مواد البناء


مواد البناء هي المواد المستخدمة في التشييد . وقد استُخدمت العديد من المواد الطبيعية، مثل الطين والصخور والرمل والخشب ، وحتى الأغصان والأوراق ، في بناء المباني والمنشآت الأخرى، كالجسور . وإلى جانب المواد الطبيعية، تُستخدم العديد من المنتجات المصنّعة، بعضها أكثر اصطناعية وبعضها أقل. وتُعدّ صناعة مواد البناء قطاعًا راسخًا في العديد من البلدان، وعادةً ما يُقسّم استخدام هذه المواد إلى تخصصات حرفية محددة، مثل النجارة والعزل والسباكة وأعمال التسقيف . وتُشكّل هذه المواد أساس المساكن والمنشآت، بما في ذلك المنازل . [ 1 ]
التكلفة الإجمالية لمواد البناء
شهد التاريخ تحولات في مواد البناء، من كونها طبيعية إلى مواد مصنعة ومركبة ؛ ومن كونها قابلة للتحلل الحيوي إلى مواد غير قابلة للتلف؛ ومن كونها محلية إلى مواد يتم نقلها عالميًا؛ ومن كونها قابلة للإصلاح إلى مواد يمكن التخلص منها؛ ومن كونها مختارة لزيادة مستويات السلامة من الحرائق، وتحسين مقاومتها للزلازل . وتميل هذه التحولات إلى زيادة التكاليف الاقتصادية والبيئية والطاقية والاجتماعية لمواد البناء، سواءً على المدى القريب أو البعيد .
التكاليف الاقتصادية
التكلفة الاقتصادية الأولية لمواد البناء هي سعر الشراء، وهو ما يُحدد في كثير من الأحيان قرار اختيار المواد. أحيانًا، يُراعي البعض توفير الطاقة أو متانة المواد، فيرون قيمة في دفع تكلفة أولية أعلى مقابل تكلفة إجمالية أقل. على سبيل المثال، تكلفة تركيب سقف من القرميد الإسفلتي أقل من تكلفة تركيب سقف معدني، لكن السقف المعدني يدوم لفترة أطول، وبالتالي تكون التكلفة الإجمالية أقل سنويًا. قد تتطلب بعض المواد عناية أكثر من غيرها، وقد تؤثر تكاليف الصيانة الخاصة ببعض المواد على القرار النهائي. من المخاطر التي يجب مراعاتها عند تقدير التكلفة الإجمالية للمادة، احتمال تعرض المبنى لأضرار بسبب الحريق أو الرياح خلال عمر المادة، مما يُفقدها قيمتها المتبقية. خطر آخر هو عدم متانة المادة كما هو مُعلن. وكما يُقال: "إذا كان لا بد من القيام بشيء، فيجب القيام به على أكمل وجه".
التكاليف البيئية
يمكن أن تكون تكاليف التلوث كلية وجزئية. تشمل التكاليف الكلية لمواد البناء الأضرار البيئية المصاحبة لها في مصدرها (مثل صناعات الاستخراج كالتعدين والبترول وقطع الأشجار)؛ ونقل المواد الخام؛ وأثناء التصنيع؛ ونقل المنتج النهائي؛ ومن البيع بالتجزئة؛ ومن التركيب. أما التكاليف الجزئية للتلوث فتشمل انبعاث الغازات من مواد البناء المستخدمة في المبنى أو تلوث الهواء الداخلي . مواد البناء المدرجة في القائمة الحمراء هي مواد ثبت أنها ضارة. تشير البصمة الكربونية إلى إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة طوال عمر المادة. يشمل تحليل دورة الحياة أيضًا إعادة استخدام مخلفات البناء أو إعادة تدويرها أو التخلص منها . من المفاهيم المهمة في مجال البناء التي تراعي الجدوى الاقتصادية البيئية لمواد البناء: البناء الأخضر والتنمية المستدامة .
تكاليف الطاقة
تشمل تكاليف الطاقة الأولية كمية الطاقة المستهلكة في إنتاج المواد وتوصيلها وتركيبها. أما تكلفة الطاقة طويلة الأجل فهي التكاليف الاقتصادية والبيئية والاجتماعية المترتبة على استمرار إنتاج الطاقة وتوصيلها إلى المبنى لاستخدامه وصيانته وإزالته في نهاية المطاف. وتُعرَّف الطاقة الكامنة الأولية للمبنى بأنها الطاقة المستهلكة في استخراج المواد وتصنيعها وتوصيلها وتركيبها. وتستمر الطاقة الكامنة طوال عمر المبنى في النمو مع استخدام مواد البناء وصيانتها وإعادة استخدامها/تدويرها/التخلص منها، ومع مراعاة كيفية مساهمة المواد والتصميم في تقليل استهلاك الطاقة طوال عمر المبنى.
التكاليف الاجتماعية
تشمل التكاليف الاجتماعية إصابات ومشاكل صحية للعاملين في إنتاج ونقل المواد، بالإضافة إلى المشاكل الصحية المحتملة لشاغلي المبنى في حال وجود خلل في بيئته. وقد كان للعولمة آثار بالغة على الناس، سواء من حيث فقدان الوظائف والمهارات والاكتفاء الذاتي عند إغلاق المصانع، أو من حيث الجوانب الثقافية لمواقع إنشاء المصانع الجديدة. وتُعدّ جوانب التجارة العادلة وحقوق العمال من التكاليف الاجتماعية لتصنيع مواد البناء عالميًا.
