طراحی و ساخت آجر سبک هوشمند با قابلیت عایق کاری چندگانه و کاربردهای نوین صنعتی

**عنوان مقاله:** طراحی و ساخت آجر سبک هوشمند با قابلیت عایق کاری چندگانه و کاربردهای نوین صنعتی

**نویسندگان:**

۱. **پژوهشگر اصلی** رضا اشکریان)

۲. **اشکان گرامی*** (استاد راهنما و مشاور علمی) - مدیرعامل شرکت صنعتی سانتیگراد

**چکیده:**

**زمینه و هدف:** با توجه به افزایش مصرف انرژی در بخش ساختمان و نیاز به مصالح سازگار با محیط زیست، این پژوهش به طراحی و ساخت آجر سبک هوشمند (Arobrick) با ویژگی های منحصر به فرد پرداخته است.

**مواد و روش ها:** در این مطالعه تجربی، از ترکیب سیمان پرتلند، مواد سبک کننده طبیعی و افزودنی های پلیمری استفاده شد. فرآیند تولید به روش قالب گیری ارتعاشی تحت فشار کنترل شده انجام گرفت. نمونه های ساخته شده تحت آزمایش های مقاومت فشاری (طبق استاندارد ASTM C109)، هدایت حرارتی (ASTM C518)، جذب آب (ASTM C140) و مقاومت در برابر آتش (ASTM E119) قرار گرفتند.

**یافته ها:** نتایج نشان داد که آجر تولیدی دارای وزن مخصوص ۴۰٪ بلوک سیمانی معمولی (۶۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب) است. مقاومت فشاری به میزان ۸۰٪ بلوک معمولی (۱۰ مگاپاسکال) و ضریب هدایت حرارتی ۰/۰۸ وات بر متر کلوین اندازه گیری شد. جذب آب کمتر از ۵٪ و مقاومت در برابر شعله مستقیم تا ۲ ساعت تایید گردید.

**نتیجه گیری:** آجر سبک هوشمند تولیدشده با دارا بودن ویژگی های مکانیکی مناسب و قابلیت عایق کاری چندگانه، می تواند به عنوان جایگزینی اقتصادی و کارآمد در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار گیرد.

**کلمات کلیدی:** آجر سبک، عایق حرارتی، مصالح هوشمند، توسعه پایدار، صنعت ساختمان

**Abstract:**

**Background and Objective:** Considering the increasing energy consumption in the construction sector and the need for environmentally friendly materials, this research focuses on the design and construction of smart lightweight bricks (Arobrick) with unique features.

**Materials and Methods:** In this experimental study, a combination of Portland cement, natural lightweight materials, and polymer additives was used. The production process was carried out by vibration molding under controlled pressure. The manufactured samples underwent compressive strength tests (according to ASTM C109), thermal conductivity (ASTM C518), water absorption (ASTM C140), and fire resistance (ASTM E119).

**Results:** The results showed that the produced brick has a specific weight of 40% of conventional cement blocks (650 kg/m³). The compressive strength was measured at 80% of conventional blocks (10 MPa) and the thermal conductivity coefficient at 0.08 W/m·K. Water absorption was less than 5% and resistance to direct flame was confirmed for up to 2 hours.

**Conclusion:** The produced smart lightweight brick, with suitable mechanical properties and multiple insulation capabilities, can be used as an economical and efficient alternative in the construction industry.

**Keywords:** Lightweight brick, thermal insulation, smart materials, sustainable development, construction industry

---

**مقدمه:**

صنعت ساختمان یکی از مصرف کنندگان عمده انرژی در جهان است. بر اساس گزارش های بین المللی، ساختمان ها مسئول ۴۰٪ مصرف انرژی جهانی و ۳۰٪ انتشار گازهای گلخانه ای هستند [۱]. در ایران نیز با توجه به شرایط اقلیمی، بخش عمده ای از انرژی در گرمایش و سرمایش ساختمان ها مصرف می شود [۲].

مصالح سبک به دلیل کاهش بار مرده سازه، افزایش سرعت اجرا و بهبود مشخصات عایق کاری، توجه محققان و صنعتگران را به خود جلب کرده اند [۳]. با این حال، بسیاری از مصالح سبک موجود در بازار از نظر مقاومت مکانیکی یا دوام دارای محدودیت هایی هستند [۴].

این پژوهش با هدف تولید آجر سبکی طراحی شده که ضمن حفظ مقاومت مکانیکی مناسب، دارای قابلیت عایق کاری چندگانه (حرارتی، صوتی، رطوبتی و الکتریکی) باشد. همچنین امکان طراحی ساختار متخلخل برای کاربردهای خاص مانند فیلتراسیون در آن پیش بینی شده است.

