آيا استفاده از تكنولوژی بتن اليافی در صنعت ساختمان اقتصادی است؟ (ديدگاه دكتر خالو)
تكنولوژي “بتن اليافي” نمونه ديگري از كاربرد كامپوزيتها بهعنوان يك فناوری نوين در صنعت عمران و ساختوساز ميباشد. در گفتگويی با دكتر عليرضا خالو عضو هيئت علمی دانشگاه صنعتی شريف به بررسی اين تكنولوژی پرداخته شده است:
سوال: با تشكر از فرصتي كه در اختيار ما گذاشتيد، بهنظر شما تكنولوژيهاي نويني كه توجه به آنها، نياز حياتي صنعت ساختمان كشور محسوب ميگردد، كدامها هستند؟
دكتر خالو: محورهاي سه گانة زير را ميتوان به عنوان مهمترين فناوريهايي كه لازم است مورد توجة دستاندركاران صنعت ساختمان كشور واقع شود، برشمرد:
الف) روشهاي سبكسازي بنا:
كشور ما و بالاخص پايتخت بزرگ آن در منطقهاي زلزلهخيز قرار دارد. همانطور كه ميدانيد ميزان خسارات و خرابيهاي وارد بر يك بنا در اثر تكانهاي زلزله، با وزن آن بنا رابطة مستقيم دارد. هر چه بنا سنگينتر ساخته شود، در برابر خطر ويراني زلزله آسيبپذيرتر خواهد بود. بنابراين هر اندازه كه با بهرهگيري از فناوريهاي نوين وزن يك ساختمان را كاهش دهيم، سازه در برابر ويراني ايمنتر خواهد بود. به طور مثال ميتوان ازپانلهاي ساندويچي و يا قطعات سبك پيشساخته در ساخت بنا كمك گرفت. در يك ساختمان، اعضايي مانند ديوارهاي تيغهايشكل نازك وجود دارد كه وظيفة آنها تنها جدا كردن فضاي اتاقها از همديگر است و مسئله مقاومت و تحمل بار در مورد آنها، در درجة بعدي اهميت قرار دارد. در ساخت اين گونه اعضا ميتوان به جاي استفاده از مصالح سنگين سنتي، از مصالح سبك جديد همچون سفال يا بتنهاي سبك كمك گرفت و يا قطعات سبك پيشساخته را به خدمت گرفت.
ب) روشهاي توليد سريع و اصولي بنا:
امروزه استفاده از سازههاي پيشساخته يكي ازسريعترين و اصوليترين روشهاي ساخت بنا و پاسخگويي به نياز بالاي افراد جامعه به انبوهسازي مسكن ميباشد. از انجا كه حجم اصلي بنا به شكل قطعات از پيشساختهشده در محيط مناسب كارخانه و با استانداردهاي صنعت ساختمان توليد ميشود، بناي نهايي از كيفيت و يكپارچگي بالايي برخوردار است. از سويي بهعلت سبكي خاص بنا، ساختار سازهاي ويژه آنها و اتصال مناسب اجزاي سازه، ساختمان ميتواند شكل خود را در تكانهاي بسيار شديد نيز تا حد زيادي حفظ نمايد. استفاده از اين تكنولوژي سالها است كه در بسياري از كشورهاي پيشرفتة دنيا مورد توجه صنعت عمران واقع شده است و از مهمترين روشهاي انبوهسازي مسكن به شمار ميآيد. اما متأسفانه در كشور ما چنان كه بايد از اين فناوري استقبال نشده استو لازم است تا مورد توجه مسئولين، سياستگذاران و صنعتگران قرار گيرد.
