مواد البناء هي المواد الأساسية للبناء، فهي تحدد خصائص المبنى وأسلوبه وتأثيراته. تشمل مواد البناء التقليدية الحجر والخشب والطوب الطيني والجير والجص، بينما تشمل مواد البناء الحديثة الفولاذ والأسمنت والخرسانة والزجاج والبلاستيك. ولكل منها خصائص مميزة ودور مهم في البناء.
مواد البناء التقليدية
1. الحجر
الحجر من أقدم مواد البناء التقليدية المستخدمة في تاريخ البشرية. يتميز بوفرة موارده، وانتشاره الواسع، وبنيته الدقيقة، ومقاومته العالية للضغط، ومقاومته الجيدة للماء، ومتانته، ومقاومته الممتازة للتآكل. وقد استخدمت أوروبا الغربية الحجر على نطاق واسع في العمارة، ومن الأمثلة البارزة قصر فرساي الرائع في فرنسا ومبنى البرلمان البريطاني. كما بُنيت الأهرامات المصرية باستخدام كتل حجرية كبيرة مقطوعة بدقة. تضفي العمارة الحجرية هالة من العظمة والوقار والنبل. ومع ذلك، نظرًا لكثافته العالية ووزنه الثقيل، تميل جدران المباني الحجرية إلى أن تكون أكثر سمكًا، مما يقلل من نسبة مساحة أرضيات المباني. ومع ذلك، يمكن استخدامه كرمز للفخامة في العمارة الراقية، مما يخلق تأثيرات فنية فريدة.
2. الخشب
يتميز الخشب، كمواد بناء تقليدية، بخصائص مثل خفة الوزن، والمتانة العالية، والجاذبية الجمالية، وسهولة التشغيل، وقابلية التجديد وإعادة التدوير، بالإضافة إلى كونه صديقًا للبيئة وخالي من التلوث. لذلك، تتميز المباني الإنشائية الخشبية بثباتها الممتاز ومقاومتها للزلازل. ومع ذلك، فإن للخشب المستخدم في البناء عيوبًا أيضًا، فهو عرضة للتشوه والتشقق ونمو العفن وإصابة الحشرات. كما أنه عرضة للحريق، مما قد يؤثر على جودته ومتانته.
يُعدّ الخشب مادة بناء خالدة بفضل خصائصه الميكانيكية الفائقة، وقد استُخدم على نطاق واسع في أعمال البناء منذ العصور القديمة. تُعدّ بعض المباني، مثل أجزاء من معبد نانشان ومعبد فوجوانج على جبل ووتاي في الصين، نماذج معمارية نموذجية. تتميز هذه الهياكل بمنحدراتها الهادئة، وأفاريزها الواسعة، وأقواسها البارزة، وأسلوبها المهيب والبسيط.
في مشاريع الهندسة المدنية الحديثة، تعتمد عناصر مثل العوارض والأعمدة والدعامات والأبواب والنوافذ، وحتى قوالب الخرسانة، على الخشب. ولأنه مادة بناء قابلة للتنفس، يوفر الخشب الدفء في الشتاء والبرودة في الصيف، مما يخلق بيئة معيشية مثالية للإنسان.
معبد نانشان، الصين
3. الطوب الطيني
الطوب الطيني نوع من مواد البناء من صنع الإنسان. ولفترة طويلة، كان الطوب الطيني الشائع المادة الرئيسية لبناء المساكن في الصين. يتميز الطوب الطيني بصغر حجمه وخفة وزنه وسهولة بنائه وشكله المنظم والمنتظم وقدرته على تحمل الأحمال وعزله وقدرته على الصيانة، بالإضافة إلى زخرفة واجهاته. وقد لعب استخدامه في البناء دورًا هامًا في إنشاء مساحات سكنية للناس. المدينة المحرمة هي تمثيل معماري نموذجي يستخدم الطوب الطيني. يساهم الطوب الطيني ذو الشكل المنتظم المستخدم في الواجهة الخارجية في التأثير الفني الرائع للمدينة المحرمة. ومع ذلك، فإن المادة الخام للطوب الطيني هي الطين الطبيعي، ويتطلب إنتاجه التضحية بالأراضي الصالحة للزراعة. وقد تم استبداله تدريجيًا بمواد أخرى. ومع ذلك، فإن مكانته في تاريخ العمارة البشرية لن تمحى أبدًا.