المواد الطبيعية
تُستخدم المواد الحيوية (وخاصةً المواد النباتية) في تطبيقات بناء متنوعة، تشمل مواد التحميل، والحشو، والعزل، والتجصيص. [ 2 ] وتختلف هذه المواد في بنيتها تبعًا للتركيبة المستخدمة. [ 2 ] [ 3 ] ويمكن دمج الألياف النباتية مع مواد رابطة، ثم استخدامها في البناء لتوفير وظائف حرارية، أو مائية، أو إنشائية. ويتأثر سلوك الخرسانة المصنوعة من الألياف النباتية بشكل أساسي بكمية الألياف المكونة للمادة. وقد أظهرت العديد من الدراسات أن زيادة كمية هذه الجزيئات النباتية تزيد من المسامية، وقدرة تخزين الرطوبة، وأقصى محتوى مائي ممتص من جهة، بينما تقلل من الكثافة، والتوصيل الحراري، ومقاومة الضغط من جهة أخرى.
تُستمد المواد النباتية في الغالب من موارد متجددة، وتستخدم بشكل رئيسي منتجات ثانوية من الزراعة أو صناعة الأخشاب. وعند استخدامها كمواد عازلة، تُظهر معظم المواد الحيوية (على عكس معظم مواد العزل الأخرى) سلوكًا استرطابيًا، حيث تجمع بين نفاذية عالية لبخار الماء وتنظيم الرطوبة. [ 4 ]
فرشاة

تُبنى المساكن المصنوعة من الأغصان بالكامل من أجزاء النباتات، وقد استُخدمت في ثقافات متنوعة، منها شعوب أمريكا الأصلية في الحوض العظيم وجنوب غرب أمريكا الشمالية، وشعوب الأقزام في أفريقيا. [ 5 ] تُبنى هذه المساكن في الغالب من الأغصان والفروع والأوراق واللحاء، على غرار جحر القندس . وقد عُرفت بأسماء مختلفة، منها "ويكي أب" و " لين توز " وغيرها.
يُعدّ أسلوب البناء بالطين والقش امتدادًا لفكرة البناء بالفرش، حيث تُستخدم التربة الطينية أو روث الحيوانات ، وخاصةً روث البقر ، لملء وتغطية هيكل من الفرش المنسوجة. يُكسب هذا الأسلوب الهيكل كتلة حرارية أكبر وقوةً أعلى. يُعتبر البناء بالطين والقش من أقدم تقنيات البناء. [ 7 ] تستخدم العديد من المباني الخشبية القديمة هذا الأسلوب كجدران غير حاملة بين الهياكل الخشبية.
الجليد والثلج
استخدم شعب الإنويت الثلج ، وأحيانًا الجليد، لبناء بيوت الإسكيمو (الإغلو ) وبيوت الكينزي . كما استُخدم الجليد لبناء فنادق جليدية كمعلم سياحي في المناطق الشمالية .
الطين والصلصال

عادة ما تأتي المباني القائمة على الطين في نوعين متميزين. أحدهما عندما تُصنع الجدران مباشرة من خليط الطين، والآخر عبارة عن جدران مبنية عن طريق تكديس كتل بناء مجففة بالهواء تسمى الطوب الطيني .
وتشمل الاستخدامات الأخرى للطين في البناء دمجه مع القش لإنتاج الطين الخفيف ، والطين والقش ، والجص الطيني .
جدران طينية رطبة
تُبنى الجدران الرطبة باستخدام خليط الطين مباشرةً دون تشكيل قوالب وتجفيفها مسبقًا. وتؤدي كمية ونوع كل مادة في الخليط إلى أنماط بناء مختلفة. ويرتبط العامل الحاسم عادةً بجودة التربة المستخدمة . تُستخدم كميات أكبر من الطين في البناء بالطوب اللبن ، بينما ترتبط التربة قليلة الطين عادةً بالمنازل أو الأسقف العشبية . وتشمل المكونات الرئيسية الأخرى كميات متفاوتة من الرمل / الحصى والقش /الأعشاب. يُعد البناء بالتربة المدكوكة أسلوبًا قديمًا وحديثًا في بناء الجدران، حيث كان يُصنع قديمًا بضغط التربة الطينية يدويًا بين ألواح خشبية؛ أما اليوم فتُستخدم القوالب والضواغط الهوائية الميكانيكية . [ 10 ]
تُعدّ التربة، وخاصة الطين، ذات كتلة حرارية جيدة ؛ فهي ممتازة في الحفاظ على درجة الحرارة ثابتة. تميل المنازل المبنية من الطين إلى أن تكون باردة بشكل طبيعي في حرارة الصيف ودافئة في الطقس البارد. يحتفظ الطين بالحرارة أو البرودة، ويطلقها تدريجيًا مثل الحجر. تتغير درجة حرارة الجدران الطينية ببطء، لذا فإن رفع أو خفض درجة الحرارة بشكل مصطنع قد يستهلك موارد أكثر من المنازل المبنية من الخشب، على سبيل المثال، ولكن الحرارة/البرودة تبقى لفترة أطول. [ 10 ]
دأب الناس على بناء منازلهم باستخدام الطين والتراب في الغالب، مثل الطوب اللبن والطوب الطيني، لقرون عديدة حول العالم، ولا يزالون يفعلون ذلك، وإن كان على نطاق أصغر. وقد ظلت بعض هذه المباني صالحة للسكن لمئات السنين. [ 11 ] [ 12 ]
كتل وطوب طيني إنشائي
الطوب اللبن ، المعروف أيضاً باسمه الإسباني "أدوبي" ، هو مادة بناء قديمة يعود تاريخها إلى آلاف السنين. أما قوالب الطوب المضغوط فهي نوع حديث من الطوب يُستخدم بكثرة في البناء في المجتمعات الصناعية، حيث يمكن تصنيعها في موقع مركزي في مصنع الطوب ونقلها إلى مواقع بناء متعددة. كما يسهل بيع هذه القوالب والاستفادة منها تجارياً.
تُصنع قوالب الطوب الطيني الإنشائية عادةً باستخدام الطين، وغالبًا ما يكون تربة طينية، ومادة رابطة؛ وقد تكون هذه هي المكونات الوحيدة المستخدمة، أو يمكن إضافة مكونات أخرى مثل الرمل والجير والخرسانة والحجر كمواد رابطة . ثم تُجفف الكتلة المشكلة أو المضغوطة في الهواء، ويمكن وضعها جافة أو باستخدام ملاط أو طين سائل .
