کاربرد پلیمرها در معماری

مقالات

کاربرد پلیمرها در معماری

امروزه توجه متخصصان ساخت و ساز به مواد جدیدی معطوف شده است که بتوانند علاوه بر انجام وظیفه معمول جنبه‌های دیگر مانند وزن کم، مقاومت زیاد و استفاده راحت با حداقل هزینه را در داشته باشند. از طرف دیگر مشکلات و نقص‌های متداول مانند خوردگی در فولادها باعث شده‌اند متخصصان اشتیاق بیش‌تری به مواد جدید فاقد مشکلات پیدا کنند. در تمام حالات تخصص‌های زیادی به کمک مهندسان شتافته‌اند که ساخت مواد پلیمری از آن جمله‌اند.

با مواد پلیمری می‌توان به قطعاتی برای تأمین خصوصیاتی مانند سبک، مقاومت فیزیکی، شیمیایی و حرارتی و ارزانی دست یافت. با این مواد می‌توان وزن ساختمان‌ها را حفظ سایر خصوصیات تا ده‌ها برابر کاهش داد. افزایش ایمنی، کاهش ضریب انتقال حرارت، افزایش چشم‌گیر سرعت اجرا، انعطاف‌پذیری در تغییر نقشه، تولید اشکال یک‌پارچه با ابعاد بزرگ و ایجاد ظواهر زیبا و دل‌پذیر جملگی با تغییر نگرش و استفاده از مواد پلیمری به دست می‌آیند. از این دسته مواد می‌توان همه گونه قطعه مانند انواع لوله آب، فاضلاب و گاز، در و پنجره، دیوارها، نماهای بیرونی و داخلی، قالب‌ها و فضاپرکن‌ها، سازه‌ها، بتن‌ها، شیشه‌ها، کاشی‌ها، روکش‌های پشت بام، عایق بام، عایق ها، وان، سنگ حمام و دستشویی و کابینت ساخت.

امروزه پلیمرها هجوم پایدار و وسیعی را به صنعت ساختمان آغاز کرده‌اند. گستره وسیع مواد پلیمری با ویژگی‌های متنوع دست‌یابی به این هدف را آسان‌تر کرده است.

عایق‌های پلیمری

امروزه حفاظت از ساختمان‌ها در برابر رطوبت، حرارت و ورود صداهای ناهنجار از دغدغه‌های بزرگ مهندسان معماری است. استفاده از مواد نو به جای سنتی در ساختمان‌ها برای عایق کاری و افزایش کارایی آن‌ها، انسان را به استفاده از مواد پلیمری سوق داده است. مواد پلیمری با خواص بالای عایق بودن در مقابل انتقال حرارت، رطوبت و صدا بهترین گزینه برای استفاده در ساختمان‌ها هستند. از طرفی این مواد مقاومت حرارتی تا دماهای بالاتر را نیز دارند. از این رو در روزهای گرم تابستان مانند عایق قیروگونی جریان پیدا نمی‌کنند و ماندگاری بالایی دارند.

انواع عایق‌های پلیمری

عایق‌های بام

بام یک ساختمان، سامانه پیچیده‌ای با وظیفه حفاظت طولانی از ساختمان در برابر عوامل متعددی مانند نور خورشید، باد، باران، سنگینی برف، تغییرات دما، تگرگ، سایش، رفت و آمد و… است. قسمت‌های اصلی یک بام عبارت اند از: بخش زیرین، عایق حرارتی و غشای نفوذناپذیر که وظیفه‌ آب بندی سامانه پیچیده‌ بام را به عهده دارند. یک غشای بام می‌تواند از قسمت‌های زیر تشکیل شود:

قیر یا سایر مواد جدید و پیشرفته؛ نمدهای بام که عامل تقویت‌کننده و محمل قیر هستند؛ سنگ‌ریزه و شن برای حفاظت پوشش از نور ماورای بنفش و اکسیژن.

