوم است، اما در میزان باری که تحمل می‌کند محدودیت دارد.

در سال ۲۰۱۴، پژوهشگران سنگاپوری موفق شدند نه‌تنها مقاومت بتن را افزایش و وزن آن را کاهش دهند (با حذف میلگردها)، بلکه خاصیت انعطاف‌پذیری را نیز به بتن بیفزایند که پیش‌تر هرگز در بتن وجود نداشت.

این بتن جدید با نام ConFlexPave به دلیل یک ماده ویژه، استحکام و انعطاف‌پذیری سه‌برابری نسبت به بتن استاندارد دارد. ریزالیاف‌های پلیمری بسیار ظریف به مخلوط اضافه می‌شوند تا بارها را به‌طور یکنواخت در سراسر سطح بتن توزیع کنند. به این ترتیب این ماده نوآورانه به‌اندازه فلز مقاوم و در حالت خمش دو برابر بتن معمولی قوی است.

با این حال، تحقیقات متوقف نشده است. پژوهشگران دانشگاه سوینبرن، بتنی را بدون استفاده از سیمان تولید کرده‌اند که همان ویژگی‌های باربری و انعطاف‌پذیری استثنایی را دارد. این بتن جدید دوستدار محیط‌زیست است، زیرا حاوی خاکستر بادی و ترکیبات ژئوپلیمری (مواد زائد نیروگاه‌های زغال‌سنگ) است. همچنین در دمای محیط سفت می‌شود و نیازی به انرژی بالا و هزینه‌های تولید گزاف ندارد.

نکته جالب توجه این است که این بتن جدید ۴۰۰ برابر بتن معمولی قابلیت شکل‌پذیری دارد و همزمان استحکام خود را حفظ می‌کند. ژئوپلیمرها نه‌تنها ضریب خمش را افزایش می‌دهند، بلکه مقاومت در برابر ریزترک‌ها را هم بالا می‌برند. الیاف پلیمری حتی هنگام ترک‌خوردگی ساختار را نگه می‌دارند، بنابراین این بتن برای مناطق زلزله‌خیز گزینه‌ای ایده‌آل است و خطر فروریختن ساختمان‌ها را به‌شدت کاهش می‌دهد.

۷. آلومینیوم شفاف (Transparent Aluminum)

این ماده نوآورانه ساختمانی که در نگاه نخست شبیه داستان‌های علمی‌تخیلی است، به واقعیت پیوسته است. این ماده سرامیکی شفاف از اکسینیترید آلومینیوم (AlON) ساخته شده است. از مهم‌ترین ویژگی‌های این ماده، مقاومت فوق‌العاده در برابر خراش و دوام بالای آن است.

آلومینیوم شفاف بسیار مقاوم‌تر از شیشه آلومینوسیلیکاتی (کوارتز) است و ۸۵٪ سخت‌تر از یاقوت کبود محسوب می‌شود. همچنین قادر است دماهای تا ۲۱۰۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل کند. این ماده در برابر تابش، اسیدها، بازها و آب مقاوم است. به همین دلیل به‌سرعت در صنایع نظامی و اپتیک مورد استفاده قرار گرفت. در صنعت ساختمان نیز از آن برای پنجره‌ها، گنبدها و اجزای شفاف مقاوم در برابر ضربه بهره گرفته می‌شود.

۸. سیمان نورانی (Light-Generating Cement)

سیمان نورانی در طول روز نور جذب و در شب نور ساطع می‌کند. اگرچه عمده کاربرد آن در جاده‌هاست، معماران از این بتن برای ساخت مسجدی در ابوظبی استفاده کرده‌اند؛ به‌طوری که در روز سیمان نور را جذب و شب حروف عربی را روی دیوار خارجی نمایش می‌دهد و نیاز به نورپردازی را حذف می‌کند.

طبق مطالعه‌ای در دانشگاه UMSNH مکزیک، این بتن قابلیت جذب و بازتاب نور را دارد و از منظر بهره‌وری انرژی بسیار کاربردی است. این ماده نوآورانه ساختمانی در پارکینگ‌ها، استخرها و علائم ایمنی جاده کاربرد دارد. تولید این سیمان با تغییر میکروساختار آن انجام می‌شود تا انرژی خورشیدی را ذخیره و سپس در تاریکی منتشر کند. در حال حاضر سیمان نورانی در رنگ‌های آبی و سبز موجود است و شدت نور قابل‌تنظیم است.

