مصالح ساختمانی فوق مدرن در حال تغییر روش در ساخت و ساز هستند. مواد امروزی سازگار با محیط زیست، قابل اعتماد و بادوام هستند، در حالی که بسیار سبک هستند.
علم مواد مدرن در سال های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته. امروزه، مصالح ساختمانی جدید انقلابی در بازار به وجود آورده اند. مواد مصنوعی بدیع در حال ایجاد هستند - مصالح ساختمانی سبک تر، قوی تر و سازگارتر با محیط زیست نسبت به مصالح سنتی.
مصالح نوآورانه: حل مشکلات گذشته وقتی سیمان ترک می‌خورد، مشکلی بسیار جدی‌تر از آن چیزی است که بسیاری فکر می‌کنید. این فقط در مورد زیبایی شناسی نیست، اگرچه این موضوع هم قطعا مهم است. خیر، این مشکل ساختاری است: آب وارد شکاف می شود و شروع به تضعیف یکپارچگی بتن می کند. در محیطی با دمای ناپایدار، این مشکل با اثر یخ زدگی و یخ زدایی تشدید می شود. آب در شکاف در زمستان های یخبندان منبسط می شود و از هر طرف شکاف را بازتر می کند. و سپس، هنگامی که یخ در بهار منجمد می شود، آب به سیمان نفوذ می کند و شکاف را عمیق تر می کند و یکپارچگی ساختاری ساختمان را تضعیف می کند.
اما اگر بتن بتواند خودش را التیام بخشد چه؟ یا آسفالت یا حتی فلز؟ صرفه جویی میلیاردها تومن در تعمیرات و کارهای مرمتی به تنهایی امکان پذیر خواهد بود،
برخی از مصالح ساختمانی مدرن، شاید در طاقچه های کوچک خانه ها جای خود را پیدا کنند، اما تعدادی از مصالح ساختمانی نوآورانه پتانسیل استفاده گسترده را دارند. ساختمان‌هایی با سازه‌های آجری و بتنی سنتی به تدریج به خاطره ها سپرده خواهد شد، چون الزامات بشریت واضح است: ما به ساختمان‌های سازگار با محیط زیست، کم‌مصرف، بادوام و سبک وزن نیاز داریم که زیبا به نظر برسند و در عین حال بسیار کاربردی باشند.

1. چوب شفاف(TRANSPARENT WOOD)

اختراع جدیدترین مواد سازگار با محیط زیست - چوب شفاف - در سال 2016 اعلام شد. با این حال، تنها در سال 2020 بود که دانشمندی که با همکاری تیمی از دانشگاه مریلند در کالج، روشی برای شفاف کردن چوب اختراع کرد. پارک، اظهار داشت که آزمایشات تکمیل شده و به نتیجه پایداری دست یافته اند. چوب شفاف حداقل 5 برابر قوی تر و سبک تر از شیشه است و همچنین از نظر حرارتی کارآمدتر است. این ویژگی فوق العاده است که آن را به یک جایگزین بالقوه جالب برای پنجره های پلاستیکی یا شیشه ای تبدیل می کند. مزایای دیگر: مواد خام تجدید پذیر و سازگار با محیط زیست است. درخت بالسا به سرعت رشد می کند، درختی که تنها در 5 سال به بلوغ می رسد. هزینه های تولید نیز بسیار کمتر از تولید شیشه است، جایی که ردپای کربن قابل توجهی به دلیل دمای بالای مورد نیاز و برق مصرفی در این فرآیند وجود دارد.

2. فیبرکربن(CARBON FIBRE)

فیبر کربن، واقعاً یک ماده آینده است - البته ماده ای که مدت هاست در ورزش های مختلف استفاده می شود! با این حال، این ماده ابتکاری جدیدا بیشتر در ساخت و ساز استفاده می شود، صنعتی که اغلب ترکیبی از استحکام و سبکی را می طلبد. فیبر کربن 75 درصد سبک تر از آهن و 30 درصد سبک تر از آلومینیوم است. برای تقویت مصالح ساختمانی سنتی برای بهبود استحکام آنها - آجر، بلوک های بتونی مسلح، سازه های چوبی - و همچنین برای کاهش ضخامت پانل ها و بر این اساس، کاهش وزن آنها استفاده می شود. تقویت فیبر کربن برای بتن همچنین عایق حرارتی عالی را ارائه می دهد. تنها نقطه ضعفی که کاربرد گسترده آن را محدود می کند، هزینه بالای مواد است.

