تأثیر فناوری‌های نوین بر عملکرد حرارتی و سازه‌ای بلوک سبک

تأثیر فناوری‌های نوین بر بهینه‌سازی عملکرد حرارتی و سازه‌ای بلوک های سبک چیست؟ تأثیر فناوری‌های نوین بر بلوک‌های سبک در این اواخر خیلی مشهود است، در دنیای پرتغییر ساخت‌وساز، دیگر تنها سبکی یا مقاومت کافی نیست، بلکه بلوک‌ها باید باهوش‌تر، سازگارتر و کارآمدتر باشند. بلوک‌های سبک امروزی با تکیه بر فناوری‌های نوین نه‌تنها وزن سازه را کاهش می‌دهند، بلکه نقش مؤثری در بهینه‌سازی مصرف انرژی، کاهش انتقال حرارت، مدیریت رطوبت و دوام سازه‌ها ایفا می‌کنند.

اما این جهش فناورانه دقیقاً چگونه اتفاق افتاده است؟ چگونه مصالحی که روزی فقط به‌خاطر سبک بودن شناخته می‌شدند، حالا به عایق‌های هوشمند و سازه‌های مقاوم بدل شده‌اند؟ در این مقاله تخصصی، با اتکا به جدیدترین تحقیقات جهانی، به بررسی ۸ مسیر اصلی تحول و تاثیر فناوری های نوین در عملکرد بلوک‌های سبک می‌پردازیم.

تأثیر فناوری‌های نوین بر عملکرد حرارتی و سازه‌ای بلوک سبک

پژوهش‌های که تا سال ۲۰۲۵ انجام شده اند، تأثیر فناوری‌های نوین بر بلوک‌های سبک را نمایان و مسیر را برای تولید «بلوک‌های فوق‌هوشمند» در صنعت ساختمان روشن کرده‌اند. ترکیب فناوری‌های نانو، ژئوپلیمر، PCM و فیبرهای نوین، می‌تواند بلوک‌هایی تولید کند که سبک‌تر، قوی‌تر، عایق‌تر، صرفه‌جو در انرژی بیشتر، هوشمندتر و سازگار با اقلیم ایران را در ۸ مرحله زیر باشد.

۸ مرحله تأثیر فناوری‌های نوین بر بلوک‌های سبک

۱- بلوک‌های سبک با هسته‌ای از نانو

نانو فناوری، سکوی پرتاب مصالح ساختمانی به دنیای میکروسکوپی است. در سال‌های اخیر، نانوذراتی مانند نانو سیلیس، نانو خاک رس و نانو آلومینا وارد فرمولاسیون ملات‌ها و بتن‌های سبک شده‌اند. پژوهش‌های دانشگاه صنعتی دلفت هلند در۲۰۲۳ نشان می‌دهد که افزودن تنها ۳ تا ۵ درصد از این نانوذرات به ترکیب بلوک سبک، می‌تواند ویژگی‌های ساختاری آن را به‌صورت چشم‌گیری بهبود دهد.

مهم‌ترین دستاوردهای این تحقیق و تأثیر فناوری‌های نوین بر بلوک‌های سبک، افزایش مقاومت فشاری تا ۲۵٪، کاهش ضریب هدایت حرارتی تا ۳۰٪، کاهش تخلخل و افزایش انسجام میکروساختاری است.

نانوذرات مانند مهندسان نامرئی عمل می‌کنند؛ آن‌ها فضاهای خالی ریز را پر می‌کنند، جلوی گسترش رطوبت را می‌گیرند و مسیر انتقال گرما را مسدود می‌سازند. نتیجه ی این تحقیق تولید بلوکی هوشمند با عملکردی هم‌زمان در حوزه انرژی و پایداری سازه بود.

حال سراغ تحقیق و مرحله دوم ازتأثیر فناوری‌های نوین بر بلوک‌های سبک برویم.

۲- فوم‌های نسل جدید سبک، مقاوم و عایق

فوم‌های پلیمری با کارایی بالا (High-performance Polymer Foams)، نسل تازه‌ای از مواد سبک هستند که به بلوک‌های ساختمانی تزریق شده‌اند. این فوم‌ها، برخلاف پلی‌استایرن یا پلی‌یورتان‌های معمولی، دارای ساختار سلول بسته و خاصیت ضد رطوبت بالا هستند.

در مقاله‌ای از ژورنال Construction and Building Materials (2022)، مشخص شد این فوم‌ها با چگالی بسیار کم، ضریب رسانایی حرارتی در حد ۰.۰۲ تا ۰.۰۳۵ W/m·K دارند. یعنی در مقایسه با بسیاری از مصالح رایج، حداقل دو برابر عایق‌ترند.

