چگونه مصالح ساختمانی جدید ایمنی و رفاه انسان را در اولویت قرار می دهند؟

05 آبان 1401 | مهندس مارال شایق

پیش بینی می شود که تا سال 2050، کاهش سریع مواد خام، جهان را بدون ماسه و فولاد کافی برای ساخت و ساز رها کند. از سوی دیگر، هزینه ساخت و ساز بین 5 تا 11 درصد نسبت به سال گذشته به افزایش خود ادامه می دهد. و با توجه به تأثیر آن بر محیط زیست، صنعت ساخت و ساز همچنان 23 درصد از آلودگی هوا، 50 درصد از تغییرات اقلیمی، 40 درصد از آلودگی آب آشامیدنی و 50 درصد از زباله های دفن شده را تشکیل می دهد. بدیهی است که صنعت ساختمان، محیط زیست و نسل بشر با چالش‌های متعددی مواجه هستند که تحت تأثیر یکدیگر قرار دارند، اما این انسان است که بیشترین ضرر را متحمل می شود.

در پاسخ به چالش های جهانی مانند تغییرات اقلیمی ، تبعیض، و آسیب پذیری فیزیکی، طراحان و مهندسان از سراسر جهان مصالح ساختمانی نوآورانه ای را توسعه داده اند که رفاه انسان را در پروژه های شهری، معماری و داخلی در اولویت قرار می دهد.

تعجبی ندارد که طراحی به یک عامل اساسی در فرآیندهای علمی توسعه مواد تبدیل شده‌است . از آغاز پیدایش بشر , مواد در حال شکل دادن به بشریت بوده‌اند و ابزارهایی را به ارمغان آورده‌اند که ساختارهای اجتماعی , اقتصادی و مدنی نژاد بشر را ارتقا داده‌اند . با حرکت سریع به سمت عصر مدرن و نیازهای در حال تکامل , طرح‌های نوآورانه , همراه با مواد و فن‌آوری‌های پیشرفته , صنایع , اقتصاد , و در نهایت آینده را شکل می‌ دهند . با این حال , دهه گذشته شاهد تمرکز بی‌سابقه ای بر رفاه انسان بود , چه جسمی , عاطفی و چه روانی بود که نقطه شروعی برای توسعه مواد جدید شد .

بتن یا سیمان نورافشان یکی از فراگیر‌ترین مصالح ساختمانی در دهه گذشته بوده‌است این ماده نوآورانه در کنار توانایی خود در روشن کردن بزرگراه ها، جاده ها و خطوط دوچرخه در شب بدون استفاده از برق، ایمنی عابران پیاده را تضمین می کند، همچنین می تواند عملکرد ضعیف زیست محیطی مواد را جبران کند. اخیرا دانشجویان مهندسی دوره کارشناسی در دانشگاه آمریکایی در قاهره یک بتن جاذب نور خورشید را ساخته اند که انرژی خود را در شب به صورت پرتو نور ساطع می کند تا انرژی زیادی را که در روشنایی بزرگراه ها و تابلوهای خیابان ها برای ایمن کردن سواری نیاز است کاهش دهد. بتن درخشان در تاریکی مدتهاست که به عنوان یک راه‌حل مهم برای تاثیر صنعت ساخت‌وساز بر بحران آب و هوا مطرح بوده ‌است . این نوآوری که در ابتدا توسط آقای خوزه کارلوس روبیو از دانشگاه سنت نیکلاس هیدالگو در مکزیک ساخته شد , ریز ساختار سیمان را برای از بین بردن کریستال‌ها تغییر می‌دهد به طوری که وقتی با آب ترکیب شد، به شکل ژل در می‌آید و انرژی خورشیدی را جذب می‌کند. و آن را به صورت نور آزاد می کند.

اگرچه هر ماده ای طول عمر خاص خود را دارد، اکثر مصالح ساختمانی، به ویژه کامپوزیت ها، پس از چندین سال تحمل بار و مواجهه با عوامل خارجی، دچار زوال می شوند. مواد اغلب این زوال را نشان می‌دهند، مانند ترک‌ها، اما در موارد خاص، آسیب‌ها غیرقابل تشخیص هستند و برای افرادی که دائماً از این سطوح استفاده می‌کنند، خطر فیزیکی ایجاد می‌کنند. برای مقابله با این معضل، محققان ETH زوریخ با همکاری محققان دانشگاه فریبورگ نوع جدیدی از لمینت را توسعه داده اند که به محض تغییر شکل ماده تغییر رنگ می دهد. با هدف توسعه تکنیک‌های جدید برای تشخیص زودهنگام آسیب یا شکست احتمالی برخی مواد، لمینت کامپوزیت سبک وزن از لایه‌های متناوب پلیمر پلاستیکی و مروارید مصنوعی تشکیل شده است. مروارید مادر به طور انحصاری توسط آزمایشگاه مواد پیچیده ساخته شده و از روی پوسته صدف مدل سازی شده است، چندین شیشه ای متراکم شده به موازات آن چیده شده اند که آن را بسیار سخت و مقاوم در برابر شکستگی می سازد. لایه دوم شامل یک پلیمر با یک مولکول نشانگر اضافی است. این مولکول به محض اینکه پلیمر با تغییر فلورسانس خود نیروهای کششی را تجربه کند فعال می شود. هر چه ماده بیشتر کشیده شود، تعداد بیشتری از این مولکول ها فعال می شوند و منجر به فلورسانس شدیدتر می شود.