عایق‌های رطوبتی

یکی از مشکلات مهم اکثر سازه‌ها نم و رطوبت است که گاهی خسارات جبران‌ناپذیری را به سازه‌ها ساختمان وارد می‌کند که یکی از راه‌کارهای مقابله با آن عایق کاری رطوبتی است. مواد پلیمری ضد آب و پوشاننده بام که معمولاً به عنوان غشاهای تک لایه شناخته می‌شوند، کم‌تر از یک قرن است که به عنوان انتخابی برتر از سامانه‌های سنتی بام مطرح شده‌اند. در سال‌های اخیر، آن‌ها انتخابی کارآمد شده‌اند زیرا هزینه نیروی کار رو به افزایش است. اصلاح‌پذیری مواد پلیمری و نیاز به پوشش‌های سازگار و منبطق با اشکال بام‌های مختلف و غیر متعارف از دیگر دلایل این رشد است.

در زیر مواد اولیه یک عایق پیش ساخته آورده شده است:

قیر صنعتی (60% تا 70%)؛ پلی‌پروپیلن آتاکتیک؛ یک لایه الیاف شیشه (تیشوی نخ دار)؛ یک لایه پلی‌استر سوزنی؛ پودر تالک (در بعضی عایق‌ها پودر مس)، فیلم پلی‌اتیلن، باند و چسب.

عایق‌های حرارتی و صوتی

بهینه کردن مصرف انرژی در ساختمان‌ها شامل:

عایق کاری حرارتی پوسته خارجی ساختمان
پنجره‌ها
درزگیری
عایق کاری حرارتی پوسته ساختمان شامل عایق کاری دیوارها، سقف‌ها و کف‌ها

ماهیت مواد عایق کاری جدید از مواد معدنی به سمت مواد آلی سیر کرده است. مشکل این دسته‌ جدید تمایل بیش‌تر به حریق‌پذیری و مشتعل شدن است؛ لذا این مواد باید در برابر شعله مقاوم شوند. امروزه استفاده از فوم‌های پلیمری برای عایق کاری حرارتی و صوتی معمول است تا جایی که عایق کاری حرارتی دومین کاربرد بزرگ فوم‌های پلیمری و اولین کاربرد بزرگ فوم‌های سخت است.

بر اساس مواد به کار رفته و کاربرد عایق‌های حرارتی به هفت دسته (هفت ف) تقسیم می‌شوند:

فرم (شکل)؛ فوم (اسفنج)؛ فلت (نمد)؛ فیبر (لیف)؛ فیلر (پرکننده)؛ فلیک (پرک)؛ فیس (صفحه)

کف‌پوش‌های پلیمری

سهم بالایی از مواد پلیمری در ساختمان سازی، برای ساخت کف‌پوش‌های به کار می‌روند. کف‌پوش‌های به چند دسته پیوسته و موزاییکی، سفت، نرم و بالشتکی، ظریف، طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. کف‌پوش‌های در انواع مکان‌ها مانند منازل، مدارس، مغازه‌ها، فروشگاه‌ها، کارخانه‌ها، انبارها، آزمایشگاه‌ها، اداره‌ها، بیمارستان‌ها، سالن‌های ژیمناستیک، استخرهای شنا و مکان‌های مذهبی استفاده می‌شوند. برای تولید کف‌های ساختمانی از بتن، گرانیت، مرمر، موزاییک سرامیکی، حصیر، تخته‌های چوبی، کرک، مشمع فرشی، کامپوزیت‌های الیاف طبیعی، رزین‌های گرما سخت (مانند اپوکسی یا پلی یورتان)، رابر و وینیل استفاده می‌شود.