کاربرد فوم‌های پلیمری در بلوک سبک برای پر کردن هسته‌ی بلوک‌ها، تزریق درون حفره‌های میانی و استفاده در ترکیب ملات‌های عایق است و استفاده از این فوم‌ها در بلوک‌های سبک، می‌تواند جهشی در کیفیت عایق‌کاری حرارتی ساختمان‌ها ایجاد کند و هزینه‌های انرژی را در فصول سرد و گرم به‌طور چشم‌گیری کاهش دهد.

قیمت بلوک سبک

قیمت بلوک سیمانی دیواری | خرید با محاسبه آنلاین قیمت کل

۳- طراحی داخلی بلوک‌ها (علم هندسه در خدمت گرما)

اگر فکر می‌کنید فقط مواد اولیه هستند که تعیین می‌کنند یک بلوک چقدر عایق است، سخت در اشتباه‌اید. طراحی داخلی بلوک‌ها یعنی الگوی حفره‌ها، زاویه پره‌ها و لایه‌های ساختاری که تأثیر مستقیمی بر میزان انتقال حرارت و مقاومت مکانیکی دارد.

در دانشگاه ملی سنگاپور (NUS, 2022) محققان با کمک چاپگرهای سه‌بعدی، بلوک‌هایی با حفره‌های مارپیچی و چندلایه طراحی کردند که این ساختار باعث شد هوا در داخل بلوک به دام بیفتد و از انتقال حرارت جابجایی جلوگیری شود.

نتیجه این پژوهش این بود که:

• افزایش مقاومت بلوک سبک در برابر گرمای بیرونی تا ۳۵٪
• کاهش مصرف انرژی تهویه در ساختمان‌های آزمایشی
• افزایش مقاومت در برابر نفوذ رطوبت

طراحی مهندسی‌شده حفره‌های داخلی، همان تفاوت میان یک بلوک ساده و یک بلوک هوشمند و معنای واقعی تأثیر فناوری‌های نوین بر بلوک‌های سبک است.

۴-آینده ای از دل طبیعت با ترکیبات زیستی و پایدار

بازیافت و بهره‌برداری از منابع تجدیدپذیر، تنها یک شعار محیط‌زیستی نیست، بلکه مسیر واقعی برای تولید بلوک‌های هوشمند آینده است که با مواد تجدیدپذیر زیر ساخته می شوند.

الف) خاکسترها و الیاف گیاهی

تحقیقات ژورنال Journal of Cleaner Production (2023) نشان داده که استفاده از خاکستر پوسته برنج (Rice Husk Ash) و الیاف کتان، می‌تواند بلوک‌هایی با وزن کمتر، مقاومت خمشی بالاتر و عایق حرارتی بهتر ایجاد کند.

در یک آزمایش عملی، رسانایی حرارتی بلوک حاوی خاکستر برنج از ۰.۳۲ به ۰.۲۲ W/m·K کاهش یافت و این یک تحولی بی‌سابقه برای یک ماده طبیعی محسوب می شود.

ب) مواد تغییر فاز (PCM)

مواد تغییر فاز مانند مخازن حرارتی رفتار می‌کنند، گرما را در ساعات گرم روز ذخیره و در شب آزاد می‌کنند. این مواد در قالب میکروکپسول در ملات یا هسته‌ی بلوک تزریق می‌شوند.

مقاله‌ای در Applied Energy (2022) نشان داد که این روش می‌تواند نوسان دمای داخلی را تا ۵ درجه کاهش دهد و بهبود آسایش حرارتی بدون تجهیزات گران‌قیمت، کاهش بار سرمایشی ساختمان و افزایش عمر مفید سازه به دلیل تثبیت دمایی را ممکن کند.

۵- بلوک‌هایی که فکر می‌کنند! (بلوک هوشمند با حسگر)

آینده، دیگر محدود به عایق‌کاری نیست. در پروژه‌ای در مؤسسه فناوری ETH زوریخ، بلوک‌هایی طراحی شدند که درونشان حسگر دما، رطوبت و فشار تعبیه شده بود. این حسگرها، داده‌ها را به سیستم هوشمند ساختمان ارسال می‌کردند و سیستم تهویه را به‌صورت خودکار کنترل می‌نمودند.

کنترل انرژی فعال و خودکار، تشخیص نشت رطوبت قبل از آسیب‌دیدگی و مدیریت هوشمند انرژی در ساختمان‌های بزرگ، از کاربردهای اصلی این بلوک ها در ساختمان سازی با فناوری های نوین است.

برای پروژه‌های آینده‌نگر در ایران، مخصوصاً در مناطق با رطوبت یا دمای بالا، تأثیر فناوری‌های نوین بر بلوک‌های سبک و  استفاده از این بلوک‌ها می‌تواند تحولی بنیادین باشد.

