بتنهای خاص
بتن شفاف: بررسی روش تولید و کاربردهای بتن لیتراکن
اسفند
مصرف نور مصنوعی به ویژه در مناطق شهری، منجر به ایجاد ردپای کربن و گرم شدن کره زمین شده است. این در حالی است که بتن انتقالدهنده نور (LTC)، نور را از طریق بتن مات منتقل نموده و مصرف انرژی ساختمان را کاهش میدهد. بتن انتقالدهنده نور که با نام بتن شفاف یا لیتراکن (concrete Litracon) شهرتی جهانی دارد، با استفاده از تکنولوژی نانو طراحی و تولید شده و به واسطه ارزش زیبایی شناختی و ویژگی عبور نور، تحول عظیمی در حوزه ساختوساز ایجاد نموده است.
اما با این حال، بکارگیری بتن شفاف در صنعت ساختوساز، به دلایل متعددی چون: هزینه نیروی کار متخصص و پیچیدگی فرآیند تولید، دادههای قابل اعتماد ناکافی در مورد خواص مکانیکی و دوام و همچنین عدم مدلسازی در طراحی، آنچنان که باید و شاید جایگاه اصلی خود را به دست نیاورده است. در ادامه این مطلب بر آن هستیم ضمن معرفی و بررسی تاریخچه بتن شفاف و روش تولید آن، ویژگیها و کاربردهای این گونه از بتن را بیان کنیم. با ما همراه باشید.
بتن شفاف یا لیتراکن چیست؟
بتن به دلیل مقاومت، دوام و صرفهجویی در صنعت ساختمان، از جمله پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. پیشرفت کاربرد بتن، اجرای آن را در بسیاری از سازههای ساختمانی مانند ساختمانهای بلند، تونلها، پلها و روسازیها، بهویژه در مناطق شهری محبوب کرده و تقاضای نور مصنوعی را برای حفظ روشنایی و دید در انجام فعالیتهای داخلی افزایش داده است؛ به طوری که تقریباً 19٪ از مصرف انرژی جهانی توسط نور مصنوعی تأمین میشود.
به منظور کاهش مصرف انرژی ناشی از نور مصنوعی، رویکردهای مختلفی از جمله توسعه مصالح ساختمانی نوآورانه جدید، مانند بتن انتقال دهنده نور، یعنی بتنی که بتواند از میان خود نور را انتقال دهد، انجام شده است.
بتن شفاف یا نیمه شفاف که به آن translucent concrete یا light-transmitting concrete (litracon) اطلاق میشود، نوعی تکنیک اجرای بتن است که با استفاده از فناوری اپتیکال فایبر (optical fiber) یا فیبرهای نوری، نور را از داخل بتن عبور داده و بیشتر برای مقاصد معماری و دیوارپوشهای داخلی و نما مورد استفاده قرار میگیرد.
این بتن توان کافی را در اختیار نور میگذارد تا از طریق بتن منتقل شود و بدینترتیب، دید را بهبود بخشد و تقاضای انرژی نور ساختمان را کاهش دهد. بتن شفاف در سازههای معماری و مصالح ساختمانی و همچنین، در کاربریهای متنوعی چون: پیادهروها، خطکشیهای جادهای، برآمدگیهای سرعتگیر، راه پلهها و تونلها استفاده میشود.
گذشته از این، بتن شفاف پتانسیل آن را دارد تا به عنوان پارتیشنهای دیواری باربر یا غیرباربر جهت ورود نور خورشید در روز به اتاقهای داخلی استفاده شود و بدینشکل، سطح روشنایی را در محیط داخلی افزایش دهد.
تحقیقات انجام شده روی بتن شفاف، مهر تأیید محکمی است بر این مطلب که این بتن میتواند نور را انتقال داده و مصرف انرژی نور را تا 50% کاهش دهد؛ بدون اینکه مقاومت فشاری آن تحتتأثیر قرار گیرد.
با این حال در عصر امروز، بتن شفاف به دلیل هزینههای نیروی کار متخصص و پیچیدگی فرایند تولید و همچنین، عدم وجود دادههای قابل اعتماد در مورد خواص مکانیکی، دوام و عمر مفید آن، هنوز به طور گسترده پذیرفته نشده است.
