تاریخچه بلوک AAC

بتن هوادار اتوکلاو شده (AAC: Autoclaved Aerated Concrete) یا همان بلوک AAC یکی از مصالح ساختمانی نوین و محبوب است که ریشه در اوایل قرن بیستم دارد. AAC از زمان معرفی خود، سهم قابل توجهی در بازارهای جهانی و صنعت ساخت و ساز به دست آورده و امروزه جایگاه خود را به عنوان مصالح ساختمانی در آینده نیز حفظ کرده است. در این بررسی توضیحاتی در مورد پیدایش AAC ، توسعه اولیه تجاری و موفقیت بین المللی آن توضیحاتی ارائه شده است.  تکنولوژی های مختلف تولید AAC توضیح داده شده و اینکه چگونه رقابت در بازار باعث پیشرفت AAC شده است.

بتن هوادار اتوکلاو شده یکی از مصالح ساختمانی است از ابتدای قرن بیستم به صورت صنعتی تولید شده است. AAC مخفف Autoclaved Aerated Concrete است که در بازارهای بین المللی با عنوان ایرکریت Aircrete  و در ایران با عناوین بلوک ساروج، بتن گازی، بتن هبلکس، بلوک سبک یا بلوک هوادار شناخته می شود. تاریخچه اولیه بتن هوادار اتوکلاو شده بر اساس یک سری از پروسه های ثبت اختراع است. در سال 1880 یک محقق آلمانی به نام Michaelis گواهی ثبت اختراع خود را با عنوان پخت بخار دریافت کرده است. در سال 1889 چک هافمن روش هوادار کردن بتن با استفاده از دی اکسید کربن را با موفقیت آزمایش کرد و اختراع خود را به ثبت رساند. پس از آن دو فرد آمریکایی با نام های آلیسورث و دایر نیز در فرآیند هوادار کردن بتن از پودر آلومینیوم و هیدروکسید کلسیم استفاده کردند. اکسل اریکسون سوئدی نیز با ثبت اختراع در سال 1920 روش‌های ساخت مخلوط هوادار با سنگ آهک را آزمایش کرد.

مواد اولیه

در مجموع، ترکیب سیمان، آهک، گچ (انیدریت) و ماسه و از همه مهم تر پودر آلومینیوم به طور قابل ملاحظه ای باعث منبسط شدن مخلوط بتن هوادار می شود. به طور ساده تر، واکنش های شیمیایی که در طی این فرآیند رخ می‌دهند به شرح زیر هستند.

1 CaO+H2O > Ca(OH)2 + 65,2 KJ/mol
2 3Ca(OH)2 + 2Al + 6H2O > Ca3(Al(OH)6)2 + 3H2
3 6SiO2 + 5Ca(OH)2 > 5CaO · 6SiO2 · 5H2O

و در نهایت توبرموریت یا کلسیم سیلیکات هیدراته C5S6H5

پیشرفت صنعت بتن هوادار اتوکلاو شده

پیشرفت واقعی در صنعت ساخت و ساز زمانی اتفاق افتاد که اکسل اریکسون همان معمار سوئدی به این نتیجه رسید که این توده منبسط شده می تواند به آسانی فرآیند پخت بخار تحت فشار که با نام اتوکلاو نیز شناخته می شود، را طی کند. در مدت زمانی که اریکسون قصد داشت این موضوع را ثبت اختراع کند به دو نتیجه مهم دست یافت. اول اینکه مواد به لطف اتوکلاو به سرعت سفت می‌شوند و دوم اینکه انقباض در روش پخت با اتوکلاو در مقایسه با پخت معمولی وجود ندارد. علاوه بر این، بعد از مدتی کشف شد که می توان به جای آهک/ سیمان می توان از مواد جای گزین مانند پودر خاکستر استفاده کرد تا در استفاده از مواد خام گران قیمت صرفه جویی شود.