3.کاشی اکریلیک تزئینی(SENSITILES — DECORATIVE ACRYLIC TILE)

مصالح ساختمانی نوآورانه همیشه موادی با خواص فیزیکی نوآورانه مانند استحکام یا ایمنی نیستند. اینها همچنین می توانند موادی باشند که فناوری را برای ارائه دکوراسیون تماشایی و اجرای عجیب ترین ایده های طراحی ادغام می کنند. نوع جدیدی از مصالح ساختمانی تکمیل، کاشی حساس با فیبر اکریلیک است که به حرکات، لمس یا منابع نور شما واکنش نشان می دهد. فیبر نوری نور را از خود عبور می دهد و واکنش نشان می دهد: کاشی می تواند چشمک بزند، روشن شود، رنگ های محیط را روی سطح خود بگیرد و پراکنده کند. دکوراسیون با این متریال فرصت های جدیدی را در معماری و طراحی داخلی فراهم می کند.

4.بتن خود ترمیم شونده(SELF-HEALING CONCRETE)

اصطلاح "بتن خود ترمیم شونده" بیش از کمی خارق العاده به نظر می رسد. در سال 2015، مخترع هنک جونکرز از دانشگاه صنعتی دلفت، روشی نوآورانه برای ترمیم ترک‌های بتن با استفاده از باکتری نشان داد. اصل فن آوری ساده است: کپسول هایی حاوی باکتری های خاص و مواد مغذی برای آنها به بتن اضافه شد: باکتری ها به محض برخورد آب فعال می شوند. بتن ترک خورده با رطوبت بازسازی شد و با سنگ آهک تولید شده توسط باکتری ها پر شد.
علاوه بر این فناوری زیستی، جایگزین دیگری از سوی محققان کره ای وجود دارد که در آن کپسول هایی از یک پلیمر خاص به بتن اضافه می شود. تحت تأثیر رطوبت و نور خورشید نیز شروع به واکنش می کند، متورم می شود و ترک را پر می کند.
بتن سنتی یک مصالح ساختمانی بسیار قابل اعتماد و تثبیت شده است، اما در صورت ترک خوردن خواص خود را از دست می دهد. بسیاری از متخصصان علم مواد در سراسر جهان در حال کار بر روی ارتقای مدرن مواد پایه هستند.

5.آئروژل(AEROGEL)

سخت ترین و سبک ترین ماده در جهان از 99.8 درصد هوا ساخته شده است!
این ماده فوق سبک متخلخل مصنوعی از ژلی مشتق شده است که در آن جزء مایع ژل با گاز جایگزین می شود. نتیجه یک بدنه بسیار جامد با چگالی بسیار کم و هدایت حرارتی کم است. در لمس، شبیه فوم پلی استایرن شکننده است. آئروژل ها می توانند از ترکیبات شیمیایی مختلفی ساخته شوند. اولین بار در سال 1931 به عنوان زاده فکر ساموئل استفنز کیستلر تولید شد. او استدلال کرد که می تواند مایع را با گاز جایگزین کند بدون اینکه ساختار را کوچک کند. اولین آئروژل ها از سیلیکا ژل ساخته شده بودند. کار بعدی کیستلر مربوط به آئروژل های مبتنی بر اکسید آلومینیوم، اکسید کروم و دی اکسید قلع بود. آئروژل های کربنی برای اولین بار در اواخر دهه 1980 ساخته شدند. ویژگی خاص آئروژل ها این است که می توانند رسانایی حرارتی کمتری نسبت به گازی که دارند داشته باشند. این ماده یک عایق حرارتی عالی است، بنابراین به طور گسترده برای عایق حرارتی سازگار با محیط زیست و کارآمد در مقیاس صنعتی استفاده می شود. به دلیل تخلخل زیاد و ریز ساختار، می توان از آئروژل ها به عنوان ماتریس جمع آوری کوچکترین ذرات گرد و غبار استفاده کرد.