رمل
يُستخدم الرمل مع الإسمنت ، وأحيانًا مع الجير، لصنع الملاط لأعمال البناء والطلاء . كما يُستخدم الرمل أيضًا كجزء من خلطة الخرسانة. ومن مواد البناء المهمة منخفضة التكلفة في البلدان ذات التربة الرملية العالية، كتل الخرسانة الرملية ، وهي أضعف ولكنها أرخص من الطوب الطيني المحروق. [ 13 ] ويُستخدم مركب البوليستر المقوى بالرمل كطوب.
حجر أو صخرة
لطالما وُجدت المنشآت الصخرية منذ فجر التاريخ. فهي أطول مواد البناء عمرًا، وعادةً ما تكون متوفرة بكثرة. وتتنوع أنواع الصخور، ولكل منها خصائصها التي تجعلها أفضل أو أسوأ في استخدامات معينة. الصخور مادة كثيفة جدًا، مما يوفر حماية كبيرة؛ أما عيبها الرئيسي كمادة بناء فهو وزنها وصعوبة تشكيلها. وتُعد كثافتها الحرارية ميزة وعيبًا في آنٍ واحد. فالحجر يصعب تسخينه دون استهلاك طاقة كبيرة، ولكن بمجرد تسخينه، فإن كتلته الحرارية تمكنه من الاحتفاظ بالحرارة لفترات طويلة. [ 14 ]
بُنيت الجدران والأكواخ الحجرية الجافة منذ أن بدأ الإنسان بوضع حجر فوق آخر. وفي نهاية المطاف، استُخدمت أنواع مختلفة من الملاط لربط الأحجار ببعضها، وأصبح الإسمنت الأكثر شيوعًا الآن.
على سبيل المثال، وفرت المرتفعات الجرانيتية في منتزه دارتمور الوطني بالمملكة المتحدة موارد وفيرة للمستوطنين الأوائل. بُنيت أكواخ دائرية من صخور الجرانيت المتناثرة خلال العصر الحجري الحديث وبداية العصر البرونزي ، ولا تزال بقايا ما يُقدر بنحو 5000 منها قائمة حتى اليوم. استمر استخدام الجرانيت طوال العصور الوسطى (انظر دارتمور لونغهاوس ) وحتى العصر الحديث. يُعدّ الأردواز نوعًا آخر من الأحجار، ويُستخدم عادةً كمادة لتغطية الأسقف في المملكة المتحدة وأجزاء أخرى من العالم حيث يوجد.
يمكن رؤية المباني الحجرية في معظم المدن الكبرى، وقد بُنيت بعض الحضارات بشكل أساسي بالحجر، مثل الأهرامات المصرية والأزتيكية وهياكل حضارة الإنكا .
القش
يُعدّ القش من أقدم مواد البناء المعروفة. وكلمة "قش" مرادفة لكلمة "عشب"؛ فالعشب عازل جيد وسهل الحصاد. وقد سكنت العديد من القبائل الأفريقية منازل مبنية بالكامل من الأعشاب والرمل على مدار العام. في أوروبا، كانت أسطح المنازل المصنوعة من القش شائعة في الماضي، لكن هذه المادة تراجعت شعبيتها مع ازدياد التصنيع وتحسن وسائل النقل، مما أدى إلى توفر مواد أخرى. أما اليوم، فتشهد هذه الممارسة انتعاشًا. ففي هولندا، على سبيل المثال، تتميز العديد من المباني الجديدة بأسقف من القش مع بلاط خاص في قمتها.
الخشب والأخشاب

استُخدم الخشب كمادة بناء لآلاف السنين في حالته الطبيعية. أما اليوم، فقد أصبح الخشب المُصنّع شائعاً جداً في الدول الصناعية.
الخشب منتج من الأشجار ، وأحيانًا من نباتات ليفية أخرى ، ويُستخدم في البناء بعد تقطيعه أو ضغطه إلى ألواح وأخشاب، مثل الألواح الخشبية وما شابهها. وهو مادة بناء عامة تُستخدم في تشييد جميع أنواع المنشآت تقريبًا في معظم المناخات. يتميز الخشب بمرونته العالية تحت الأحمال، محافظًا على قوته أثناء الانحناء، كما أنه يتمتع بقوة هائلة عند ضغطه عموديًا. وتختلف خصائص أنواع الخشب المختلفة، حتى بين أفراد النوع الواحد من الأشجار. وهذا يعني أن بعض الأنواع أنسب لاستخدامات معينة من غيرها، وأن ظروف النمو تُعدّ عاملًا مهمًا في تحديد جودة الخشب.
يُستخدم مصطلح "الخشب" لأغراض البناء، باستثناء الولايات المتحدة حيث يُستخدم مصطلح "الخشب الرقائقي". يتحول الخشب الخام (الجذع، الساق، الساق) إلى خشب بعد معالجته (نشره، تقطيعه، شطره) على هيئة جذوع مُعالجة بشكل بسيط مُكدسة فوق بعضها ، أو هياكل خشبية ، أو هياكل خفيفة . وتتمثل أبرز مشاكل الهياكل الخشبية في خطر الحريق والمشاكل المتعلقة بالرطوبة.
في العصر الحديث، يُستخدم الخشب اللين كمادة خام منخفضة القيمة، بينما يُستخدم الخشب الصلب عادةً في التشطيبات وصناعة الأثاث. تاريخيًا، كانت الهياكل الخشبية تُبنى في الغالب من خشب البلوط في أوروبا الغربية، ولكن في الآونة الأخيرة أصبح خشب التنوب دوغلاس الأكثر شيوعًا في معظم أنواع المباني الإنشائية.
