Строительные материалы будущего


Прогнозы появления новых строительных материалов обычно строятся на факторах потенциального роста промышленности, экономической эффективности, инноваций (удивительных новых открытий). Прогнозированием занимаются ежегодно, анализируя появление новинок на условной строительной площадке. Так вот, прогноз на инновации и новые стройматериалы 2018 обещает удивить технологиями, которые сочетают в себе полный спектр отмеченных критериев.

Новые стройматериалы для индустрии

Тенденции рынка новых стройматериалов и технологий: цемент, древесина, а также возобновляемые источники энергии. Всё это окажет существенное влияние на сферы проектирования и строительства для года наступающего (2018) и в ближайшей перспективе. Посмотрим, что есть уже сейчас в багажнике строительных инноваций.

Программируемый цемент

Будучи веществом, потребляющим значительное количество воды, бетон продолжает оставаться ведущим направлением для исследований и разработок новых строительных материалов.

Несмотря на повсеместное и традиционное применение, бетон по-прежнему выглядит своего рода загадочным стройматериалом. Поэтому здесь ожидаются открытия, подобные недавним, сделанным в 2017 году, когда были обнаружены интересные факты.


Новый стройматериал - программируемый цемент
Исследования стройматериалов дают новую информацию о связывающем, что используется в строительстве. Частицами цемента можно манипулировать — формировать различные формы, например, куб

Выяснилось, что цемент, как часть содержимого структуры бетона, с течением времени карбонизирует углекислый газ. Это свойство материала в конечном итоге способствует переопределению экологически чистой площади бетона.

Подобные результаты исследований лишний раз подчеркивают необходимость более чёткого понимания формирования структуры новых строительных материалов на молекулярном уровне.

Ещё одним недавним примером отметилась многопрофильная лаборатория стройматериалов университета Райса. Тамошние ученые обнаружили ранее неизвестные свойства частиц цемента, подвергшегося гидратации (CSH: кальций-силикат-гидратный цемент).


Структура цемента CSH
Альтернативные связующие звенья для повышения устойчивости используются в составе цементов нового вида, предназначенных для специалистов строй-индустрии

Согласно утверждениям исследователей, полученные сведения планируется использовать для «программирования» частиц материала строго контролируемым способом. По сути, речь идёт о новом стройматериале — программируемом цементе.

Значимый прогресс этой работы отмечен первым шагом в управлении кинетикой цемента для получения желаемых строительных форм. По сути, учёные университета Райса открыли технологию контроля морфологии и размера основных строительных блоков CSH.

Такие блоки самостоятельно могли бы организовываться в микроструктуры с большей плотностью упаковки по сравнению с обычными аморфными микроструктурами CSH.

Эта повышенная плотность должна привести к увеличению прочности материала и долговечности, улучшению химической стойкости и защите арматурной стали внутри бетона.

Кросс-клеенная древесина 

Помимо бетона, не менее популярным строительным материалом выступает древесина. В настоящее время строительная отрасль делает ставку на массивную древесину, основанную на разработке новых методов.

Массивная древесина применяется для строительства высотных зданий, с использованием быстро возобновляемых, окаймлённых карбоном стройматериалов, которые превосходят бетон и сталь в экологическом отношении.


Новые древесные стройматериалы
Так называемая кросс-ламинированная древесина быстро набирает популярность на строительных площадках. Массивные панели на основе модифицированного стройматериала из лиственных пород

В рамках растущей области производства пиломатериалов, основанных на хвойной древесной структуре, появился неожиданный конкурент: пиломатериалы CLT (Cross Laminated Timber – Перекрёстно Ламинированная Древесина), сделанные на основе дерева лиственных пород.

Лондонская международная студия архитекторов и дизайнеров (dRMM Architects) в сотрудничестве с глобальной инженерной фирмой ARUP и американским Советом по экспорту лиственных пород, разработали CLT-панель на основе быстрорастущего североамериканского дерева «Харпуллия висячая» (Tulipwood).


Вид среза дерева tulipwood
Так выглядит на срезе tulipwood. Изделия, получаемые из этой породы дерева отличаются очень оригинальным внешним видом. Теперь tulipwood — новый стройматериал текущего века

Свойства Tulipwood перекрывают свойств дерева хвойных пород. Древесина «Харпуллии» (Tulipwood) прочнее и даже сильнее бетона по нагрузочным способностям. К тому же этот новый вид стройматериала обладает превосходными декоративными качествами.

