خشت خام از ترکیب خاک رس، آب و کاه ساخته شده و در هوای آزاد خشک میشود، در حالی که آجر فرآیند تکاملی حرارتی را در کوره طی میکند؛ پایداری سازهای خانه های آجری به دلیل پخته شدن در کوره و فرآیند عمل آوری حرارتی و امکان اجرای کلافبندی، بسیار بیشتر از ابنیه خشتی است.
شناخت دقیق مصالح ساختمانی سنتی و ارزیابی رفتار مکانیکی آنها یکی از ارکان اساسی در مهندسی عمران و مرمت ابنیه تاریخی است. خشت و آجر هر دو از ریشه خاک رس بهره میبرند، اما سیر تحول ساختاری آنها موجب ایجاد تفاوتهای فاحشی در میزان باربری، پایداری و مقاومت در برابر عوامل جوی میشود. در این مقاله به بررسی گام به گام فرآیند تولید این دو متریال و تحلیل مهندسی استحکام سازههای ساخته شده از آنها میپردازیم.
ماهیت خشت و آجر و فرآیند سنتی و صنعتی تولید
فرآیند تهیه خشت خام با انتخاب خاک رس چرب و بدون ناخالصی آغاز می شود. خاک الک شده را با آب مخلوط می کنند تا خمیری یکدست حاصل شود. در این مرحله، افزودن کاه یا الیاف گیاهی به عنوان یک مهارکننده طبیعی عمل می کند که مانع از ترک خوردگی گل در طول فرآیند تبخیر آب می شود.
گل آماده شده در قالب های چوبی سنتی (غالباً در ابعاد ۲۰×۲۰ یا ۳۰×۲۰ سانتیمتر) با فشار دست فشرده و یکنواخت می شود. خشت های قالب گیری شده ابتدا به مدت ۳ تا ۷ روز در سایه نگهداری می شوند تا فرآیند خشک شدن اولیه به آرامی طی شود و سپس در معرض نور مستقیم آفتاب قرار می گیرند تا کاملاً سفت و آماده استفاده شوند.
تولید آجر پخته فرآیندی تکامل یافته تر است؛ گل آجر پس از عمل آوری و قالب گیری به روش های سنتی یا صنعتی (پرس هیدرولیک ماشینی)، وارد مرحله خشک کن می شود تا رطوبت سطحی آن به حداقل برسد و در اثر حرارت ناگهانی کوره دچار انفجار یا تغییر شکل نشود.
مرحلۀ نهایی و حیاتی آجرپزی، چیدمان قالب ها در کورههای مخصوص (نظیر کوره هوفمان یا تونلی) و پخت آن ها در دمای بالا بین ۹۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد به مدت ۴۸ تا ۷۲ ساعت است. این حرارت بالا سبب تغییرات ساختاری در آلومینا و سیلیس خاک رس شده و پیوندی سخت، سنگ گونه و پایدار ایجاد می کند.
تحلیل ساختاری و مقایسه مکانیکی استحکام مصالح
بر اساس مبحث پنجم مقررات ملی ساختمان، تفاوت اصلی در مقاومت فشاری این دو ماده تجلی می یابد؛ مقاومت فشاری آجر پخته مرغوب می تواند به بیش از ۱۰ تا ۲۰ مگاپاسکال برسد، در حالی که خشت خام به دلیل عدم پخت، مقاومت فشاری بسیار پایینی دارد و تنها برای تحمل بارهای ثقلی سبک در سازه های کم ارتفاع مناسب است.
پارامتر جذب آب یکی دیگر از شاخص های پایداری است. حداکثر جذب آب مجاز برای آجرهای رسی استاندارد بین ۸ تا ۲۰ درصد وزن خشک آن هاست که چسبندگی بهینه با ملات ماسه سیمان را تضمین می کند، در حالی که خشت خام در مواجهه مستقیم با باران و رطوبت پایدار نبوده و به سرعت دچار وا رفتگی و شسته شدن گل می شود.
از نظر رفتار اقلیمی و ظرفیت حرارتی، خشت خام به دلیل ساختار متخلخل و ضخامت بالای دیوارهای گلی، یک عایق طبیعی فوق العاده برای گرما و سرما است. این ویژگی سبب می شود خانه های خشتی در مناطق کویری مانند یزد و کرمان، انرژی حرارتی را در روز ذخیره و در شب های سرد آزاد کنند؛ مزیتی که در آجرهای توپر صنعتی کمتر دیده می شود.
رفتار لرزه ای و علل آسیب پذیری خانه های خشتی و آجری
سازه های خشتی سنتی به دلیل وزن سنگین دیوارهای باربر، نبود آرماتور و عدم پیوستگی صلب بین اجزا، دارای رفتار ترد و شکننده در برابر بارهای جانبی زلزله هستند. ظرفیت کششی این دیوارها نزدیک به صفر است و تکان های شدید موجی، موجب شکست ناگهانی و آوار یکپارچه آن ها می شود.
عامل اصلی تخریب گسترده در خانه های آجری غیرمسلح، عدم وجود کلاف بندی (شناژ) افقی و قائم و ضعیف بودن ملات های سنتی مانند گچ و خاک است. در زمان وقوع زمین لرزه، دیوارهای آجری بدون مهار دچار واژگونی برون صفحه شده یا ترک های مورب برشی عمیقی در بدنه آن ها ظاهر می شود که پایداری کل بنا را از بین می برد.
پدیدهای که در آن دیوار آجری یا خشتی به دلیل عدم اتصال به سقف و دیوارهای عمود بر خود، تحت تکانهای زلزله به سمت خارج پرتاب شده و دچار واژگونی کامل میشود.
ترکهایی به شکل حرف X که در اثر بارهای متناوب زلزله در هسته دیوارهای بنایی صلب ایجاد شده و نشاندهنده اتمام ظرفیت باربری برشی دیوار است.
راهکارهای مهندسی مدرن برای مقاوم سازی سازه های بنایی
امروزه با اتکا به دانش مهندسی زلزله و مفاد مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان، میتوان پایداری و شکلپذیری این سازهها را به نحو چشمگیری ارتقا داد. در ادامه اولویتهای اجرایی برای مقاومسازی ابنیه بنایی آورده شده است:
جمعبندی و نتیجهگیری فنی
خروجی تحلیل: اگرچه خشت خام به دلیل خواص حرارتی بینظیر و سازگاری با محیط زیست، متریالی ارزشمند در معماری پایدار اقلیمهای خشک به شمار میرود، اما از نظر پایایی مکانیکی در رتبه پایینتری از آجر پخته قرار میگیرد. در ساختوسازهای مهندسی مدرن، استفاده از آجرهای استاندارد کوره همراه با کلافهای بتنی یا فولادی، بستر ایمن و مستحکمی را فراهم میسازد که پایداری سازه را در برابر مخاطرات طبیعی تضمین خواهد کرد.
نظرات