انواع کف‌پوش‌های پلیمری

کف‌پوش‌های PVC

سامانه‌های کف‌پوش‌های PVC سامانه‌هایی هستند که بسیار مقرون به صرفه هستند. پوشش‌های کف اتاق یا کف‌پوش‌های، بازار مهمی برای PVC هستند و بیش از 5% از مجموع کل PVC در غرب اروپا صرف تولید کف‌پوش‌ می‌شود. سامانه‌های کف‌پوش‌ PVC در شرایط سنگین کاربری در مقابل شکسته شدن، جمع شدن و ترک خوردن دوام می‌آورند. برخی از مشکلات به دلیل استفاده از پاک کننده‌های حلالی و شوینده‌های قوی به وجود می‌آیند.

کف‌پوش‌های PP

تخته‌های پلی‌پروپیلن با وزن کم و کارایی بسیار خوب و ویژگی‌هایی مانند چند منظوره بودن، سهولت در پاک سازی، افزایش رفاه استفاده کننده و ایمنی را فراهم می‌کنند. کف‌پوش‌های پلی‌پروپیلن در مقابل خوردگی و حمله عوامل باکتریایی مقاوم هستند. سطح رویی برای جلوگیری از سر خوردگی شیاردار می‌شود.

کف‌پوش‌های PU

پوشش‌های کف از جنس پلی‌یورتان با کارایی بالا عمدتاً در ساخت کفپوش‌های صنعتی به کار می‌روند. این مواد چند جزئی هستند و در بر گیرنده‌ی ماده‌ی اصلی، سخت‌کننده و پرکننده در بسته‌های جداگانه اند. پخت بیش‌تر سامانه‌ها معمول و در دسترس است. برخی از آن‌ها مشابه پوشش‌های کف از جنس اپوکسی هستند. این کف‌پوش‌های را می‌توان در ضخامت 5 تا 12 میلی متر روی بتن اعمال کرد، در حالی که کم‌ترین استحکام فشاری آن‌ها N/mm² 25 است. آن‌ها را همچنین می‌توان روی پوشش‌های ماسه-سیمان اصلاح‌شده با پلیمر نیز اعمال کرد. پیش عمل‌آوری سطح برای اطمینان از چسبندگی ضروری است. خصوصیات برجسته‌ی کف‌پوش‌های پلی‌یورتانی به صورت زیر است:

مقاومت در برابر شوک‌های حرارتی
مقاومت بالا در مقابل سایش و ضربه
مقاومت در برابر لغزندگی حتی در وضعیت مرطوب
مناسب برای استفاده در شرایط مرطوب
تمیز شدن آسان و ممانعت از ورود آلودگی و میکروب
مقاومت شیمیایی عالی

کف‌پوش‌های اپوکسی

کف‌پوش‌های بتنی همه‌ خواصی را که در برخی کاربردها لازم است را ارائه نمی‌دهند، به عنوان مثال این کف‌پوش‌های خواص بحرانی را مانند استحکام بالا، مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی که برای یک کف‌پوش‌های مطلوب صنعتی ضروری است را در بر نمی‌گیرند. کف‌پوش‌های اپوکسی به شکل‌های زیر بسیار استفاده می‌شوند.

کف‌پوش‌های اپوکسی شامل بخش اصلی، عامل پخت کننده و پرکننده در اجزای جدا از هم اند. این اجزا قبل از اعمال و در محل اجرا با یکدیگر مخلوط می‌شوند. ترکیب روی زمینه‌های بتنی، چوبی یا فلزی مالیده می‌شود. خواص مهم این کف‌پوش‌های به صورت زیر است:

اتصال خوب
مقاومت در برابر ضربه بالا
مقاومت سایشی عالی
استحکام فیزیکی بالا
مقاومت شیمیایی عالی

در و پنجره‌های پلیمری

در و پنجره‌ها روشنایی، گرما، هوای تازه و زیبایی را به خانه می‌آورند و با محیط خارج ارتباط برقرار می‌کنند. به رغم این محاسن، پنجره‌ها یکی از عوامل مهم اتلاف حرارتی در ساختمان‌ها هستند. با توجه به این که 30% اتلاف انرژی ساختمان از طریق پنجره‌هاست، استفاده از شیشه‌های عایق ضروری به نظر می‌رسد. در گذشته نه چندان دور برای کاهش اتلاف حرارتی ساختمان‌ها به جای استفاده از پنجره‌هایی با یک لایه شیشه از پنجره‌هایی با دو یا چند لایه شیشه استفاده می‌شد. حتی گاهی لایه‌های پلیمری در بین شیشه‌ها نیز به کار می‌رفت.