تمتلك العديد من العائلات أو المجتمعات في المناطق الريفية قطعة أرض صغيرة مخصصة للزراعة، حيث تزرع الأشجار وتحصدها لاستخدامها في البناء أو البيع. وتُعتنى بهذه القطع كما تُعتنى بالحدائق. كان هذا الأمر أكثر شيوعًا في العصور ما قبل الصناعية، عندما كانت هناك قوانين تحدد كمية الأخشاب التي يمكن قطعها في أي وقت لضمان وجود إمدادات من الأخشاب في المستقبل، ولكنه لا يزال شكلاً مجديًا من أشكال الزراعة.
مواد من صنع الإنسان
الطوب المحروق والكتل الطينية

تُصنع الطوب بطريقة مشابهة للطوب اللبن، باستثناء عدم استخدام المادة الرابطة الليفية كالقش، ويتم حرقها في فرن خاص بعد تجفيفها بالهواء لتصلّبها بشكل دائم. يُعدّ الطوب الطيني المحروق مادة خزفية . يمكن أن يكون الطوب المحروق مصمتًا أو مجوفًا لتسهيل عملية التجفيف وجعله أخف وزنًا وأسهل في النقل. تُرصّ الطوب فوق بعضها البعض في صفوف باستخدام الملاط ، وتُستخدم الصفوف المتتالية لبناء الجدران والأقواس وغيرها من العناصر المعمارية. عادةً ما تكون جدران الطوب المحروق أرق بكثير من جدران الطوب اللبن مع الحفاظ على نفس المتانة الرأسية. تتطلب صناعة الطوب المحروق طاقة أكبر، لكنها أسهل في النقل والتخزين، وأخف وزنًا من الكتل الحجرية. استخدم الرومان على نطاق واسع الطوب المحروق، وهو نوع وشكل يُعرف الآن بالطوب الروماني . [ 15 ] اكتسب البناء بالطوب شعبية كبيرة في منتصف القرنين الثامن عشر والتاسع عشر. ويرجع ذلك إلى انخفاض التكاليف مع زيادة تصنيع الطوب [ 16 ] والسلامة من الحرائق في المدن المزدحمة بشكل متزايد.
استُخدمت كتل الخرسانة كمكمل أو بديل للطوب المحروق في أواخر القرن العشرين، وغالبًا ما كانت تُستخدم للأجزاء الداخلية من جدران البناء ولكن أيضًا بمفردها.
بلاط الطين الهيكلي (كتل الطين) مصنوع من الطين أو الطين المحروق وعادة ما يكون مثقوبًا بالثقوب.
مركبات الأسمنت
تُصنع المواد المركبة المُرتبطة بالأسمنت من عجينة أسمنتية مُرطبة تربط الخشب أو الجزيئات أو الألياف لتكوين مكونات بناء مسبقة الصب. وقد استُخدمت مواد ليفية متنوعة، بما في ذلك الورق والألياف الزجاجية وألياف الكربون ، كمواد رابطة.
يتكون الخشب والألياف الطبيعية من مركبات عضوية قابلة للذوبان، مثل الكربوهيدرات والجليكوسيدات والفينولات . ومن المعروف أن هذه المركبات تُبطئ عملية تصلب الأسمنت. لذا، قبل استخدام الخشب في صناعة المواد المركبة المُرتبطة بالأسمنت، يجب تقييم مدى توافقه مع الأسمنت. يُعرَّف توافق الخشب مع الأسمنت بأنه نسبة أحد خصائص مُركَّب الخشب والأسمنت إلى خصائص عجينة الأسمنت النقية. وغالبًا ما يُعبَّر عن هذا التوافق كنسبة مئوية. ولتحديد توافق الخشب مع الأسمنت، تُستخدم طرق تعتمد على خصائص مختلفة، مثل خصائص التميؤ، والقوة، والترابط البيني، والبنية المورفولوجية. ويستخدم الباحثون طرقًا متنوعة، منها قياس خصائص التميؤ لخليط الأسمنت والركام [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] ، ومقارنة الخصائص الميكانيكية لخلطات الأسمنت والركام [ 20 ] [ 21 ] ، والتقييم البصري للخصائص الميكروية لخلطات الخشب والأسمنت. [ 22 ] وُجد أن اختبار الإماهة بقياس تغير درجة حرارة الإماهة مع الزمن هو الطريقة الأنسب. وقد استعرض كارادي وآخرون [ 23 ] مؤخرًا طرق تقييم التوافق هذه، واقترحوا طريقةً تعتمد على "مفهوم النضج"، أي مراعاة كلٍّ من زمن ودرجة حرارة تفاعل إماهة الأسمنت. وأظهرت دراسة حديثة حول تقادم المواد الليغنوسليلوزية في عجينة الأسمنت تحلل الهيميسليلوز واللجنين [ 24 ] ، مما يؤثر على السطح البيني بين الجزيئات أو الألياف والخرسانة، ويؤدي إلى تدهورها. [ 25 ]
استُخدمت ملاط الجير في بناء الطوب منذ عهد الرومان وحتى استُبدلت بملاط الأسمنت البورتلاندي في أوائل القرن العشرين. كما تُملأ قوالب الأسمنت أحيانًا بالجص أو تُغطى بطبقة من الجص .
أسمنت

الخرسانة مادة بناء مركبة تتكون من مزيج من الركام ومادة رابطة مثل الأسمنت . وأكثر أنواع الخرسانة شيوعاً هي خرسانة أسمنت بورتلاند، والتي تتكون من ركام معدني (عادةً الحصى والرمل ) وأسمنت بورتلاند والماء .
بعد الخلط، يتفاعل الإسمنت مع الماء ويتصلب في النهاية ليصبح مادة شبيهة بالحجر. وعند استخدامه بشكل عام، فإن هذه هي المادة التي يُشار إليها بمصطلح "الخرسانة".
