انواع مصالح ساختمانی و کاربرد آنها
مصالح ساختمانی گاهی به همان صورت که در بلند مدت یافت می شود فقط با شکل دادن مورد استفاده قرار می گیرند و گاهی از ترکیب آنها با یکدیگر مصالح جدیدی به دست می آید.مثل سیمان که از ترکیب آهک و خاک رس به کمک حرارت حاصل می شود.یا گچ و آهک که از پختن سنگ گچ و سنگ آهک به دست می آید. اخیرا مواد و مصالحی از ترکیبات شیمیایی و به روشهای صنعتی به دست آمده است مثل PVC و پلی اورتان که به مرور جای مصالح طبیعی را خواهند گرفت. چنانچه در بین موارد در قطعات پیش ساخته گچی یا بتونی از الیاف مصنوعی استفاده می گردد.
خواص عمومی مصالح ساختمانی:
به طور کلی مواد و مصالح ساختمانی دارای خواص فیزیکی از قبیل مقاومت و در مقابل نیروهای فشاری ، کششی ، برشی و سایشی هستند علاوه بر اینها می توانیم به هر شکل و اندازه ای که نیاز داشته باشیم از مواد و مصالح ساختمانی استفاده نماییم.
ترکیب مصالح ساختمانی با آب و هوا و عناصر دیگر نیز از جمله خواص شیمیایی این مواد هستند که از این ترکیبات نیز مواد و مصالح جدیدی حاصل میشود. از طرفی خواص مکانیکی و رفتاری مواد و مصالح ساختمانی از جهات مختلف در علم مهندسی ضروری و الزامی است.
خواص فیزیکی مصالح :
خواص فیزیکی مصالح عبارتنداز :
الف : وضع ظاهری مصالح ساختمانی مانند رنگ ، بو ، شکل ظاهری ، وزن ، جرم ، وزن مخصوص،تخلخل،پوکی و…
ب: تاثیر حرارت ، دما بر مصالح ساختمانی و مواد اولیه آن نظیر قابلیت انتقال حرارت ، گرمای ویژه ، نقطه ذوب و …
الف – ۱- خواص ظاهری مصالح ساختمانی :
۱-۱ جرم ۱-۲ وزن ۱-۳ حجم : حجم جامد جسم شامل حجم مواد جامد مصالح. حجم کلی شامل حجم مواد جامد + فضای خالی داخل مصالح. حجم فضایی یا ظاهری شامل حجم کلی و فضایی بین قطعات مصالح (ماشین آجر).
۱-۴ وزن حجمی مصالح ساختمانی (وزن فضایی یا ظاهری)
۱-۵ وزن مخصوص مصالح ساختمانی
۱-۶ پوکی مصالح :عبارت است از مقدار حجم خالی در اجسام نسبت به حجم جامد مصالح
۱-۷ تخلخل مصالح : عبارت است از حجم کل حفره های داخل مصالح ساختمانی نسبت به حجم کل مصالح.
ب – ۱- تاثیر حرارت بر مصالح ساختمانی :
۲-۱ قابلیت هدایت حرارتی که بستگی به موارد زیر دارد :
الف) مصالح ساختمانی از نظر کیفیت طبیعی و مواد اولیه آن.
ب) ساختمان مولکولی و حالت کریستالی مصالح.
ج) تخلخل ، که هرچه درصد آن بالاتر باشد حرارت کمتری انتقال می یابد.
د) چگونگی تشکیل پوکی در ساختمان مصالح پیش ساخته.
هـ) هرچه سوراخهای داخل مصالح درشتر و به هم پیوسته تر باشند قابلیت هدایت حرارتی آن بیشتر است.
ب- ۲- گرمای ویژه مصالح ساختمانی : که عبارت است از مقدار گرمایی که یک گرم از مصالح به خود می گیرد تا دمای آن یک درجه سانتیگراد افزایش یابد. گرمای ویژه مصالح ساختمانی و قابلیت هدایت حرارتی آنها کاربرد زیادی در تعیین ضخامت دیوارهای تیغه بندی ، خارجی و دیوارهای صنایع حرارتی و برودتی دارد.