**مواد و روش ها:**

**۲-۱. مواد اولیه:**

- سیمان پرتلند تیپ II

- سیلیس با دانه بندی ۰/۱-۰/۵ میلی متر

- میکروسیلیس

- الیاف پلی پروپیلن

- افزودنی کاهنده آب

- ماده حباب هوازا

- نانوذرات سیلیس

**۲-۲. روش تولید:**

۱. اختلاط مواد خشک به مدت ۳ دقیقه

۲. اضافه کردن آب و افزودنی ها و ادامه اختلاط به مدت ۵ دقیقه

۳. ریختن ملات در قالب های فلزی

۴. اعمال ارتعاش با فرکانس ۵۰ هرتز به مدت ۳۰ ثانیه

۵. عمل آوری در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد و رطوبت ۹۰٪ به مدت ۲۸ روز

**۲-۳. آزمایش ها:**

- مقاومت فشاری: دستگاه UTEST با ظرفیت ۲۰۰۰ کیلونیوتن

- هدایت حرارتی: دستگاه FOX 200

- جذب آب: روش غوطه وری کامل

- مقاومت در برابر آتش: کوره استاندارد با دمای تا ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد

- آنالیز میکروسکوپی: SEM مدل VEGA3 TESCAN

**نتایج:**

**۳-۱. ویژگی های فیزیکی:**

جدول ۱: مشخصات فیزیکی آجر تولیدی

| ویژگی | مقدار | روش آزمایش |

|--------|--------|-------------|

| وزن مخصوص (kg/m³) | ۶۵۰ ± ۲۵ | ASTM C138 |

| مقاومت فشاری (MPa) | ۱۰/۲ ± ۰/۵ | ASTM C109 |

| جذب آب (%) | ۴/۸ ± ۰/۳ | ASTM C140 |

| هدایت حرارتی (W/m·K) | ۰/۰۸ ± ۰/۰۱ | ASTM C518 |

**۳-۲. رفتار در برابر آتش:**

نمونه ها در معرض دمای ۸۰۰ درجه سانتی گراد به مدت ۲ ساعت قرار گرفتند. کاهش مقاومت فشاری پس از آزمون ۱۵٪ اندازه گیری شد که نشان دهنده پایداری مناسب در برابر حرارت است.

**۳-۳. تحلیل میکروساختاری:**

تصاویر SEM (شکل ۱) توزیع یکنواخت حباب های هوا و ارتباط مناسب بین فازهای مختلف را نشان می دهد. اندازه حباب ها بین ۵۰-۲۰۰ میکرون متغیر است.

**بحث:**

نتایج این پژوهش نشان می دهد که آجر سبک تولیدشده با وزن ۴۰٪ بلوک سیمانی معمولی، دارای ۸۰٪ مقاومت آن می باشد. این موضوع از نظر مهندسی سازه قابل توجه است، چرا که کاهش وزن سازه می تواند به کاهش ابعاد فونداسیون و در نتیجه صرفه جویی اقتصادی منجر شود [۵].

مقدار هدایت حرارتی اندازه گیری شده (۰/۰۸ W/m·K) نسبت به بلوک سیمانی معمولی (۰/۷ W/m·K) بهبود قابل ملاحظه ای نشان می دهد [۶]. این ویژگی می تواند تا ۴۰٪ در مصرف انرژی ساختمان صرفه جویی ایجاد کند.

مقاومت در برابر آتش نیز از ویژگی های برجسته این محصول است. حضور الیاف پلی پروپیلن و نانوذرات سیلیس در ساختار، باعث بهبود رفتار نمونه در دمای بالا شده است [۷].

**نتیجه گیری:**

آجر سبک هوشمند تولیدشده در این پژوهش، با دارا بودن ترکیبی از ویژگی های مکانیکی، حرارتی و مقاومت در برابر آتش، می تواند به عنوان مصالحی نوین در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار گیرد. کاهش وزن، بهبود عایق کاری و مقاومت در برابر عوامل محیطی از مزایای اصلی این محصول می باشد.

**تقدیر و تشکر:**

بدین وسیله از راهنمایی ها و حمایت های علمی جناب آقای اشکان گرامی، مدیرعامل محترم شرکت صنعتی سانتیگراد، به عنوان استاد راهنما و مشاور علمی این پژوهش قدردانی می گردد. همچنین از کارشناسان آزمایشگاه مصالح ساختمانی دانشگاه که در انجام آزمایش ها همکاری نمودند، سپاسگزاری می شود.

**منابع:**

[۱] UN Environment Programme (2021). Global Status Report for Buildings and Construction.

[۲] وزارت نیرو (۱۴۰۰). ترازنامه انرژی سال ۱۳۹۹.

[۳] Zhang, L., et al. (2020). "Lightweight concrete: A review." Construction and Building Materials, ۲۴۵, ۱۱۸۴۰۹.

[۴] Ahmadi, B., & Shekarchi, M. (2019). "Use of natural zeolite to produce lightweight concrete." Iranian Journal of Science and Technology, ۴۳(۳), ۸۹۱-۹۰۲.

[۵] رضایی، م.، و همکاران (۱۴۰۱). "تاثیر کاهش وزن سازه بر طراحی فونداسیون." نشریه مهندسی عمران، ۵۳(۲)، ۴۵-۵۶.

[۶] Jelle, B. P. (2011). "Traditional, state-of-the-art and future thermal building insulation materials and solutions." Energy and Buildings, ۴۳(۱۰), ۲۵۴۹-۲۵۶۳.

[۷] منصوری، ا.، و کریمی، ع. (۱۴۰۰). "اثر نانوذرات بر مقاومت حرارتی کامپوزیت های سیمانی." مجله نانوپژوهش، ۱۲(۴)، ۱۲۳-۱۳۵.

--

**تضاد منافع:** نویسندگان هیچ گونه تضاد منافعی گزارش نکرده اند.

**منابع مالی:** این پژوهش با حمایت مالی شرکت صنعتی سانتیگراد انجام شده است.