مطلب نشریه ( پیام ساختمان و تأسیسات)

منبع: بر گرفته از دو مطلب انتشار یافته در نشریه "پیام ساختمان و تاسیسات"، شماره های 91 (صفحه 23) و 92 (صفحات 38 و 39) (کامیار اسماعیلی) 

مواد خشکِ آماده برای پوشش بتنی سبک، عایق و غیر شکننده

بر روی پانل های سبک و مسلحِ ساندویچی بدون نقش سازه ای

(مرور فشرده)

 

چکیده:

 به طور کلی بهره گیری گسترده از سامانه های "سبک و در عین حال، یکپارچه" در ساخت، راهکاری محوری برای افزایش مقاومت و ایمنی بناها در برابر زلزله محسوب می گردد. بنا به تجارب و واقعیت های موجود این راهکار چه بسا یگانه راه حلی است که در عمل قابل اجرا در سطح وسیع در زمانی نسبتا کوتاه می باشد. بدین ترتیب و همراه با در نظر داشتن مجموعه عوامل در هم تنیده فنی، اقتصادی و اجرایی ...، تلاش برای رواج راهکار محوریِ "سبک و یکپارچه سازی" و تحقق هر چه بیشتر و گسترده ترِ آن به هر نحو ممکن اهمیتی اساسی و راهبردی خواهد داشت.

معرفی مواد خشکِ آماده برای اجرای گونه ای پوشش بتنی سبک، عایق و به ویژه "غیر شکننده" بر روی پانل های مسلحِ ساندویچی به نوبه خود گامی است در این راستا. در واقع در اینجا نوعی استفاده بسیار ساده و اولیه از سیستم کلیِ موسوم به "بتن سبکِ مسلح و مرکب ارتجاعی" و اجزای تشکیل دهنده آن مد نظر می باشد. در این فن آوری ساده و تجربه شده، سیستم مزبور در ساخت دیوارهای بسیار سبک و عایقِ غیر باربر در چارچوب گونه ای نیم-پیش ساختگی و همراه با کاربستِ پاره ای روش های رایج و رو به گسترش، مورد استفاده قرار می گیرد.

قطعه سبک و یکپارچه به دست آماده در اینجا در اصل نوعی سامانه مرکب است که به مثابه "یک سیستم عمل کننده واحد" دارای مقاومت و "ظرفیت جذب انرژیِ مطلوب" بوده و از "رفتار مناسب در برابر ضربات شدید وارده" برخوردار می باشد. چه این که گذشته از پایایی، در اینجا به سبب کاربرد ساده نوعی بتن سبک و عایقِ خاص به جای ملات معمول و سنگین-وزنِ ماسه-سیمانِ مورد استفاده در برخی پانل های غیر باربرِ مشابه، در مقایسه با آنها، دیوار به دست آمده "وزن به مراتب کمتری (مثلا در حدود 50 کیلوگرم در متر مربع)" داشته؛ "عایق حرارتی به مراتب بهتری" بوده و با اجرایی نسبتا آسان تر و عدم نیاز به برخی اندودها، همچنین امکانات شکل گیری و کار پذیری مناسبی (از قبیل امکان برش و گیرش میخ) دارد.

در این باره، طرح اختلاط مورد نظر، فن آوری ساده تولید و اجرا همراه با دیگر موارد مقتضی "در منابع معرفی شده در آخر این مطلب" به روشنی بیان گشته اند.

البته تکیه راهبردی بر راهکار محوری سبک و یکپارچه سازی "در رویکردی منسجم و نظام یافته"، نه تنها به معنی غیر مهم دانستنِ سایر عوامل موثر در افزایش ایستادگی و ایمنی بناها و مجموعه فن آوری ها و ملاحظاتِ مربوط نخواهد بود (!)، بلکه می تواند در عمل همراه با "جبران نسبی بسیاری کاستی ها در دیگر زمینه ها"، همچنین به ارتقا و افزایش کارآیی دیگر راهکارهای مقتضی در جای خود بیانجامد ....

