۱ . معرفی جامع فایبر سمنت برد

۱.۱. تعریف سمنت برد

فایبر سمنت بردیک متریال ساختمانی کامپوزیت است که به دلیل دوام و تطبیق‌پذیری، به سنگ بنای ساخت و ساز مدرن تبدیل شده است. این ماده عمدتاً از ترکیبی از سیمان، سیلیس و الیاف سلولزی تشکیل شده است.  فرمولاسیون‌های اولیه فایبر سمنت برد‌ها از الیاف آزبست برای تقویت استفاده می‌کردند. با این حال، هنگامی که خطرات بهداشتی مرتبط با قرار گرفتن در معرض آزبست در دهه ۱۹۷۰ به طور گسترده‌ای شناخته شد، یک تلاش گسترده برای تحقیق و توسعه برای یافتن جایگزینی ایمن آغاز شد. این امر منجر به نوآوری در فرمولاسیون‌های بدون آزبست شد که به جای آن از سلولز یا خمیر چوب استفاده می‌کنند و این ماده را در حالت تولیدی، از نظر زیست‌محیطی ایمن و غیرخطرناک می‌سازند.

۱.۲. ترکیب اصلی و نقش‌های کاربردی

عملکرد فایبر سمنت برد نتیجه یک دستور العمل تولید است که از چهار جزء اصلی است که هر کدام عملکردی خاص و حیاتی دارند. فرآیند تولید را می‌توان به دقت کنترل کرد.  

• سیمان پرتلند: این جزء، پایه اصلی ماده است که یک پایه قوی و مقاوم در برابر آتش فراهم می‌کند. این جزء به عنوان مؤلفه ساختاری اصلی عمل می‌کند و استحکام و سختی فایبر سمنت برد را به آن می‌بخشد.  

•  سیلیس (یا خاکستر بادی): ماسه سیلیس به عنوان یک ماده پرکننده ، به چگالی و پایداری ابعادی فایبر سمنت برد کمک می‌کند. این جزء باعث می شود که محصول نهایی، حتی در شرایط محیطی متغیر، شکل و اندازه خود را حفظ کند.  

• الیاف سلولزی (خمیر چوب): این یک جزء کلیدی است که به سمنت برد انعطاف‌پذیری و مقاومت می‌بخشد. بدون این الیاف، فایبر سمنت برد مانند بتن شکننده خواهد بود و به شدت در برابر ترک خوردن و شکستن تحت فشار آسیب‌پذیر خواهد بود. الیاف سلولزی ساختار سمنت برد را تقویت کرده و فایبر سمنت برد را قادر می‌سازد تا در برابر ضربه بدون ترک خوردن مقاومت کند.  

• آب: آب برای واکنش‌های شیمیایی که در طول فرآیند تولید رخ می‌دهد ضروری است. آب الیاف سلولزی را حل کرده و سیمان پرتلند را فعال می‌کند و مواد خشک را به یک دوغاب قابل کار تبدیل می‌کند که می‌توان آن را به شکل ورق درآورد.  

علاوه بر این اجزای اصلی، بسیاری از تولیدکنندگان، ترکیب اختصاصی را به فرمولاسیون خود اضافه می‌کنند. این افزودنی‌های بهبود دهنده عملکرد می‌توانند به طور قابل توجهی کیفیت، دوام و پوشش محصول نهایی را افزایش دهند و فایبر سمنت برد‌های با کیفیت بالا را از انواع استاندارد متمایز کنند. ترکیب عمدی این اجزا یک اثر هم‌افزایی ایجاد می‌کند؛ سختی سیمان و سیلیس به طور کامل با مقاومت الیاف سلولزی تکمیل می‌شود. این تعادل مهندسی‌شده دلیل اصلی ویژگی‌های عملکردی برتر این ماده است و به آن اجازه می‌دهد هم فوق‌العاده قوی و هم بسیار مقاوم در برابر ترک خوردن ناشی از فشار باشد.  