Новый строительный материал на основе «Харпуллии» (Tulipwood) уже производится для строительного рынка (в Германии).

Именуется как «Leno CLT». Готовится «Leno CLT» из быстро возобновляемого сырья, а технология изготовления поддерживает производство панелей значительных размеров (например, 14х4,5 м).

Новые технологии строительства

Между тем возобновляемые источники энергии продолжают развиваться стремительно и удивляют разнообразными неожиданными технологиями. Одна из таких технологий — интегрированный сбор солнечной энергии в рамках транспортной инфраструктуры.

Дороги сборщики солнечной энергии

Так, американская компания «Solar Roadways» разрабатывает взаимосвязанные шестиугольные выкладки асфальта, конструкция которых состоит из фотогальванической подложки, защищенной высокопрочным текстурированным стеклом.


Энергетическое дорожное полотно
Автомобильные дороги, совмещающие функции транспортной инфраструктуры и энергетических источников — это уже не фантастика. Новые стройматериалы позволяют строить такие трассы

Структура асфальтного покрытия подобного рода содержит светодиодную подсветку для автономного освещения дорожного полотна и нагревательные элементы, способствующие быстрому снеготаянию.

Похожий пример: энергетическая накопительная система дорожного полотна «Wattway», придуманного французской строительной фирмой «Colas».

Здесь под автомобиль используется лишь 10% покрытия, тогда как остальная часть генерирует электрический ток. Между тем энергетики, полученной с 20 м2 открытой поверхности полотна «Wattway», с лихвой хватает для питания типичного частного дома.

Электрическая авто дорога Wattway
Wattway — запатентованная французская инновация. Результат 5-летних исследований, проведенных фирмой Colas, мировым лидером в области транспортной инфраструктуры

Используется гибкий композитный материал толщиной всего в несколько миллиметров. Проект «Wattway» наглядно демонстрирует высокоструктурированную энергетическую дорожную поверхность.


Пока что проекту недостаёт более продвинутых возможностей технологии энергетических дорог. Тем не менее, «Wattway» можно попросту разложить на поверхности обычного тротуара. Конструкция позволяет учитывать внутреннюю тепловую дилатацию.

Электроэнергетический текстиль

Продолжая тему энергетики, нельзя не отметить ещё одну интересную область — интеграция возобновляемых источников энергии в тканях. Текстиль, способный накапливать электроэнергию, давно является целью дизайнеров и производителей современной одежды.

 

Однако ограниченные материальные характеристики существующей электроники — жесткие компоненты, провода и хрупкие соединения – всё это затрудняет интеграцию в текстиль, по умолчанию имеющий гибкую мягкую структуру.

Энергетический текстиль новый материал
Такой выглядит ткань, способная заряжаться энергией от лёгкого прикосновения и сохранять накопленный ток внутри собственной структуры

Но ученые технологического института Джорджии, кажется, смогли найти выход из трудного положения. Там объявили о создании ткани, которая собирает энергию солнечных лучей и кинетических источников в результате потенциального трения, имеющего место в случае контакта с другими волокнами.

Инженерами текстильщиками уже сейчас сделана машина, создающая принципиально новую ткань века. Сырьём для производства энергетической ткани являются солнечные микро-панели на основе полимерных и трибоэлектрических волокон. Эта база позволяет генерировать энергию в результате фрикционного контакта с другими материалами.

Энергетическая ткань получается:

  • гибкая,
  • лёгкая,
  • дышащая,
  • удачно адаптируемая.

По сути, структура энерготекстиля состоит из недорогих доступных и главное – экологически чистых компонентов. Найдено редкое сочетание полезных качеств, которые способны кардинальным образом преобразовать привычные предметы одежды.

Строительно-интегрированные биореакторы

Современные городские здания пока что редко используются для выращивания биомассы. Поэтому строительно-интегрированный биореактор остаётся для строительного рынка слабо растущей экспериментальной тенденцией.


Строительно-интегрированные биореакторы
Пример агро-городской экосистемы — постройка, собравшая в своём проекте весь потенциал, необходимый для решения задач недостатка энергии и продовольствия

Между тем микроводоросли — широко распространенные фотосинтезирующие организмы, составляющие основу водной пищевой цепи, рассматриваются как ресурс с неограниченным потенциалом для решения проблемы нехватки продовольствия и энергии.