زمان شروع تولید تجاری بلوک هوادار اتوکلاو شده (بلوک AAC)

اریکسون به سرعت موفق شد سرمایه گذاری تجاری مورد نیاز را جذب کند و بدین ترتیب در سال 1929 اولین خط تولید بلوک AAC با مقیاس بزرگ در کارخانه Yxhults Stenhuggeri Aktibolag سوئد با نام تجاری Yxhult راه اندازی شد که این نام در سال 1940 نام ” Yxhul t” برای تلفظ آسان تر به ” YTONG ” تغییر کرد. در سال 1932 کارخانه Carlsro Kalkbruk Skovde با تولید بلوک AAC شروع به کار کرد و نام تجاری Durox را به دست آورد.
در سال 1934 یک رقیب مهم با نام تجاری Siporit (که در سال 1937 به siporex معروف شد) شروع به تولید بلوک AAC کرد. سیپورکس اولین تولید کننده محصولات تقویت شده AAC مانند پانل های کفی/ سقفی و نعل درگاه در سال 1935 بود. ویژگی های ساختاری عالی که به دلیل استفاده از مواد اولیه جدید در بلوک AAC ایجاد شده بود در سراسر اروپایی غربی مورد استقبال قرار گرفت به طوری که تنها در سوئد 6 کارخانه تولید بلوک AAC احداث شده بود.

فن آوری ها مختلف تولید بلوک AAC

در سال 1937 با معرفی مجوز فناوری و انتقال دانش فنی، موفقیت بلوک سبک AAC جهانی شد. پس از جنگ جهانی دوم تنها چند تولید کننده پیشرو در حوزه تولید بلوک سبک AAC وجود داشت. YTONG، Siporex (سوئدی)، Durox (خریداری شده توسط هلندی ها) و Hebel (آلمانی).

در طول قرن بیستم در حالی که انجمن های مختلف در توسعه بیشتر تولید، بهبود کیفیت و کاربرد بلوک سبک AAC مشارکت می کردند،  همه این شرکت ها توانستند مجوزهای فناوری خود را با موفقیت در سراسر جهان به فروش برسانند.

رقابت و رشد صنعت بلوک سبک اتوکلاو شده

آلمان، انگلستان، سوئد، دانمارک و هلند پس از جنگ جهانی دوم خود را به عنوان قطب اصلی بلوک AAC معرفی کردند، هر چند که این کشورها از تکنولوژی های مختلف برای تولید محصولات مشابه استفاده می کردند. به دنبال برتری مواد اولیه استفاده شده در تولید بلوک AAC در عرصه بین المللی، رقابت بین طرفیت تولید کننده بلوک AAC در بازاری نسبتا کوچک قوی تر شد، و اغلب این رقابت به نبرد ثبت اختراع ختم می شد.

از دهه 1980 نفوذ سوئدی ها به دلیل مشکلات بازار داخلی به تدریج کمتر شد و در نتیجه فعالیت Siporex به حداقل کاهش یافت به طوری که از دهه 1990 هیچ کارخانه جدیدی احداث نشد. علاوه بر این در طول دهه 1980 آلمانی ها دانش فنی Ytong را از سوئدی ها گرفتند و آن را بهبود دادند.

علی رغم رقابت شدید، کارخانه های متعددی در آسیا، خاور میانه و اروپای شرقی بر اساس چهار فناوری تولید مختلف ساخته شدند. در آغاز دهه 1990 اولین کارخانه تولید بلوک AAC مبتنی بر فناوری کیک عمودی (Ytong) به چین عرضه شد. از آن زمان به بعد خروجی این فناوری گسترده تر شد و تا سال 2014 بیش از 3000 تاسیسات تولید بلوک سبک AAC با ظرفیت تخمینی تولید 450 میلیون متر مکعب بلوک AAC غیر مسلح، ایجاد شد.