۲.  تولید

۲.۱. فرآیند هاتشک

روش اصلی برای تولید فایبر سمنت برد‌ ، فرآیند هاتشک است، یک تکنیک شکل‌دهی لایه‌ای که عنصری اساسی در استحکام و کیفیت ماده است. این فرآیند با آماده‌سازی یک دوغاب رقیق و بر پایه آب که حاوی اجزای کلیدی است آغاز می‌شود: الیاف، سیمان پرتلند و مواد معدنی ریز آسیاب‌شده.  

دستگاه هاتشک حول یک غربال استوانه‌ای چرخان متمرکز است که به طور جزئی در این دوغاب غوطه‌ور است. با چرخش غربال، یک فیلم نازک، نرم و متخلخل به ضخامت کاغذ از الیاف و سیمان بر روی سطح آن رسوب می‌کند. سپس این فیلم به طور مداوم از غربال جدا می‌شود و به یک نوار نقاله نمدی پیوسته منتقل می‌شود. سپس لایه مرطوب به یک غلتک تجمیع حمل می‌شود، جایی که تحت فشار بالا قرار می‌گیرد تا آب اضافی آن خارج شود. تعداد کافی از این فیلم‌های نازک و مرطوب، یکی روی دیگری، به دور غلتک پیچیده می‌شوند تا به ضخامت مورد نظر برسند. این لایه‌بندی مبتنی بر فشار، فیلم‌های منفرد را به یک ورق جامد و پیوسته متصل می‌کند.  

هسته این فرآیند، توزیع دوبعدی الیاف تقویت‌کننده در هر فیلم نازک است. این لایه‌بندی دقیق یک فرایند مهندسی است که به طور مستقیم بر عملکرد محصول نهایی تأثیر می‌گذارد. این روش منجر به یک ورق نهایی با استحکامی در صفحه (in-plane strength) می‌شود که تقریباً ۵۰٪ بیشتر از فایبر سمنت برد‌هایی است که در یک مرحله به ضخامت کامل شکل می‌گیرند. این تفاوت در تکنیک تولید می‌تواند منجر به تفاوت قابل توجهی در استحکام و دوام محصول نهایی شود.

۲.۲. فرآیندهای پس از شکل‌گیری و روش‌های عمل‌آوری

پس از اینکه ورق‌ها روی دستگاه هاتشک شکل گرفتند، برای دستیابی به چگالی و سختی نهایی خود، تحت پردازش بیشتری قرار می‌گیرند.

• فشرده‌سازی: ورق‌های انباشته‌شده تحت فشار بسیار زیاد، گاهی تا ۱۰,۰۰۰ تن، با استفاده از ورق‌های فولادی به عنوان لایه‌های میانی فشرده می‌شوند. این مرحله برای حذف آب اضافی و افزایش چگالی فایبر سمنت برد حیاتی است که به طور مستقیم خواص فیزیکی نهایی آن را افزایش می‌دهد.

• عمل‌آوری (Curing): مرحله نهایی و حیاتی‌ترین مرحله، عمل‌آوری است که ماده را سخت می‌کند و ویژگی‌های بلندمدت آن را تعیین می‌کند. دو روش اصلی عمل‌آوری وجود دارد:

• عمل‌آوری در هوا ( هوا خشک ) : این یک فرآیند هیدراتاسیون طبیعی است که در آن سیمان با آب در طی چند هفته واکنش می‌دهد. این روش به ماده اجازه می‌دهد تا با گذشت زمان و با آزاد شدن گرما از واکنش شیمیایی، سفت و سخت شود.  

• عمل‌آوری در دستگاه اتوکلاو: این روش شامل سخت‌سازی با بخار ورق‌ها در کوره‌های با فشار بالا، یا اتوکلاوها، است. این فرآیند عمل‌آوری را تسریع کرده و منجر به محصول نهایی می‌شود که تخلخل کمتر و قابلیت کار بیشتری دارد.  

انتخاب روش عمل‌آوری نشان‌دهنده هدف استراتژیک تولیدکننده است و می‌تواند منجر به تفاوت‌های عملکردی ظریف اما قابل توجهی شود. در حالی که محصولات عمل‌آوری‌شده در هوا ممکن است یک فرآیند خشک شدن طبیعی داشته باشند، محصولات عمل‌آوری‌شده در اتوکلاو عموماً تخلخل کمتری دارند که می‌تواند به کیفیت بهتر و جذب آب کمتر پوشش فایبر سمنت برد منجر شود. این فرایند یکی از عواملی است که می‌تواند منجر به تفاوت در کیفیت و عملکرد فایبر سمنت برد‌های سمنت برد از تولیدکنندگان مختلف شود.