Заинтересовавшаяся этим направлением, датская архитектурная фирма «Een Til Een», разработала первый в мире биологический дом с использованием новых биосодержащих стройматериалов и цифровых технологий.

Построенный в ноябре 2017 года, первый биологический дом нашёл пристанище в эко-парке Biotope, что в Миддельфарте (Дания). Проект наглядно показывает: имея под руками нетрадиционные строительные материалы:

  • стебли томатов,
  • соевые бобы,
  • водоросли,
  • лен и солому,

совсем несложно построить дом из альтернативных стройматериалов.

Зачастую фермерская практика указывает на массовое уничтожение отмеченных продуктов. Эти побочные продукты фермерских хозяйств, как правило, сжигаются с целью получения тепловой энергии.

Однако их сжигание вызывает загрязнение атмосферы и приводит к необратимому экологическому воздействию на здоровье человека и на экосистему.


Проект биологически чистого жилого дома
Проект биологически чистого жилого дома, выстроенного исключительно из остаточного сырья фермерских хозяйств. Источником энергии применяются солнечные панели

А проблема решается просто. Биологическое жилище площадью 170 м2, оснащенное солнечным генератором энергии – хороший пример.

Солнечные панели генерируют энергию, избыток которой сохраняется аккумуляторами новой конструкции – более совершенной по сравнению с теми, что используются сейчас.

По данным компании, внешний каркас Биологической хижины (Biological House), построен на основе стального винтового свайного фундамента.

Каркас покрыт модифицированной древесиной «Кебони» (Kebony), изготовленной норвежцами.  «Кебони» — пропитанная особым способом древесина лиственных пород, долговечная и прочная.

Ещё про новые стройматериалы настоящего и будущего


Источник: zetsila.ru

А с камнем что? 

Несмотря на популярность пластика, традиционный в строительстве камень остаётся востребованным у современных дизайнеров. Природный камень по-прежнему популярен для наружных и внутренних отделочных работ. Правда, его цена значительно выше, чем пластика, имитирующего аналогичную каменную поверхность.

Например, на последней архитектурной биеннале в Венеции Швейцарские архитекторы представили макет дома из известняка, чья структура сложена таким образом, чтобы поддерживать саму себя без специальных растворов и клея.

По словам авторов проекта, дом должен продемонстрировать будущее экологически чистого строительства, где не используются токсичные и не подлежащие переработке материалы.

Строительные материалы будущего

К последним архитектурным проектам относится также жилой квартал в китайском Ханчжоу вдоль канала реки, созданный полностью из природного камня.

Британский архитектор Дэвид Чипперфилд говорит, что поскольку квартал находится на окраине города и полностью вписан в болотный ландшафт, окружён садами, поэтому другой материал, кроме серого минималистичного камня, выглядел бы просто странно.

Строительные материалы будущего

Дерево как признак роскоши

Пожалуй, наиболее интересная судьба в качестве материала будущего уготована дереву. С одной стороны, любая идея строительства из натуральной древесины упирается в вопрос об ограниченности природного ресурса, с другой, вот уже несколько лет подряд мы наблюдаем мощный экологический ренессанс, связанный с потребительским выбором в пользу натуральных продуктов и материалов.

Именно с последними экотрендами связан небывалый подъём спроса на мебель и предметы интерьера из дерева. Их цена значительно выше мебели и отделочных материалов из прессованной древесины или картона.

Строительные материалы будущего

Вероятно, из всех строительных материалов именно дерево имеет наиболее высокие шансы на исчезновение. Поскольку оно, в отличие от пластика, ограниченный ресурс. И даже высокая стоимость деревянных дизайнерских вещей или архитектурных форм не способна снизить желание потребителя окружить себя натуральными и ароматными (как известно, запах дерева часто используется при создании селективной парфюмерии) изделиями.