ج- بهرهگيري از مواد جديد
از جمله مواد جديدي كه جايگاه ويژهاي در ساختوساز بنا به خود اختصاص دادهاند، افزودنيهاي بتن و الياف تقويتكننده را ميتوان نام برد. استفاده از افزودنيهاي بتن باعث بهبود خواص مطلوب بتن همچون مقاومت ميگردد و در بعضي موارد با كاهشوزن بتن، مصالح بسيار سبكي را فرا راه مهندسين سازنده بنا قرار ميدهد. بدون بهرهگيري از اين افزودنيها بناي برج بزرگ ميلاد در شهر تهران امكانپذير نميبود.
الياف تقويتكننده نيز از ديگر مواد عصر حاضر هستند كه كاربردهاي فراواني در قسمتهاي مختلف ساختمان يافتهاند. اين الياف كه بيشتر شامل الياف شيشه، پليپروپيلن و گاه كربن نيز ميشود، در ساخت انواع بتنهاي اليافي كاربرد فراوان دارند. همچنين از الياف شيشه در توليد آرماتورهاي سبك و بسيار مقاوم در برابر خوردگي نيز بهره ميگيرند. اين الياف، جايگاه نسبتاً مناسبي در تعمير بناها و تقويت سازههاي صدمهديده دارند و ميتوانند مقاومت پيچشي و برشي مناسبي را پديد آورند. علاوه بر اينها از ورقههاي پارچة فايبرگلاس در تقويت انواع قطعات ساختهشده از بتن مسلح ميتوان استفاده نمود.
سوال: در مورد تكنولوژي “بتن اليافي” كه اشاره كرديد توضيح بيشتري بدهيد؟
دكتر خالو:بتن اليافي در حقيقت نوعي كامپوزيت است كه با به كارگيري الياف تقويتكننده داخل مخلوط بتن، مقاومت كششي و فشاري آن، فوقالعاده افزايش مييابد. اين تركيب كامپوزيتي، يكپارچگي و پيوستگي مناسبي داشته و امكان استفاده از بتن به عنوان يك مادة شكلپذير جهت توليد سطوح مقاوم پرانحنارا فراهم ميآورد. بتن اليافي از قابليت جذب انرژي بالايي نيز برخوردار است و تحت اثر بارهاي ضربهاي به راحتي از هم پاشيده نميشود. شاهد تاريخي اين فناوري، كاربرد كاهگل در بناي ساختمان است. در واقع بتن اليافي نوع پيشرفتة اين تكنولوژي ميباشد كه الياف طبيعي و مصنوعي جديد، جانشين كاه و سيمان جانشين گل به كار رفته در تركيب كاهگل شدهاند.
امروزه با استفاده از انواع الياف شيشه، پليپروپيلن، فولاد و بعضاً كربن، توليد انواع بتنهاي كامپوزيتي در كاربردهاي مختلف صنعتي ممكن گرديده و بهكارگيري آنها دركشورهاي پيشرفتة دنيا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است.
سوال: موارد استفاده و محدوديتهاي كاربري اين نوع تركيب كامپوزيتي كدامها هستند؟
دكتر خالو:هر فناوري همواره كاربردها و محدوديتهاي خاص خود را دارد.بتن اليافي خواص مناسبي همچون شكلپذيري بالا، مقاومت فوقالعاده، قابليت جذب انرژي و پايداري در برابر ترك خوردن را دارا ميباشد كه متناسب با آنها ميتوان موارد كاربرد فراواني براي آن يافت. به طور مثال در ساخت كف سالنهاي صنعتي، ميتوان از اين نوع بتن به جاي بتن آرماتوري متداول سود جست اين نوع بتن از بهترين مصالح مورد استفاده در ساخت بناهاي مقاومبهضربه، همچون سازه پناهگاهها و انبارهاي نگهداري مواد منفجره به شمار ميرود و بناي شكل گرفته از بتن، قابليت فوقالعادهاي در جذب انرژي ضربه دارد. همچنين در ساخت باند فرودگاهها به خوبي ميتوان از اين نوع بتن كمك گرفت. موارد ديگري از به كارگيري اين بتن، ساخت قطعات پيش ساخته ساختماني همچون پانلهاي سايبان و يا پاشش بتن روي سطوح انحنادار همچون تونلها ميباشد. بهكارگيري اين بتن در بناي يك سازه علاوه بر موارد ياد شده از مزايايي همچون عايق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالاي اجرا نيز برخوردار است.