در و پنجره‌های پلی‌وینیل‌کلراید (PVC)

امروزه بیش از 60% کل 30 میلیارد پوند PVC تولید شده در صنعت ساختمان استفاده می‌شود که این مقدار بیش از نیمی از سهم کل پلیمرها در این صنعت است. ساخت در و پنجره‌های PVC در سال 1960 در اروپا آغاز شد. با پیشرفت فناوری و افزایش هزینه تولید در و پنجره‌های چوبی، آهنی و آلومینیوم، استفاده از در و پنجره‌های PVC افزایش یافته است؛ سهولت ایجاد تنوع در طرح و رنگ، استقامت فیزیکی در برابر شرایط جوی و همچنین قابلیت بازیافت PVC موجب تحول صنعت در و پنجره شده‌اند. استفاده از شیشه‌های دو جداره، عایق بودن در مقابل صدا و حرارت را در پنجره‌های PVC افزایش داده است.

پلاستیک‌های رایج در ساخت شیشه و نورگیر

ورق‌های شفاف آکریلیکی
ورق‌های شفاف پلی‌کربناتی
ورق‌های کامپوزیت پلی‌استر تقویت شده با الیاف شیشه برای کاربردهای گذردهی نور
ورق‌های پلی‌وینیل‌کلراید شفاف

بتن- پلیمرها

سال‌ها است که از بتن به عنوان یک ماده‌ ساختمانی مهم با قابلیت تحمل فشارهای بالا برای ساخت و ساز انواع سازه‌ها استفاده می‌شود. بهبود خواص بتن سخت شده با افزودن پلیمر به پنج دهه قبل بر می‌گردد. مزایای حاصل از کاربرد پلیمرها در بتن توجه جهانیان و مجامع بین الملل را در بسیاری از کنفرانس‌ها و سیمنارها بر انگیخته است.

بتن پلیمری

بتن پلیمری به دسته‌ای از مواد مرکب با خواص ویژه و منحصر به فرد گفته می‌شود که از اختلاط چسباننده‌های پلیمری با سنگ‌‌دانه‌ها تهیه می‌شوند و شامل سیمان هیدراته نیستند. در این مواد می‌توان از سیمان به عنوان یک ماده‌ سنگی و یا پرکننده استفاده کرد. در بتن‌های پلیمری از سنگ‌‌دانه‌های ویژه با دانه‌بندی مشخص به عنوان پرکننده استفاده می‌شود و پلیمر در این نوع بتن، نقش سیمان را در بتن‌های معمول دارد و سنگ‌‌دانه‌ را به یکدیگر می‌چسباند. از جمله پلیمرهای مصرفی در بتن پلیمری می‌توان به اپوکسی‌ها، پلی‌استرها، پلی‌متیل‌متاکریلات‌ها و پلی‌یورتان‌ها اشاره کرد. با استفاده از این پلیمرها و یا ترکیبی از آن‌ها می‌توان خواص ویژه‌ای را در بتن پلیمری ایجاد کرد.