Источник: life.ru

Охлаждающийся кирпич — новый стройматериал

Японская компания Emerging Objects запатентовала уникальную технологию изготовления кирпича из керамики. Такое открытие называется Cool Brick. Суть заключается в том, что готовое изделие имеет достаточно мелкую и пористую структуру, а также может быть различной формы и размеров. Сложенные из такого стройматериала стены, по сути, являются сеткой с очень маленькими ячейками. Такие кирпичи исключают необходимость использования устройств кондиционирования в жаркое время года.
Строительные материалы будущего
Также стоит указать, что кирпич, изготовленный по технологии Cool Brick – это своеобразная мочалка, которая имеет множество пор. Они накапливают в себе влагу, а когда горячий воздух проходит сквозь них, он охлаждается. Такой новый стройматериал изготавливается на 3-D принтере. Его вполне можно использовать для возведения дополнительных стен и перегородок.
Строительные материалы будущего

Здания, поглощающие смог

Как ни странно, но подобная технология известна человечеству достаточно давно. Суть заключается в том, что само строение изготовлено из биодинамического белого бетона. Такой материал имеет ряд свойств, одно из которых – это поглощение частичек смога из атмосферы. Данные вредные элементы преобразуются в инертную соль и не так вредны для здоровья человека. Таким образом, происходит очищение окружающей среды. Подумайте, какая перспектива у данного материала. Власти Японии уже заинтересовались проектом и составляют предварительные расчеты по внедрению данного бетона во все будущие объекты строительства.
Строительные материалы будущего

Если вы еще не знакомы со статьей моей коллеги «Как экономить электричество», то прочесть её можно по вот этой ссылке.

Использование альтернативной энергии водорослей

Получение электроэнергии из водорослей – это совсем не фантастика. Первое подобное строение уже возведено в немецком Гамбурге. Оно было построено как эксперимент и в настоящее время является исследовательским объектом. Команда ученых занимается изучением налаживания технологии получения энергии из водорослей.
Строительные материалы будущего
Фасад здания содержит большое количество биологических реакторов, в которых располагаются водоросли. Они постоянно обдуваются воздухом, который снабжает их кислородом, углекислым газом и всевозможными микроэлементами. Созданы условия, максимально приближенные к природным. В теплое время года растения начинают обильно расти, создавая тень и вырабатывая электроэнергию. Будем надеяться, что такой альтернативный источник энергии заменит существующие.
Строительные материалы будущего

Новый стройматериал — восстанавливающийся бетон

Ничто не вечно в нашем мире! С таким утверждением не согласны ученые из Голландии. Исследователям удалось создать новый стройматериал, который является, в каком-то роде самовосстанавливающимся бетоном. Суть заключается в том, изобретенный материал может сам восстанавливаться, благодаря ряду биологических процессов. В новом цементном растворе содержатся живые бактерии. Они поглощают молочнокислый кальций, который вследствие переработки преобразуется в известняк. Тот в свою очередь заполняет все микротрещины и различные разрушения. Таким образом, бетон приобретает свое первоначальное состояние.

Новый стройматериал – стеклянная черепица

Швейцарская компания SolTech изобрела новый стройматериал. Он представляет собой стеклянную черепицу, для покрытия крыш жилых и промышленных объектов. Суть заключается в том, что данные изделия имеют встроенные фотоэлементы. Через них проходят солнечные лучи и участвуют в нагреве воды.
Строительные материалы будущего
Она же используется для выработки электроэнергии. Таким образом, стеклянная черепица – это альтернатива солнечным батареям. И смотрится она гораздо привлекательней.

А вы знаете, что не пропустите ни один наш материал, если оформите подписку? Оформить подписку легко: достаточно лишь ввести свой email в форму под этой статьей и нажать на кнопку «Подписаться на рассылку». И вы всегда будете в курсе наших публикаций!

Надеюсь, сегодняшняя статья была понятна и интересна. Ведь правда, сколько инноваций и открытий происходит каждый день, а мы вот замечаем только раскрученные и освещенные в СМИ. По моему мнению, еще пару лет, какая-нибудь технология, кажущаяся сегодня заоблачной, станет вполне реальной, и мы не будем удивляться ни зданиям поглощающим смог, ни самовосстанавливающемуся бетону.

Источник: www.allremont59.ru

Вице-президент Material ConneXion Эндрю Дент (Andrew Dent), который также является специалистом в области материаловедения, отмечает последние несколько лет постоянно растущий интерес к новым материалам на фоне полемики по поводу перехода на новые экологические стандарты в строительстве. «Экологичность материалов перестает быть просто маркетинговым ходом, становясь нормой. Производители быстро сообразили, насколько важно говорить о чистоте и безопасности своей продукции, хотя бы потому, что часто это закреплено на законодательно уровне. Экологически чистые материалы становятся все больше доступными и разнообразными. Все это понимают», говорит Дент. «Для этого сегмента продукции выход на рынок был успешным. Я могу судить об этом по многочисленным представителям строительных компаний, которые обращаются к нам. Экологичность теперь стала обычным показателем любого материала».