۳. مشخصات فنی و ویژگی‌های عملکردی

۳.۱. ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی

ویژگی‌های فنی فایبر سمنت بردبا مجموعه‌ای از خواص تعریف می‌شود که عملکرد قوی آن را به طور کلی توضیح می‌دهد.

• چگالی: چگالی فایبر سمنت برد‌ها می‌تواند متفاوت باشد، با طبقه‌بندی‌هایی که از چگالی کم (۰.۹−۱.۲ g/cm۳) تا چگالی بالا (۱.۵−۲.۰ g/cm۳) متغیر است. فایبر سمنت برد‌های با چگالی بالا، با چگالی خشک ظاهری که معمولاً بیش از  ۱,۲۰۰ Kg/m۳ است ، به دلیل استحکام و دوام بیشتر برای کاربردهای سنگین مانند نماهای خارجی و کف باربر مناسب‌تر هستند.  

• استحکام: این ماده استحکام مکانیکی چشمگیری از خود نشان می‌دهد، از جمله استحکام فشاری بیش از ۳۰ MPa و استحکام کششی ۲۰ MPa به موازات الیاف و ۱۸ MPa عمود بر آن. استحکام ضربه آن نیز قابل توجه است که بیش از  ۲,۱۰۰ J/m۲ است، که آن را قادر می‌سازد در برابر آسیب ناشی از ضرباتی مانند تگرگ مقاومت کند. ترکیب الیاف سلولزی برای این منظور حیاتی است، زیرا احتمال ترک خوردن و شکستن را کاهش می‌دهد.  

• پایداری ابعادی: فایبر سمنت بردبه گونه‌ای طراحی و ساخته شده است که در برابر تغییرات ناشی از گرما، رطوبت و دما بسیار مقاوم باشد. این خصوصیت از تاب برداشتن، تورم و ترک خوردن که اغلب در مخصولات چوبی رخ می‌دهد، جلوگیری می‌کند.  

۳.۲. خواص حرارتی، صوتی و شیمیایی

علاوه بر یکپارچگی ساختاری، فایبر سمنت برددارای مجموعه‌ای از ویژگی‌های عملکردی دیگر است که آن را به انتخابی جذاب برای کاربردهای مختلف تبدیل می‌کند.

• مقاومت در برابر آتش: یکی از ویژگی‌های برجسته سمنت برد ، ماهیت غیرقابل اشتعال آن است. این ماده در معرض شعله مستقیم آتش نمی‌گیرد و به عنوان سوخت برای آتش عمل نمی‌کند. این امر آن را به ماده‌ای عالی برای نمای بیرونی ساختمان‌ها در مناطق مستعد آتش‌سوزی تبدیل می‌کند. این ماده اغلب دارای رتبه‌بندی گسترش آتش Class 1(A) است که بالاترین رتبه ممکن است.  

• مقاومت در برابر رطوبت: مهم است که بدانید در حالی که فایبر سمنت بردبه شدت در برابر رطوبت مقاوم است، کاملاً ضدآب نیست. ترکیب متراکم آن از جذب آسان آب جلوگیری می‌کند و آن را در برابر پوسیدگی، تورم و تاب برداشتن، حتی در شرایط مرطوب، مقاوم می‌سازد. این ویژگی آن را به انتخابی ایده‌آل برای استفاده در مناطق مرطوب داخل ساختمان و برای نمای خارجی در مناطق پرباران تبدیل می‌کند.  

• عایق صدا و حرارت: فایبر سمنت برد‌های سمنت برد مقداری عایق صدا و حرارت را فراهم می‌کنند. یک فایبر سمنت برد می‌تواند عایق صوتی  ۳۲−۳۴ dB را ارائه دهد. رسانایی حرارتی آن ۰.۱۸ W/m-K است. اگرچه این ماده عایق اصلی نیست، اما می‌تواند به پوشش حرارتی ساختمان کمک کرده و بهره‌وری انرژی را بهبود بخشد، به ویژه هنگامی که با سیستم‌های عایق پیوسته ترکیب شود.  