۶- بتن سبک خودکامپکت با نانو سیلیکا (جولای ۲۰۲۴، عراق)

یک مطالعه‌ جدید توسط محققان دانشگاه دیاله نشان داده که جایگزینی ماسه با سنگ پورسلانیت تا ۵۰٪ و اضافه کردن نانو سیلیکا، منجر به بهبود قابلیت خودکامپکت بودن و کاهش انتقال حرارت می‌شود، هرچند اثر نانوسیلیکا بر ویژگی‌های حرارتی قابل توجه نبود. این یافته تاکیدی بر تأثیر ماده اولیه در کنار افزودنی‌هاست و نشان می‌دهد باید ترکیب دقیق و نسبت‌های ورود مصالح بررسی‌ شود.

۷-بلوک‌های فوم‌دار توخالی

مطالعه‌ای تحت عنوان «Strength and Thermal Properties of Hollow Foamed Concrete Blocks» بررسی کرده که چگونه پارامترهایی مانند نسبت فوم، نوع سوراخ‌ها و زمان گیرش، بر مقاومت و رسانایی حرارتی تأثیر می‌گذارند. بهینه‌سازی ساختار توخالی می‌تواند رسانایی حرارتی بلوک سبک را تا حد زیادی کاهش و مقاومت مکانیکی را افزایش دهد.

۸-بتن فوق‌سبک با الیاف پلی‌پروپیلن

در یک مقاله از International Journal of Concrete Structures and Materials مشخص شد که افزودن فیبرهای پلی‌پروپیلن به بتن‌های فوق‌سبک (چگالی ~۸۰۰ کیلوگرم بر متر³)، آب‌رفت را کاهش داده و مقاومت خمشی را تا ۶۰٪ افزایش می‌دهد؛ ضمن اینکه رسانایی حرارتی آن تا ۲۶٪ کاهش پیدا کرد. این ترکیب، پلی‌پروپیلن با ساختار فومی ایده‌آل برای بلوک‌های خودکامپکت و عایق است.

تحقیقات برجسته تاثیر فناوری های نوین در عملکرد بلوک سبک در ۲۰۲۵

الف) ژئوپلیمر + PCM به‌صورت پاششی

در Applied Sciences مقاله‌ای از تیمی اروپایی به چاپ رسیده، آن‌ها ماده PCM را به‌صورت پاششی روی ژئوپلیمرهای سبک اعمال کرده‌اند و دریافتند این روش، رسانایی حرارتی بلوک‌ها را تا حد قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. این ترکیب، راهکاری صنعتی برای تولید سریع و مقرون‌به‌صرفه بلوک‌های هوشمند محسوب می‌شود .

ب) بتن شیل‌دار با نانولوله کربنی

مطالعه‌ای جدید در Discover Applied Sciences نشان داد که افزودن نانولوله کربنی چنددیواره (MWCNTs) به بتن سبک با سنگ‌دانه شیل، باعث افزایش قابل‌توجه مقاومت فشاری و کششی می‌شود؛ ضمن اینکه رفتار میکروسکوپی به‌سوختگی در برابر تنش بهینه شده است. اگر بتوان رسانایی حرارتی را هم در این ترکیب کاهش داد، می‌توان بلوک‌هایی با کارایی حرارتی و سازه‌ای ممتاز تولید کرد.

ج) بتن سبک با PCM میکروکپسوله

در مجله Buildings تیمی از چین، تأثیر فناوری‌های نوین بر بلوک‌های سبک را بررسی کرده‌اند که چگونه پنل‌های بتن سبک حاوی PCM، پاسخ حرارتی متفاوتی در برابر دما دارند. آن‌ها در آزمون‌ها دریافتند که ذخیره و آزادسازی حرارت PCM می‌تواند به کاهش نوسانات دمای داخلی تا ۵–۶ درجه کمک کند. این ساختار، بستر ایده‌آلی برای بلوک‌های هوشمند سبک محسوب می‌شود.

راهبرد بلوک سبک آلوکا مطابق با فناوری های نوین

بلوک‌های سبک، آینده‌ی ساختمان‌های هوشمند

مسیر پیش‌رو در صنعت ساخت‌وساز، مسیری پر از نوآوری است که از نانوذرات میکروسکوپی تا طراحی‌های معماری در مقیاس میکرومتری، دست‌به‌دست هم داده‌اند تا بلوک‌هایی تولید شوند که همزمان سبک، مقاوم، عایق و هوشمند باشند و این موارد بیشتر از پیش  تأثیر فناوری‌های نوین بر بلوک‌های سبک را نمایان می کند.

سایت تخصصی بتن آلوکا با بررسی این روندها و پرداختن به این فناوری‌ها ، تلاش دارد جدیدترین فناوری‌ها را در دسترس مهندسان، معماران و سازندگان ایرانی قرار دهد و نسل جدیدی از مصالح ساختمانی با کارایی واقعی در بازار ایران را معرفی کند. زیرا ما معتقدیم آینده ساخت‌وساز، با انتخاب آگاهانه مصالح از همین امروز آغاز می‌شود.