Дент считает, что по мере того, как в строительстве стали все больше внимания уделять вопросам экологической безопасности, появляются новые производители перспективных строительных материалов, которые стремятся пойти еще дальше, и тем самым выделится среди других игроков на рынке. «Прямо сейчас появляется множество разработок на основе натурального сырья. Мы говорим о том, что может быть выращено, получено каким-либо способом от природы и затем переработано в сырье с измененными свойствами».

Строительные материалы будущего

Дент отмечает, что к ним в компанию часто обращаются архитекторы и дизайнеры, которые стремятся придать уникальность своим проектам за счет применения материалов растительного происхождения либо продуктов переработки. Одним из примеров может служить так называемый «биокирпич», который производит итальянская Biomattone. В состав этого кирпича входит пеньковое волокно и натуральная известь в роли связующего. MyCo Board – конструкционный листовой материал, производимый Ecovative из Грин-Айленда (США), по мнению Дента, является еще одним ярчайшим примером. Материал в буквальном смысле выращивается из мицелия грибов на отходах сельскохозяйственного производства. В результате получают доску со свойствами сравнимыми с ДВП средней плотности.

«Прямо сейчас появляется множество разработок на основе натурального сырья».

– Andrew Dent, Material ConneXion

«Продукция вторичной переработки также пользуется спросом», считает Дент. И приводит в пример древесноподобную плиту от компании Fiber Pattana Co. Ltd из Таиланда, материалом для которой служит картонная тара от напитков.

Применение древесины в строительстве может расшириться благодаря лабораторным испытаниям, которые начинают приносить плоды. Исследователи из Королевского технологического института (Швеция) разработали технологию промышленного производства прозрачной древесины. Им удалось очистить древесную целлюлозу от лигнина путем простой химической обработки. В результате материал обесцвечивается. Затем подложка из целлюлозы пропитывается прозрачным полимером, делая древесину также оптически прозрачной без ухудшения прочностных характеристик. Отметим, что этот материал может применяться не только в строительстве. Так, например, Ларс Берглунд (Lars Berglund) из Королевского технологического института считает, что помимо окон прозрачная древесина хорошо бы смотрелась на панелях солнечных батарей.

По мнению Дента, сегодня речь идет не только о прозрачности древесины. «Производители строительных материалов научились изменять структуру целлюлозы в древесине, чтобы придать ей новые свойства. Можно, например, получить древесину в виде монтажной пены или добавлять модифицированную целлюлозу в другие материалы, чтобы улучшить их прочностные характеристики. Мы знаем, что многие предприятия деревообрабатывающей промышленности выпускают такую продукцию».

Новое применение для металлов

Спрос на сверхчистые с точки зрения экологии материалы сейчас растет. Но преградой для их популяризации может стать высокая цена, считает Дент. Вместе с тем, он также видит новые возможности в сегменте традиционных материалов, которые используются в строительстве уже долгое время. «Если бы пять лет назад меня спросили, что я думаю о будущем металлов, то я бы ответил, что мы не сможем сделать их еще лучше. Удивительно, но они находят новые способы. Компьютерное моделирование дает проектировщикам возможность расширить свое представление о доступных для металла формах».

Обычные стальные конструкции останутся в архитектуре, но здесь также имеются новые наработки, касающиеся конструкционных материалов. «Для нас на данный момент очень интересными видятся различные сочетания материалов», говорит вице-президент Американского института стальных конструкций Чарли Картер (Charlie Carter), инженер-строитель по специальности. «В этом отношении сталь всегда была впереди. Я считаю весьма перспективным деревянные кросс-ламельные панели (CLT), которые сейчас активно продвигает деревообрабатывающая промышленность. Сами по себе CLT-панели хороши, но вставьте эти панели в стальной каркас, залейте их поверх бетоном, и вы получите продукт, который может легко конкурировать с плоскими бетонными плитами». Картер признает, что новая технология изготовления металлоконструкций требует дальнейшего изучения и отработки, но уже сейчас результаты очень многообещающие. «Предположу, что в будущем в жилищном строительстве перейдут с панельных плит на вот такие CLT-панели, облаченные в металлический каркас».