تاریخچه بتن شفاف
ویل ویتینگ یکی از مدرسان دانشگاه دیترویت، برای اولین بار موفق شد با ترکیب ماسه، سیمان سفید و سیلیکا سفید، نوعی خمیر به دست آورد که در مقایسه با سایر مخلوطهای استاندارد، ضخامت کمتری داشته باشد. او برای تقویت مخلوط، نوارهای کوتاه پشم شیشه را به آن اضافه کرد. نازکترین پنلی که در آزمایشات او به وجود آمد، تنها قادر به عبور یک درصد از نور خورشید بود.
پس از آن، آزمایشات دیگری روی این محصول انجام گرفت که نشان میداد مقاومت کافی در برابر تحمل باد و باران و همچنین وزن ندارد، اما این ایده فراموش نشد و باز هم برای ساخت و تولید آن تلاشهایی صورت گرفت.
سرانجام در سال 2001 آرون لاسونسزی، معمار مجارستانی، بتنی را با نام بتن شفاف اختراع کرد و در همان سال نیز ایده خود را به ثبت رساند. لاسونسزی در سال 2004 موفق شد شرکت خود را با نام لیتراکن تأسیس کند. او در زمینه رشد شرکت خود تلاشهای بسیاری انجام داد و در سال 2006 با شرکتهای بزرگ صنعتی به توافقات مطلوبی رسید؛ تا جایی که امروزه این محصول که از ترکیب 96% بتن معمولی و 4% فیبر نوری تشکیل شده است، در سراسر دنیا شناخته شده و در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار میگیرد.
مواد تولیدی بتن شفاف
انواع مختلفی از مواد نیمه شفاف برای تولید بتن شفاف نیاز است که از جمله آنها میتوان به سنگدانههای شیشهای (شیشه زباله)، رزین پلیمری و فیبر نوری اشاره کرد. همانطور که میدانید هدف از اختراع بتن شفاف، انتقال نور از طریق بتن مات و کدر و همچنین کاهش مصرف انرژی است. از این رو، مواد با شفافیت بالا و با قابلیت عبور نور زیاد، برای تولید این بتن و اجرای آن الزامی است.
روش تولید بتن لیتراکن
بتن شفاف را میتوان بر اساس بکارگیری مواد نیمه شفاف مختلف، چون: ضایعات شیشه، رزین، فیبر نوری و سایر عناصر شفاف به 4 گروه دستهبندی کرد. از میان این مواد، بتن ترکیب شده با فیبر نوری به دلیل خاصیت عبور نور عالی، بیشترین توجه را به خود جلب میکند.
برای تولید بتن لیتراکن، ابتدا قالب مورد نظر را با یک لایه بتن ریزدانه پر میکنند. سپس لایهای از فیبرهای نوری روی این لایه بتن قرار داده میشود. برای آنکه فیبرها به بافت بتن نفوذ کنند، در این مرحله قالب ویبره میشود و تحت فشار مکانیکی قرار میگیرد. این کار به طور منظم انجام میشود و لایههای بتن و فیبر نوری روی هم قرار گرفته و ویبره میشوند تا مخلوطی همگن ایجاد شود. بعد از انجام بتنریزی و زمانی که قالببرداری انجام شد، بلوک به دست آمده از دو طرف ساب زده شده و صیقلی میشود. بدینترتیب بتن شفاف آماده خواهد بود.
البته در تولید این بتن باید به این مسأله توجه داشت که فیبرهای انتخاب شده از نظر چگالی با چگالی بتن همخوانی داشته باشند و حتماً در تولید آن از انواع افزودنی بتن منبسطکننده استفاده شود تا چسبندگی لازم بین بتن و فیبرها ایجاد گردد.
کاربردهای بتن لیتراکن
بتن شفاف میتواند به طور بالقوه در ساختمانها و زیرساختها اعمال شود. با این حال، استفاده از این بتن در صنایع ساختمانی در مقایسه با سایر انواع مصالح ساختمانی نوآورانه کمتر است و این به دلیل عدم بررسی جامع کاراییهای بتن شفاف در دستیابی به الزامات استاندارد دید داخلی به جای تمرکز بر جذابیت زیبایی شناختی آن است. علاوه بر آنچه گفته شد، بتن شفاف را میتوان به عنوان دیوار باربر نیز استفاده کرد. البته در این صورت باید به صورت مسلح تولید شود. این محصول رنگهای متنوعی دارد و میتوانید بنا بر سلیقه، رنگ مورد نظر خود را انتخاب کنید.