 

"سبک و یکپارچه سازی" راهکاری محوری برای افزایش مقاومت و ایمنی در برابر زلزله:

واقعیت این است که بالا بردن موثر مقاومت و ایمنی بناها در برابر زلزله در گستره وسیع (به مثابه ضرورتی عاجل و حیاتی) در صورت بسنده نمودنِ و اکتفای صِرف به برخی روش های پیچيده، الزاماتی را طلب می کند که تامين بایسته آنها در عمل، سطحی نسبتا بالا از توسعه همه جانبه و موزون را در مجموعه عظیم زیرساخت های اقتصادی، فنی و انسانی ... ایجاب می نماید. از سوی دیگر، تحقق توسعه مزبور در وضعیت موجود، نه تنها در کوتاه - مدت، بلکه در میان - مدت نیز بس مشکل می نماید. بنابراین تکیه بر "راهکار محوری سبک و یکپارچه سازی" (به طور توامان و به ویژه همراه با در نظر داشتن دیگر عوامل تعیین کننده در افزایش مقاومت و ایمنی بناها در برابر زلزله) چه بسا تنها راه حل عملی و در دسترس برای گذر هر چند نسبی ولی حیاتی از وضعیت به شدت آسیب پذیرِ موجود در برابر زمین لرزه باشد.

در صورت استفاده کماکان از مصالح "سنگین" و یا "مجزا"، مقاوم و ایمن نمودن موثر، سریع و حیاتی بناها در برابر زلزله در حد و سطح مقتضی به ویژه در کشورهای در حال توسعه و لرزه خیز، عملا و تا حد زیادی در حد شعاری دست  نیافتنی باقی می ماند. پس مهم، گزینش درستِ راه حلی "عملی و قابل تحقق در سطح کلان" برای کاهش تلفات و ضایعات بسیارِ ناشی از زلزله با توجه به مجموعه امکانات و محدودیت های موجود و علیرغم همه کاستی های عمیق و ساختاری در زمینه های گوناگون است.

البته بدیهی است که مقاوم و ایمن سازی بنا در برابر زلزله تنها محدود به کاهش دادن هر چند زیاد وزن اجزا همراه با بهره گیری از سامانه  های هر چه یکپارچه تر نمی شود .... مسلما اِعمال توجهات مقتضی در انتخاب محل و طراحی و اجرای اصولی "پی"، "اسکلت" (با ارجحیت داشتن قاطع "اسکلت های مناسب صنعتی و یا نیمه ـصنعتی")، "اتصالات" (از جمله در مورد تیرها) و مجموعه اجزای مربوط، پیکره بندی مطلوب، انتخاب و اجرای صحیح پوشش و نمای مقتضی با وزن کم تر و درگیری کافی (مانند برخی انواع "نماهای سبک" در ابعاد، طرح ها و رنگ های مقتضی)، برقراری هماهنگی لازم بین مهندسین معمار، سازه و تأسیسات، تامين رفتار یکپارچه و نیز متناسبِ هر یک از اجزا در کل سامانه ، "فرهنگ سازی و اِعمال نظارتی جدی، مستمر و نظام یافته در کلیه سطوح و بخش ها" و ...، همگی در این میان جای خود را خواهند داشت.

ولی پرسش اساسی این است که در شرایط فعلی در صورت بهره گیری کماکان از مصالح سنگین و مجزا، "در عمل" تا چه حد تحقق کلیه موارد مهم و متعددِ مورد نظر آن هم در سطح کلان و به گونه ای جامع و دقیق امکان پذیر خواهد بود ...؟ تجربه های پیشین در این باره، چه در ایران و چه در دیگر کشورها به ما چه می گویند؟