في أي بناء خرساني مهما كان حجمه، ونظرًا لانخفاض مقاومة الخرسانة للشد ، تُقوّى عادةً باستخدام قضبان فولاذية (تُعرف بقضبان التسليح ). تُسمى هذه الخرسانة المُقوّاة بالخرسانة المسلحة . ولتقليل فقاعات الهواء التي قد تُضعف البناء، يُستخدم هزاز لإزالة أي هواء مُحتبس أثناء صبّ الخرسانة السائلة حول الهيكل الحديدي. لطالما كانت الخرسانة مادة البناء السائدة في العصر الحديث نظرًا لمتانتها وسهولة تشكيلها ونقلها. وتجمع التطورات الحديثة، مثل قوالب الخرسانة العازلة، بين عملية صبّ الخرسانة وخطوات البناء الأخرى (تركيب العزل). يجب استخدام جميع المواد بالنسب المطلوبة وفقًا للمعايير.
قماش
تُعدّ الخيمة المسكن المفضل لدى الجماعات البدوية في جميع أنحاء العالم. ومن أشهر أنواعها الخيمة المخروطية والخيمة الدائرية . وقد انتعشت الخيمة كتقنية بناء رئيسية مع تطور الهندسة المعمارية القائمة على الشد والأقمشة الاصطناعية. ويمكن بناء المباني الحديثة من مواد مرنة كالأغشية النسيجية ، وتُدعّم بنظام من الكابلات الفولاذية، الصلبة أو الداخلية، أو بضغط الهواء.
رغوة

في الآونة الأخيرة، استُخدمت رغوة البوليسترين أو البولي يوريثان الاصطناعية مع مواد إنشائية، مثل الخرسانة. فهي خفيفة الوزن، سهلة التشكيل، وعازلة ممتازة. تُستخدم الرغوة عادةً كجزء من لوحة عازلة إنشائية ، حيث تُوضع بين طبقات من الخشب أو الإسمنت أو قوالب الخرسانة العازلة.
زجاج
تُعتبر صناعة الزجاج شكلاً فنياً بالإضافة إلى كونها عملية أو مادة صناعية.
استُخدمت النوافذ الشفافة منذ اختراع الزجاج لتغطية الفتحات الصغيرة في المباني. وقد وفرت الألواح الزجاجية للإنسان القدرة على إدخال الضوء إلى الغرف مع الحفاظ في الوقت نفسه على الطقس السيئ في الخارج.
يُصنع الزجاج عادةً من خليط من الرمل والسيليكات ، في فرن ذي حرارة عالية جدًا يُسمى الفرن ، وهو شديد الهشاشة. غالبًا ما تُضاف مواد أخرى إلى الخليط المستخدم لإنتاج زجاج بألوان مختلفة أو بخصائص متنوعة (مثل الزجاج المضاد للرصاص أو المصابيح الكهربائية).
أصبح استخدام الزجاج في المباني المعمارية شائعًا جدًا في الثقافة الحديثة. يمكن استخدام " الجدران الستائرية " الزجاجية لتغطية واجهة المبنى بالكامل، أو لتغطية هيكل سقف عريض ضمن " إطار فضائي ". إلا أن هذه الاستخدامات تتطلب نوعًا من الإطار لتثبيت أجزاء الزجاج معًا، لأن الزجاج وحده هش للغاية، ويتطلب فرنًا ضخمًا جدًا لتغطية مساحات واسعة كهذه بمفرده.
تم اختراع الطوب الزجاجي في أوائل القرن العشرين.
الخرسانة الجبسية
الخرسانة الجبسية هي مزيج من الجبس وألياف الزجاج . على الرغم من استخدام الجبس والألياف لسنوات عديدة، وخاصة في الأسقف، إلا أنه لم تُجرَ دراسات جادة حول قوة وخصائص نظام الجدران "رابيد وول" إلا في أوائل التسعينيات ، والذي يستخدم مزيجًا من الجبس وألياف الزجاج بطول 300 مم أو أكثر. ونظرًا لوفرة الجبس (الطبيعي والمُنتَج كيميائيًا من جبس إزالة غازات المداخن والجبس الفوسفوري) في جميع أنحاء العالم، فإن منتجات البناء القائمة على الخرسانة الجبسية، والقابلة لإعادة التدوير بالكامل، تُقدم فوائد بيئية كبيرة.
معدن

يُستخدم المعدن كهيكل داعم للمباني الضخمة كناطحات السحاب ، أو كغطاء خارجي. وتتعدد أنواع المعادن المستخدمة في البناء. ويبرز المعدن بشكل لافت في الهياكل الجاهزة ، مثل أكواخ كونسيت ، ويمكن رؤيته في معظم المدن الكبرى. ويتطلب إنتاج المعدن جهداً بشرياً كبيراً، خاصةً بالكميات الكبيرة اللازمة لقطاع البناء. ويُعدّ التآكل العامل الرئيسي الذي يحدّ من عمر المعدن.
- الفولاذ سبيكة معدنية يتكون معظمها من الحديد ، وهو الخيار المعتاد لمواد البناء الهيكلية المعدنية. يتميز الفولاذ بقوته ومرونته، وإذا تم تكريره و/أو معالجته بشكل جيد ، فإنه يدوم لفترة طويلة.
- إن انخفاض كثافة سبائك الألومنيوم والقصدير ومقاومتها الأفضل للتآكل قد يعوضان في بعض الأحيان تكلفتها الأعلى .
- يُعدّ النحاس مادة بناء قيّمة لما يتمتع به من خصائص مميزة (انظر: النحاس في الهندسة المعمارية ). تشمل هذه الخصائص مقاومة التآكل، والمتانة، وانخفاض التمدد الحراري، وخفة الوزن، والحماية من الترددات الراديوية، والحماية من الصواعق، والاستدامة، وإمكانية إعادة التدوير، بالإضافة إلى تنوع التشطيبات. يُستخدم النحاس في صناعة الأسقف، والوصلات المعدنية، والمزاريب، وأنابيب تصريف مياه الأمطار، والقباب، والأبراج، والأقبية، وتكسية الجدران، وفواصل التمدد في المباني، وعناصر التصميم الداخلي.
