دانشگاه آزاد اسلامی

دانشگاه آزاد اسلامی واحداراک

دانشکده فنی و مهندسی

گروه عمران

کاربرد بتن اسفنجی و مواد کامپوزیت در عایقکاری حرارتی در ساختمانهای مدرن

استاد راهنما :

جناب آقای مهندس میرزاده

اسامی مؤلفین:

محمدمعماردوست(دانشجوی کارشناسی عمران عمران دانشگاه آزاداسلامی اراک )

سعید معانی(دانشجوی کارشناسی عمران عمران دانشگاه آزاداسلامی اراک 81658939 )

فهرست

1-چکیده 2

2-مقدمه 3

3-بتن اسفنجی اتوکلاو(AAC) 5

3-1-فرآیند اتوکلاو به محصول مقاومت و استحکام می‌دهد 5

3-2-بلوکهای ساختمانی AAC 5

3-3-ویژگی محصول 6

3-3-1-وزن سبک 6

3-3-2-فرآورده‌های حرارتی 6

3-3-2-1-عایق حرارتی 6

3-3-2-2-اینرسی حرارتی 6

3-3-3-مقاومت در برابر آتش 7

4-بلوکهای حرارتی AAC 7

4-1-آینده روشن 8

4-2-مواد کامپوزیت 8

4-3-ساختار مواد کامپوزیت 5

4-4-خواص مواد کامپوزیت 5

4-5-مواد کامپوزیت در ساختمان 5

5-نتایج 7

6-تصاویر 8

7-منابع 9

1-چکیده:

از محصولات بتنی هستند که دارای یک ترکیب خاص از خاصیت گرمایی مانند ضریب هدایت گرمایی پایین و اینرسی گرمایی بالا می‌باشد. بلوکهای ساختمانی AAC یک عایق حرارتی در میان دیوار ایجاد می‌کند و بلوکهای حرارتی AAC یک عایق حرارتی برای پشت‌بام می‌باشد بخاطر اینکه این مواد عایق حرارتی خوبی هستند میزان اتلاف گرما و سرما را بطور چشمگیری کاهش می‌دهند و زندگی راحتی را فراهم می‌کنند کاهش اتلاف انرژی بوسیله کاهش انرژی رد و بدل شده انجام می‌گیرد.

مواد کامپوزیتی از ساختار بنیانی ساخته می‌شوند(پلاستیک سختی‌ناپذیر یا پلیمر قابل ارتجاع) که با توجه به کارآیی بالای آنها و ترکیبات مسلح شده با مصنوعات کربن یا تارهای آرمید در مراکز مهم صنعتی مانند هوانوردی، دارویی، ساختمانی، ورزشی، سرگرمی و…. استفاده می‌گردند مواد کامپوزیتی در بهبود عایقهای حرارتی و صوتی نقش مهمی را ایفا می‌کنند در ساختمانهای تجاری و در مناطق زلزله‌خیز با خاصیت جذب انرژی بالا کاربرد فراوانی دارند دوام، مقاومت در برابر خستگی، عایق حرارتی و صوتی و الکتریکی، از ویژگیهای عمده این مواد می باشد.

2-مقدمه:

امروزه با پیشرفت فن‌آوری و توسعة علم ودانش و شیوه‌های نوین در صنعت نیاز جوامع را برآن می‌سازد که با بکارگیری راهکارها و شیوه‌های جدید در صنعت که دارای نوآوری کارآیی بالا، قیمت ارزان و بازدهی مناسب می‌باشند از مصرف بیش از اندازه مواد وانرژی و سرمایه جلوگیری نماید.

از طرفی دیگر باید با پذیرفته‌ شدن عضویت ایران در سازمان تجارت جهانی شیوه‌های جدید صنعتی داخل ایران شده و در مقایسه شیوه‌های نیمه سنتی و قدیمی ایران گوی سبقت را می‌رباید.

یکی از مهترین مشکلات در جهان جلوگیری ازاتلاف انرژی می‌باشد در صنعت ساختمان‌سازی عایقکاری حرارتی مناسب یکی از راههای جلوگیری از اتلاف انرژی می‌باشد.

مقدار زیاد انرژی در ساختمانها بدلیل نداشتن عایق حرارتی مناسب از بین می‌رود در این مقاله یک محصول جدید در عایقکاری حرارتی و استفاده از مواد کامپوزیت در صنعت ساختمان که یکی از موارد کاربرد آن در عایقکاری حرارتی می‌باشد مورد بحث قرار می‌گیرد.

