ویژگی مصالح ساختمانی

ضریب ارتجاعی مصالح ساختمانی (مدول الاستیسیته)

میزان تناسب بار وارده با تغییر شکل با یک عدد بیان میشود. این عدد برای مصالح ساختمانی مختلف متفاوت است. نشان میدهد که ماده چقدر قابلیت کشش دارد.

این عدد به عنوان مدول ارتجاعی (مدول الاستیسیته) یانگ شناخته شده و اغلب با E نمایش داده میشود. یک عدد کم یا E کم نشان دهنده یک ماده ارتجاعی و یک عدد زیاد (E زیاد) نشانگر یک ماده سخت است. برای مثال، ضریب بانگ برای چوب کم و برای فولاد زیاد است.

برای طراحی و نه اهداف تحقیقاتی، فولاد، بتن، چوپ و مصالح بنایی. الاستیک خطی فرض میشوند. این بدان معناست که تئوری سازه ای رایج و متداول را برای طراحی سازه ای تمام مصالح ساختمانی شناخته شده و رایج به کار برد.

از میان چهار ماده رایج سازه ای فولاد مستحکم ترین است. در حالی که بتن، مصالح بنایی و چوب تقریبا مقاومت یکسانی دارند. مقاومت و سختی تمامی مواد با توجه به فرایند ساخت و تولید، ممکن است به طور قابل توجهی تغییر کند. یا در مورد چوب، نوع چوب بسیار تعیین کننده است.

باز هم مشخص میشود فولاد مستحکم ترین ماده است. بتن حدود یک دهم آن استحکام دارد. مصالح بنایی حدود یک بیستم و چوب نزدیک یک سی ام فولاد استحکام دارند. این مقادیر به استثنای فولاد، تغییرات نسبتا زیادی دارد.

دیگر ویژگی تاثیر گذار مصالح، نسبت مقاومت به وزن است. نسبت مقاومت به وزن در فولاد و چوب زیاد و این نسبت در مصالح بنایی و بتن کم است. بنابراین چوب و فولاد، مصالح سبک بنایی و شن مصالح ساختمانی سنگین هستند.

تنش در مصالح ساختمانی

تنش عبارت است از شدت تمرکز نیروهای داخلی در یک عضو سازه ای، به طور ساده تر، تنش نیروی وارد بر واحد سطح است. F=P/A ، واحد تنش پاوند بر اینچ مربع (PSI) و پاسکال (pa) می باشد.

کشش در مصالح ساختمانی

کشش تمایل اجزای مصالح ساختمانی برای جدایی را کشش مینامند. هنگامی که دو سر یک جسم (عضو سازه ای) در جهات مختلف کشیده شود. جسم به طور نامحسوسی تحت کشش قرار میگیرد.

مقدار کشیدگی در واحد طول کرنش کششی نامیده میشود. مصالح ساختمانی مختلف در مقابل بارهای یکسان تغییر شکلهای متفاوتی دارند. این تفاوت در اختلاف ضریب ارتجاعی دو ماده نهفته است. از دیگر عوامل مؤثر بر کرنش کششی طول عضو است. (اعضای بلندتر بیشتر کشیده میشوند).

فولاد ماده با مقاومت بی نظیر در برابر کشش میباشد. زنجیرهای فولادی و کابل و میله توپر به طور معمول به عنوان اعضای کششی در ساختمان به کار میروند.

برش در مصالح ساختمانی

برش تمایل اجزای مصالح ساختمانی برای لغزیدن در کنار یکدیگر میباشد. نحوه تاثیر و عمل قیچی کاغذ بری نمونه هایی از برش هستند.

برای هر نوع ماده ساختمانی، اگر کرنش برشی اندازه گیری شده در مقابل تنش برشی وارد شده ترسیم گردد. منحنی تنش- کرنش برشی به دست می آید. برای مقادیر کوچک برش، قانون هوک صحیح میباشد.

به طور خطی متناسب با تنش بوده. منحنی تنش – کرنش در ناحیه ارتجاعی یک خط مستقیم خواهد بود. همانند منحنی مشابه برای تنش کششی و فشاری، شیب قسمت خطی، نشان دهنده ضریب ارتجاعی در پرش میباشد.

پیچش در مواد ساختمانی

نوعی برش است که از چرخش جسم حول محورهای خود ایجاد میشود. برای یک میزان مشخص از مصالح ساختمانی، استوانه خالی، مناسب ترین شکل برای مقاومت در برابر پیچش است.

کمانش در مواد ساختمانی

با افزایش تدریجی فشار ناشی از اعمال نیرو، عضو باریک به حد مشخصی میرسد. که دیگر به جای کوتاهی، خمیده میشود و معمولا میشکند. این حد خطرناک، بار کمانش آن جزء نامیده میشود. نیروی کمانش یک ستون بستگی به مواد و مصالح ساختمانی، طول، شکل سطح مقطع آن و گیرداری ستون در تکیه گاههایش دارد.

خم کمانش ارتباطی به ایجاد تنش بیشتر از تنش مجاز فشاری و یا جاری شدن تحت تنش پلاستیک ندارد.

نیروی کمانش با مدول الاستیسیته مصالح ساختمانی متناسب است. یک ستون فولادی نسبت به یک ستون آلومینیومی مشابه سه برابر در مقابل کمانش قوی تر میباشد.