بیشتر بخوانید: بتن پارچهای
مزایای بتن شفاف
انعطافپذیری فیبرهای نوری بسیار بالاست و استفاده از آنها در بتن بر مقاومت کششی یا فشاری بتن تأثیری نخواهد داشت. نور و سایهای که در این بتنها نمایان میشود، یکنواخت و یکرنگ است. هر نوری به این بتنها تابیده شود، همان نور را با همان رنگ نشان میدهد.
همانطور که گفته شد، در تولید این بتن از فیبرهای شیشه استفاده شده و آنها با روشی پیشرفته به سیمان، آب و سنگریزهها اضافه میگردند. این فیبرها که از قابلیت انتقال نور از یک جهت به جهتی دیگر برخوردار هستند، از جنس شیشه بوده و سایز آنها بسیار کوچک است. از این رو ترکیب آنها با بتن، محصولی جدید با ساختاری همگن ایجاد میکند.
بتن لیتراکن در صنعت ساختمان، هم به صورت انواع بلوک و هم به شکل پانلهای پیشساخته مورد استفاده قرار می گیرد. این بتن برخلاف سایر بتنها که تنها برای ساخت سازه و افزایش مقاومت آن به کار میروند، جنبه دکوراتیو دارند و علاوه بر استحکام بالا، به زیبایی ساختمان نیز کمک شایانی میکنند.
نورپردازی یکی از فاکتورهای مهم در معماری است و بتن لیتراکن به راحتی میتواند این کار را انجام دهد. این بتن میتواند نور را تا 20 متر در سراسر بتن بدون اتلاف روشنایی انتقال دهد. دیواری که با بتن شفاف تولید میشود، میتوان در هر ابعاد و ضخامتی ساخت. هر چه از این محصول بیشتر در ساختمان استفاده شود، نیاز به نور کمتر شده و در نتیجه، مصرف انرژی روشنایی کاهش مییابد.
چگالی بتن لیتراکن 21۰۰ تا 24۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مکعب است و مقاومت فشاری آن در بهترین حالت 49 نیوتن بر میلیمتر مربع و در بدترین حالت 56 نیوتن بر میلیمتر مربع میباشد. در نهایت، مقاومت خمشی این محصول نیز معادل ۷/۷ نیوتن بر میلیمتر مربع است.
معایب بتن شفاف
هزینه تولید بتن شفاف بسیار بالاست و دوام اقتصادی آن، نگرانی زیادی برای تولیدکنندگان به وجود آورده است. در این میان، بسیاری از تولیدکنندگان در جستجوی این هستند تا اطمینان حاصل کنند که این محصول میتواند بیشترین سود را برای مصرفکننده داشته باشد. از دیگر نقاط ضعف این بتن میتوان به لزوم حضور نیروهای مجرب و متخصص برای قالبگیری آن و همچنین عدم مقاومت کافی بعضی از انواع این محصول در کاربریهای سازهای اشاره کرد.
نوشتار حاضر، عملکرد بتن شفاف و روش تولید آن را مورد بررسی قرار داد. در تولید این بتن، عناصر نیمه شفاف متنوعی چون ضایعات شیشه، رزین پلیمری، فیبرهای نوری و… مورد استفاده قرار میگیرند که در میان تمام آنها، فیبر نوری به دلیل خواص عالی در عبور و گذر نور، محبوبترین عنصر مورد استفاده در ساخت و تولید بتن شفاف (LTC) است؛ تا جایی که به جرأت میتوان گفت استفاده از این بتن در صنایع ساختمانی، باعث کاهش چشمگیر انرژی مصرفی سازههای بتنی میشود.
در این مقاله تلاش شد اطلاعات کاملی در زمینه بتن شفاف در اختیار شما قرار گیرد. امیدواریم با مطالعه این مطلب توانسته باشید اطلاعات خود را در این زمینه تکمیل کنید. در پایان خواهشمندیم نظرات و پیشنهادات کاربردی خود را با ما و سایر دوستانتان به اشتراک بگذارید.