نیک می دانیم که صورت گرایی و یا نوعی گَرته برداریِ ناقص و چه بسا سخت و پر هزینه از منابع و روش های خارجی، حلال مشکلات و کاستی های وسیع موجود نبوده و نمی تواند باشد. حتی در بسیاری از همان کشورهای صنعتی نیز استفاده وسیع از مصالح سنگین و مجزا امری نامعمول است. این تازه در کشورهایی است که به هر دلیل دارای دانش و فن آوری پیشرفته تر، درآمد و منابع مالی و انسانی افزون تر و اقتصادی توانمندتر با خیل نیروهای ماهر و متخصص در سطوح مختلف هستند و در آنها، فرهنگ و توان اِعمالِ بسته ای منسجم از روش ها و سیستم  های مدرن برنامه ریزی و اجرا و نظارت در مراحل مختلف و در گستره های کلان با تمام الزامات آن مانند نظم و هماهنگی، مسئولیت پذیری و دقت و سرعت بالا بیشتر وجود دارد.

متأسفانه در بسیاری اوقات، فن آوری در کشورهای در حال توسعه غیر درون زا بوده و در واقع بیشتر گونه ای گرته برداریِ ناقص و نامتناسب از سیستم ها و روش هایی است که پیش-زمینه ها و الزامات تحقق درست آنها در کشورهای مزبور فراهم نگشته است .... همچنین عدم وجود باوری بایسته، فقدان انگیزه و عزم موثر و وجود نوعی دیوانسالاری صورت گرا، متورم و بالا نشین از جمله دیگر آفات می باشند. چه این که به طور کلی پیشرفت و توسعه بنیادین، موزون و پایدار در مجموعه در هم تنیده زیر-ساخت ها و عوامل متعددِ سخت افزاری و نرم افزاریِ مربوط، زمان نسبتا زیاد و انرژی بسیار بالایی را می طلبد.  

بنابراين یکبار دیگر بر این مهم تاکید می شود که در صورت استفاده کماکان از مصالح سنگین و یا مجزا، مقاوم و ایمن نمودن مقتضی بناها در برابر زلزله در سطح وسیع عملا هدفی دست نیافتنی خواهد بود .... پس باید در چارچوب همین امکانات و محدودیت های کنونی، به یافتن، ترویج و اجرای راه حل هایی عملی و قابل تحقق در سطح کلان همت گماشت ـ ضمن این که طبعا تلاش منظم و پیگیر برای رفع کاستی های عمیق و ساختاری در میان-مدت و دراز-مدت هم در این حین، اهمیت و جایگاه اساسی خود را خواهد داشت.

واقعیت این است که کاهش شدید ولی حساب شده وزن سازه و استفاده از سیستم  های هر چه یکپارچه تر با قابلیت مناسب جذب انرژی و رفتار مطلوب در برابر زلزله می تواند به نوبه خود، کاستی های بسیاری را در دیگر زمینه ها تا حد زیادی جبران نماید و با در نظر گرفتن مجموعه عوامل فنی، اقتصادی و اجرایی، الگویی کارآ را برای مقابله با خطر جدی و عاجل زلزله و بهینه سازی مسکن با عمر مناسب به دست دهد؛ حال چه این کار برای مثال در چارچوب سامانه ساده و کاربردیِ موسوم به بتن سبکِ مسلح و مرکبِ ارتجاعی انجام شود و "چه در چارچوبِ هر آن سیستم  سبک و یکپارچه ای که بتواند در عمل، اهداف راهبردی مورد نظر را به گونه ای هر چه بهتر محقق نماید".