خمش ساده مصالح

وضعیتی از تنش که در آن، از یک تنش ماکسیمم تا یک فشار ماکسیمم برابر، به صورت خطی تغییر یابد، خمش ساده نامیده میشود.

یک ماده ساختمانی در صورتی از نظر خمش مناسب میباشد که معمولا مقاومت کششی و فشاری یکسان داشته باشد. این اصل بیانگر مزیت چوب در میان مصالح ساختمانی سازه ای طبیعی و نقش بی رقیب و همیشگی آهن در سازه های جدید است.

بتن مسلح، یک مصالح ساختمانی ساخت دست انسان است که ویژگیهای خمشی قابل مقایسه ای با آهن دارد. در این مصالح ساختمانی از مقاومت فشاری و از مقاومت کششی آهن در بافتهای کششی یک عضو سازه ای استفاده میشود.

موارد قابل توجه مصالح

تمام وضعیتهای پیچیده تنش، ترکیبی از دو وضعیت اولیه تنش هستند. یعنی کشش و فشار.

موادی که توانایی تحمل نیروی کششی را ندارند اغلب در مقابل نیروی فشاری مقاوم هستند.

سنگ، مصالح بنایی، ملات و بتن تنش فشاری زیادی را تحمل میکنند.

افزایش بار، باعث افزایش طول کابل و کاهش قطر آن میشود. این تغییر جانبی در ابعاد را از طریق فرمولی با نام ضریب پواسون م شناسند. این نسبت برای فولاد حدود ۱/۳ است.

تمامی مصالح ساختمانی نیروهای فشاری را تحمل نماید. بعضی مانند فولاد در مقابل نیروهای فشاری و کششی، مقاومتی خوب و یکسان دارند. بقیه مانند سنگ و بتن غیر مسلح چنین نیستند. مقاومت کششی آنها در حدود یک دهم مقاومت فشاری آنها میباشد.

مصالحی ساختمانی که در برابر نیروهای کششی مقاومت مناسب داشته باشند. معمولا نیروهای برشی را هم تحمل مینمایند. از طرف دیگر موادی که به طور خاص در مقابل فشار مقاومت دارند. از مقاومت برشی بالایی برخوردار نیستند.

ضریب ارتجاعی مصالح ساختمانی در حالت فشار معمولا با ضریب ارتجاعی آنها در حالت کشش متفاوت است. ضریب ارتجاعی بتن در فشار به ترکیب آن بستگی دارد.

مقایسه فولاد با آلومینیوم و چوب

فولاد و آلومینیوم هر کدام ضریب ارتجاعی فشاری یکسانی دارند.

فولاد و چوب دارای مقاومت کششی و فشاری تقریبا یکسان هستند.

مصالح ساختمانی مدرن مانند فولاد، ایزوتروپیک میباشند.

بدین معنا که در همه جهات دارای خواص یکسان هستند. مقاومت آنها بستگی به جهت تنش ناشی از تاثیر بارها ندارد. از طرف دیگر چوب، غیر ایزوتروپیک میباشد. استقامت متفاوتی در جهت تراش و عمود بر آن ارائه میدهد.

نانو فناوری در صنعت ساختمان

فناوری نانو صنعت ساختمان، فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار به وسیله کنترل آنها در سطح اتم و مولکول هاست. به بیان دیگر فناوری نانو عبارت است از ترکیب ذرات بسیار ریز برای خلق مصالح ساختمانی مدرن.

در حقیقت نانو فناوری با ترکیب و پیوند ریز ذراتی موسوم به نانو ذرات با فرایند تولید مصالح نانو و کاربرد آن سرو کار دارد. در حالت کلی چنانکه ابعاد ذرات مورد مطالعه در طیفی بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد. آن مصالح ساختمانی را نانوذرات با نانومواد مینامند.

مهم ترین کاربرد فناوری نانو در صنعت ساختمان، معمولا دربردارنده بهینه سازی مواد و مصالح ساختمانی ویلا معمولی و موجود است. در درجه دوم هدف، ایجاد کاربردهای جدید برای مصالح یا مشخصه هایی که بدون کمک فناوری نانو امکان پذیر نیست. چند منظورگی مصالح و ایجاد قابلیت پیشگیری از صدمه دیدن مواد است.

مصالح ساختمانی نانو و کاربردهای ساختمانی

بتن، شامل نانو لوله ای کربنی FE2O3 و SIO2 ، مسطح سازی مناسب جلوگیری از ترک خوردگی. مناسب برای نمای ویلا در مناطق سردسیر ایران مانند دماوند.

فولاد، شامل نانو ذرات مسی، افزایش کیفیت جوش بذیری افزایش مقاومت در برابر خوردگی.

پنجره، SIO2 و TIO2، خود تمیز شوندگی، ضد مه گرفتگی، جلوگیری از نفوذ گرما و پرتو فرابنفش، قابلیت ضد حریق.

پوشش ها و رنگها، نانو ذرات نقره TIO2، ضد جرم گرفتگی، خاصیت کشتن باکتری ها و حشرات.

سلولهای خورشیدی، رنگهای پوششی، TIO2، نانو لوله های کربنی C و نقاط کوانتومی CdSe، به کارگیری کارامدتر انرژی خورشیدی.

سیمان، نانو لوله کربنی و نانو رشته پلیپروپیلن، افزایش مقاومت، مقاومت در برابر آتش سوزی،

حسگرها، امکان پایش به موقع سلامت سازه.