- تشمل المعادن الأخرى المستخدمة الكروم والذهب والفضة والتيتانيوم . يُستخدم التيتانيوم لأغراض إنشائية، ولكنه أغلى بكثير من الفولاذ. أما الكروم والذهب والفضة فتُستخدم لأغراض الزينة، لأن هذه المواد باهظة الثمن وتفتقر إلى الخصائص الإنشائية مثل قوة الشد أو الصلابة .
البلاستيك

يشمل مصطلح البلاستيك مجموعة واسعة من المنتجات العضوية الاصطناعية أو شبه الاصطناعية الناتجة عن التكثيف أو البلمرة ، والتي يمكن تشكيلها أو بثقها إلى أجسام أو أغشية أو ألياف . ويُشتق اسمها من كونها قابلة للتشكيل في حالتها شبه السائلة، أو ما يُعرف بخاصية اللدونة . وتختلف أنواع البلاستيك اختلافًا كبيرًا في تحملها للحرارة وصلابتها ومرونتها. وبالإضافة إلى هذه المرونة، فإن التجانس العام في تركيبها وخفة وزنها يضمن استخدامها في جميع التطبيقات الصناعية تقريبًا اليوم. وقد أصبحت أنواع البلاستيك عالية الأداء ، مثل ETFE، مادة بناء مثالية نظرًا لمقاومتها العالية للتآكل وخمولها الكيميائي. ومن أبرز المباني التي تستخدمها: المركز الوطني للألعاب المائية في بكين ، ومناطق إيدن البيئية . [ 26 ]
يُستخدم ما يقارب 20% من إجمالي البلاستيك و70% من إجمالي كلوريد البوليفينيل (PVC) المُنتَج عالميًا سنويًا في قطاع البناء. [ 27 ] [ 28 ] ومن المتوقع أن يزداد الإنتاج والاستخدام بشكل كبير في المستقبل. [ 27 ] "في أوروبا، يُستخدم ما يقارب 20% من إجمالي البلاستيك المُنتَج في قطاع البناء، بما في ذلك أنواع مختلفة من البلاستيك والنفايات والمواد النانوية." [ 28 ] ويشمل الاستخدام استخدامًا مباشرًا (مواد البناء التي تحتوي على البلاستيك) واستخدامًا غير مباشر (تغليف مواد البناء) في مراحل مختلفة من عمليات البناء. [ 28 ]
الأوراق والأغشية
تُستخدم أوراق البناء والأغشية لأغراضٍ عديدة في مجال الإنشاءات. يُعدّ ورق الراتنج الأحمر من أقدم أنواع أوراق البناء ، وقد استُخدم قبل عام 1850 كطبقة سفلية في الجدران الخارجية والأسقف والأرضيات، ولحماية مواقع العمل أثناء الإنشاء. أما ورق القطران، فقد اختُرع في أواخر القرن التاسع عشر، واستُخدم لأغراضٍ مشابهة لورق الراتنج، بالإضافة إلى استخدامه في أسطح الحصى . وقد تراجع استخدام ورق القطران بشكلٍ كبير، ليحلّ محله ورق اللباد الإسفلتي . وفي بعض الاستخدامات، استُبدل ورق اللباد بطبقات سفلية اصطناعية، لا سيما في مجال تسقيف المنازل، وفي مجال تغليف الجدران الخارجية .
توجد مجموعة واسعة من أغشية العزل المائي والعزل ضد الرطوبة المستخدمة في الأسقف، وعزل الطوابق السفلية ، والأغشية الجيولوجية .
السيراميك
استُخدمت الطوب الطيني المحروق منذ عهد الرومان. وتُستخدم أنواع خاصة من البلاط في أعمال التسقيف، وتكسية الجدران، والأرضيات، والأسقف، والأنابيب، وبطانات المداخن، وغيرها.
مواد بناء حية
تُعدّ مواد البناء الحية فئةً حديثةً نسبياً من مواد البناء ، وهي مواد تتكون من كائن حي أو تُنتَج بواسطته، أو مواد تتصرف بطريقة تُشبه ذلك. تشمل استخداماتها المحتملة مواد ذاتية الإصلاح، ومواد تتكاثر ذاتياً بدلاً من أن تُصنَّع.
منتجات البناء
في السوق ، يشير مصطلح "منتجات البناء" غالبًا إلى قطع أو أجزاء جاهزة مصنوعة من مواد متنوعة، تُستخدم في تركيب تجهيزات المباني وعناصرها الزخرفية. ولا يشمل هذا المصطلح مواد البناء المستخدمة في تشييد المبنى وتجهيزاته الداعمة، كالنوافذ والأبواب والخزائن ومكونات النجارة ، وما إلى ذلك. بل إن منتجات البناء تدعم مواد البناء وتجعلها تعمل بشكل معياري .
قد تشير عبارة "منتجات البناء" أيضًا إلى العناصر المستخدمة في تجميع هذه الأجهزة، مثل مواد السد ، والمواد اللاصقة ، والطلاء، وأي شيء آخر يتم شراؤه لغرض بناء مبنى.
البحث والتطوير
ولتسهيل وتحسين استخدام المواد الجديدة والتقنيات الحديثة، يتم إجراء أبحاث مستمرة لتحسين الكفاءة والإنتاجية والقدرة التنافسية في الأسواق العالمية.
قد يكون البحث والتطوير في مجال المواد تجاريًا أو أكاديميًا أو كليهما، ويمكن إجراؤه على أي نطاق.