سیمان معمولی از سیلیکا، ماسه، ضایعات صنعتی، قلیا و آب تشکیل می‌شود. در سیمان نورانی طی فرآیند پلی‌تراکم واکنش شیمیایی بین مواد اولیه رخ می‌دهد. افزودنی‌هایی به آن اضافه می‌شود که ساختار را دگرگون کرده و ویژگی‌های نوری به آن می‌بخشند. این ماده نوآورانه می‌تواند در سرویس‌های بهداشتی عمومی، استخرها و پارکینگ‌ها استفاده شود.

۹. نماهای تصفیه‌کننده هوا (Air-Purifying Facade)

اگر ساختمان شما می‌توانست هوای اطراف را تصفیه کند چه می‌شد؟ این موضوع دیگر افسانه نیست و فناوری آن اکنون وجود دارد. استودیو معماری Builtd در نیویورک ساختمانی مسکونی طراحی کرده که نمای آن قابلیت تصفیه هوا دارد. در این پروژه از صفحات سنگ سینتر شده Neolith با پوشش فوتوکاتالیستی Pureti استفاده شده است که می‌تواند آلاینده‌ها را حذف و کیفیت هوا را بهبود بخشد.

بر اساس برخی آزمایش‌ها، این ماده نوآورانه ساختمانی میزان اکسید نیتروژن خطرناک را بین ۷۰ تا ۸۰ درصد کاهش می‌دهد. نتیجه این کار نمایی تصفیه‌کننده و خودتمیزشونده است که به‌طور قطع به استاندارد جدید ساختمان‌سازی برای توسعه‌دهندگان محیط‌زیست‌محور تبدیل خواهد شد.

با کمال میل! در ادامه، ترجمه کامل و دقیق بخش‌های جدید متن شما را به فارسی ارائه می‌کنم:

۱۰. چوب لمینت‌شده (Laminated Wood)

این ماده نوآورانه، تماماً از چوب ساخته شده و طی فرآیند فشرده‌سازی به پنل‌هایی لمینت‌شده تبدیل می‌شود که بسیار قوی‌تر از چوب معمولی هستند. این دسته شامل زیرگونه‌هایی مانند چوب لمینت متقاطع (Cross-Laminated Timber) و چوب لمینت‌شده است.

چوب لمینت‌شده از قطعات متعددی از الوار تشکیل شده که با چسب به هم متصل و به تیرهای مقاوم تبدیل می‌شوند. چوب لمینت متقاطع از لایه‌های چوبی ساخته می‌شود که در جهات مختلف روی هم قرار می‌گیرند تا پانل‌های عظیمی بسازند که قادر به تحمل بارهای سنگین باشند. هر دو نوع چوب مقاومت بالایی در برابر آتش دارند؛ به‌گونه‌ای که لایه‌های بیرونی در حین سوختن زغال می‌شوند و همین امر لایه‌های داخلی را عایق می‌کند.

در آزمایش‌های مقاومت در برابر آتش، این مصالح توانستند یکپارچگی ساختاری خود را حفظ کنند. استفاده از چوب جامد باعث جذب کربن در حین رشد درختان و در دوره استفاده در ساختمان‌ها می‌شود. طبق مطالعه‌ای منتشر شده در مجله جنگلداری پایدار، استفاده از جنگلداری پایدار می‌تواند با جایگزینی مصالح ساختمانی و پل‌ها با چوب، انتشار جهانی کربن را بین ۱۴ تا ۳۱ درصد کاهش دهد.

۱۱. ریچ‌لایت (Richlite)

ریچ‌لایت ماده‌ای کامپوزیت و مقاوم است که از کاغذ بازیافتی ساخته می‌شود. کاغذ دورریز فشرده و به پانل‌های سخت و صاف تبدیل می‌شود که قابلیت ماشین‌کاری دارند. یکی از مهم‌ترین مزایای ریچ‌لایت این است که اگر کاغذ به‌طور مسئولانه تأمین شود، نسبت به بسیاری از مصالح ساختمانی نوآورانه دیگر، اثرات زیست‌محیطی به‌مراتب کمتری دارد. استفاده مجدد از مواد قدیمی باعث کاهش مصرف انرژی در تولید می‌شود و ردپای کربن را کمتر می‌کند.

برخلاف سنگ یا سطوح سخت دیگر، ریچ‌لایت رفتاری شبیه چوب سخت متراکم دارد و به‌راحتی برش، سنباده و نصب می‌شود. این ماده ضدآب، بهداشتی، با جذب رطوبت بسیار پایین و مقاوم در برابر حرارت و آتش است. همچنین ظاهر طبیعی زیبایی دارد. به همین دلیل در صنایع مختلف از جمله ساخت‌وساز، طراحی مبلمان و حتی تولید سازهای موسیقی جایگزین چوب آبنوس گران‌قیمت شده است. ریچ‌لایت در میان معماران محبوبیت زیادی پیدا کرده و برای تکمیل مبلمان، دکوراسیون داخلی و بناهای خلاقانه استفاده می‌شود.

۱۲. چوب شفاف (Transparent Wood)

اختراع جدید چوب نیمه‌شفاف برای نخستین بار در سال ۲۰۱۶ معرفی شد. اما تا سال ۲۰۲۰ تیم دانشگاه مریلند اعلام کردند که آزمایش‌ها تکمیل شده و نتایج پایدار بوده‌اند. چوب شفاف حداقل پنج برابر قوی‌تر، سبک‌تر و عایق حرارتی‌تر از شیشه است. این ویژگی‌ها آن را به جایگزینی جالب برای شیشه یا پلاستیک در پنجره‌ها تبدیل کرده است.

از مزایای دیگر آن می‌توان به تجدیدپذیری و سازگاری با محیط‌زیست اشاره کرد. درخت بالسا طی تنها پنج سال بالغ می‌شود و هزینه تولید چوب شفاف نیز بسیار کمتر از شیشه است که تولیدش نیازمند دمای بالا و مصرف انرژی سنگین است.

انعطاف‌پذیری بالای این ماده به دلیل وجود سلولز طبیعی است. برای تولید چوب شفاف، چوب بالسا در محلول خاصی خیسانده و سپس با رزین اپوکسی پوشش داده می‌شود. این ماده می‌تواند در پروژه‌هایی که هم شفافیت و هم استحکام و بهره‌وری انرژی اهمیت دارد استفاده شود.

۱۳. هیدروسرامیک (خنک‌کنندگی غیرفعال) – Hydroceramics

هیدروسرامیک یک مصالح نوآورانه کامپوزیتی متشکل از خاک رس و هیدروژل است که می‌تواند دمای داخل ساختمان‌ها را تا ۶ درجه سانتی‌گراد کاهش دهد. هیدروژل قابلیت جذب ۵۰۰ برابر وزن خود را دارد و با کمک این ویژگی، سیستمی خلق می‌شود که «به‌عنوان بخشی از طبیعت، نه فراتر از آن» عمل می‌کند. این فناوری در سال ۲۰۱۴ توسط دانشجویان اسپانیایی در موسسه معماری پیشرفته کاتالونیا توسعه یافت.

این ماده در سیستم‌های خودخنک‌شونده محبوبیت زیادی دارد و در ساخت‌وسازهای اکولوژیک می‌تواند تا ۲۸٪ در مصرف انرژی سیستم‌های سرمایشی صرفه‌جویی کند. این دیوارهای هوشمند شامل پنل‌های رسی و کپسول‌های آبی هستند که دما را تنظیم کرده و رطوبت را افزایش می‌دهند. وقتی هوای بیرون گرم می‌شود و هوای خنک به داخل می‌آید، آب محبوس‌شده تبخیر می‌شود و فضا را خنک‌تر می‌کند. این دیوارها می‌توانند دمای داخلی را تا ۵ درجه کاهش دهند و در شرایط گرم و خشک رطوبت را ۱۵٪ افزایش دهند. خاک رس و هیدروژل ارزان‌قیمت بوده و اجرای این سیستم مقرون‌به‌صرفه است.

۱۴. رنگ خنک‌کننده غیرفعال (Passive Cooling Paint)

همه می‌دانند که رنگ سفید نور را بازتاب می‌دهد. اما پژوهشگران دانشگاه پردو توانسته‌اند «سفیدترین رنگ دنیا» را توسعه دهند که همانند کولر عمل می‌کند. این رنگ ۹۸.۱٪ نور خورشید را بازتاب می‌دهد و حاوی سولفات باریم است.

تست‌ها نشان داده‌اند که رنگ‌کردن سقفی به مساحت ۹۰ متر مربع، توان خنک‌کنندگی ۱۰ کیلووات ایجاد می‌کند که از توان بیشتر کولرهای خانگی بیشتر است. این رنگ علاوه بر خنک‌کردن ساختمان‌ها، می‌تواند از داغ‌شدن تجهیزات الکتریکی فضای باز جلوگیری کند.

۱۵. میلگرد کنفی (Hemp Rebar)

پژوهشگران مؤسسه پلی‌تکنیک رنسلر آمریکا جایگزینی کنفی برای میلگرد فولادی توسعه داده‌اند که هم از خوردگی جلوگیری می‌کند و هم انتشار کربن را کاهش می‌دهد. این ماده می‌تواند همانند میلگرد فولادی سازه‌های بتنی را تقویت کند اما اثرات زیست‌محیطی آن کمتر است.

در حال حاضر خوردگی میلگرد فولادی عامل اصلی تخریب زودهنگام پل‌ها، سدها و ساختمان‌هاست. میلگرد کنفی سه برابر دوام و مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد و بر خلاف تقویت‌کننده‌های الیاف شیشه، انرژی کمتری برای تولید و نصب نیاز دارد.

۱۶. رنگ رسانا (Conductive Paint)

این ماده نوآورانه رنگی است که برق را هدایت می‌کند. کاربرد آن در ساختمان‌سازی چیست؟ ابتدا الکترودها را اطراف لایه بیرونی ساختمان نصب می‌کنند. سپس رنگ رسانا (حاوی ذرات نقره، مس، گرافیت یا نیکل) اعمال می‌شود. پس از آن جریان الکتریکی بین الکترودها برقرار می‌شود و الگوریتم تغییرات پتانسیل الکتریکی را محاسبه می‌کند. این فناوری می‌تواند حسگرهایی بسازد که کارایی انرژی را بالا ببرند. شرکت Bare Conductive اعلام کرده است که مشتریانشان از این حسگرها برای شناسایی نشتی آب استفاده می‌کنند.

۱۷. پوشش زیست‌ذغال (Bio-Coal Lining)

شرکت آلمانی Made of Air بیوپلاستیکی غیرسمی از ضایعات جنگل و کشاورزی تولید کرده که ۹۰٪ آن کربن است و CO2 را جذب می‌کند. این ماده در نماها، مبلمان و زیرساخت‌های شهری کاربرد دارد و «کربن منفی» محسوب می‌شود.

بیوچار برخلاف زیست‌توده در حال تجزیه، صدها تا هزاران سال کربن را ذخیره می‌کند. این ماده ارزان‌تر از بیوپلاستیک‌های سنتی اما گران‌تر از پلیمرهای نفتی است. اولین‌بار در سال ۲۰۲۱ پنل‌های شش‌ضلعی HexChar در نمای مرکز آئودی مونیخ نصب شد و مطالعه‌ای نشان داد این نما ۱۴ تن کربن ذخیره می‌کند.

۱۸. فلکسی‌کامب (Flexicomb)

این ماده نوآورانه الهام‌گرفته از طبیعت و شبیه ساختار کندوی عسل است. پژوهشگران دانشگاه ییل ساختار کندوی عسل را مطالعه کردند و دریافتند با ترکیب نی‌های پلاستیکی می‌توان ساختاری انعطاف‌پذیر ساخت.

فلکسی‌کامب از صدها لوله پلی‌پروپیلن تشکیل شده که به‌صورت ماتریسی انعطاف‌پذیر به هم متصل می‌شوند. این ساختار شفاف اغلب در تولید قطعات تزئینی نورپردازی به کار می‌رود.

۱۹. خاک کوبیده‌شده (Rammed Earth)

این مصالح بومی نخستین‌بار در غنا استفاده شد. خاک در جعبه‌های چوبی کوبیده می‌شود تا دیوارهای مقاوم ایجاد کند. لایه‌های ۱۵ سانتی‌متری خاک با ابزارهای خاص فشرده می‌شود. ترکیب خاک، ماسه، رس و ۵٪ سیمان یا آهک باعث ایجاد طرح‌ها و موج‌های طبیعی زیبا روی دیوارها می‌شود. این رنگ‌ها طبیعی هستند و نیاز به رنگ‌های شیمیایی را حذف می‌کنند. به‌این‌ترتیب ساختمان‌ها در آب‌وهوای گرم و مرطوب غنا خنک‌تر و پاکیزه‌تر می‌مانند.

۲۰. بتن مسلح با بامبو (Bamboo Reinforced Concrete)

بتن مسلح با فولاد یکی از پرکاربردترین مواد ساختمانی است، اما بامبو جایگزین مناسبی برای میلگرد محسوب می‌شود. بامبو سال‌هاست به دلیل استحکام کششی بالا در ساخت‌وساز استفاده می‌شود. در برخی موارد بامبو نسبت به چوب یا حتی فولاد سازه‌ای برتری دارد. معمارانی که به پایداری متعهدند از بامبو به‌طور گسترده بهره می‌برند.

بااین‌حال، اگر بامبو به‌درستی فرآوری نشود، معایبی دارد؛ از جمله متورم‌شدن و پوسیدگی در معرض آب. در ساخت‌وساز مدرن، بامبو به‌صورت لوله‌ای طبیعی استفاده نمی‌شود. بلکه الیاف گیاه استخراج و با رزین‌های طبیعی ترکیب می‌شود تا ماده‌ای بسیار مقاوم و انعطاف‌پذیر با ماتریس ساختاری مستحکم ایجاد گردد.

۲۱. پنل‌های آلیوشن (Allusion Panels)

این ماده نوآورانه نوعی پوشش نما از فوم آلومینیومی پایدار است که پانل‌های سبک و محکمی شبیه اسفنج فلزی تولید می‌کند. پنل‌های آلیوشن ویژگی‌های منحصربه‌فردی همچون عایق صوتی، دوام بالا، مقاومت در برابر آتش و سهولت نصب دارند. این پنل‌ها در دیوارها، نماها، سقف‌ها، کف‌پوش‌ها، تابلوها و تجهیزات روشنایی کاربرد دارند و تقریبا استفاده‌های نامحدودی در معماری و ساخت‌وساز دارند.

۲۲. آجرهای جاذب آلودگی (Pollution-absorbing Brick)

پایداری در ساخت‌وساز موضوعی کلیدی است. افزایش تراکم جمعیت و آلودگی چالش‌هایی جدی ایجاد می‌کند و صنعت را به سمت یافتن راه‌حل‌های پایدار سوق می‌دهد. این آجرهای نوآورانه هوای آلوده بیرون را تصفیه و به داخل ساختمان هدایت می‌کنند. آجرها بلوک‌های بتنی متخلخل با لبه‌های زاویه‌دار هستند که جریان هوا را از طریق سیستم داخلی هدایت می‌کنند. این آجرها ارزان‌تر از سیستم‌های مکانیکی فیلتراسیون‌اند، انرژی کمتری مصرف می‌کنند و نیاز به نیروی متخصص ندارند.

۲۳. آئروگرافیت (Aerographite)

آئروگرافیت شبکه‌ای از لوله‌های توخالی کربنی در مقیاس میکروسکوپی است. این ماده نوآورانه بسیار محکم، انعطاف‌پذیر و جاذب اشعه‌های نوری است. آئروگرافیت در دمای محیط پایدار می‌ماند و ارتعاشات شدید را بدون آسیب تحمل می‌کند. همچنین رسانای مؤثر برق است و می‌توان آن را تا ۹۵٪ اندازه اولیه فشرده و سپس بدون آسیب به حالت قبلی بازگرداند. تنش حتی باعث افزایش مقاومت آن می‌شود. آئروگرافیت در ساخت سیستم‌های تصفیه، مواد هوافضا و ماهواره‌ها کاربرد دارد.