ب- ۳- مقاومت در برابر آتش : مقدار درجه حرارتی است که مصالح می توانند قبل از ذوب شدن تحمل نمایند. مصالحی که برای مقاومت در برابر آتش استفاده می شوند عبارتند از :
۱- مصالح نسوز که حرارت بالاتر از ۱۵۸۰ درجه سانتیگراد را تحمل می کنند.
۲- مصالح دیرگدازکه حرارت بین ۱۳۵۰ تا ۱۵۸۰ درجه سانتیگراد را تحمل می کنند.
۳- مصالح زودگداز که در حرارت پایین از ۱۳۵۰ درجه سانتیگراد ذوب می شوند.
ب- ۴- دوام در برابر تغییرات شدید دما : بعضی مصالح بسته به موارد کاربردشان باید در برابر آب و بخار آب ، یخ زدگی ، ذوب شدن ، جذب آب ، رطوبت هوای مجاور و … که عبارتنداز :
۱) قابلیت جذب رطوبت هوا
۲) قابلیت جذب آب – در بسیاری از مصالح خواص خشک آن با خواص اشباع شده آن تفاوتهای بسیاری دارد. خاصیت قابلیت هدایت حرارتی ، تغییرات طول نسبی ، دوام مکانیکی مصالح و کلیه خواص فیزیکی از جمله وزن واحد حجم و جرم فضائی جسم اشباع شده نسبت به جسم خشک تغییرات زیادی دارد.
۳) ضریب نرمی یا ضریب سنتی مصالح ساختمانی : ضریب مقاومت فشاری مصالح در حالت اشباع را نسبت به مقاومت فشاری مصالح در حالت خشک ضریب نرمی مصالح می گویند.اگر این ضریب بزرگتر از ۸/۰ باشد مصالح ، نفوذ ناپذیر شناخته شده ، کاربرد آنها در رطوبت و آب اشکالی ایجاد نمی کند.
۴) نفوذ ناپذیری مصالح در برابر آب : قابلیت نفوذ پذیری عبارت است از مقدار آبی که تحت فشار در حجم نفوذ کرده ، از آن عبور می کند
۵) مقاومت در برابر یخ زدگی : به مصالحی مقاوم گفته میشود که از یخ زدگی بیش از ۱۵ تا ۲۵ درصد مقاومت طبیعی خود را از دست ندهند و کاهش وزنی آنها بر اثر ترک خوردن و جدائی مصالح پس از ۴۰ بار یخ زدگی بیش از ۵ درصد حالت طبیعی نباشد.
۶) نفوذ ناپذیری مصالح ساختمانی در برابر گازها
خواص مکانیکی مصالح ساختمانی :
چگونگی پایداری مصالح ساختمانی در برابر عوامل مکانیکی بستگی مستقیم با گنجایش پذیرش نیروها به وسیله مصالح ساختمانی دارد و بررسی این عوامل خواص مکانیکی مصالح را مشخص می کند. عواملی که با خواص مکانیکی مصالح ساختمانی سر و کار دارند شامل نیرو ، کار و انرژی می باشند.
مقاومت مصالح ساختمانی :
توانایی و گنجایش مصالح برای پذیرش شنها و نیروها را (( تاب یا مقاومت مصالح)) می نامند. این مقاومت را به صورت مقاومت فشاری ، کنشی ، پیچشی و ضربه ای ظاهر می شود.عواملی که با مقاومت مصالح ساختمانی سر و کار دارند شامل تنش ، کرنش ، و جدول الاستیته هستند.
خواص شیمیایی مصالح ساختمانی :
چگونگی پایداری مصالح ساختمانی در برابر عوامل شیمیایی مشخص کننده خواص و کاربرد شیمیایی مصالح است. اسیدها و بازهایی که در شرایط عادی با آب و گازهای موجود در هوا ترکیب می شوند با مواد تشکیل دهنده مصالح ترکیب شده و به مصالح آسیب می رسانند. وجود ترکها در مصالح یا اطراف آن باعث ترکاندن مصالح می شوند.