تتيح النماذج الأولية السريعة للباحثين تطوير المواد واختبارها بسرعة، وإجراء التعديلات وحل المشكلات أثناء العملية. فبدلاً من تطوير المواد نظرياً ثم اختبارها، ثم اكتشاف عيوب جوهرية، تسمح النماذج الأولية السريعة بتطوير واختبار المواد الجديدة بسرعة نسبية، مما يقلل الوقت اللازم لطرحها في السوق إلى بضعة أشهر بدلاً من سنوات. [ 29 ]
الاستدامة
في عام 2017، استهلك قطاع المباني والإنشاءات مجتمعًا 36% من إجمالي الطاقة المنتجة عالميًا، بينما كان مسؤولًا عن 39% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المرتبطة بالطاقة . [ 30 ] وبلغت حصة قطاع الإنشاءات وحده 6% و11% على التوالي. ويُعد استهلاك الطاقة خلال إنتاج مواد البناء مساهمًا رئيسيًا في الحصة الإجمالية لقطاع الإنشاءات، ويعود ذلك أساسًا إلى استخدام الكهرباء خلال عملية الإنتاج. ويوضح الجدول أدناه الطاقة الكامنة في مواد البناء ذات الصلة في الولايات المتحدة . [ 31 ]
| مادة | الطاقة المتجسدة | |
| وحدة حرارية بريطانية / رطل | ميغا جول / كيلوغرام | |
| الطوب | 1600 | 3.7 |
| أسمنت | 3230 | 7.5 |
| فخار | 15200 | 35.4 |
| أسمنت | 580 | 1.3 |
| نحاس | 25770 | 59.9 |
| زجاج مسطح | 10,620 | 24.7 |
| جبس | 10380 | 24.1 |
| الخشب الصلب والخشب الرقائقي والقشرة | 15190 | 35.3 |
| الليمون | 1920 | 4.5 |
| عزل الصوف المعدني | 12600 | 29.3 |
| الألومنيوم الأساسي | 80,170 | 186.5 |
| الخشب الرقائقي والقشرة الخشبية اللينة | 3970 | 9.2 |
| حجر | 1430 | 3.3 |
| الفولاذ البكر | 10390 | 24.2 |
| خشب | 2700 | 6.3 |
الاختبار والشهادة
- الجمعية الأمريكية لاختبار المواد الدولية
- UL (منظمة السلامة)
- مختبر ETL SEMKO لاختبار منتجات البناء في الولايات المتحدة الأمريكية، وهو جزء من شركة Intertek، ومقرها في لندن.
- لائحة منتجات البناء في الاتحاد الأوروبي
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ تعريف "مبنى" ٢ و٤، تعريف "مادة" ١. قاموس أكسفورد الإنجليزي، الطبعة الثانية على قرص مضغوط (الإصدار ٤.٠) © مطبعة جامعة أكسفورد ٢٠٠٩
- 1 2 بناي، فارس (28 يونيو 2017). دراسة ميكانيكية التحويلات المزدوجة للتدفئة والرطوبة في مواد البناء المسامية في نظام مشبع (أطروحة) (بالفرنسية).
- ↑ عثمان، إيناس؛ بولين، فيليب؛ ليكلو، علي نورالدين (يونيو 2014). "الدراسة الرقمية لتقنيات العزل : تطبيق لإعادة تأهيل الخفافيش القديمة بالقماش" . 32èmes Recontres Universitaires de Génie Civil .
- ↑ بوربيا، س.؛ كازوي، ح.؛ بلعربي، ر. (2023). "مراجعة للأبحاث الحديثة حول مواد البناء الحيوية وتطبيقاتها" . مواد الطاقة المتجددة والمستدامة . 12 (2): 117-139 . Bibcode : 2023MRSE...12..117B . doi : 10.1007/s40243-023-00234-7 .
- ↑ نابوكوف، بيتر؛ إيستون، روبرت (1989). العمارة الأمريكية الأصلية . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 16. ISBN 978-0-19-506665-4.
- ↑ كينت، سوزان (1993). العمارة المنزلية واستخدام الفضاء: دراسة متعددة التخصصات عبر الثقافات . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 131. ISBN 978-0-521-44577-1.
- ↑ شافر، غاري د. (ربيع 1993). "دراسة مغناطيسية أثرية لانهيار مبنى من الطين والقش". مجلة علم الآثار الميداني . 20 (1): 59-75 . doi : 10.2307/530354 . JSTOR 530354 .
- ↑ ليون، جورج فرانسيس (1824). اليوميات الخاصة للكابتن جي إف ليون، من سفينة إتش إم إس هيكلا: خلال رحلة الاستكشاف الأخيرة بقيادة الكابتن باري . جيه موراي. الصفحات 280-281 . OCLC 367961511 .
- ↑ هول، مايكل؛ سارينين، جاركو (2010). السياحة والتغير في المناطق القطبية: المناخ والبيئات والتجارب . روتليدج. ص 30. ISBN 978-1-136-97199-0.
- 1 2 ماكهنري، بول غراهام (1984). المباني الطينية والمباني المدكوكة: التصميم والإنشاء . وايلي. ص 104. ISBN 978-0-471-87677-9.
- ↑ سميث، مايكل ج. (2002). "البناء بالطين، القديم والحديث". في: كينيدي، جوزيف ف.؛ وانيك، كاثرين؛ سميث، مايكل ج. (محررون). فن البناء الطبيعي: التصميم، والتشييد، والموارد . دار نشر نيو سوسايتي. ص 132-133 . ISBN 978-0-86571-433-5.
- ↑ظهر أقدم طوب بناء صيني في مدينة شيآن (中國最早磚類建材在西安現身). تاكونجباو.كوم (2010/1/28)
- ↑ زويا كباما، ز. محمد كامل، ك. أدينكراه-أبياه، "تبسيط عملية بناء الجدران: نظام الكتل المتشابكة كأداة" [كذا]، المؤتمر الدولي لتطوير البنية التحتية في أفريقيا (ICIDA)، جامعة كوامي نكروما للعلوم والتكنولوجيا، كوماسي، غانا، مارس 2012. https://www.academia.edu/2647016/MAKING_WALL_CONSTRUCTION_PROCESS_LEAN_THE_INTERLOCKING_BLOCK_SYSTEM_AS_A_TOOL تاريخ الوصول: 12/11/2013
- ↑ "الكتلة الحرارية" . منزلك . الحكومة الأسترالية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أغسطس 2020 .