مثلا این درست است که در خیلی موارد، سیستم موسوم به "تری دی وال (3D Walls)" در عمل و به هر دلیل در کشور ما با اشکالات فنی و اجرایی متعددی همراه است...، ولی باز به عنوان یک واقعیت، همین سیستم بسی بهتر، مقاوم تر و ایمن تر از بسیاری سیستم ها و مصالح گذشته می باشد. ["در اینجا گفتنی است که با وجود برخی شباهت های سیستم مزبور با پاره ای روش های استفاده از بتن سبک مسلح و مرکب ارتجاعی در ساخت دیوارهای غیر باربر، این دو با یکدیگر از اساس یکی نبوده و تفاوت هایی مهم دارند."] بدین ترتیب، هر تلاشی که عملا به نوعی در توسعه امثال این سیستم ها موثر باشد و ضمنا در حد آنها نیز متوقف نگردد، با توجه به انواع تاثيرات مستقیم و غیر مستقیمی که در نگرشی گسترده بر جای می نهد، تلاشی راهبردی با تاثيراتی کیفی و فراگیر در راستای افزایش مقاومت و ایمنی بناها در سطح کلان در برابر زلزله خواهد بود (هر چند که هدف گذاری عینی برخی از این تلاش ها نقطه ای فراتر باشد...).

رشد چشمگیر و چندین برابری سیستم هایی از قبیل تری دی وال، مصالح سبک و دیگر مواردی از این دست در طی سال های اخیر در کشور ما، که به مراتب بیش از برخی سیستم های دیگر و چه بسا پیچیده تر بوده است، خود به خوبی نشانگر پیشرفت و عملی بودن "راهکار محوریِ سبک و یکپارچه سازی" در بستر واقعیت های موجود و علیرغم انبوه کاستی ها در زمینه های گوناگون است. آنچه در دنیای واقع به وضوح شاهد آن بوده ایم قابلیت بالای این راهکار را به مثابه راه حلی کارا و واقعی برای بسیاری مشکلات و تهدیدات جدیِ موجود نشان می دهد و خود گواهی روشن و عینی بر درستی کلیت این راه و عملی بودن راهکار محوریِ بیان گشته می باشد.

 

شرح:

چنان که گفته شد: در شرایط موجود تلاش هر چه پیگیرتر برای رواج نظری و عملیِ راهکار محوری "سبک و یکپارچه سازی" و تحقق هر چه بیشتر و گسترده ترِ آن به هر نحو ممكن  اهمیتی راهبردی دارد.

در عین حال همچنین لازم است تا حد امکان "تامين همزمانِ مجموعه ویژگی های مطلوب در بنا" مد نظر قرار گیرد.

از جمله این ویژگی ها می توان به این موارد اشاره نمود: کم بودن هر چه بیشترِ وزن سازه و ابعاد برخی اجزاء (که به نوبه خود از نیروی موثر زلزله کاسته و صرفه جویی اقتصادی تعیین کننده در میزان فولاد و بتن مصرفی در اسکلت و پی را سبب می شود)، مقاومت و ایمنی بالاتر در برابر زلزله و انفجار، عایق حرارت و نیز حائل صدا و رطوبت بودن، ایمنی بیشتر در حریق، زایل نساختن فضای مفید داخل بنا، وجود قابلیت های گوناگون شکل گیری و کار پذیری و امکان اجرای تأسیسات و تزئینات و انواع نماهای مقتضی، انعطاف و تنوع در اشکال (مانند قابلیت به دست دادن سطوح دارای انحنا)، سادگی و سرعت در حمل و اجرا، اتلاف کم مصالح، کاهش خستگی بنا و پایایی مناسب در دراز مدت.

بدین ترتیب در ارائه هر نوع مصالح و سیستم ساخت تلاش بر این است تا ویژگی های بالا تا حد امکان هر چه بیشتر تامين شوند.

در این باره از نوعی سامانه موسوم به "بتن سبک مسلح و مرکب ارتجاعی" نیز می توان در ساخت دیوارهای سبک و یکپارچه با ویژگی های مطلوب  استفاده نمود. این کار در چارچوب برخی شیوه های رایج در صنعت ساختمان به راحتی قابل انجام است.