تولید انبوه قفل ها نیز در اروپای مرکزی و شرقی و هند رواج دارد در حالی که بازارهای ژاپن، کره، استرالیا و اروپای غربی بر روی تولید پانل های مسلح و بلوک هایی با ابعاد دقیق تمرکز کرده اند.

محصولات AAC تقویت شده

در سال 1929 به دنبال ظهور اولین کارخانه تولید بلوک AAC در سوئد، تولید مصالح ساختمانی مسلح نیز شروع شد. Siporex با تولید موفقیت آمیز اولین پانل ها سقفی و کفی مسلح با استفاده از یک فناوری با نام “فرمول سیمانی ” در سوئد یک رقابت بسیار قوی برای فناوری AAC اریکسون ایجاد کرد. سیپورکس عمدتا از سیمان به جای آهک به عنوان چسب استفاده می کرد که ویژگی های ساختاری و تحمل بار را بهبود می بخشید. هدف اصلی سیپورکس طراحی یک سیستم ساختمانی یکپارچه با استفاده از محصولات AAC بود.

یک دهه بعد در اوسط دهه 1940 با حمایت یک مهندس آلمانی به نام جوزف هبل، فناوری هبل تکمیل شد. او پس از مطالعه کارخانه در بالتیک در طول جنگ جهانی دوم، سیپورکس را مبنای فناوری تولید خود قرار داد و موفق شد پیشرفت قابل توجهی در زمینه تولید AAC به ویژه در تولید محصولات مسلح به دست آورد.

با ناپدید شدن سیپورکس از رقابت های بازار تولید ایرکریت، شرکت های Durox و Hebel به دلیل تکنیک های برش و پخت مناسب تر به عنوان رهبران تامین کننده محصولات مسلح بتن هوادار اتوکلاو شده، شناخته شدند.
در اروپای شرقی و غربی بسیار از کاخانه های تولید کننده AAC، قادر به تامین همزمان بلوک AAC و پانل های AAC هستند. از سال 2002 تولید محصولات تقویت شده AAC توسط هلندی ها کامل تر شد و امروزه فناوری Aircrete اروپا امکان ساخت خانه های پیش ساخته را فراهم می کند. با در نظر گرفتن ساختمان سازی سریع و اقتصادی با پانل های AAC امروزه بسیاری از کشورها در ساخت و سازهای محلی خود به دنبال معرفی راهکارهای کامل ساختمان سازی با استفاده از AAC  هستند.

ادغام و مالکیت کارخانه های AAC

همان طور که می دانیم موج ادغام و مالکیت ها در دهه 1990 تاثیر بسیار مهمی بر دنیای AAC داشت. در دوره مابین اوایل دهه 1990 و اوایل دهه 2000 مالکیت فناوری ها، کارخانجات و نام ها تجاری دچار تغییر و تحول شد. سه شرکت Ytong، Durox و Hebel با یکدیگر ادغام شدند و همگی زیر سقف شرکتی به نام Xella به فعالیت خود ادامه دادند. در یک مقطع زمانی شرکت های Hebel و Durox تحت عنوان تجاری Ytong با یکدیگر ادغام شدند و محصولات خود را با نام تجاری Ytong   تولید کردند.

در سال 2001 مجموعه ای از کارخانه ها به دلیل ظرفیت مازاد بسته شدند و بسیاری از متخصصان AAC شغل خود را از دست دادند و هبل به عنوان مرکز نوظهور اصلی آن ها بیشترین ضربه را متحمل شد و طبق اعلام هبل به دلیل هزینه های تولید بسیار بالا برخی از تاسیسات آن منحل شد. با این حال معماران، سازندگان و مصرف کنندگان نهایی نتوانستند دلیل از بین رفتن برندهای معروف را درک کنند.