تغییر در دمای محیط تأثیری بسزا در راحتی ساکنان ساختمان دارد در نتیجه برای بدست آوردن آرامش سیستمهای سرمایه و گرمایی برای ساختمان ضروری می‌باشد که این سیستمها انرژی زیادی را مصرف می‌کنند عناصر ساختمانی با عایقهای حرارتی، کاهش‌دهنده تأثیر دمایی محیط می‌باشند که منجر به کاهش مصرف انرژی می‌شوند مصالح ساختمانی که برای نگهداری انرژی بکار می‌روند باید دارای خاصیتهای زیر باشند:

1ـ عایق حرارتی بالا

2ـ اینرسی گرمایی بالا

3ـ وزن سبک

بقیه خواص مطلوب آن عبارتند از:

1ـ مقاومت در برابر آتش

2ـ عایق صوتی

3ـ مقاومت در برابر رطوبت

3-بتن اسفنجی اتوکلاو(AAC):

AAC یک مصالح ساختمانی مهندسی با کیفیت که یک ترکیب ویژه از مقاومت، وزن سبک، عایق صوتی و حرارتی مقاوم در برابر آتش و مقاوم در برابر نفوذ آب و کارآیی خوب می‌باشد.

AAC ساخته شده از مصالحی مانند سیمان، خاکستر حاصل از سوختن گیاهان، آهک، هوازا(ماده‌ای که به بتن اضافه می‌شود تا توزیع حبابهای هوا را در بتن یکنواختن نماید)وآب .

سازه با بافت حفره‌ای وزن محصول را سبک، مقاوم در برابر آتش می‌کند و یک ماده با خاصیت عایق حرارتی و صوتی خوب می‌باشد.

3-1-فرآیند اتوکلاو به محصول مقاومت و استحکام می‌دهد:

محصولات AAC

ــ بلوکهای ساختمانی AAC.

ــ بلوکهای حرارتی AAC.

بلوکهای ساختمانی AAC یک عایق حرارتی در میان دیوارها فراهم می‌کنند و بلوکهای حرارتی AAC یک عایق حرارتی در بام فراهم می‌کنند.

3-2-بلوکهای ساختمانی AAC:

بلوکهای ساختمانیAACساخته شده مورد تأیید IS 2185 در حوزه چگالیkg/Cu M 600ـ551 با حداقل مقاومت فشاری N/sq3 می‌باشد.

بلوکهای ساختمانی AAC با ضخامتهای 75 تا 230 بااندازه سطح mm 200600 قابل دسترس هستند.

بلوکهای ساختمانی AAC برای تمام دیوارهای داخلی و خارجی و با بار تحمیلی یا بدون بار تحمیلی در تمام انواع ساختمانها مانند ساختمان‌های مسکونی، تجاری، صنعتی مدارس و بیمارستانها بکار می‌رود.

3-3-ویژگی محصول:

3-3-1-وزن سبک:

ساختار تخلخلی منحصر به فرد که در طی فرآیند هوادهی شکل داده می‌شوند حصول را بی‌نهایت سبک می‌کنند. چگالی پایین آجر رسی و بتن معمولی.

بخاطر همین وزن سبک مقدار کل گرمایی که بوسیله AAC جذب می‌شود کم می‌باشد.

3-3-2-فرآورده‌های حرارتی:

3-3-2-1-عایق حرارتی:

ساختار متخلخل با هوای محبوس AAC را تبدیل به فرآورده با عایق حرارتی عالی کرده است بلوکهای ساختمانی AAC با ضریب هدایت حرارتی بالاK=0.16 w/(m deg.K) سبب پایین آوردن حداکثر گرما و سرما می‌شود در نتیجه زندگی راحتی را فراهم می‌کنند و باعث ذخیره هزینه با کاهش انرژی در سیستم تهویه می‌شود.

AAC ارزش عایق حرارتی بالایی دارد در مقایسه با مصالح ساختمانی سنتی مانند آجرهای رسی، بلوکهای بتنی مشبک ، توپر و بتن.

3-3-2-2-اینرسی حرارتی:

AAC‌ اینرسی حرارتی بالایی را دارا می‌باشند این خاصیت عایق حرارتی خوبی را ایجاد می‌کند بدین معنی کهAAC می تواند مقدار زیادی از دماهای داخلی را کاهش دهد در مقایسه با ساختمانهای با ساختار سبک(که گنجایش حرارتی پایین دارند) یا ساختار سنگین(که عایق حرارتی پایین را فراهم می‌کنند)

در طی فصلهای گرم، اینرسی گرمایی AAC بطوری کار می‌کند که افزایش دما در داخل ساختمان با بیش از 3ـ2 ساعت تأخیر همراه است نسبت به زمانی از روز که تابش خورشید در بیشترین حالت است بعد از این زمان تأثیر تابش بطور قابل ملاحظه‌‌ای کاهش پیدا می‌کند.