6.کامپوزیت کاغذی(RICHLITE)

Richlite یک ماده کامپوزیت کاغذی بادوام است که از کاغذ باطله ساخته شده است که به صفحات سخت و صاف فشرده می شود که قابل پردازش است. کاغذ با منبع مناسب بسیار دوستدار محیط زیست نسبت به بسیاری از رایج ترین مواد مورد استفاده در ساخت و ساز است و این یکی از مزایای اصلی Richlite است. با این حال، فن آوری آن را به یک ماده خام شگفت انگیز تبدیل می کند که برای ساخت و ساز زیست محیطی بسیار ضروری است.
بر خلاف سنگ یا سایر سطوح سخت، ریچلایت مانند چوب سخت متراکم عمل می کند و می توان آن را به راحتی آسیاب، سنباده و به هم وصل کرد. ریچلیت همچنین یک ماده مقاوم در برابر آب و بهداشتی است که دارای جذب رطوبت کم، مقاومت در برابر حرارت بالا و مقاومت در برابر آتش است. خوب به نظر می رسد، با روکش طبیعی ضرری ندارد. در نتیجه در بسیاری از صنایع از ساخت و ساز تا طراحی مبلمان استفاده می شود. حتی برای تولید آلات موسیقی استفاده می شود و در عین حال با کیفیت صدای بالا جایگزین آبنوس گران قیمت می شود. Richlite یک ماده شناخته شده است که مورد علاقه بسیاری از معماران به عنوان پایانی برای مبلمان، عناصر داخلی و سازه های خلاقانه است.

7.گرانیت مایع(LIQUID GRANITE)

سنگ مصنوعی مایع یک مخلوط ساختمانی مایع ویژه (ساخته شده از 70 درصد براده های مرمر و 30 درصد مواد افزودنی خاص و پرکننده تزئینی) است که بر روی سطوحی از جمله بتن، آجرکاری، سنگ و آسفالت پاشیده می شود. با توجه به ترکیب آن، مایع فشرده می شود و یک مهر و موم محکم ایجاد می کند و سطح را با دوام و ظاهری جذاب می دهد. گرانیت مایع یک ماده سازگار با محیط زیست است زیرا شامل رزین های ایمن، تراشه های مرمر طبیعی و پرکننده های معدنی است. این ماده کامپوزیت اغلب در کارهای تکمیلی، برای ساخت یا پوشش ساختارهای فردی یا عناصر داخلی استفاده می شود.

8.بتن خمشی، انعطاف پذیر(BENDING, FLEXIBLE CONCRETE)