۲۴. آجرهای ته‌سیگاری (Cigarette Butt Bricks)

طبق تخمین‌ها، استرالیا سالانه ۲۰ میلیارد نخ سیگار مصرف می‌کند که ۷ میلیارد نخ آن دور ریخته می‌شود. اما ته‌سیگارها را می‌توان در تولید آجر استفاده کرد و به‌طور چشمگیری ضایعات را کاهش داد. افزودن ته‌سیگار به آجر، مصرف انرژی را تا ۵۸٪ کاهش می‌دهد. این آجرها سبک‌تر و عایق‌ترند و درنتیجه هزینه‌های گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها کمتر می‌شود. هرچند برخی کارشناسان معتقدند آجرهای حاوی ته‌سیگار برای دیوارهای باربر مناسب نیستند، اما می‌توان با کاهش غلظت، استانداردها را رعایت کرد.

۲۵. آجرهای پشمی (Wool Bricks)

این آجرها با ترکیب پشم و خاک رس ساخته می‌شوند. آجرهای پشمی محصولی بدون کربن هستند و گامی مهم در مسیر ساخت‌وساز پایدار به شمار می‌آیند. در حالی که کوره‌های آجرپزی سنتی بخارات سمی و مقادیر زیادی کربن منتشر می‌کنند، این آجرها از مواد طبیعی تولید شده و هم بادوام‌تر از آجرهای معمولی‌اند و هم اثرات زیست‌محیطی بسیار کمتری دارند.

۲۶. بتن مریخی (Martian Concrete)

بتن در زمین ماده‌ای حیاتی است، اما برای ساخت سازه‌ها در مریخ، «بتن مریخی» کاربرد دارد. مریخ غنی از گوگرد است که ۱۷٪ سطح آن را می‌پوشاند. بتن مریخی با گرم‌کردن گوگرد تا ۲۴۰ درجه سانتی‌گراد و ترکیب آن با خاک مریخ تولید می‌شود. اگر قبل از سفت‌شدن متراکم شود، مقاومت فشاری آن به ۵۰ مگاپاسکال می‌رسد و از ایجاد حفره جلوگیری می‌شود. این بتن به‌سرعت سفت می‌شود و قابلیت استفاده مکرر دارد.

۲۷. ابریشم مصنوعی عنکبوت (Artificial Spider Silk)

این ماده نوآورانه از الهام‌بخش‌ترین مواد طبیعی است که کشسانی بالایی دارد. پژوهشگران کمبریج پلیمرهایی با استحکام و ظرفیت انرژی مشابه ابریشم عنکبوت تولید کرده‌اند. این ابریشم مصنوعی از هیدروژلی حاوی ۹۸٪ آب ساخته می‌شود که در آن سیلیکا و الیاف سلولزی وجود دارد. پس از تبخیر آب، الیاف بسیار مستحکمی ایجاد می‌شود. ابریشم مصنوعی در دمای محیط تولید می‌شود و مقیاس‌پذیر است. این ماده ۳۴۰ برابر بتن دوام دارد و می‌تواند برای ساخت پنل‌های آکوستیک استفاده شود.

۲۸. شیشه تولیدکننده برق (Power-generating Glass)

مصرف انرژی در ساختمان‌ها ۴۰٪ کل انتشار کربن جهانی را تشکیل می‌دهد. این موضوع ایده تولید شیشه خورشیدی را شکل داد. برخلاف سیستم‌های قدیمی خورشیدی و بادی، این شیشه همانند شیشه معمولی به نظر می‌رسد اما طول‌موج‌های نامرئی نور را به انرژی تبدیل می‌کند. این شیشه ضمن بهبود زیبایی ساختمان، مصرف برق و آلاینده‌ها را کاهش می‌دهد.