سپس AAC گرمای انباشته شده را در بخش دیگری از روز که هوا سرد است ساتع می‌کند.

در نتیجه ظرفیت مورد نیاز تأسیسات برای گرم کردن یا سرد کردن و انرژی مورد نیاز برای عملکردشان می‌تواند کاهش یابد.

3-3-3-مقاومت در برابر آتش:

AAC یک ماده معدنی و غیرقابل احتراق است که نه می‌سوزد و نه دود و بخارهای مسموم از آن ساتع می‌شود زمانی که در معرض دماهای بالا قرار گیرد. بلوکهای AAC مقاومت بالایی را در برابر دمای بالا دارند مرکز تحقیقات آموزشگاهی(CBRI) /ارورکی یک ارزیابی از مقاومت بلوکهای ساختمانی AAC در مقابل آتش انجام داد.

داده‌های این ارزیابی معلوم کردند که بلوکهای ساختمانی AAC در برابر آتش استاندارد به مدت 240 دقیقه مقاومت کردند با در نظر گرفتن استقامت، یکپارچگی و عایق حرارتی میانگین دما با سطح پوشیده شده با بلوک با ضخامت mm 200 ، بود در مقابل سقفهای غیرپوشیده شده بود.

بخاطر همین ضریب هدایت حرارتی پایین و سرعت پایین انتقال گرما امکان مقاومت در برابر آتش را دارا می‌باشد بخاطر همین عایق حرارتی عالی نفوذ گرما به داخل مواد خیلی آهسته می‌باشد.

4-بلوکهای حرارتی AAC :

میانگین دما در روز در تمام فصلها در بسیاری از کشورها مانند هندوستان بالا می‌باشد در این شرایط آب‌و‌هوایی سقفهای دال بتن بخاطر داشتن شبکه میگردد زودتر گرم می‌شوند و دمای بیشتری را جذب می‌کنند بخاطر همین پدیده دمای محیط داخلی افزایش می‌یابد با تفاوت کم بین محیط داخلی و خارجی.

اتاقهای با سقف دال بتنی گرم باقی می‌مانند حتی اگر دمای خارجی پایین بیاید و این مسأله منجر به کاهش آرامش برای ساکنین می‌شود برای برطرف کردن این مشکل بلوکهای حرارتی AAC می‌توانند استفاده شوند برای فراهم کردن عایق حرارتی در بام بلوکی حرارتی AAC روی سقف با دال بتن اجرا می‌شوند بدین ترتیب با نگهداری تقریبی دمای داخل ساختمان در میان روز باعث بالا رفتن آرامش زندگی ساکنین می‌شود بلوکهای حرارتی AAC امتیازات مشخصی را دارا می‌باشد و فواید بی‌نظیری علاوه بر مواد دیگر دارند این محصول می‌تواند در ساختمانهای مسکونی، تجاری، صنعتی برای کاهش تأثیر دمای محیط و کاهش انتقال گرما از بام استفاده شود.

4-1-آینده روشن:

ــ رسیدن به ضریب هدایت گرمایی پایین و اینرسی حرارتی بالا

ــ کارکرد حرارتی آن 5 بار بهتر از آجر رسی و 10 بار بهتر از سقف دال بتن است .

ــ کاهش مقدار جریان گرما.

ــ تأخیر در انتقال حرارت .

ــ ثابت نگهداشتن تقریبی دما.

ــ خنک نگهداشتن داخل در تابستان و گرم نگهداشتن داخل در زمستان.

ــ ذخیره سرمایه با کاهش هزینه‌های تکرارشونده در تهویه هوا و گرما.

4-2-مواد کامپوزیت:

مواد کامپوزیت معمولاً با پلاستیک ترکیب می‌شود و با فایر گلاس یا کربن تقویت می‌شوند.

اگر چه هزینه مواد کامپوزیت بالاتر از مواد استاندارد می باشد اما با امتیازات ویژه مواد کامپوزیت مانند وزن سبک و مقاومت که به استفاده‌کننده تقدیم می‌کند جبران می‌شود.

این خاصیت مواد کامپوزیت باعث استفاده هر چه بیشتر آن در وسایل اتوماتیکی، هوانوردی و ساختمانهای تجاری می‌شود.

4-3-ساختار مواد کامپوزیت :

کامپوزیتها معمولاً از ساختار بنیانی ساخته می‌شود(پلاستیک سختی‌ناپذیر یا پلیمر قابل ارتجاع) از همه رایجتر مواد استفاده شده در آن فایبرها هستند که معمولاً در انواع بلوری، کربن، آرمید می‌باشند فراوانی در دسترس بودن آن، هزینه پایین مواد کامپوزیت و کارآیی بالا از خصوصیات آن شمرده می‌شود اخیراً با مصنوعات کربن یا تارهای آرمید مسلح می‌شوند و منحصراً در مراکز مهم صنعتی استفاده می‌شوند مانند هوانوردی، دارویی، ورزشی، سرگرمی.