تحقیقات برای بهبود کیفیت بتن یکی از محبوب ترین فعالیت ها در علم مواد است، اما این نباید تعجب آور باشد.
این روزها تقریبا تمام ساخت و سازها بر پایه بتن است. قبلاً اشاره کردیم که یکی از مشکلات بتن شکنندگی آن در صورت تراشه و ترک خوردن است. علاوه بر این، در حالی که بتن بسیار قوی است، باری که می تواند تحمل کند محدود است. در سال 2014، سنگاپوری‌ها توانستند نه تنها مقاومت و وزن بتن را با حذف آرماتور در سازه‌های بتنی بهبود بخشند، بلکه انعطاف‌پذیری را نیز اضافه کردند که از ویژگی‌های بتن سنتی نیست.
بتن جدید ConFlexPave به دلیل یک افزودنی منحصر به فرد، انعطاف و استحکامی به دست آورده است که تا 3 برابر بیشتر از بتن سنتی است. نازک ترین میکروالیاف پلیمری در محلول مخلوط می شوند و بارها را در کل دال بتن توزیع می کنند. این به آن کمک می کند تا زمانی که در معرض خمش قرار می گیرد به اندازه فلز و دو برابر قوی تر از بتن معمولی شود.
با این حال، هیچ محدودیتی برای کمال وجود ندارد و دانشمندان دیگر همچنان به دنبال بتن انعطاف پذیر هستند. به عنوان مثال، متخصصان دانشگاه Swinburne بتن را بدون استفاده از سیمان، اما با همان ویژگی های برجسته از نظر انعطاف پذیری و بارگذاری، ساخته اند. این نوع جدید بتن همچنین دوستدار محیط زیست است زیرا خاکستر بادی و کامپوزیت های ژئوپلیمری را در خود جای داده است - انتشار زباله های معمولی از نیروگاه های زغال سنگ. همچنین در دمای اتاق جامد می شود که به این معنی است که نیازی به هزینه های تولید ناپایدار بالا نیست. اما مهمتر از همه، بتن جدید 400 برابر انعطاف پذیرتر از بتن سنتی است، در حالی که همان سطح مقاومت را حفظ می کند. ژئوپلیمرها نه تنها به ضریب خمشی می افزایند، بلکه مقاومت در برابر شکستگی های ریز احتمالی را نیز بهبود می بخشند. الیاف پلیمری سازه را حتی با ترک‌ها تحت بار نگه می‌دارند، بنابراین می‌توان از مواد جدید در مناطق زلزله‌خیز استفاده کرد زیرا خطر ریزش ساختمان‌های ساخته شده از چنین بتنی به حداقل می‌رسد.

این ماده انقلابی یک پارچه بتنی در رول است. انعطاف پذیری آن امکانات طراحی بی حد و حصری را برای معماران ارائه می دهد و چالش های جدیدی را برای ساخت و ساز ایجاد می کند.

برای طیف گسترده ای از کارهای ساختمانی و موارد دیگر استفاده می شود. این اجازه می دهد تا سازه های بتنی با حداقل نصب و آموزش تخصصی ساخته شوند. نصب معمولاً ده برابر سریعتر است: فقط یک رول آماده را باز کنید و آب اضافه کنید.

این یک ماده جانبی است که تعدادی از کارهای پیش از ساخت را تسهیل می کند و همچنین در آماده سازی تأسیسات زیربنایی استفاده می شود: کانال ها، تعمیر و محافظت از سطوح و شیب ها و تقویت مخازن و لوله ها.

9.آلومینیوم شفاف(TRANSPARENT ALUMINUM)

این مواد آینده یک واقعیت فیزیکی است. به عبارت ساده، این یک سرامیک شفاف بر پایه آلومینیوم اکسی نیترید (AlON) است. از ویژگی های اصلی این ماده مقاومت در برابر خراش و دوام است. آلومینیوم شفاف بسیار بادوام تر از شیشه آلومینوسیلیکات (کوارتز) است و همچنین 85 درصد سخت تر از یاقوت کبود است. علاوه بر این، می تواند حرارت را تا 2100⁰C تحمل کند. در برابر اشعه، اسیدها، مواد قلیایی و آب مقاوم است. طبیعتاً این ماده بلافاصله توسط صنایع نظامی و اپتیکی پذیرفته شد. اما در ساخت و ساز برای پنجره های مقاوم در برابر ضربه، گنبدها و سایر عناصری که نیاز به شفافیت و استحکام دارند استفاده می شود.

10.لمینت چوب(LAMINATED WOOD)