بتن‌های سیمان پلیمری

بتن‌های سیمان پلیمری مخلوطی از بتن سیمان پرتلند معمولی است که در آن یک پلیمر محلول در آب یا امولسیون (لاتکس) در حین فرآیند اختلاط اضافه شده است. هنگام عمل آوری بتن، شبکه‌ای پیوسته از پلیمر در سرتاسر ساختار بتن تشکیل می‌شود. این فناوری ارزان‌ترین فناوری در بین شاخه‌های بتن-پلیمر است. با توجه به آزمایش‌ها و مطالعات، طول عمر مفید آن 2 تا 5 برابر بتن معمولی است. شاخص‌های کارآمدی (شاخص‌های فیزیکی و مکانیکی و شاخص شیمیایی) این مواد پیشرفت کرده‌اند و لذا به عنوان یک ماده تعمیراتی برای پوشش لوله‌ها و لکه گیری بسیار به کار می‌روند. استحکام خمشی، کششی و مقاومت ضربه پذیری بتن‌های سیمان پلیمری (به خصوص در ترکیب با کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف پلیمری) از بتن معمولی بسیار بالاتر است. در صورت استفاده از بتن‌های سیمان پلیمری، خستگی و اتلاف محصولات بتن تقویت شده با کامپوزیت‌های پلیمری نیز افزایش می‌یابد.

لوله‌های پلیمری

امروزه با پیشرفت فناوری و افزایش کاربرد مواد پلیمری، استفاده از لوله‌های پلیمری به جای لوله‌های فلزی افزایش چشم‌گیری داشته است. لوله‌های پلیمری به عنوان لوله‌های فاضلاب، لوله آب گرم و سرد، لوله‌های تحت فشار، لوله‌های گاز رسانی، لوله‌های حامل سیم و کابل و… کاربرد دارند. با توجه به خواص فیزیکی و مکانیکی مواد پلیمری و هزینه‌های کم تولید، نصب و حمل و نقل این مواد، امروزه لوله‌های پلیمری بهترین گزینه برای استفاده در صنایع ساختمان‌سازی هستند.

لوله‌های پلیمری در مقایسه با لوله‌های سنتی مزایا و معایبی دارند. مزایای آن‌ها را می‌توان مقاومت در برابر خوردگی، استفاده ساده‌تر، افت کم‌تر فشار، انعطاف‌پذیری و بسیاری عوامل دیگر دانست. لوله‌های پلیمری از دیگر لوله‌ها سبک تر بوده و نیاز به تجهیزات سنگین ندارند. به عنوان مثال بردین، اتصال و نصب این لوله‌ها ساده‌تر از لوله‌های فلزی است. همچنین اکثر لوله‌های گرمانرم پلیمری انعطاف‌پذیری خوبی نسبت به لوله‌های دیگر دارند. این لوله‌ها قادرند پستی و بلندی‌های زمین را با اتصالات کم‌تری طی کنند.

محدودیت اصلی لوله‌های پلیمری گرما نرم، مقاومت و سفتی نسبتا پایین و حساسیت به دمای بالای آن‌هاست. به دلیل این محدودیت‌ها کاربرد لوله‌های گرمانرم پلیمری اساساً به مواردی که فشار و دما کم است محدود می‌شود.

این عیب بزرگ لوله‌های پلیمری با تمهیدات جدید مانند اضافه کردن لا‌یه‌های فلزی مانند آلومینیوم، استفاده از خم‌های U شکل در نصب و یا تغییر ساختار لوله‌های پلیمری ( مانند شبکه‌ای کردن پلیمر سازنده لوله) برطرف شده است.

انواع لوله‌های پلیمری

لوله‌های پلی‌اتیلن
لوله‌های پلی‌اتیلن شبکه‌ای شده (XPE)
لوله‌های تلفیقی

به دلیل محدودیت لوله‌های پلیمری در انتقال حرارت و یا تحمل فشار و دمای بالا، در سال 1965 در کشور سوئیس تلفیقی از فلز و پلیمر جای‌گزین لوله‌های پلیمری شد. در نهایت در سال 1983 تلفیق لوله‌های پلی‌اتیلن شبکه‌ای شده با لایه آلومینیوم در کشور آمریکا به کار رفت. این صنعت عمدتاً در تأسیسات آب‌رسانی، بهداشتی، حرارتی و برودتی کاربرد خود را پیدا و استانداردهای خود را دریافت کرده است.