۲۹. چوب بالسا تقویت‌شده با فیبر کربن (Carbon-fiber Balsa)

چوب بالسا به دلیل سبکی و استحکام کاربرد زیادی داشته اما گران و ناپایدار است. ترکیب چسب فیبر کربن با چوب بالسا، کامپوزیتی مهندسی‌شده تولید می‌کند که سبک و دارای سختی دقیق و قابل‌تنظیم است.

۳۰. سلولز میکروبی (Microbial Cellulose)

این ماده نوآورانه از منابع تجدیدپذیر تولید می‌شود و شامل مخلوطی از مخمر، میکروب‌ها و باکتری‌هاست که ساختار لایه‌ای می‌سازند. سلولز میکروبی زیست‌تخریب‌پذیر است، آلودگی ایجاد نمی‌کند و ارزان و ساده تولید می‌شود. این ماده می‌تواند به‌عنوان نما و اجزای سازه‌ای استفاده شود.

۳۱. بیوچار (Biochar)

بیوچار ماده‌ای شبیه زغال است که طی تجزیه مواد آلی در دمای بالا و بدون اکسیژن تولید می‌شود. افزودن بیوچار به بتن یا آجر هم آب را بهتر جذب می‌کند و هم انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش می‌دهد. اگر تمام زباله‌های آلی به بیوچار تبدیل شوند، انتشار متان جهانی ۱۱٪ کمتر می‌شود.

۳۲. آجرهای سفالی توخالی (Hollow Clay Bricks)

آجر از دیرباز مصالح اصلی ساخت‌وساز بوده است. آجرهای سفالی توخالی جدید با عایق داخلی، سبک، مقاوم در برابر آب و دوستدار محیط‌زیست هستند. این آجرها مقاومت فشاری بالا دارند و برای دیوارهای جداکننده استفاده می‌شوند.

۳۳. نانوذرات (Nano-particles)

نانوذرات در بتن شامل نانوسیلیکا، نانوتیتانیوم، نانولوله‌های کربنی و گرافن اکسید هستند. این افزودنی‌ها مقاومت خمشی، کششی و فشاری بتن را افزایش می‌دهند و قابلیت خودتمیزشوندگی را هم به آن اضافه می‌کنند.

۳۴. گرافن سه‌بعدی (3D Graphene)

گرافن نانوماده‌ای منحصربه‌فرد با ویژگی‌های حرارتی، الکتریکی و نوری است. گرافن ۵٪ چگالی فولاد را دارد اما ۱۰ برابر قوی‌تر است. با فناوری چاپ سه‌بعدی، گرافن به ساختارهای مقاوم تبدیل شده که می‌توانند وزن آسمان‌خراش‌هایی به بلندی ۹۸۰۰۰ فوت را تحمل کنند.

۳۵. کابل کُما (CABKOMA): نخ‌های هیدروکربنی و سیستم‌های رشته‌ای تقویت‌کننده

مواد مقاوم در برابر زلزله در مناطقی مانند ژاپن اهمیت حیاتی دارند. به همین دلیل آزمایشگاه Komatsu Seiten Fabric این ماده نوآورانه ساختمانی را با نام Strand Rod تولید کرده است؛ یک کامپوزیت فیبر کربن ترموپلاستیک. این ترکیب با الیاف معدنی و مصنوعی پوشانده و با رزین ترموپلاستیک تکمیل می‌شود تا سبک‌ترین سیستم‌های مقاوم‌سازی لرزه‌ای جهان را بسازد.

این رشته‌های نوآورانه تقریباً پنج برابر سبک‌تر از سیم‌های فلزی با همان مقاومت هستند و ظاهر جذابی هم دارند. آن‌ها به ساختمان‌ها کمک می‌کنند الزامات تقویت لرزه‌ای را برآورده کنند. البته مثل سایر کامپوزیت‌های مبتنی بر فیبر کربن، نقطه‌ضعف اصلی آن هزینه بالا است.

مصالح ساختمانی نوآورانه در پروژه‌های واقعی

۳۶. چوب لمینت متقاطع (Cross-laminated Timber – CLT)

این ماده نوآورانه ساختمانی نوعی چوب مهندسی‌شده پایدار و مقاوم است که در فرآیند تولیدش نیازی به سوخت‌های فسیلی نیست. CLT با چسباندن لایه‌های الوار به‌صورتی ساخته می‌شود که جهت الیاف هر لایه عمود بر لایه قبلی باشد و همین امر مقاومت کششی و فشاری آن را افزایش می‌دهد.