پس از آن نام تجاری هبل به عنوان یک نام تجاری در تولید محصولات مسلح AAC احیا شد و برند Ytong به عنوان یک نام تجاری در تولید بلوک های سبک AAC باقی ماند. با این حال در طول تاریخ AAC حتی یک کارخانه Durox هم بسته نشد و تاکنون بتن هوادار اتوکلاو شده در کارخانجات باقی مانده و کارخانه های اصلی Durox تولید می شود.
این دوره هجوم دانش در دنیای بتن هوادار اتوکلاو شده بود و بسیاری از دارندگان مجوز مجبور بودند راه خود را در دنیای Aircrete پیدا کنند.

ماشین سازان AAC

در این دوره از تاریخ AAC که در بخش قبل به آن اشاره شد، نیروهای بازار به طور قابل توجهی تغییر کردند و تمرکز اصلی از فناوری و فرآیندها به سمت ماشین ها و قیمت گذاری تغییر پیدا کرد. در این دوره ماشین سازان بتن هوادار اتوکلاو شده، عمدتا از اروپا و چین وارد فضای بازار ساخت ماشین آلات خط تولید بلوک AAC شدند. در این دوره فناوری کیک افقی Ytong توسط ماشین سازان AAC انتخاب شد و آن را به عنوان فناوری خود در تجهیزات AAC به فروش رساندند. تمرکز این صنعت از عرضه و کمک به فناوری، به سمت تامین ماشین آلات و خدمات پس از فروش بود سوق پیدا کرد. خود ماشین سازان AAC عموما امکانات تولید بتن هوادار اتوکلاو شده را ندارند بنابراین در بحث محصولات AAC، کاربرد و فرآیندهای شیمیایی به مشتریان خود وابسته هستند. از این رو، شکاف بین معماران، پیمانکاران، کارخانه ها و ماشین سازان امروزه بیشتر از گذشته است. بنابراین هر تولید کننده AAC مجبور می شود تا مسائل مربوط به حوزه صنعتی خود را به تنهایی حل کند.

 

محصولات AAC

فناوری تولید Aircrete در دهه گذشته به صورت قابل توجهی توسعه یافته و تولید بلوک های AAC غیر مسلح معمولی دیگر به هیچ دانش انحصاری وابسته نیست و بلوک های سبک AAC در بسیاری از بازارها صرفا تبدیل به یک کالا شده اند. با این حال ساخت محصولات سبک و سنگین مسلح AAC به ویژه با روش کیک عمودی هنوز به یک چالش بزرگ برای اکثر تولیدکنندگان جهانی است. با این وجود با گذشت زمان خواص فیزیکی بلوک AAC بهبود یافت و کاربرد آن از لحاظ ساخت و ساز جهانی تر شد و امروزه بلوک AAC یکی از مصالح ساختمانی با ویژگی های منحصر به فرد مانند: عایق صدا، حرارت، و مقاوم در برابر آتش سوزی و نفوذ حشرات است.

برخی از متخصصان فناوری امروزه می توانند این محصول را با چگالی 300 تا 800 کیلوگرم بر متر مکعب تولید کنند که در آن مقدار رسانایی حرارتی (لامبدا) 0.08 در چگالی 300 کیلوگرم بر متر مکعب است که دیگر یک رقم استثنایی محسوب نمی شود. علاوه بر این انطباق با استانداردهای سختگیرانه اتحادیه اروپا (EN 771-4 , EN 772-16) منجر به تولید محصولاتی با دقت بالا (تلرانس کمتر از یک میلی متر برای بلوک ها و تلرانس کمتر از 3 میلی متر برای پانل ها) می شود. به منظور صرفه جویی در هزینه کلی ساخت و ساز، دیوار چینی با این نوع محصولات می تواند به جای ملات استاندارد معمولی، با استفاده از ملات سفید (چسب) انجام گیرد.در حال حاضر تولید بلوک ایرکریت فوق سبک با مقدار رسانایی گرمایی 0.045 و چگالی کمتر از 145 کیلوگرم بر مترمکعب جای پای خود را در بازارهای اروپا محکم کرده است. سطوح صاف این محصولات که در سال 1987 در خط Durox ارائه شد به طور قابل توجهی بازار را تغییر داد.