اما از آنجا كه نحوه قرار گرفتن الياف داخل بتن كاملاً تصادفي ميباشد، از اين بتن معمولاً نميتوان به نحو مطلوبي در ساخت تيرها و ستونها بهره گرفتو در اين نوع سازهها استفاده از روش سنتي و شبكهبندي فولادي بهصرفهتر و مناسبتر ميباشد. لازم است به اين نكته توجه شود كه ناكارآمدي يك تكنولوژي جديد در نقاط ضعف خود نبايد مانع ناديده گرفتن كاربردهاي مناسب آن در نقاط قوت آن و عدم توجه به آن گردد.
سوال: آيا روي آوردن به تكنولوژي بتن اليافي در مقايسه با بتنهاي سنتي متداول، صرفه اقتصادي دارد؟
دكتر خالو:بايد اعتراف كرد كه استفاده از بتن اليافي در همة موارد از بتن سنتي بهصرفهتر نميباشد. اما بر اساس برآوردهايي كه توسط بعضي متخصصين كشور انجام گرفته است، در جاهايي كه سرعت اجراي بالا مد نظر است و يا نياز به پاشش بتن (شاتكريت) روي سطوحي است كه شبكهبنديهاي سنتي مشكل و زمانبر بوده يا جوابگوي كار نيست، هزينة استفاده از بتن اليافي نسبت به مشابه سنتي خود كمتر ميباشد. اين مزيتها، علاوه بر مزيت سادگي و سرعت عمل بالاتر موجود در تكنولوژي بتن اليافي است.
اگر ميبينيم كه در كشوري همچون تركيه، بهكارگيري بتن اليافي به جاي روشهاي سنتي، مقرونبهصرفهتر از كشور ماست، ريشههاي آن را در سرمايهگذاري و تلاش سازمانيافته جهت اقتصادي نمودن استفاده از اين تكنولوژي جديد ميتوان يافت. اما اگر ما از رويآوردن به فناوري جديد به علت ريسك سرمايهگذاري پرهيز كنيم خواهيم ديد كه تكنولوژي سنتي در غياب بهرهگيري از فناوري نوين، رقم بسيار بالايي از سرمايههاي ما را به هدر خواهد داد. به طور مثال، ريزدانههاي توليد شده در كشور ما كه به روشهاي قديمي غيراستاندارد توليد ميشوند، باعث افزايش درصد سيمان به كار رفته در بنا ميشود و همين امر موجب ظهور ترك و ضايعات در بتن حاصل نيز ميگردد.
سوال: چه راهكارهايي را جهت اقتصادينمودن استفاده از اين تكنولوژي جديد، پيشنهاد ميكنيد؟
دكتر خالو: به عنوان راهكار بايد سه نكتة اساسي را مورد توجه قرار دهيم:
1) نخستآنكه هزينة استفاده از يك تكنولوژي، كاملاً وابسته به سطحي از آن تكنولوژي است كه نسبت به كسب و انتقال آن اقدام ميشود. كشورهاي پيشرفتة جهان كه تكنولوژي نوين خود را از سطوح اوليه تحقيقاتي كسب كردهاند، چون كاملاً بر تكنيكها و دانش پايهاي آن واقف و مسلط هستند، متحمل هزينههاي كمتري شدهاند. آنها با تكيه بر همين آگاهي و اشراف، با بهبود فرايندها، قيمت نهايي را در طول زمان كاهش خواهند داد. اما اگر ما بخواهيم تمام اين تكنولوژي را صرفاً در سطح يك محصول آماده، به كشور وارد كنيم، طبيعي است كه متحمل هزينههاي سنگيني خواهيم شد و محصول نهايي نيز به صرفه نخواهد بود.