4. الليمون
يُعرف الجير، كمواد بناء تقليدية، بمرونته العالية، وبطء عملية تصلبه، وانخفاض قوته بعد التصلب، وانكماشه الكبير في الحجم أثناء التصلب. ويشهد تاريخه الممتد لآلاف السنين على ثقة البشرية به واعتمادها عليه. ولا يزال الجير مادة بناء مهمة، تُستخدم على نطاق واسع في مشاريع وصناعات بناء متنوعة، مثل أعمال التجصيص الداخلي، وخلط ملاط الجير مع الجص، وتحضير الطوب اللبن والطين.
وبالمثل، يتميز الجبس، وهو مادة بناء تقليدية قديمة، بوفرة المواد الخام، وسهولة عملية الإنتاج، وانخفاض استهلاك الطاقة، وامتصاصه العالي للرطوبة، وسعره المناسب، وملاءمته للبيئة. وهو مناسب بشكل خاص للقواطع الداخلية المعمارية الحديثة، والديكورات، ومشاريع التشطيب. كما يُستخدم بشكل رئيسي في صناعة الجبس ومنتجاته.
مواد البناء الحديثة
5. الفولاذ
يلعب الفولاذ دورًا محوريًا في العمارة الحديثة كمواد بناء. يتميز الفولاذ بخصائص ممتازة، مثل خفة وزنه وقوته العالية، ومرونته وصلابته العالية، وسلامته وموثوقيته، ومستوى تصنيعه العالي، وسرعة بناءه العالية، وسهولة تفكيكه، وخصائص عزله الممتازة، ومقاومته العالية للحرارة. هذه الخصائص المتميزة تجعله أساسيًا في العمارة الحديثة، ويُستخدم بشكل رئيسي في الهياكل الفولاذية واسعة النطاق، مثل المطارات والملاعب، والهياكل الفولاذية للمباني الشاهقة، بما في ذلك الفنادق والمباني المكتبية، والهياكل الشاهقة، مثل أبراج التلفزيون والاتصالات، والهياكل الفولاذية ذات الأصداف المسطحة، مثل خزانات النفط الكبيرة وخزانات الغاز، والهياكل الفولاذية للمصانع الصناعية، والهياكل الفولاذية خفيفة الوزن، مثل المستودعات الصغيرة، والهياكل الفولاذية للجسور، والهياكل الفولاذية لنقل المكونات، مثل المصاعد والرافعات.
6. الأسمنت
الأسمنت، كمواد بناء حديثة، يجد تطبيقات واسعة في الصناعات والزراعة والموارد المائية والنقل والتطوير الحضري والموانئ والدفاع. في العصر الحديث، أصبح مادة بناء لا غنى عنها لأي مشروع بناء. الأسمنت مادة مسحوقة غير عضوية، تتشكل عند خلطها بالماء عجينة سائلة وقابلة للطرق. بمرور الوقت، تخضع عجينة الأسمنت هذه لتغيرات فيزيائية وكيميائية، فتتحول من عجينة قابلة للطرق إلى مادة صلبة صلبة ذات قوة معينة. كما يمكنها ربط الكتل الصلبة أو المواد الحبيبية معًا لإنشاء هيكل موحد. لا يتصلب الأسمنت ويكتسب قوة عند تعرضه للهواء فحسب، بل يتصلب أيضًا في الماء، مما يحافظ على قوته بل ويحسنها. يُستخدم الأسمنت على نطاق واسع في مشاريع البناء، مع مجموعة واسعة من التطبيقات في الهندسة المدنية، والبنية التحتية للنفط والغاز، وبناء السدود، وبناء المباني، وبناء الطرق، وغيرها.