CLT که نخستین‌بار در اروپا معرفی شد، به دلیل سرعت تولید، کیفیت بالا و انعطاف‌پذیری طراحی، اکنون در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. هرچند هزینه اولیه مواد بالاتر است، اما در مقیاس کل پروژه‌های ساختمانی، این هزینه‌ها جبران می‌شود. معماران و سازندگان به دلیل ظاهر طبیعی و مقاومت بالا در حال بررسی ساخت برج‌های CLT هستند.

اطلاعات پروژه:

• پروژه: The Smile
• معمار: Alison Brooks Architect
• مکان: لندن
• نوع ساختمان: پاویون
  یک سازه معکوس ۳۴ متری که معماری، هنر عمومی و پاویون را ترکیب کرده و توانایی‌های CLT را نشان می‌دهد.

۳۷. کابل کُما Strand Rod

این کامپوزیت فیبر کربن ترموپلاستیک در نماهای ساختمان‌ها به‌طور خاص برای مقاومت در برابر زلزله استفاده می‌شود. سبک‌ترین تقویت‌کننده لرزه‌ای است که با وجود ظرافت، استحکام بالایی دارد و زیبایی سازه را نیز افزایش می‌دهد.

اطلاعات پروژه:

• پروژه: دفتر مرکزی Komatsu Seiren
• معمار: Kengo Kuma
• مکان: ژاپن
• نوع ساختمان: اداری
  این ماده نوآورانه بسیار سبک و مقاوم، به‌سادگی حمل و نصب می‌شود و تمام نیروهای جانبی را منتقل کرده و ساختمان را در برابر لرزش‌ها ایمن می‌کند. این کابل پنج برابر سبک‌تر از میله‌های فلزی سنتی است.

۳۸. بتن رنگ‌دانه‌دار (Pigmented Concrete)

بتن نمادی بی‌رنگ از استحکام است که اغلب حس خشونت و زمختی را منتقل می‌کند. اما افزودن رنگ‌دانه‌های خاص به ترکیب سیمان، شن، ماسه و آب، این ماده نوآورانه را ایجاد می‌کند. علاوه‌بر زیبایی، بتن رنگی حس تضاد و هماهنگی با محیط را ایجاد کرده و نیاز به رنگ‌آمیزی و درزگیر را کاهش می‌دهد.

این بتن با ترکیب پودر خشک یا رنگ مایع در فرآیند اختلاط تولید می‌شود. اغلب این رنگ‌ها از اکسید آهن یا رنگ‌های طبیعی گرفته می‌شوند. برخلاف بتن خاکستری سنتی، بتن رنگی طیف‌های گرم زرد، قهوه‌ای، قرمز، سبز، آبی و مشتقات آن را ایجاد می‌کند. این بتن در برابر سایش مقاوم است و رنگ آن با گرما و نور تغییر نمی‌کند. کاربردهای آن شامل کف‌سازی، نماها و المان‌های تزئینی است.

اطلاعات پروژه:

• پروژه: Casa Terra
• معمار: Bernardes Arquitetura
• مکان: Itaipava، برزیل
• نوع ساختمان: مسکونی
  رنگ قهوه‌ای-قرمز این خانه با تپه‌ها و فضای سبز اطراف هماهنگی کامل دارد و دیوارها با بتن رنگی حاوی اکسید آهن اجرا شده‌اند.

سؤالات متداول

جمع‌بندی

مصالح ساختمانی نوآورانه فرآیندهای ساخت‌وساز را متحول کرده‌اند. این مواد حفاظت ساختاری، بهره‌وری انرژی و تطابق با استانداردهای زیست‌محیطی را بهبود می‌دهند. مواد سنتی یا حذف می‌شوند یا به گزینه‌هایی ارزان‌تر و پایدارتر تبدیل می‌گردند. استفاده از این مواد، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و کیفیت ساختمان را حفظ می‌کند. آگاهی از روندهای جدید این حوزه، شما را در مسیر توسعه پایدار نگه می‌دارد.