جدول ۱: مشخصات فنی کلیدی و استانداردهای صنعتی

این جدول داده‌های فنی کلیدی را برای ارائه یک مرجع واضح برای متخصصانی که ماده را ارزیابی می‌کنند، ترکیب می‌کند. داده‌های ارائه شده در اینجا از آزمایش‌های استاندارد به دست آمده و مبنایی برای مقایسه با سایر مصالح ساختمانی فراهم می‌کند.

۴. فواید فایبر سمنت برد

فایبر سمنت بردمجموعه‌ای از مزایای استراتژیک را ارائه می‌دهد که استفاده از آن را در طیف گسترده‌ای از پروژه‌ها، از خانه‌های مسکونی تا سازه‌های تجاری، توجیه می‌کند.

۴.۱. دوام و طول عمر

جذابیت اصلی فایبر سمنت برد، دوام استثنایی و طول عمر طولانی آن است. این ماده به گونه‌ای مهندسی شده است که در برابر طیف گسترده‌ای از فشارهای محیطی، از جمله بادهای شدید، تگرگ و اشعه ماوراء بنفش قوی، مقاومت کند. برخلاف چوب، که می‌تواند در معرض رطوبت تاب برداشته یا پوسیده شود،  سمنت برد از نظر ابعادی پایدار می‌ماند. این امر آن را به یک انتخاب ایده‌آل برای یک پوشش خارجی ماندگار تبدیل می‌کند. با نصب و نگهداری مناسب، پوشش سمنت برد می‌تواند تا 100 سال دوام بیاورد . این طول عمر، سمنت برد را از یک محصول ساده به یک سرمایه‌گذاری پایدار و مقرون به صرفه بلندمدت تبدیل می‌کند، زیرا طول عمر آن بسیار بیشتر از بسیاری از جایگزین‌ها است.  

۴.۲. ایمنی در برابر آتش و مقاومت حرارتی

مقاومت ذاتی  سمنت برد در برابر آتش یک مزیت ایمنی مهم است. این ماده غیرقابل اشتعال است . جرم حرارتی بالای آن به آن اجازه می‌دهد تا گرما را نگه دارد و گسترش آن را به مناطق مجاور کند کند، که زمان حیاتی برای واکنش ساکنان و پاسخ خدمات اضطراری را فراهم می‌کند. این ویژگی به ویژه در مناطقی که مستعد آتش‌سوزی‌ و یا نیاز به آتش بند (مانند باکس آسانسور و کاور سازه های فولادی) هستند ارزشمند است، جایی که می‌تواند یک لایه حفاظتی حیاتی برای یک ساختمان فراهم کند.  

۴.۳. مقاومت در برابر رطوبت، آفات و پوسیدگی

به دلیل ترکیب خود، فایبر سمنت برد به طور طبیعی در برابر آفاتی مانند موریانه مقاوم است، زیرا آن‌ها نمی‌توانند سمنت برد را بجوند یا در آن سوراخ ایجاد کنند. مقاومت بالای این ماده در برابر رطوبت همچنین از پوسیدگی و کپک‌زدگی که اغلب روکش‌های چوبی سنتی را تحت تأثیر قرار می‌دهد، جلوگیری می‌کند. این مقاومت در برابر تخریب بیولوژیکی و محیطی به این معنی است که برخلاف چوب، برای جلوگیری از آلودگی یا پوسیدگی به درمان‌های مکرر نیاز ندارد.  

۴.۴. تطبیق‌پذیری با طراحی

فایبر سمنت بردتطبیق‌پذیری ظاهری قابل توجهی را ارائه می‌دهد. توانایی آن در شکل‌دهی در قالب‌ها  و یا باکس ها به این معنی است که می‌تواند به طور چشم گیری  ظاهر و طرح دانه‌های مواد طبیعی مختلفی مانند بافت چوب را تقلید کند. این امر امکان ایجاد طیف گسترده‌ای از سبک‌های معماری، از کلبه‌های روستایی تا طرح‌های مدرن و ساده را فراهم می‌کند. این متریال را می‌توان  را  هر تم رنگی رنگ‌آمیزی کرد، که آزادی خلاقانه زیادی را برای طراحان و کارفرما فراهم می‌کند.