7. الخرسانة
الخرسانة، كمواد بناء حديثة، تلعب دورًا بالغ الأهمية في مشاريع البناء المعاصرة. الخرسانة مادة بناء تُصنع بخلط مواد رابطة كالطين والجير والجبس والرماد البركاني أو الأسفلت الطبيعي مع مواد ركام كالرمل والخبث والحجر المكسر. تتميز بخصائص ممتازة، تشمل قوة التماسك والمتانة ومقاومة الماء. مع ذلك، تُعتبر الخرسانة مادة هشة ذات قوة ضغط عالية وقوة شد منخفضة جدًا، مما يجعلها عرضة للتشقق.
مع إدخال الأسمنت والفولاذ، اكتُشف أن دمج هاتين المادتين يوفر قوة ترابط أفضل، ويسمح لهما بتعويض نقاط ضعف بعضهما البعض مع الاستفادة من نقاط قوتهما. وبدمج حديد التسليح في الخرسانة، فإنه لا يحمي الفولاذ من التعرض للعوامل الجوية، ويمنع التآكل فحسب، بل يعزز أيضًا قوة شد المكونات الإنشائية. وقد أدى ذلك إلى تطوير الخرسانة المسلحة، مما وسع نطاق استخداماتها في البناء.
بالمقارنة مع هياكل الطوب والحجر التقليدية، والهياكل الخشبية، والهياكل الفولاذية، شهدت الهياكل الخرسانية تطورًا سريعًا، وأصبحت المادة الإنشائية الأساسية في الهندسة المدنية. علاوة على ذلك، تواصل الخرسانة عالية الأداء وأنواع الخرسانة المبتكرة التقدم والتطور في مجال البناء.
8. الزجاج
علاوة على ذلك، يُستخدم الزجاج والبلاستيك، كمواد بناء حديثة ومبتكرة، باستمرار في مشاريع البناء المعاصرة. يلبي الزجاج متطلبات الإضاءة الطبيعية والديكور وتصميم الواجهات، بما يتماشى مع متطلبات كفاءة الطاقة في العمارة الحديثة. يُستخدم الزجاج في جميع جوانب البناء تقريبًا بفضل أنواعه المختلفة، مثل الزجاج المقسّى، وشبه المقسّى، والزجاج العازل، والزجاج الرقائقي، والزجاج الملون، والزجاج المطلي، والزجاج المنقوش، والزجاج المقاوم للحريق، والزجاج المفرغ، وغيرها.
مسرح شنغهاي بولي الكبير
9. البلاستيك
البلاستيك فئة ناشئة من مواد البناء، تُعتبر، بفضل أدائها الممتاز وتطبيقاتها الواسعة وآفاقها الواعدة، رابع أهم فئة من مواد البناء بعد الفولاذ والإسمنت والخشب في البناء الحديث. للبلاستيك نطاق واسع من التطبيقات، بدءًا من أسطح المنازل وصولًا إلى أسطح الأرضيات، ومن المرافق العامة الخارجية إلى مواد الديكور الداخلي. حاليًا، تُعدّ أنابيب المياه والصرف الصحي، وأنابيب نقل الغاز، وأبواب ونوافذ PVC الأكثر شيوعًا في البناء، تليها الأسلاك والكابلات الكهربائية.
من أهم مزايا البلاستيك قدرته الكبيرة على توفير الطاقة، إذ يستهلك إنتاجه واستخدامه طاقة أقل بكثير مقارنةً بمواد البناء الأخرى. ونتيجةً لذلك، يُستخدم البلاستيك الآن على نطاق واسع في مختلف مشاريع بناء الأسقف والجدران والأرضيات. ويشهد مجال البلاستيك المعماري تطورًا مستمرًا نحو وظائف أعلى، وأداء أفضل، وتنوعًا، وفعالية من حيث التكلفة.