نام های مصالح پر کاربرد در ساختمان :
۱- گچ ۲- سیمان ۳- آهک ۴- شن و ماسه ۵- خاک ۶- کاشی – سرامیک ۷- آجر-سفال ۸- سنگ ۹- ملات ها ۱۰- قیر ۱۱- چوب ۱۲- شیشه ۱۳- نسوزها ۱۴- انواع مواد استحمالی
نماسازی آجری : طراحی نما : آجری
پیوند نیم نیم : در دیوارهای ۱۰ سانتی
پیوند سره : در دیوار های ۲۱ سانتی متری و ۳۵ سانتی متری
پیوند بلوکی ، پیوند صلیبی ، پیوند هلندی ، پیوند بلوکی صلیبی ، پیوند کله راسته ، پیوندهای ویژه : در دیوارهای ۲۱ سانتی متری
هشته گیر : الف) پنهان ب) آشکار
لغاز یا گوشواره ریشه پیوند
ابزارهای عمومی ساختمان : کاربرد آن
۱- شمشله ۲- شاقول ۳- ریسمانکار ۴- تراز ۵- گونیا ۶- متر ۷- کمچه – ماله ۸- تیشه و انواع آن ۹- چکش لاستیکی ۱۰- پتک ۱۱- گلنگ ۱۲- بیل ۱۳- فرغون ۱۴- استانبلی ۱۵- پیمانه
بتن و اختلاط آن :
بتن سنگی است مصنوعی که از مصالح سنگی به صورت شن و ماسه دانه بندی شده و به وسیله دوغاب سیمان به یکدیگر چسبیده اند ، وجهی یکپارچه را تشکیل می دهند. سعی می شود بتن هرچه توپر شود و به حداقل فضای خالی برسد. مقاومت یک بتن بستگی به تغییرات کمی و کیفی مواد تشکل آن به شرح زیر دارد :
۱- سیمان از نظر مقدار مصرف در بتن و از نظر نوع و جنس آن
۲- آب از نظر مقدار به کار رفته و کیفیت آب مصرفی
۳- مصالح سنگی از نظر جنس و نوع دانه بندی آن ها
۴- طرز ساختن و به کار بردن و عمل آوردن ( Curing ) و حفظ کردن بتن غیر از عوامل ذکر شده ولی باید دانست شیب منحنی (مقاومت زمان ) در ابتدا زیاد و به تدریج کم می شود.
تاثیر زمان در مقاومت بتن :
طاقت بتن : عبارت است از مقاومت بتن در برابر ضربه که هرچه مقدار عیار سیمان بتن افزایش یابد طاقت بتن کمتر خواهد شد و بنابراین در ساخت پل ها و سایر سازه های بتنی که به آنها ضربه وارد می شود نباید از عیار ۴۰۰ و بالاتر استفاده نمود. بلکه باید مصرف آب را پایین آورد.
سختی بتن : مقاومت بتن در مقابل سایش را می نامند.
دوام بتن : مقاومت بتن در برابر رویدادهای فیزیکی مانند یخ زدن و آب شدن را دوام بتن می گویند.
تغییر شکل الاستیک بتن : نمونه زیر فشار قسمت بالاتر پلاستیک و قسمت های پایین تر الاستیک می شود.
خزش یا تغییر شکل وابسته به زمان تابع عوامل زیر است :
۱- نسبت آب به سیمان بتن. ۲- نگهداری بتن. ۳- سن بتن.۴- اندازه تنش بتن. ۵- اندازه و شکل بتن.
استفاده از مصالح نو
استفاده از مصالح جدید و به خصوص کامپوزیت‌ها به جای فولاد در دهه اخیر در دنیا به شدت مورد علاقه بوده است. کامپوزیت‌ها از یک ماده چسباننده (اکثراً اپوکسی) و مقدار مناسبی الیاف تشکیل یافته است. این الیاف ممکن است از نوع کربن، شیشه، آرامید و … باشند، که کامپوزیت حاصله به ترتیب، به نام
AFRP, GFRP, CFRP خوانده میشود. مهمترین حسن کامپوزیت‌ها، مقاومت بسیار عالی آنها در مقابل خوردگی است. به همین دلیل کاربرد کامپوزیت‌های FRP در بتن‌آرمه به جای میلگردهای فولادی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است
لازم به ذکر است که خوردگی میلگرد در بتن مسلح به فولاد به عنوان یک مسئله بسیار جدی تلقی می‌گردد. تاکنون بسیاری از سازه‌های بتن‌آرمه در اثر تماس و مجاورت با سولفاتها، کلرورها و سایر عوامل خورنده دچار آسیب جدی گردیده‌اند، چنانچه فولاد به کار رفته در بتن تحت تنش‌های بالاتر در شرایط بارهای سرویس قرار گیرند، این مسئله به مراتب بحرانی‌تر خواهد بود. یک سازه بتن‌آرمه معمولی که به میلگردهای فولادی مسلح است، چنانچه در زمان طولانی در مجاورت عوامل خورنده نظیر نمک‌ها، اسیدها و کلرورها قرار می‌گیرد، قسمتی از مقاومت خود را از دست خواهد داد. به علاوه فولادی که در داخل بتن زنگ می‌زند، بر بتن اطراف خود فشار آورده و باعث خرد شدن آن و ریختن پوسته بتن می‌گردد.