Строительные материалы будущего1

Бетон без цемента. Возможно ли?

Всем хорошо известно, насколько вредит окружающей среде производство цемента. В борьбе за сокращение выбросов парниковых газов предприятиями цементной промышленности постоянно ведутся исследования, разрабатываются специальные продукты. Здесь проблема не в отсутствии вдохновения у разработчиков, а скорее в необходимости привести большинство цементных смесей в соответствие современным нормам и стандартам.

Несмотря на возникшие трудности, отраслевые ассоциации активно работают над поиском новых решений. «Разработка и внедрение технологии производства портландцемента с добавкой известняка, которая появилась сравнительно недавно, для нас является одним из самых больших изменений», говорит Пол Теннис (Paul Tennis), курирующий направление стандартизации и технологий в Ассоциации предприятий цементной промышленности. «Этот материал давно используется в Европе. И в Канаде он появился раньше, чем в США. В нашей стране никто не хочет быть первопроходцем, но как только кто-нибудь решится, а остальные увидят преимущества, то этот материал станет обычным». Согласно маркировке Ассоциации портландцемент с добавкой известняка относится к цементам класса 1L и может содержать до 15% известняка. «Выбросы двуокиси углерода в производстве цемента этой марки сокращаются на 10%. Может казаться несущественным, но если взять вместе все цементные заводы, то вы увидите эффект», говорит Теннис.

У цементов марки 1L есть свои ограничения, но перспектива уменьшить выбросы парниковых газов стоит того, чтобы внести изменения в существующие стандарты. «Ключевым фактором остается цена. Но если взглянуть шире, учесть популярность движений в защиту окружающей среды, то здесь тоже есть своя цена и влияние на общество. Разработчики всегда пытаются найти баланс между этими факторами. Мы заинтересовались известняком и другими новыми материалами во многом из-за соображений экологической безопасности и имиджа, который мы создаем себе в обществе. Цена вопроса может быть чуть выше, но выгоды в плане экологии перевешивают».

Конечно, для написания новых спецификаций на присадки к бетону понадобится время, но фактор окружающей среды определенно вызывает интерес к перспективным материалам. Исследователи одного из филиалов в Университете Британской Колумбии (University of British Columbia ) изучают возможность добавления в бетон частично вместо цемента переработанное стекло с мусорных свалок. Используя стирол-бутадиеновый полимер собственной разработки, ученым удалось успешно заместить существенную часть портландцемента в бетоне порошковым стеклом. «В порошке из стекла есть оксид кремния, а в цементе – щелочь», объясняет доцент Университета Британской Колумбии Шахрия Алам (Shahria Alam). «Они вступают в реакцию, образуя химическое соединение, которое расширяется и может вызвать растрескивание бетона. Но у нас получилось улучшить формулу смеси с помощью этого жидкостного полимера». Выяснилось, что полимер-стабилизатор блокирует щелочную реакцию в бетоне, в котором может содержаться до 25% стекла. Бетон с добавлением стекла все еще остается экспериментальной разработкой, но результаты испытаний обнадеживают. Так считает коллега Алама по проекту Анант Парги (Anant Parghi). «Нам еще предстоит детальное исследование, но уже сейчас свыше 60% контрольных образцов отвечают требованиям по прочности». Однако исследователи считают, что для написания стандартов потребуется время.

Учимся подражать миру природы

Профессор Эд Кавазанджан (Ed Kavazanjian) в своей лаборатории в Университете штата Аризона (Arizona State University) ищет геоинженерные решения в природе. Будучи директором Центра изучения природных геоинженерных технологий (Center for Bio-mediated and Bio-inspired Geotechnics) он также является куратором проекта с грантом в размере 18.5 млн. долларов, который выделил Национальный фонд содействия развитию науки США на изучение возможности адаптации природных процессов в строительстве. «Превращаем песок в песчаник – мы занимаемся здесь алхимией», говорит он. Сфера наших интересов обширна. Мы ищем буквально везде, начиная с того, как геотехнические системы могут быть похожи на корни деревьев, и заканчивая тем, как кроты своим рытьем нор могут научить нас забивать сваи фундаментов».

«Мы исходим из понимания того, что за 3.4 млрд. лет проб и ошибок природа нашла очень эффективные способы работы с материалами, которые были ей доступны на Земле. Мы хотим знать, как у природы это вышло, и затем применить полученный опыт в инженерных целях».