شایان ذکر است که به طور کلی نوعی خمیر اصلاح شده سیمانی با ماتریکسی همگن و پیوسته و حاوی الیاف مقتضی و حفره ها و یا سبک دانه های تغییر شکل پذیرِ پلی استایرین یا مانند آن (با توزیع مناسب در ماتریکس) در ترکیبی متناسب با مشبک های فلزی و یا غیر فلزی، نوعی سیستمِ  عمل کننده واحد موسوم به بتن سبکِ مسلح و مرکبِ ارتجاعی را شکل می دهند. [البته نوعی بهره گیری ویژه از گونه ای بتن سبک مسلح و مرکبِ ارتجاعی به اعتبار تغییرات "غیر خطی" کرنش در ارتفاع تیر در طی خمش و "با کاربست مشخص و ملحوظ داشتنِ محاسبات و معادلات خاص و متفاوتِ مربوط به آن" (از جمله در طراحی و ...)، خود بحث دیگری است که طبعا، روابط و معادلات ویژه خود را می طلبد. چه این که موارد خاص مزبور کاربری های بسیار ساده و معمولِ مورد نظر ما در اینجا را شامل نمی شود.]

همچنین، مواد خشك تشکیل دهنده بتن یا به عبارتی، خمیر سیمانیِ اصلاح شده و الیاف دار و سبکِ مورد استفاده در اینجا نیز عبارتند از: مواد سیمانی (شامل سیمان پرتلند و مواد پوزولانی معمول با ریزی و فعالیت پوزولانی مناسب)، برخی افزودنی های رایج (از قبیل روان کننده و دیر گیر)، الیاف (از قبیل الیاف پلیمری مانند الیاف پلی پروپیلن) و سبک دانه های پلی استایرین؛ که جملگی سابقه استفاده طولانی در صنعت ساختمان دارند. ["طرح اختلاط" مشخصِ مورد نظر، فن آوری ساده تولید و اجرا همراه با دیگر موارد مقتضی، همگی در منابع معرفی شده در آخر این مطلب به روشنی بیان گشته اند. (در ضمن استفاده از عنوان بحث انگیز بتن در اینجا صرفا با توجه به استفاده از این عنوان برای اشاره به برخی ترکیبات پایه سیمانیِ سبکِ مشابه درPart 1  ACI 523 بوده است.)]

مواد مزبور پس از اختلاط با آب و اجرا بر روی مشبک های فلزی، در "پیوستاری یکپارچه" نوعی "سیستم  عمل کننده واحد" را به مثابه "سامانه ای مرکب" با مدول فنریت و ظرفیت مناسب جذب انرژی (در خمش) شکل می دهند.

برای مثال پس از مخلوط شدن کامل مجموعه مواد خشک مزبور با مقدار معینی آب، خمیر سیمانی چسبنده و الیاف دارِ به دست آمده (با اسلامپ حدود صفر) با ماله و یا دستگاه مناسب برای این کار به آسانی و در یک نوبت بر روی هر طرف از مشبک های پیش-جوش شده فلزی فوم داری که از پیش در محل نصب شده اند و دارای فوم میانی پلی استایرین از نوع موسوم به ضد شعله و کند-سوز می باشند، مثلا در ضخامت حدود 2 سانتیمتر اجرا می شود. بدینسان، قطعه ای یکپارچه و بسیار سبک و عایق در ضخامت انتخابی و به مثابه نوعی "پانل مسلح ساندویچی"، مستحکم و دارای پایایی و سطح مناسب به دست می آید.

قطعه سبک و مسلح مزبور با قابلیت های شکل گیری و کار پذیری مطلوب، همچنین امکان پذیرش پوشش ها و نماهای مختلف (به ویژه از نوع سبک) را داراست. در این دیوارها نیازی به اجرای برخی اندودها نبوده و امکان تطبیق با طرح های گوناگون معماری (از جمله در سطوح و احجامِ "منحنی") و موارد مختلف کاربری وجود دارد.