10. مانع التسرب السيليكوني
مانع التسرب السيليكوني مادة تشبه العجينة، تُصنع بخلط بولي دايميثيل السيلوكسان كمادة خام رئيسية مع عوامل تشابك، ومواد مالئة، وملدنات، وعوامل ربط، ومحفزات، تحت ظروف التفريغ. في درجة حرارة الغرفة، يتصلب السيليكون ويشكل مطاط سيليكون مرنًا من خلال تفاعله مع رطوبة الهواء. يُستخدم لربط وختم أنواع مختلفة من الزجاج والركائز الأخرى. تقدم إيوليا حاليًا مانعات تسرب متعددة الاستخدامات، بما في ذلك مانعات التسرب للزجاج، ومانعات التسرب المقاومة للعوامل الجوية، ومانعات التسرب المقاومة للحريق، ومانعات التسرب للأحجار، ومانعات التسرب للفواصل المعدنية، ومانعات التسرب المقاومة للعفن، ومانعات التسرب للفواصل الزخرفية، ومانعات التسرب للزجاج العازل، وغيرها، وهي متوفرة بأنواع ومواصفات متعددة.
11. رغوة البولي يوريثان (رغوة PU)
كنوع جديد من مواد البناء، حظيت رغوة البولي يوريثان باهتمام واسع في السنوات الأخيرة. تُصنع من مونومرات مثل الإيزوسيانات والبوليولات من خلال تفاعل بلمرة، حيث يعمل غاز ثاني أكسيد الكربون الناتج كعامل رغوة. ينتج عن هذا التفاعل رغوة دقيقة الخلايا ذات بنية محكمة. تُصنف رغوة البولي يوريثان بشكل رئيسي إلى رغوة صلبة، ورغوة مرنة، ورغوة شبه صلبة. على عكس بنية الخلايا المغلقة لرغوة البولي يوريثان الصلبة، تتميز رغوة البولي يوريثان المرنة ببنية خلايا مفتوحة، تتميز بخفة وزنها ونفاذيتها للهواء ومرونتها الجيدة. رغوة البولي يوريثان شبه الصلبة هي نوع من الرغوة ذات خلايا مفتوحة، تتراوح صلابتها بين الرغوة اللينة والصلبة، وتتميز بقيم أعلى لتحمل الضغط. رغوة البولي يوريثان الصلبة، وهي مادة صناعية جديدة ذات وظائف عزل ومقاومة للماء، تتميز بموصلية حرارية منخفضة وكثافة منخفضة، ولذلك تُستخدم غالبًا كعازل وحاجز حراري في البناء.
مقارنةً بمواد البناء التقليدية، تتميز رغوة البولي يوريثان بمزايا استثنائية في جوانب متعددة، منها أداء عزل ممتاز، ومقاومة عالية للحريق، ومقاومة عالية للماء، وخصائص ميكانيكية مستقرة. ويمكن تطبيقها في الموقع عن طريق الصب أو الرش لتشكيل طبقة عازلة مستمرة، ولها تطبيقات واسعة في واجهات المباني، والأسقف، والأرضيات، والأبواب، والنوافذ، وشبكات أنابيب التدفئة.
مقارنةً بمواد البناء التقليدية والحديثة، وبفضل التقدم التكنولوجي وتطور المتطلبات المعمارية، تتميز مواد البناء الحديثة بمزايا أكثر من التقليدية. ونتيجةً لذلك، رسخت مكانتها في العمارة المعاصرة، بينما تُستخدَم مواد البناء التقليدية كعاملٍ إضافي. وقد كسرت مواد البناء الحديثة، كالفولاذ والإسمنت والخرسانة والزجاج والمواد المركبة، قيود الشكل والحجم التي فرضتها المواد التقليدية كالحجر والخشب والطوب الطيني والجبس الجيري. وسهّلت تطوير المباني الشاهقة ذات الامتدادات العميقة، ولبّت متطلبات البناء الحضري، بما يتماشى مع اتجاهات حماية البيئة وترشيد الطاقة في المجتمع الحديث.
وقت النشر: ٣١ أغسطس ٢٠٢٣