این یک ماده نوآورانه است که از چوب در تمام عناصر خود استفاده می کند. چوب به صورت صفحات فشرده شده و لمینیت می شود و آن را به یک بلوک جامد تبدیل می کند که بسیار قوی تر از چوب معمولی است.
در این دسته، انواع فرعی مانند چوب چند لایه و چوب چند لایه را خواهید یافت. چوب چند لایه از چند تکه الوار به هم چسبیده تشکیل شده است که برای ایجاد تیرهای قوی استفاده می شود. الوارهای متقاطع از تکه‌های چوبی ساخته شده‌اند که در جهت‌های متناوب قرار گرفته‌اند تا پانل‌های بزرگی ایجاد کنند که بتوانند بارهای سنگین را تحمل کنند. هر دو نوع چوب در برابر آتش بسیار مقاوم هستند. لایه های بیرونی هنگام سوزاندن، ذغالی ایجاد می کنند که به عایق بندی بقیه چوب کمک می کند. در طول آزمایشات مقاومت در برابر آتش، آنها توانایی حفظ یکپارچگی ساختاری خود را نشان دادند. استفاده از چوب جامد جذب کربن را در حین رشد درختان و در حالی که چوب در ساختمان ها استفاده می شود، تسهیل می کند. بر اساس یک مطالعه منتشر شده در مجله جنگلداری پایدار، در صورت استفاده از جنگلداری پایدار، 14 تا 31 درصد از انتشار جهانی گازهای گلخانه ای را می توان با جایگزینی مواد مورد استفاده در ساختمان ها و پل ها با چوب جلوگیری کرد.

11. هیدروسرامیک (خنک کننده غیرفعال) ( HYDROCERAMICs (PASSIVE COOLING))

این یک نما کامپوزیت ساخته شده از خاک رس و هیدروژل است که می تواند فضای داخلی ساختمان ها را تا دمای 6 درجه سانتی گراد خنک کند. هیدروسرامیک ها از توانایی هیدروژل برای جذب 500 برابر بیشتر از وزن خود آب برای ایجاد یک سیستم ساختمانی استفاده می کنند که "به عنوان بخشی از طبیعت، نه فراتر از آن، به موجودی زنده تبدیل می شود." این فناوری توسط دانشجویان اسپانیایی در مؤسسه معماری پیشرفته کاتالونیا در سال 2014 توسعه یافت. از آن زمان، این ماده ابتکاری که سیستم های خود خنک کننده را قادر می سازد در صنعت ساخت و ساز و در میان معماران تقاضای زیادی داشته است. این به ویژه برای ساخت و سازهای زیست محیطی محبوب است زیرا می تواند تا 28٪ از کل انرژی مصرفی دستگاه های خنک کننده سنتی را ذخیره کند.

12.کابکوما-رزوه های هیدروکربنی، پشتیبانی از رشته ها(CABKOMA — HYDROCARBON THREADS, STRING SUPPORT)

برای مناطق زلزله خیز مانند ژاپن، موادی که می توانند در برابر زلزله مقاومت کنند بسیار مهم هستند. به همین دلیل است که آزمایشگاه Komatsu Seiten Fabric یک کامپوزیت الیاف کربن گرمانرم به نام CABKOMA Strand Rod ساخته است.
این کامپوزیت با الیاف معدنی و مصنوعی، با روکش رزین ترموپلاستیک پوشش داده شده است که سبک ترین سیستم تقویت لرزه ای جهان را ایجاد می کند. رشته های ابتکاری تقریباً پنج برابر سبک تر از سیم فلزی با همان استحکام هستند و حتی از نظر طراحی بسیار زیبا هستند. آنها همچنین موثر هستند و به ساختمان ها کمک می کنند تا الزامات تقویت لرزه ای را برآورده کنند. البته، مانند تمام مواد مبتنی بر فیبر کربن، نقطه ضعف CABKOMA این است که ارزان نیست.

13.فلکسی کامب (FLEXICOMB)

Flexicomb از طبیعت الهام گرفته شده است – همانطور که ممکن است از نام آن حدس بزنید، ساختار این ماده از لانه زنبوری الهام گرفته شده است. این ایده بسیار ساده به طرز شگفت انگیزی انعطاف پذیر و کاربردی است. این ایده برای اولین بار در دانشگاه ییل ظاهر شد، جایی که محققان ساختار لانه زنبوری را مورد مطالعه قرار دادند. با ترکیب نی های نوشیدنی در یک آرایه، به راحتی می توان ساختاری شبیه لانه زنبوری ایجاد کرد. همچنین این فرصت را برای بازیافت یا بازیافت یک مزاحم پلاستیکی رایج - نی نوشیدنی - ارائه می دهد.