ژاپن به عنوان کشوری که به شدت در معرض زلزله قرار دارد , اخیرا ً استفاده از میله‌های رشته ای را در نمای بیرونی ساختمان‌های خود آغاز کرده‌است . همانطور که در دفتر مرکزی کوماتسو سیرن رئیس شرکت کنگو کوما دیده می‌شود , این کامپوزیت فیبر کربن ترموپلاستیک به طور خاص برای اهداف تاب آوری با حفاظت از سازه ها در برابر زلزله استفاده می‌شود . در کنار ویژگی‌های زیباشناختی آن , سبک‌ترین آرماتور لرزه ای در جهان با استحکام کششی بالا می‌باشد .

برای تشخیص زمانی که کاربران در پیاده‌رو در حال حرکت هستند , شرکت میکرومبیلیتی Lime ( میکرومبیلیتی : شرکت های ارائه دهنده سرویس های اشتراکی موتورهای برقی ، دوچرخه های برقی و اسکوترها ), تکنولوژی تشخیص حرکت در پیاده‌رو مبتنی بر دوربین خود را ساخته‌است. گرچه این پروژه به شهرها بستگی دارد تا انتخاب کنند که آیا به صورت صوتی به سواره ها هشدار دهند،و یا عملا سرعت آنها را کاهش دهند یا هر دو، هر دو عملکرد در دسترس هستند. شهرها مدت‌های مدیدی است که شرکت‌های میکرومبیلیتی و اسکوترسواران را برای سواری در پیاده‌روها سرزنش می‌کنند , اما به ندرت اقدام به سرمایه‌گذاری در مسیرهای مناسب دوچرخه‌سواری کرده‌اند . این امر باعث شده‌است تا چندین اپراتور بزرگ در سال های گذشته نوعی از سیستم کمک سوار پیشرفته اسکوتر (ARAS) را پیاده سازی کنند.

به عنوان پاسخی به بحران آب و هوایی کنونی، به ویژه با توجه به اینکه صنعت ساخت و ساز 23 درصد  در آلودگی هوا نقش دارد، معماران و طراحان اقدامات بزرگی را برای کاهش ردپای کربن در حین و پس از ساخت انجام داده اند. "Breathe Bricks" یا آجرهای جذب کننده آلودگی، جایگزین موثری برای آجرهای معمولی است که توسط کارمن ترودل، استادیار دانشکده معماری کل پلی سن لوئیس ابیسپو ساخته شده است. این آجرها با الهام از "فیلتراسیون چرخشی" در جاروبرقی ها از اصل فیلتر هوا پیروی می کنند و هوای بیرون را فیلتر می کنند، آلاینده ها و گرد و غبار را جدا می کنند و سپس آن را به داخل سازه منتقل می کنند. آجرها به شکل یک بلوک بتنی متخلخل با شفت های داخلی و یک طراحی چند وجهی برای هدایت جریان هوا در داخل واحد تشکیل شده اند.

پس از همه گیری کووید، تقریباً هر صنعتی محصول "ضد باکتری" خود را راه اندازی کرد و صنعت طراحی داخلی نیز از این امر مستثنی نبود. چندین شرکت رنگ سازی ، رنگ‌های داخلی را برای دیوارها و سطوح مبلمان با فناوری‌های بهداشتی ثبت و تولید کردند که ادعا می‌شود 99 درصد از باکتری‌های مشخصی را که روی سطح آن قرار می‌گیرند، در عرض دو ساعت نوردهی از بین می‌برند (staph, E. coli, MRSA and VRE، نام چند مورد نمونه از این شرکت هاست ). در واقع، انتظار می رود اندازه بازار رنگ ها و پوشش های ضد میکروبی از 3.7 میلیارد دلار در سال 2020 به 9.54 میلیارد دلار تا سال 2029 افزایش یابد که نشان دهنده تأثیر مثبت آن بر مصرف کنندگان است.

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .