پیشگفتار
در این مقاله قصد داریم که در مورد تاریخچه و معرفی اجمالی و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی و مکانیکی وموارد استفاده بتن شفاف بحث کنیم.
تاریخچه
برای بار اول تولید قالب نور با استفاده از الیاف پیوسته در سال ۱۹۸۵ در ژاپن ثبت شد. اما محصول جدید لایتراکن اولین بار توسط آرون لوسنری معمار ۲۷ ساله مجارستانی در سال ۲۰۰۱ اختراع شد و بعد از موفقیتآمیز بودن طرح، لایتراکن شروع به ساخت کرده و فروش خود را در سال ۲۰۰۴ آغاز کرد. شرکت بازاریابی بتن شفاف در آلمان و با نام لایتراکن میباشد که این واژه نیز از بتن انتقال دهنده نور گرفته شدهاست.
معرفی بتن شفاف :
در گذشته، یکی از مشکلات عمده استفاده از بتن های رایج در ساختار یک ساختمان، ظاهر بی روح و سرد آن بوده که دکوراسیون و معماری داخلی را به شدت تحت تاثیر قرار می داد. علاوه بر این، رنگ و ساختار بتن عادی به نحوی است که باعث کاهش نور محیطی و تیره تر به نظر رسیدن فضای داخلی می شود. راه حل رایج برای افزایش نور طبیعی محیطی، به کارگیری عناصری است که بتوانند نور را از خود عبور دهند، اما لزوم ضخامت و تراکم برای مقاومت بیشتر و نازکی محصول برای عبور نور، از مواردی هستند که همیشه با هم در تعارض بوده اند و نمی توان محصولی را پیدا کرد که در عین عبور نور، مقاومت بالایی نیز داشته باشد.
بتن شفاف توانسته به خوبی این ایرادات را برطرف کرده و ویژگی های منحصر به فردی را ارائه دهد.نیاز به این دو ویژگی منحصر به فرد و بررسی ها و پژوهش ها در زمینه صنعت مصالح ساختمانی، در نهایت به ساخت و طراحی بتن شفاف منجر شد. نمونه اولیه این محصول منسوب به دهه 1980 در ژاپن است اما نسخه نهایی این محصول استثنایی و نوپا، عمر کوتاهی دارد و در سال 2001 اختراع و ارائه شده است. حال به بررسی ویژگی های ظاهری و... میپردازیم:
لایتراکن....
لایتراکن مخفف بتن انتقال دهنده نور میباشد و به بتنی اطلاق میشود که با بهرهگیری از فیبرهای نوری امکان انتقال نور را از یک سمت به سمت دیگر فراهم میکند. بتن انتقال دهنده نور با نام تجاری لایتراکن، محصول نسبتاً جدیدی است که در سال ۲۰۰۴ توسط یک معمار ۲۷ ساله مجارستانی به نام آرن لوسونزی ابداع گردید. این محصول با ترکیب ۹۶٪ بتن معمولی و ۴٪ فیبرهای نوری محصولی منحصر به فرد را برای هزاره جدید به ارمغان آوردهاست.
هم اکنون بتن لیتراکن با چگالی ۲۴۰۰–۲۱۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، مقاومت فشاری ۵۰ نیوتن بر میلیمتر مربع و مقاومت کششی ۷ نیوتن بر میلیمتر مربع در سه رنگ خاکستری، سیاه یا سفید و با ابعاد استاندارد ۳۰۰*۶۰۰ میلیمتر و با ضخامت ۵۰۰–۲۵ میلیمتر تولید میگردد. ازنظر تئوری فیبرهای به کار رفته در لیتراکن قادر به انتقال نور در بتنی به ضخامت ۴۰ متر میباشد. همچنین استفاده از فیبر نوری در اجزای باربر سازهای بدون تأثیر منفی در مقاومت بالای فشاری و کششی آن میتواند اثری خوب با ایجاد فضاهایی روشن و جذاب داشته باشد.
انقلاب بتن شفاف...
با انقلاب بتن های شفاف، می توان از این محصول منحصر به فرد برای سطوحی مانند دیوار های داخلی و خارجی، کف طبقات ساختمان و وسایل دکوراتیو استفاده می شود. بلوک ها و پنل های بتنی شفاف این خاصیت را دارند که بتوان دیوار نهایی با ارتفاع 20 متر را با استفاده از آن ها، اجرا کرد. با توجه به ماهیت ماندگار و مقاوم بتن، هزینه نگه داری این محصول بسیار کم است و می توان به آن به عنوان سرمایه گذاری بلند مدت نگاه کرد.
ساختار بتن...
فیبرهای به کار رفته در ساختار بتن، مانعی برای قرار دهی المان های کششی مانند میل گرد نمی شود و از این رو، می توان زیبایی و مقاومت بیشتر را با هم به همراه دارد. همچنین این فیبرها به تنهایی خاصیت کششی بتن شفاف را افزایش و قدرت تحمل فشار آن را بالا می برند نتیجه نهایی این محصول، آن را به گزینه ای استثنایی برای نما های بیرونی ساختمان تبدیل می کند. تابش نور در بازه های زمانی مختلف و به صورت متنوع، از بیرون به داخل، سطح داخلی دیوار را زیبا و چشم نواز می کند و در عین حال، سمت بیرونی، نمایی متغیر و خیره کننده خواهد بود که در طی شب و روشن شدن چراغ های داخل ساختمان، نمایی استثنایی و بی همتا خواهد داشت.
چگونگی ساخت بتن شفاف و مراحل آن:
طرح اختلاط
با توجه به نوع ساخت و عملکرد این بتن، تنها گزینه موجود برای بتن ساخته شده، بتن خود متراکم (scc ) نتیجه گیری شده، به دلیل آنکه لرزاندن بتن با فیبرهای داخل بتن شفاف سازگار نیست و باعث جا به جایی فیبرهای نوری می شود.بتن خود متراکم مورد نیاز، باید ریز دانه باشد، به دلیل آنکه تراکم بالای الیاف با درشت دانه بودن بتن سازگاری ندارد.
طبیعی است با ریز دانه شدن بتن، باید عیار سیمان نیز بالا رود، به دلیل آنکه سطح ویژه افزایش پیدا میکند.در انتخاب نوع فیبرهای نوری دقت لازم اعمال شد تا اولا چگالی فیبرها به چگالی بتن نزدیک باشد تا جسم حاصل، بتن باشد ثانیا چسبندگی مناسب بین فیبرهای نوری و بتن حفظ گردد.
به علت حفظ چسبندگی مناسب بین فیبر و جلوگیری از جمع شدگی کنترل نشده بتن، از مواد افزودنی منبسط کننده استفاده شد.
هدف زیبایی شناسی...
با توجه به اینکه هدف زیبایی شناسی مد نظر بوده است، از سیمان بیشتری در بتن استفاده شده است تا کارایی لازم را تامین کند و نمای بهتری بوجود اورد.
با توجه به تامین مقاومت مناسب و جلوگیری از تیرگی بیش از اندازه بتن حاصله، از ماسه کوارتزی در طرح اختلاط استفاده شده است.
نحوه اختلاط
نحوه اختلاط بتن با مخلوط کن تاوه ای بوده است
در ساخت نمونه آزمایشگاهی ۱۵*۱۵*۱۵ سانتی متر حدود ۶۰۰۰ ( ۵۹۷۴عدد ) فیبر نوری استفاده شده است
همچنین نمونه آزمایشگاهی دیگری با تعداد فیبر نوری کمتر (۳۰۰۰ عدد)، مورد سنجش آزمایش مقاومت فشاری با چک بتن شکن قرار گرفت و مقاومت فشاری ۶۳۷ کیلوگرم بر ساتنی متر مربع در سن ۲۸ روز حاصل گردید.
مراحل ساخت...
در مرحله اول یک لایه بتن درون قالب مورد نظر ریخته شده و در مرحله دوم یک لایه فیبر نوری ( که هر لایه مجموعه ای از فیبرهای موازی را شامل می شود) روی بتن ریخته، قرار میگیرد.
پس از آن قالب را تحت فشار مکانیکی و یا ویبره شدن قرار داده تا فیبرها بطور کامل درون بتن و در عمق مشخصی جاسازی شوند. مراحل اول تا سوم را به صورت منظم تکرار کرده تا قالب از بتن و مجموعه ای از لایه های فیبری پر شده و پس از مدتی تبدیل به ماده ای سخت و همگن شود. با تعبیه شیارهایی درون بتن و قرار دادن میلگردها به صورت عمودی یا افقی در آن میتوان بلوک های بتنی را مسلح و در عین حال تقویت نمود.
بعلت خاصیت انعطاف پذیری فیبرهای نوری، این فیبرها در اطراف میلگردها قرار گرفته و باعث مخفی شدن آنها میگردد. با وجود میلگردها به عنوان اعضای کششی در جسم، ولی فیبرهای نوری که خود نیز مقاومت کششی متوسطی داشته و میتوانند از تعداد میلگردها نیز بکاهند. بهتر است دو ترکیب رزین اپوکسی استفاده شود.وقتی بلوک های لایتراکن به هم چسبیده می شوند قسمت دیگر قطعه می توان با مصالح ملات رقیق سیمانی مستقر در سمت رنگی مانند بلوک ها پر شود.
جزئیات اجرایی نصب بتن شفاف:
نصب پنلها و بلوکهای بتن شفاف به طرق زیر انجام می گیرد
1.توسط پیچ و مهره
نصب پنل و بلوک بتن شفاف توسط پیچ و مهره اجرا می شود. در کارخانه تولید بتن شفاف محل های مورد نظر با دستگاه سراخ می شوند و در محل به صورت نر و مادگی توسط پیچ اجرا می شوند و همچنین اجرا با روش پیچ و مهره سرعت بالایی در اجرا به همراه خواهد داشت
2. با ملات
نکات مهم در تولید بتن شفاف
- فیبرهایی که برای این نوع بتن انتخاب می شوند باید از نظر چگالی با چگالی بتن همخوانی داشته باشند.
- در تولید این نوع بتن حتماً باید چسبندگی لازم بین بتن و فیبرها ایجاد شود. بدین منظور می توان از افزودنی های منبسط کننده برای پرهیز از جمع شدگی ناگهانی بتن استفاده نمود.
- در طرح اختلاط بتن شفاف از ماسه کوارتز استفاده می شود زیرا این نوع ماده نه تنها مقاومت بتن را تامین می کند بلکه از تیره شدن بیش از حد آن جلوگیری می کند.
- بتن مصرفی در تولید بتن لیتراکن، بتن خود متراکم می باشد.
- بتن مصرفی باید دارای دانه بندی ریز باشدزیرا اگر بتن درشت دانه باشد فیبرهای نوری جا به جا خواهند شد و تراکم موردنیاز حاصل نخواهد شد.
- سیمان مورد نیاز برای این نوع بتن بایددارای عیار بالا باشد.
- هدف از استفاده از این نوع بتن بیشتر برای زیبایی است از این رو میزان مصرف سیمان در تولید آن بالا است. سیمان بیشتر کارایی و زیبایی بتن را افزایش می دهد.
دسته بندی بتن شفاف بر اساس ظاهر
(بلوک های شفاف) LITRACON
این محصول در ابعاد مختلفی و به صورت از پیش ساخته شده ارائه می شود. تراکم و موقعیت قرار گیری فیبر های داخل محصول بر اساس شرکت تولید کننده و طراحی آن می تواند متفاوت باشد. این بلوک ها را می توان با توجه به درخواست و سفارش مشتری و با ابعاد حداکثر 60 در 360 سانتی متر و ضخامت 25 الی 50 میلیمترساخت و ارائه داد.
(پنل شفاف) LITRACON PXL
این محصول نیز ساختاری مشابه با مورد قبلی دارد، با این تفاوت که به جای فیبر های نوری شیشه ای، از نمونه های پلاستیکی با فواصل منظم و مشخص از هم استفاده شده است. ضخامت این پنل ها از نمونه بلوک های بتنی شفاف کمتر بوده و در ابعاد بزرگتری نسبت به بلوک ها ارائه می شوند. هر دو مورد را به صورت یک لایه نهایی و به صورت نصب سنتی و با ملات و یا با استفاده از پیچ و مهره، بر روی محل مورد نظر اجرا می شوند. این محصول در رنگ های سیاه، سفید و در نهایت خاکساری ساخته شده است و با توجه به پتانسیل های بالایی که دارد، انتظار می رود بتواند به خوبی جایگاه ویژه خود را در ساخت ساختمان و نمای بیرونی به دست آورد.
تفاوت پنل ها و بلوک های بتن شفاف:
ویژگی پنلهای بتن شفاف به صورت پیکسلی می باشد. مواد تشکیل دهنده آن از فیبر های پلاستیکی می باشد و از بتن تشکیل میشود. ضخامت پنلها ۴۰ میلیمتر تا ۶۰ میلیمتر می باشد. طول آن ها بسته به سفارش مشتری می باشد. حداکثر اندازه پنل ها ۴۰ میلیمتری ۶۰۰ در ۱۲۰۰ میلی متر می باشد. پنل های ۶۰ میلی متری در ابعاد ۱۲۰۰ در ۳۶۰۰ میلی متر می باشد. رنگ های موجود پنل های بتن شفاف سفید، خاکستری و سیاه می باشد.
بلوک های بتن شفاف از فیبر نوری و بتن تشکیل شده است و ضخامت این بلوک ها در ۲۵ تا ۵۰ میلی متر تولید می گردد. طول و عرض بلوک ها بسته به سفارش مشتری حداکثر در سایز ۶۰۰ در ۱۲۰۰ میلی متر تولید می شود. رنگ های موجود سفید و خاکستری و سیاه می باشد.
ویژگیهای بتن شفاف:
میتوان دیوار با هر ضخامتی توسط لایتراکنها ساخت
میتوان نور را تا ۲۰ متر در سراسر بتن بدون اتلاف روشنایی انتقال دهد.
اگر از این ماده بیشتر و بیشتر در ساختمانسازی استفاده شود. نور طبیعی بیشتری میتواند برای نور دفاتر و انبارها استفاده شود. این میتواند منجر به کاهش زیاد در مقدار الکتریسیته استفاده شده برای نور ساختمانها شود.
معماران قادر به طراحی و ساخت طیف وسیعی از سازهها که بسیار مناسب برای کفها، پیادهروها، بلوکهای ساختمانی، پانلها و دیوارهای باربر هستند.
کاربرد این محصول در صنعت ساختمان برای دیوارها میباشد، در چنین حالتی هر دو سمت دیوار و ضخامت دیوارها قابل رویت هستند؛ و در هر دو سمت داخلی و خارجی میتواند مورد استفاده قرار بگیرد.
قابلیت استفاده به عنوان سازه باربر را نیز داراست و میتواند به حالت مسلح نیز ساخته شود.
به صورت پیشساخته و در رنگهای متنوع ساخته میشود
تیرهای بتنی پیوسته تا طول ۲۰ متر میسازد که الیاف، نور را به تمام طول انتقال میدهند.
دقت تولید آن بسیار بالاست
میتواند به شکل قطعات تیر، راه پلهها، پانلهای آسانسور، پوشش دیوار، جداکننده اتاق و… به کار رود.
مسلح کردن بتن لیتراکن
برای مسلح کردن این بتن درون آن شیار ایجاد می کنند. سپس هنگام ساخت دیوار، به صورت افقی یا عمودی در این شیارها، میلگرد قرار می دهند. فیبرهای نوری موجود در بتن همانطور که گفته شد از انعطاف پذیری بالایی برخوردارند، از این رو به دلیل این خاصیت اطراف میلگردها را پوشانده و مانع از دیدن آنها می شوند.
جدا از این که انواع عایق های حرارتی وصوتی متناسب با لیترا کن تولید در نوع استحاک یافته آن شیارهایی در داخل بتن تعبیه می گردند که میلگردهایی به صورت عمودی یا افقی در این شیارها قرار میگیرند و همانطور که قبلاً ذکر شد چون فیبرهای نوری به کار رفته در لیتراکن خاصیت انعطافپذیری خوبی دارند، اطراف میلگردها را میپوشانند و از نمایش آنها جلوگیری میکنند. در چنین آزمایش و پروژه موفقیت بتن مسلح لیتراکن به اثبات رسیدهاست.
مشخصات تکنیکی لیتراکن:
حد اقل فیبر موجود %۴ و حداکثر آن %۵ میباشد و از هر %۴ فیبراپیتکی به کار رفته فقط %۳ نور تابیده شده عبور میکند. دانسیتهٔ بتن لیتراکن بین ۲۱۰۰ تا ۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.
موارد کاربرد بتن شفاف:
1-دیوار
به عنوان متداولترین حالت ممکن این بتن میتواند در ساختن دیوارها مورد استفاده قرار گیرد. به این ترتیب هر دو سمت و همچنین ضخامت این ماده جدید قابل مشاهده خواهد بود؛ بنابراین سنگینی و استحکام بتن به عنوان ماده اصلی لایتراکن محسوس تر میشود و در عین حال انتقال بین نور و ماده شدیدتر میشود.
این ماده میتواند برای دیوارهای داخلی و خارجی مورد استفاده قرار گیرد. به خاطر استحکام زیاد این ماده میتوان از آن برای ساختن دیوارهای باربر هم استفاده کرد. در صورت نیاز، مسلح کردن این ماده نیز ممکن است. انواع دیوار با عایق حرارتی نیز در دست تولید است.
2.کف پوشها:
وقتی لیتراکن به عنوان یک پوشش کف به کار میرود، یکی دیگر از شگفتیهای نهان خود را آشکار میسازد. از طلوع آفتاب و در طول روز که نور به آن میتابد مانند یک بتن معمولی به نظر میرسد و هنگام غروب نیز بلوکهای کف در رنگهای منعکس شده از نور به زیبایی شروع به درخشیدن میکنند.
3.طراحی داخلی:
از این نوع بتن عبور دهنده نور میتوان برای روکش دیوارها در طراحی داخلی استفاده کرد به صورتی که از پشت نورپردازی شده باشند و میتوان از نورهای رنگی متنوع برای ایجاد حس فضایی مورد نظر استفاده کرد. لیتراکن میتواند به صورت بلوک یا پانل و در رنگهای مختلف جلوهای خاص به فضای درونی ساختمان بخشد. لیتراکن به سه رنگ سیاه، سفید و خاکستری در بازار موجود است.
4.لامپ لایتراکیوب:
یکی ازمحصولات موفق لایتراکان در زمینه طراحی، لامپ لایتراکیوب است که در آن بلوکها با قرارگیری روی هم مکعبی را تشکیل میدهند که منبع نور در داخل آن قرار دارد و نور با عبور از بتن به بیرون ساطع میشود.
5.بلوکها:
مسلح کردن بلوک بتنی عبور دهنده نور: در صورت نیاز به مسلح کردن این بتن شیارهایی در داخل آن تعبیه میشوند. در حین ساختن دیوارها، میلگردها به صورت عمودی یا افقی در این شیارها قرار میگیرند و فیبرهای اپتیکی به خاطر خاصیت انعطافپذیری خود در اطراف میلگردها جمع میشوند و به این ترتیب میلگردها دیده نمیشوند.
6.کاربرد در هنر:
با پیشرفتهای تکنولوژی و ارائه خلاقیت طراحان و مجسمه سازان با ابزارهای مختلف، پتانسیل و قابلیت بتن توسط هنرمندان گوناگون در تمام جهان مورد استفاده قرار گرفتهاست
منابع:
اذرمی فرهاد، مجله پیام نظام مهندسی استان تهران، شماره ۴، خرداد و تیر
.جمشیدی، مجید و دیگران، مصالح نوین، صفحهٔ ۳
محمودی، مصطفی و دیگران(۱۳۹۱)، بتن شفاف .انتقال دهنده نور، اولین کنفرانس ملی صنعت بتن
.عباسی، زابل(۱۳۸۶)، بتن عبور دهنده نور، مجموعه مقالات وب سایت علمی و اطلاعرسانی عمران ایران
.سایت ویکی پدیا
(sakhtemanchi.com)
(sakhtemoon.com)
(donya_e_eqtesad.com)