14.خنک کننده غیرفعال (FOR PASSIVE COOLING)

همه می دانند که رنگ سفید در بازتاب نور بسیار خوب است. اما به نظر می رسد که می توان "سفیدترین رنگ جهان" را ایجاد کرد که می تواند به عنوان تهویه مطبوع برای خنک کردن اتاق ها عمل کند. محققان دانشگاه پوردو رنگ سفیدی ساخته اند که 98.1٪ از نور خورشید را منعکس می کند. راز رنگ در ترکیب آن است که حاوی سولفات باریم است.

این یک سفید کاملاً خالص با جلوه بازتابی ایجاد می کند. با توجه به نتایج آزمایش، اجرای رنگ منجر به نتایج باورنکردنی می شود: رنگ آمیزی سقف 90 متر مربعی ظرفیت خنک کننده 10 کیلو وات را ارائه می دهد. این رقم از توان معمولی کولر گازی خانگی بیشتر است.
جدا از استفاده از آن در خنک کننده ساختمان ها، رنگ جدید می تواند از گرم شدن بیش از حد برق در فضای باز نیز جلوگیری کند

15.پوشش زغال سنگ زیستی (BIO-COAL LINING)

استارت‌آپ «Made of Air» مستقر در برلین، یک بیوپلاستیک غیر سمی ویژه ساخته شده از بیوچار از زباله‌های جنگلی و کشاورزی ساخته است. کربن را جذب می کند و می تواند برای همه چیز از نمای ساختمان، مبلمان، فضای داخلی، حمل و نقل و زیرساخت های شهری استفاده شود.
مواد بازیافتی از 90 درصد کربن تشکیل شده و قادر به جذب CO2 از جو است و خود یک ماده کربن منفی است.

مواد متخلخل و غنی از کربن، کربن را بسیار موثر حفظ می کند. برخلاف زیست توده در حال تجزیه، که به سرعت کربن خود را به اتمسفر باز می‌گرداند، بیوچار برای صدها یا حتی هزاران سال پایدار می‌ماند. ساخته شده از پلاستیک بیوچار هوا ارزان تر از پلاستیک های زیستی معمولی است، اما همچنان گران تر از مواد نفتی است.
پانل های شش ضلعی به نام HexChar برای اولین بار به عنوان مواد روکش در مرکز نمایندگی آئودی در مونیخ در سال 2021 نصب شد. این اولین بار بود که این محصول در یک ساختمان مورد استفاده قرار گرفت. تجزیه و تحلیل چرخه عمر نشان داده است که روکش این نمایندگی 14 تن کربن ذخیره می کند.

16.میلگرد کنفی (HEMP REBAR)

محققان موسسه پلی تکنیک Rensselaer در ایالات متحده یک جایگزین کنف برای تقویت فولادی اختراع کرده اند که به ادعای آنها از مشکل خوردگی جلوگیری می کند و انتشار کربن در طول ساخت و ساز را کاهش می دهد.
آرماتور کنفی را می توان برای حمایت از سازه های بتنی به همان روشی که امروزه از فولاد و سایر آرماتورها استفاده می شود استفاده کرد، اما به دلیل ترکیب مواد و دوام آن، اثرات زیست محیطی کمتری دارد.
در حال حاضر زنگ زدگی آرماتورهای فولادی دلیل اصلی تخریب پیش از موعد سازه هایی مانند پل ها، جاده ها، سدها و ساختمان ها می باشد. تقویت کننده ابتکاری کنف دوام و محافظت سه برابر در برابر خوردگی را فراهم می کند. علاوه بر این، بر خلاف تقویت الیاف شیشه در سازه هایی که به ویژه در معرض خوردگی هستند، تقویت کنف نیازی به مصرف انرژی زیادی برای تولید و نصب ندارد، که آن را به یک راه حل سازگار با محیط زیست تبدیل می کند.

LIFE IS SHORT LIVE IT LUXURIOUS