دیوار به دست آمده بدین ترتیب، دارای مدول فنریت و قابلیت جذب انرژی مناسب است و از پایداری و رفتار مطلوب در برابر لرزه و نیز ضربات شدید وارده برخوردار می باشد. چه این که "به ویژه بر خلاف برخی قطعات ساخته شده از دیگر از انواع مصالح و بتن های سبکِ مسلح و غیر مسلح و به خصوص بتن های دارای وزن حجمی کمتر از 800 کیلوگرم در متر مکعب، به هیچ روی شکننده نیست". همچنین با توجه به طرح اختلاط بتن، علاوه بر پایایی مناسب در برابر یون ها و عوامل مخرب، در آن، مشبک فلزی با خمیر سیمانی چسبنده و الیاف دارِ دارای عیار بالا به طور کامل درگیر می باشد.

بنابراین در کل، ساختار یکپارچه و مرکبِ سامانه، ایستادگی و مقاومت مورد نظر را در قطعه و پانل مسلح ساندویچی مزبور به راحتی و فراتر از استاندارد های مربوط (مبنی بر لزوم دارا بودن مقاومت فشاری حداقل معادلِ 07/2 مگاپاسکال یا 286/20 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع در منبع ACI 523 و در مورد موارد مشابه ...) تامين می نماید- ضمن این که با توجه به نوعی عملکرد مرکبِ خاص سامانه، مدول فنریت و ظرفیت جذب انرژی در خمش و ایستادگی در برابر ضربات وارده "به مراتب" بیش از حد مورد انتظار برای بتن سبکی با مقاومت فشاریِ کمتر از مقاومت فشاری ملات ماسه-سیمانِ معمول می باشد.

البته در اینجا برای پانل ساندویچی مسلح مزبور با وجود ایستادگی و رفتار مناسب در برابر ضربات شدیدِ احتمالی، وظایف تحمل بار سازه در فشار و نیز انتقال نیروهای جانبی در نظر گرفته نشده...- چه این که گذشته از موضوع میزان مقاومت فشاری، با توجه به وجود قابلیت انعطاف و تغییر شکل پذیری، در عملکرد و رفتار مقتضی قاب و مجموعه اجزای سازه ای از این نظر مشکلی وجود نخواهد داشت.

پس به طور خلاصه؛ استفاده آسان و تجربه شده از سامانه کاربردی مزبور به ترتیب بیان گشته، وزن بنا و ابعاد برخی اجزا را به میزانی شایان توجه پایین آورده؛ مقاومت و ایمنی در برابر زلزله را به گونه ای موثر بالا برده و صرفه جویی زیادی را در فولاد و بتن مصرفی در اسکلت و پی و نیز هزینه های مقاوم سازی سبب می شود. همچنین، انرژی مورد نیاز برای گرمایش و سرمایش ساختمان را کاهش داده و بر سرعت و سهولت حمل و اجرا می افزاید و ضمن دارا بودن قابلیت  های شکل گیری و کار پذیری مناسب، نیاز به برخی اندودهای اضافی را منتفی ساخته؛ عمر بنا را زیادتر کرده و  فضای مفید داخلی را نیز در مقایسه با بیش تر روش های ساختِ معمول در حال حاضر افزایش می دهد.

گفتنی است که گذشته از مزایای کیفی، "قیمت نهایی تمام شده ساخت بنا با بهره گیری از این سیستم ها"، با مقداری نوسان و بسته به مورد می تواند در حدود برخی از ارزان ترین شیوه های ساختِ رایج در شهرها باشد.

بدین ترتیب و به خصوص با در نظر داشتن امکانات و دانش و تجربه موجود در زمینه تولید و اجرای بعضی سیستم های مشابه و مربوط و توانایی شرکت های عرضه کننده مواد افزودنی بتن و از این قبیل در ارائه گسترده مواد خشک مورد نظر به صورت بسته های معین (منهای سیمان)، بهره گیری به جا و گسترده از این سامانه مرکب، حداقل در چارچوب های ساده و عملیِ بیان شده می تواند در شرایط کنونی هر چه بیشتر مد نظر قرار گیرد.