آینده بتن در معماری چیست؟

بتن دومین ماده پرکاربرد روی زمین است. همچنین دومین انتشار دهنده بزرگ CO2 است ؛ تولید سیمان 5 تا 7 درصد از تولید گازهای گلخانه ای سالانه را به خود اختصاص می دهد. ادامه محبوبیت بتن به عنوان ماده انتخابی در صنعت طراحی و ساخت و ساز ، همراه با افزایش اضطراب پیامدهای زیست محیطی ، بتن را بطور محکم در کانون توجه نوآوری و آزمایش قرار داده است. در نتیجه ، طراحان ، معماران و محققان در سراسر جهان چشم اندازهای مختلفی را برای آنچه که آینده بتن در معماری می تواند به نظر برسد ، ایجاد می کنند.

بتن هزاران سال است که مورد استفاده معماران و سازندگان قرار گرفته است و اولین استفاده شناخته شده از آن حدود سال 6000BC در سوریه و اردن است. کم بودن هزینه ، تطبیق پذیری ، کاربرد سریع و آشنایی کامل  افراد درگیر در استفاده از آن بدان معنی است که سالانه تقریبا 22 میلیارد تن بتن ریخته می شود. براساس یک مطالعه اخیر در بی بی سی ، تولید سیمان از سال 1950 تاکنون سی برابر شده است و چهار برابر دیگر از سال 1990 ، که بخشی از آن بخاطر ساختمان  سازی پس از جنگ در اروپا و قسمت دیگر آن برای رونق ساخت و ساز در سراسر آسیا است. پیش بینی می شود برای همگام شدن با تقاضا ها در جنوب شرقی آسیا و کشورهای جنوب صحرای آفریقا ، تولید سیمان ممکن است تا سال  2030، 25٪ افزایش یابد.

با بررسی دقیق سهم محیط ساخته شده در تغییرات آب و هوا ، بتن فشار خاصی را تحمل کرده است. به گفته لوسی راجرز در بی بی سی نیوز ، “اگر صنعت سیمان کشوری می بود ، می توانست سومین صادر کننده بزرگ جهان –بعد از چین و ایالات متحده باشد. در کنفرانس تغییرات اقلیمی COP24 سازمان ملل متحد 2018 در لهستان ، مشخص شد که به منظور تحقق الزامات توافق نامه اقلیمی پاریس 2015 ، میزان انتشار سالانه سیمان تا سال 2030 باید 16 درصد کاهش یابد. در راستای این اتفاق، معماران و محققان بسیاری از امکاناتی را برای چگونگی تکامل بتن برای یک روند ساخت و ساز سبزتر ،ایجاد کرده اند.

بسیاری از این نوآوری ها بر کاهش سیمان در مخلوط های بتنی تمرکز دارد. اخیراً محققان MIT ضمن از بین بردن انتشار CO2 ، روش آزمایشی برای تولید سیمان را کشف کرده اند.این تیم با استفاده از یک روش الکتروشیمیایی توانسته قبل از انتشار CO2 آن را جذب  کند ،و این تیم استفاده از کربن توقیف شده را، در صنعت سوخت و نوشیدنی  پیشنهاد می دهد.

مخلوطی جایگزین که در حال حاضر وارد معماری شده، GFRC   بتن تقویت شده با فیبر شیشه ای است. این ماده ملاتی شامل بتن ، شن و ماسه ، فیبر شیشه مقاوم و آب است.پلاستیکی بودن، یکی از اصلی ترین خصوصیات GFRC است که باعث می شود قالب های نازک تر و بدین ترتیب سبک تر حاصل شود. به عنوان مثال ، این مواد در روکش مرکز حیدر علی اف توسط زاها حدید مورد استفاده شده ، همچنین برای پیاده سازی اشکال پیچیده کلیسای ساگرادا فامیلیا گائودی نیز استفاده شده.