- ↑مؤرشف بتاريخ 2013-04-02 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) - تاريخ الطوب wienerberger.com
- ↑ "أهم 5 أسباب تجعل الطوب أكثر مواد البناء شيوعًا" . primedb.co. 11 مايو 2017.
- ^ ساندرمان، فيلهلم. كوهلر ، رولاند (يناير 1964). "Über eine kurze Eignungsprüfung von Hölzern für zementgebundene Werkstoffe - Studien über metalgebundene Holzwerkstoffe، VI. Mitteilung". هولزفورشونج . 18 ( 1– 2): 53– 59. بيب كود : 1964هولز...18...53S . دوى : 10.1515/hfsg.1964.18.1-2.53 .
- ↑ ويذروكس، آر سي؛ تاركو، إتش (1964). "تأثير الخشب على تصلب أسمنت بورتلاند". مجلة منتجات الغابات . 14 : 567-568 .
- ↑ هاشمي، م.؛ مسلمي، أ.أ.؛ كامبل، أ.ج. (أكتوبر 1990). "تقنية جديدة لتصنيف توافق الخشب مع الأسمنت". علم وتكنولوجيا الخشب . 24 (4): 345-354 . Bibcode : 1990WdST...2427055H . doi : 10.1007/BF00227055 .
- ↑ لي، أ. و. س.؛ هونغ، تشونغلي (1986). "مقاومة الضغط للعينات الأسطوانية كمؤشر على توافق الخشب مع الأسمنت". مجلة منتجات الغابات . 36 ( 11-12 ): 87-90 . INIST 8084764 .
- ↑ ديميرباش، أ؛ أصلان، أ (أغسطس 1998). "تأثيرات قشر البندق المطحون والخشب ومخلفات الشاي على الخواص الميكانيكية للأسمنت. تم تقديمه بواسطة أ. ك. تشاتيرجي". بحوث الأسمنت والخرسانة . 28 (8): 1101-1104 . doi : 10.1016/S0008-8846(98)00064-7 .
- ^ آهن، WY؛ مسلمي، AA "فحص SEM لسندات الأسمنت الخشبي البورتلاندي". علوم الخشب . 13 (2): 77- 82.
- ↑ كارادي، إس آر؛ إيرل، إم؛ ماهر، ك. (30 أكتوبر 2003). "تقييم توافق الخشب مع الأسمنت: منهج جديد". هولزفورشونغ . 57 (6): 672-680 . doi : 10.1515/HF.2003.101 .
- ↑ لي، خوان؛ كاسال، بوهوميل (سبتمبر 2022). "التدهور الفوري وقصير المدى لسطح الخشب في بيئة إسمنتية تم قياسه بواسطة المجهر الذري للقوة" . المواد والهياكل . 55 (7) 179. doi : 10.1617/s11527-022-01988-8 .
- ↑ لي، خوان؛ كاسال، بوهوميل (يوليو 2023). "آلية تدهور سطح جدار الخلية الخشبية في بيئة إسمنتية مقاسة بواسطة مجهر القوة الذرية" . مجلة المواد في الهندسة المدنية . 35 (7) 04023164. doi : 10.1061/JMCEE7.MTENG-14910 .
- ↑ "مزايا أنابيب فلوروبوليمر ETFE" . فلوروثرم. 1 أبريل 2015.
- 1 2 سميثورست، توم (18 مايو 2023). "لماذا يجب علينا الحد من استخدام البلاستيك في البناء" . RICS . تم الاسترجاع في 5 ديسمبر 2024 .
- ١ ٢ ٣ هيرنانديز، جيرمان؛ لو، جوان؛ ناند، أشفين؛ بو، أليكس؛ واليس، شانون ل؛ كيستل، ليندا؛ بيري، تيري-آن (١٣ يونيو ٢٠٢٢). "قياس وإدارة النفايات البلاستيكية الناتجة عن أعمال البناء في أوكلاند، نيوزيلندا" . إدارة النفايات والبحوث: مجلة الاقتصاد الدائري المستدام . ٤١ (١). منشورات سيج: ٢٠٥-٢١٣ . doi : 10.1177/0734242x221105425 . hdl : 10652/5874 . ISSN 0734-242X . PMC 9925883. PMID 35698793 .
- ↑ "النمذجة السريعة أصبحت معيارًا في مجال البناء" . مجلة "ذا مانوفاكتشرر " . تاريخ الاسترجاع: 30 سبتمبر 2021 .
- ↑ "التقرير العالمي عن الوضع لعام 2017" . www.worldgbc.org . المجلس العالمي للمباني الخضراء . تاريخ الاسترجاع: 12 مارس 2019 .
- ↑ ديكسيت، مانيش ك.؛ كولب، تشارلز هـ.؛ فرنانديز-سوليس، خوسيه ل. (3 فبراير 2015). "الطاقة الكامنة في مواد البناء: دمج الطاقة البشرية وطاقة رأس المال في نموذج هجين قائم على المدخلات والمخرجات". العلوم والتكنولوجيا البيئية . 49 (3): 1936-1945 . Bibcode : 2015EnST...49.1936D . doi : 10.1021/es503896v . PMID 25561008 .
للمزيد من القراءة
- سفوبودا، لوبوش (2018). ستافيبني هموتي (مواد البناء) 1000 ص.
- "التنزيل = Souhlasím" . People.fsv.cvut.cz. مؤرشف من الأصل بتاريخ 16-10-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 03-10-2018 .
روابط خارجية
- مواد البناء – مجلة علمية ثنائية اللغة (الإسبانية/الإنجليزية) تصدرها Consejo Superior de Investigaciones Científicas ، إسبانيا.
- Informes de la Construcción – مجلة علمية تنشرها Consejo Superior de Investigaciones Científicas ، إسبانيا.
- مواد البناء