ایرکریت اروپا (AIRCRETE) به لطف فناوری نوآورانه کیک افقی (flat cake) به همراه سرعت بالای خط برش خود، توانست این تکنولوژی را با معرفی محصولات AAC که دارای سطوح بسیار صاف بودند، بهبود ببخشد. این سیستم از تکنولوژی برش سیمی دوبل استفاده میکند که باعث ایجاد محصولات با سطوح صاف و منافذ بسته می شود.

گذشته از این، AAC راهکارهایی برای ساختمان سازی ایمن در مناطق زلزله خیز مانند ژاپن ارائه می دهد.  پانل های AAC ساخته شده در این کشور، به ساختمان ها توان مقاومت در برابر زلزله هایی تا مقیاس 8 ریشتر را ارائه می دهند.

یکی دیگر از پیشرفت های AAC ، پانل های ایرکریت با افزایش خاصیت جذب صدا است که پانل های Shizukalite نیز نامیده می شوند. به دلیل افزایش خاصیت عایق صوتی نسب به سایر محصولات AAC، این پانل ها می توانند در مکان های حساس به صدا نظیر بیمارستان ها مورد استفاده قرار گیرند. بر خلاف ساختار متعارف سایر محصولات AAC که دارای منافذ مستقل هستند، این پانل های AAC دارای منافذ باز و پیوسته هستند.

چشم انداز صنعت AAC

توسعه بتن هوادار اتوکلاو شده از دهه 1990 تا کنون انقلاب بزرگی را پشت سر گذاشته. با افزایش زیاد تعداد تاسیسات و کارخانجات تولید AAC تولیدکنندگان در سراسر جهان در تلاش هستند تا به یک تعادل منطقی بین هزینه تولید و خواص فیزیکی مواد با تمرکز بر بهبود بهره وری حرارتی مناسب،دست پیدا کنند. سیاست “سبز” بین المللی و مقررات سختگیرانه ساختمانی که خواستار موادی با بهره وری انرژی بالاتر (بلوک ها و پانل های کم چگالی) محصولاتی با کیفیت بهتر (دقت محصول بالا و کیفیت سطح محصول بهتر) و طیف وسیع  کاربرد محصول (مسکونی تجاری و صنعتی)  هستند باعث فشار بر روی تولید کنندگان محصولات AAC می شود. فراتر از بازار بلوک AAC موجود، تقاضای روبه رشد جهانی برای ارائه راهکارهای ساختمان های یکپارچه وجود دارد.
این موضوع کاملا مشخص است که ساختمان سازی با استفاده از پانل AAC کاهش هزینه کلی مالکیت برای مصرف کننده نهایی را ممکن می سازد. ارائه ساختمان هایی که صرفا با استفاده از محصولات پیش ساخته AAC ، ساخته شده اند منجر به ساخت سریع، آسان و بدون ایجاد ضایعات در محل احداث خواهد شد.

به ناچار، این رویکرد آینده نگرانه مستلزم سرمایه گذاری بر روی تجهیزات با کیفیت و تمام خودکار است که از آخرین تکنولوژی ساخت، استفاده می کند. از این رو، هم تولید کنندگان فعلی بلوک AAC و هم سرمایه گذاران جدیدی که به دنبال معرفی بلوک AAC به بازار خود هستند نباید خود را به کیفیت پایین و یک رنج خروجی محصول محدود کنند. ایجاد یک راهکار کامل AAC گام بعدی به سمت گسترش بازار و افزایش سهم بازار AAC به عنوان مصالح ساختمانی است. سرمایه گذاری در ارتقائ کارخانه های نوآورانه و کارخانه های جدید با فناوری های مدرن AAC برای پیشی گرفتن از بازارهای ساخت و ساز در حال تغییر، صروری است.