مهمترین رزینهای قابل ارتجاع برای کامپوزیتها پلی‌پروپلین، پلی‌آمیدها و پلی اترـ اترـ کتون می‌باشند.

4-4-خواص مواد کامپوزیت:

ماده‌های کامپوزیتی دارای امتیازات ویژه می‌باشند وزن سبک، مقاومت فیزیکی و شیمیایی، هزینه پایین نگهداری و طراحی آسان. خاصیت مکانیکی آنها(سختی و استحکام خستگی) بعلاوه خاصیت شیمیایشان(مقاومت خوردگی) به طولانی کردن چرخه حیات بعضی از تجهیزات کمک می‌کنند همچنین تقویت‌کننده مطمئن در مقابل شکهای بزرگ و مقاوم در برابر آتش می‌باشند.

4-5-مواد کامپوزیت در ساختمان:

ماده‌های کامپوزیت باعث بهبود کیفیت عایق‌های حرارتی و صوتی می‌شوند و تعدادی از آنها عایق الکتریکی مناسبی می‌باشند در طراحی آنها بسیار دست انسان باز است و بخاطر وزن سبک آنها و اشکال مختلفی که می شود با آنها درست کرد درصنعت ساختمان‌سازی کاربرد دارد هزینه ساخت کامپوزیت از مواد استاندارد همانند آهن، چوب، و آلومینیوم بالاتر است اما یک ارزش افزوده بر حسب امتیاز پیدا می‌کنند و آن دوام و اطمینان و بهبود ساخت می‌‌باشد.

در ساختمانهای تجارتی مواد کامپوزیتی با مواد استاندارد با یک رقابت سخت مواجه می‌شوند بدین صورت که هر چیزی که از بتن و فلز برای تیرآهن و …. می باشد مشتریان تراز اجرایی بدان واقف هستند به همین دلیل کامپوزیتها خیلی کمتر در صنعت و ساختمانهای مسکونی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند اگر چه اشکال قابل انعطاف، مقاوم در برابر آب‌و‌هوا، عایق صوتی و حراراتی و مقاوم در برابر آتش امتیازات محسوس می باشند مواد کامپوزیتی می‌تواند برای دامنه هدف استفاده شود پانلهای زینتی، نوسازی ساختمانها، کارهای هنری، اجزاء بام، شکلهای مجموعه بزرگ و ………

همچنین مقاومت لرزشی کامپوزیتهای با رشته کربن که جاذب انرژی بالا می‌باشند و تضمین زیادی از کاربرد آنها در مناطق زلزله‌خیز وجود دارد در فرانسه مهندسی صنایع و تجهیزات 8 درصد از مشاغل را اشغال کرده است کامپوزیتها سازه‌هایی سبک با امکان طراحی اشکال مختلط را فراهم می‌کنند.

5-نتایج:

نتایج زیر از مطالعه بر روی دو ساختمان یکجور حرارتیAAC و بدون بلوک حرارتیAAC که روی دال بتن قرار گرفته بود نشان داده شده است.

دمای قسمت داخلی بام برای بام پوشیده شده با بلوکهای حرارتی AAC تا نیمه شب در مقایسه با بام غیر پوشیده شده با بلوک حرارتی AAC کاملاً پایین بود.

دمای داخل بام تقریباً در طول روز در داخل اتاق با سقف پوشیده شده از بلوکهای حرارتی AAC ثابت می‌باشد.

موارد استفاده از کامپوزیت‌ها در جهان روز به روز در حال افزایش می‌باشد نوآوری بهترین راه برای شرکتی برای جذب مشتری و مقابله با محدودیتهای عرضه می‌باشد بازار جهانی برای کامپوزیتها در حجم %57 در سال بعد از 1994. در سال 2000 تولید آن به 7 میلیون تن رسید پیش‌ بینی می‌شود تولید مواد کامپوزیت در سال 2006 به 10 میلیون تن برسد مواد کامپوزیت با داشتن امتیازات برجسته در صنعت ساختمان‌سازی کاربرد فراوانی پیدا خواهد کرد.

6-تصاویر:

7-منابع:

[Composite Materials Drive and Innovation]
http://www.industrie.gouv.fr

[Autoclaved Aerated Concrete (AAC) building & thermal blocks
for reducing air conditioning load in buildings]
http://greenbusinesscentre.com

Insulation Primer
http://www.nstaronline.com

[Energy savings by insulation of dwelling house]
http://www.dbdh.dk

---