2) دومين مسئلهاي كه بايد در جهت ارزيابي اقتصادي يك تكنولوژي مورد توجه واقع شود، آن است كه اكتساب و پرورش يك تكنولوژي از سطوح نخست تحقيقات، نياز به يك سرمايهگذاري اوليه دارد.دستيابي به نحوه اجراي مناسب، تكنولوژي ساخت و آموزش و گسترش آن در جامعه، نيازمند صرف بودجه لازم توسط دستاندركاران و خصوصاً دولت ميباشد. اين هزينهها بعداً در طول عمر تكنولوژي و اراية محصول به بازار جبران خواهد شد و نهايتاً به سوددهي منجر ميگردد. عدم پرداختن به تحقيق و توسعه و بهرهگيري از تكنولوژي نوين، علاوه بر آن كه نميتواند پاسخگوي نياز روز صنعت ساختمان باشد، در درازمدت، هزينه بسيار بالايي نيز به ما تحميل ميكند.
3) آخرين نكتة مورد توجه آن است كه سياستگذاري اصولي براي ايجاد يك شبكة كاري تكنولوژي جهت كاركرد مناسب و نيل به بهرهوري اقتصادي، نقش حياتي در اكتساب صحيح يك تكنولوژي دارد. عدم وجود اين سياستها باعث ميگردد تا حتي اگر يك مجموعه يا كارخانه بخواهد خود به سمت فناوري نوين روي آورد، متحمل هزينة مضاعف گزافي شود كه از توان آن مجموعه خارجباشد. براي آنكه كارخانهها و صنعتگران بتوانند به عنوان يك جزء شبكة تكنولوژي در اين مسير گام بردارند، بايد ساير نهادها و اجزاي لازم نيز در شبكه حضور داشته و هماهنگ عمل كنند. ايجاد چنين شبكة منسجم، جز به اهتمام سياستگذاران و فرهنگسازي ميسر نخواهد بود.
سوال: در زمينه تكنولوژي بتن اليافي چه اقداماتي در كشور صورت گرفته است؟
دكتر خالو: اگرچه در كشور ما تحقيقات تئوري و فعاليتهاي تجربي نسبتاً مناسبي در زمينة گسترش و كاربرد تكنولوژيهاي بتن اليافي صورت گرفته است، اما حقيقت آن است كه گسترش اين فناوري بيش از همه وابسته به اعلام نياز از سوي صنعت و مقرون بهصرفهنمودن كاربري آن از سوي محققان كشور ميباشد. چند سال پيش كنفرانسي در زمينه تكنولوژي بتن اليافي با هدف شناساندن فناوري مذكور، در دانشگاه صنعتي شريف برگزار گرديد. در اين كنفرانس، محققان و سخنرانان از مراكز مختلفي به ايراد سخنراني و ارايه مقاله پرداختند. به طور مثال در يك نمونه از كارهاي ارائه شده، مسئله بهصرفهبودن استفاده از اين نوع بتن مورد بررسي و مطالعه كارشناسي قرار گرفته بود. حاصل اين بررسي مؤيد آن بود كه در بعضي پروژههاي صنعتي، بهكارگيري بتن اليافي نسبت به روشهاي متداول استفاده از شبكهبندي فولادي، بسيار اقتصاديتر، سريعتر و آسانتر ميباشد.
برگزاري اين كنفرانس اثرات مثبت زيادي در شناسايي و توسعة اين فناوري داشت. پس از آن، بخشهايي از صنعت و دانشگاه به بررسي امكان توليد الياف گوناگون بالاخص الياف شيشه و فولاد پرداختند. همچنين به تدريج بتن اليافي با الياف تقويتكنندة پليپروپيلن به بازار مصرف راه يافت و در انجام پروژههايي به كار گرفته شد. در مجموع قدمهاي مثبتي در اين جهت برداشته شده است اما سرعت اين حركت نسبتاً كند بوده است.