تاکنون تکنیک‌هایی جهت جلوگیری از خوردگی فولاد در بتن‌آرمه توسعه داده شده و به کار رفته است که در این ارتباط می‌توان به پوشش میلگردها توسط اپوکسی، تزریق پلیمر به سطح بتن و یا حفاظت کاتدیک اشاره نمود. با این وجود هر یک از این روش‌ها تا حدودی و فقط در بعضی از زمینه‌ها موفق بوده‌اند. به همین جهت به منظور حذف کامل خوردگی میلگردها، توجه محققین و متخصصین بتن‌آرمه به حذف کامل فولاد و جایگزینی آن با مواد مقاوم در مقابل خوردگی معطوف گردیده است. در همین راستا کامپوزیت‌های FRP (پلاستیک‌های مسلح به الیاف) از آنجا که به شدت در محیط‌های نمکی و قلیایی در مقابل خوردگی مقاوم هستند، موضوع تحقیقات گستردهای به عنوان یک جانشین مناسب برای فولاد در بتن‌آرمه، به خصوص در سازه‌های ساحلی و دریایی گردیده‌اند.
لازم به ذکر است که اگر چه مزیت اصلی میلگردهای از جنس FRP مقاومت آنها در مقابل خوردگی است، با این وجود خواص دیگر کامپوزیت‌های FRP نظیر مقاومت کششی بسیار زیاد (تا ۷ برابر فولاد)، مدول الاستیسیته قابل قبول، وزن کم ، مقاومت خوب در مقابل خستگی و خزش، عایق بودن در مقابل امواج مغناطیسی و چسبندگی خوب با بتن، مجموعه‌ای از خواص مطلوب را تشکیل می‌دهد که به جذابیت کاربرد FRP در بتن‌آرمه افزوده‌اند. اگر چه بعضی از مشکلات نظیر مشکلات مربوط به خم کردن آنها و نیز رفتار کاملاً خطی آنها تا نقطه شکست، مشکلاتی از نظر کاربرد آنها فراهم نموده‌اند که امروزه موضوع تحقیقات گستردهای به عنوان یک جانشین مناسب برای فولاد در بتن‌آرمه، به خصوص در سازه‌های ساحلی و دریایی گردیده‌اند.
با توجه به آنچه که ذکر شد ، بسیار به جاست که در ارتباط با کاربرد کامپوزیت‌های FRP در بتن سازه‌های ساحلی و دریایی مناطق جنوبی ایران و به خصوص منطقه خلیج‌فارس، تحقیقات گستردهای صورت پذیرد. در همین راستا مناسب است که تحقیقات مناسبی بر انواع کامپوزیت‌های FRP (AFRP, CFRP, GFRP) و میزان مناسب بودن آنها برای سازه‌های دریایی که در منطقه خلیج‌فارس احداث شده است، صورت پذیرد. این تحقیقات شامل پژوهش‌های گسترده تئوریک بر رفتار سازه‌های بتن‌آرمه متداول در مناطق دریایی (به شرط آنکه با کامپوزیت‌های FRP مسلح شده باشند) خواهد بود. در همین ارتباط لازم است کارهای تجربی مناسبی نیز بر رفتار خمشی، کششی و فشاری قطعات بتن‌آرمه مسلح به کامپوزیت‌های FRP صورت پذیرد.