۵. معایب

۵.1. نصب و الزامات نیروی کار

وزن و سختی فایبر سمنت بردبه فرآیند نصب پیچیده آن کمک می‌کند. برخلاف سایر مصالح نما ،  سمنت برد برای برش و حمل و نقل صحیح به ابزارها و مهارت‌های تخصصی نیاز دارد. این ماده همچنین در صورت عدم حمل و نقل دقیق مستعد شکستن است، که می‌تواند ضایعات و هزینه‌های پروژه را افزایش دهد. این دشواری به این معنی است که اجرای فایبر سمنت برد بهتر است به متخصصانی سپرده شود که در کار با  سمنت برد تخصص دارند.

۵.2. نگهداری

 در حالی که سمنت برد بسیار بادوام و مقاوم در برابر پوسیدگی است، پوشش ظاهری آن به نگهداری دوره‌ای نیاز دارد. برای حفظ ظاهر و محافظت از فایبر سمنت برد ، هر ۱۰ تا ۱۵ سال یک بار باید رنگ‌آمیزی شود.

۶. کاربردها

۶.۱. کاربردهای خارجی

 سمنت بردبیشتر به خاطر استفاده به عنوان پوشش و نمای خارجی شناخته شده است. می‌توان آن را در سبک‌های مختلفی ( کرکره ای ، با درز اجرایی )  نصب کرد. دوام و مقاومت آن در برابر رطوبت نیز آن را به یک بستر قابل اعتماد برای سایر پوشش‌های خارجی تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، به طور معمول به عنوان نمای تمام شده استفاده می‌شود، جایی که توانایی آن در مقاومت در برابر رطوبت به یک پوشش ساختمانی قوی‌تر و مقاوم در برابر آب کمک می‌کند. علاوه بر این، توانایی آن در مقاومت در برابر قرار گرفتن طولانی مدت در معرض رطوبت، آن را به انتخابی عالی برای   فضای بیرون تبدیل می‌کند.  

۶.۲. کاربردهای داخلی

مقاومت فایبر سمنت برد در برابر رطوبت به ویژه در فضاهای داخلی که در آن قرار گرفتن در معرض آب نگرانی ایجاد می‌کند، ارزشمند است. این ماده به طور گسترده‌ای به عنوان یک لایه بادوام  ( سازه ال اس اف) برای کاشی‌ها در مناطق مرطوب مانند حمام، دوش، آشپزخانه استفاده می‌شود. چگالی و استحکام بالای آن همچنین آن را به متریالی عالی برای کف باربر ( به خصوص در سازه ال اس اف ) تبدیل می‌کند. همچنین در کاربردهای داخلی تخصصی مانند پارتیشن‌های آکوستیک با مقاومت در برابر آتش برای اتاق‌های کنفرانس و تئاترها به کار می‌رود، جایی که خواص مقاومت در برابر صدا و آتش آن ضروری است.  

جدول ۲: ضخامت‌های توصیه شده برای کاربردهای خاص

ضخامت فایبر سمنت برد یک عامل اصلی در تعیین مناسب‌ترین کاربرد آن است. این جدول یک راهنمای برای متخصصان فراهم می‌کند تا مشخصات سمنت برد را با الزامات پروژه مطابقت دهند.

۷. نصب و طول عمر

طول عمر پیش‌بینی‌شده ۵۰ تا 100  ساله فایبر سمنت بردبه طور مستقیم با کیفیت نصب و نگهداری بعدی آن مرتبط است.

۷.۱. راهنمای نصب

نصب صحیح فقط یک دستور العمل نیست؛ برای دستیابی به پتانسیل کامل سمنت برد و تضمین طول عمر آن یک ضرورت است. این فرآیند با برنامه‌ریزی دقیق و آماده‌سازی سطح آغاز می‌شود، از جمله نصب یک مانع رطوبتی و فلاشینگ در اطراف پنجره‌ها و درها برای جلوگیری از نفوذ آب.  

هنگام برش فایبر سمنت برد‌ها، یک اره دایره‌ای ( اره دیسکی)  مجهز به تیغه  سمنت برد و یا سرامیک مورد نیاز است، و فایبر سمنت برد‌ها باید به صورت وارونه برش داده شوند تا خطوط تمیز باشند. سپس فایبر سمنت برد‌ها باید با استفاده از  پیچ‌های مقاوم در برابر خوردگی متصل شوند.

۷.۲. ترمیم و نگهداری بلندمدت

حتی با یک نصب کامل، نگهداری منظم برای اطمینان از طول عمر سمنت برد ضروری است. بازدید های سالانه برای بررسی ترک‌ها، خوردگی‌ها، فرورفتگی‌ها یا تغییر رنگ‌های قابل مشاهده، به ویژه در اطراف پنجره‌ها و درها، توصیه می‌شود . برای آسیب‌های بزرگ‌تر ، می‌توان کل فایبر سمنت برد را جایگزین کرد.   

۸. بهداشت و ایمنی

۸.۱. غبار  حاصل از برش 

در حالی که پانل سمنت برد در حالت نهایی خطرناک نیست، هنگام تولید غبار حاصل از برش به یک خطر بهداشتی تبدیل می‌شود. برش، سوراخ‌کاری یا ساب فایبر سمنت برد‌ها غبار سیلیس کریستالی قابل تنفس را آزاد می‌کند.

۸.۲. خطرات سلامتی

استنشاق غبار سیلیس  و سیمان عواقب جدی و دائمی برای سلامتی دارد. این غبار یک علت مستقیم بیماری سیلیسوز است، یک بیماری کشنده ریوی که با زخم شدن و ضخیم شدن بافت ریه مشخص می‌شود و به طور دائمی توانایی ریه‌ها در استخراج اکسیژن از هوا را محدود می‌کند. علائم سیلیسوز، مانند خستگی و تنگی نفس، ممکن است سال‌ها پس از قرار گرفتن اولیه در معرض آن ظاهر نشود. قرار گرفتن مداوم در معرض آن می‌تواند منجر به درد قفسه سینه، مشکلات قلبی و در نهایت نارسایی تنفسی شود.

۸.۳. استراتژی‌های کاهش خطر و رعایت مقررات

این برنامه باید شامل موارد زیر باشد:  

• کنترل‌های مهندسی: استفاده از هواکش های جمع‌آوری غبار و فیلترهای با کارایی بالا. در برخی موارد، روش‌های برش همراه با آب الزامی هستند.  

• تجهیزات حفاظت فردی : کارگران باید از ماسک‌های تنفسی یا ماسک‌های ضد گرد و غبار مورد تأیید برای محدود کردن قرار گرفتن در معرض آن، و همچنین عینک ایمنی برای محافظت از چشمان خود در برابر گرد و غبار استفاده کنند.  

• کنترل‌های مدیریتی: کارفرمایان باید یک برنامه کنترل و یک ناظر متخصص را برای نظارت بر این فرایند تعیین کنند.  

این دستور العمل های ایمنی پیشنهاد نیستند؛ الزامات قانونی هستند که برای محافظت از سلامت و رفاه کارگران ساختمانی ضروری هستند.  

۹. نتیجه‌گیری و توصیه‌های نهایی

بر اساس تحلیل جامع ترکیب، تولید و ویژگی‌های عملکردی آن، فایبر سمنت برد به عنوان یک متریال برتر و با ارزش بالا برای ساخت و ساز مدرن ظاهر می‌شود. تعادل مهندسی‌شده آن از سیمان پرتلند، سیلیس و الیاف سلولزی، محصولی با دوام بی‌نظیر، مقاومت در برابر آتش و پایداری ابعادی ایجاد می‌کند، که آن را به یک جایگزین جذاب برای گزینه‌های پوشش های سنتی تبدیل می‌کند. توانایی این ماده در تقلید  از ظاهر چوب و سنگ ، همراه با مقاومت آن در برابر آفات و پوسیدگی، آن را به انتخابی عالی برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای معماری و طراحی تبدیل می‌کند.