علاوه بر استقرار GFRC در مراحل ساخت ، معماران Zaha Hadid نیز با رونمایی از پوسته ای با بافت سه بعدی در Museo Universitario Arte Contemporaneo در مکزیکو سیتی ، رویکرد جدیدتری را برای بتن به نمایش گذاشته اند. بخشی از اولین نمایشگاه ZHA در آمریکای لاتین، KnitCandela با تجسم مجدد ساختارهای پوسته بتونی خلاقانه خود از طریق یک فناوری نوآورانه قالب ساز KnitCrete ، به معمار و مهندس اسپانیایی-مکزیکی فلیکس کاندلا ادای احترام می کند. با استفاده از 36 ساعت بافندگی ، سیستم کابل کشی و سیستم قالب بندی پارچه اجازه می دهد تا ، سطوح بتنی آزاد بدون نیاز به قالب ساخته شود. پارچه کشباف KnitCandela ، که در ETH زوریخ ساخته شد، در دو چمدان از مکزیک به سوئیس منتقل شد و در مجموع 350 کیلومتر نخ با وزن 25 کیلوگرم به دست آمد. پوسته های بتنی دو پوش این غرفه ، با وجود مساحت 50 متر مربع ، تنها 5 تن وزن دارند.

با هدف به حداکثر رساندن فضای موجود و کم کردن هزینه های ساخت و ساز ،محققان گروه معماری ETH زوریخ یک  کف بتونی را طراحی کرده اند که ضخامت آن فقط 2 سانتی متر است،و با تحمل بار، همزمان پایدار است. بر خلاف کفهای بتونی سنتی که ظاهراً مسطح هستند ، این صفحات به منظور پشتیبانی از بارهای اصلی به شکل طاق طراحی شده اند ،که یادآور سقف های طاقدار موجود در کلیساهای گوتیک است. بدون نیاز به تقویت فولاد و با بتن کمتر ، تولید CO2 به حداقل رسیده و کفهای 2cm حاصل از آن 70٪ سبکتر از همتایان بتنی معمولی خود هستند.

اخیراً ، این موسسه پتانسیل بتن پرینت سه بعدی را نیز به نمایش گذاشته است. “رقص بتن” در رئوم ، سوئیس ، اولین مرحله بتن پرینت سه بعدی شده بصورت رباتیک را به نمایش گذاشت. که متشکل از ستون های ساخته شده بدون قالب است. با همکاری جشنواره اوریگن در ریوم سوئیس ، نصب شامل نه ستون با ارتفاع 2.7 متر طول است ، بصورت جداگانه با نرم افزارهای سفارشی طراحی شده و با یک فرآیند چاپ سه بعدی رباتیک ساخته شده توسط ETH زوریخ با پشتیبانی NCCR DFAB ساخته شده است. سازه های بتنی بصورت توخالی چاپ سه بعدی می شوند تا از مواد کمتری در ساخت آن استفاده شود، که باعث ایجاد یک رویکرد پایدارتر نسبت به معماری بتنی می شود. علاوه بر این ، تزئینات ستون  و جنس پوشش  و محاسبات طراحی شده ، تطبیق پذیری و کیفیت عالی بتن تولید شده توسط پرینتر سه بعدی را در ساختارهای بزرگ  مقیاس نشان می دهد.

بنابراین روشن است که آینده بسیار خوبی برای  بتن به عنوان ماده انتخابی در صنعت طراحی و ساخت وجود دارد. ایجاد شهرهای ما برای قرنها و تسهیل در گسترش سریع، اکنون زمان آن رسیده است که در نظر بگیریم که چگونه موادی مانند بتن می توانند به حمایت از نوآوری ادامه دهند ، که خود موضوع نوآوری هستند. چالش معماران این است که اطمینان حاصل کنند که چنین راه حل های ابتکاری ، با امکان تغییر اساسی در نحوه کار یا استفاده از بتن ، در یک صنعت سنتی محافظه کار پذیرفته می شود. در غیر این صورت ، واضح است که اثرات زیست محیطی بتن همانطور که در حال حاضر موجود است، از موادی که توسط رقبای سبز آن ساخته میشود، بسیار بیشتر است.