«Превращаем песок в песчаник – мы занимаемся здесь алхимией».

–Ed Kavazanjian, Arizona State University

Центр занимается исследованиями в самых различных областях. В настоящее время профессор работает над строительством фундаментов. Недавние лабораторные исследования седиментации карбонатных пород дало хорошие результаты. Ученым удалось получить из рыхлого песка прочный камневидный материал, добавив в него уреазу – энзим, из-за которого у человека в почках образуются камни. В университетской лаборатории нашли способ вызвать такую реакцию с помощью энзима, полученного из материалов растительного происхождения. Центр сотрудничает со многими научно-исследовательскими учреждениями в США. Так, например, в рамках партнерства ученые из Калифорнийского университета в Дейвисе (University of California, Davis) используют в решении этой задачи микроорганизмы. Химическая реакция может быть полезной для укрепления нестабильных грунтов, на которых в будущем будут возводиться фундаменты зданий, а также позволит уменьшить негативные последствия от разжижения грунтов при сейсмических явлениях.

По словам профессора, из разработок Центра первой в промышленном масштабе станет технология преобразования песка в песчаник. «Благодаря седиментации карбонатных пород мы могли бы получать из песка биокирпич. Сегодня для укрепления грунтов мы используем бетонные смеси на основе портландцемента, которые закачиваются глубоко вниз. А ведь мы могли бы просто погрузить перфорированные трубы и укрепить грунты с помощью биохимических реакций».

«Я говорил об этом раньше, но повторюсь: я действительно называю алхимией то, чем мы все здесь занимаемся. Вместо того чтобы превращать свинец в золото, я намерен превратить песок в песчаник. Песок, который быстро схватывается и через который можно пробить отверстие или канал, был бы очень эффективным решением в геотехнических целях».

Источник: dmstr.ru

Вице-президент Material ConneXion Эндрю Дент (Andrew Dent), который также является специалистом в области материаловедения, отмечает последние несколько лет постоянно растущий интерес к новым материалам на фоне полемики по поводу перехода на новые экологические стандарты в строительстве. «Экологичность материалов перестает быть просто маркетинговым ходом, становясь нормой. Производители быстро сообразили, насколько важно говорить о чистоте и безопасности своей продукции, хотя бы потому, что часто это закреплено на законодательно уровне. Экологически чистые материалы становятся все больше доступными и разнообразными. Все это понимают», говорит Дент. «Для этого сегмента продукции выход на рынок был успешным. Я могу судить об этом по многочисленным представителям строительных компаний, которые обращаются к нам. Экологичность теперь стала обычным показателем любого материала».

Дент считает, что по мере того, как в строительстве стали все больше внимания уделять вопросам экологической безопасности, появляются новые производители перспективных строительных материалов, которые стремятся пойти еще дальше, и тем самым выделится среди других игроков на рынке. «Прямо сейчас появляется множество разработок на основе натурального сырья. Мы говорим о том, что может быть выращено, получено каким-либо способом от природы и затем переработано в сырье с измененными свойствами».

Строительные материалы будущего

Дент отмечает, что к ним в компанию часто обращаются архитекторы и дизайнеры, которые стремятся придать уникальность своим проектам за счет применения материалов растительного происхождения либо продуктов переработки. Одним из примеров может служить так называемый «биокирпич», который производит итальянская Biomattone. В состав этого кирпича входит пеньковое волокно и натуральная известь в роли связующего. MyCo Board – конструкционный листовой материал, производимый Ecovative из Грин-Айленда (США), по мнению Дента, является еще одним ярчайшим примером. Материал в буквальном смысле выращивается из мицелия грибов на отходах сельскохозяйственного производства. В результате получают доску со свойствами сравнимыми с ДВП средней плотности.

«Прямо сейчас появляется множество разработок на основе натурального сырья».

– Andrew Dent, Material ConneXion

«Продукция вторичной переработки также пользуется спросом», считает Дент. И приводит в пример древесноподобную плиту от компании Fiber Pattana Co. Ltd из Таиланда, материалом для которой служит картонная тара от напитков.

Применение древесины в строительстве может расшириться благодаря лабораторным испытаниям, которые начинают приносить плоды. Исследователи из Королевского технологического института (Швеция) разработали технологию промышленного производства прозрачной древесины. Им удалось очистить древесную целлюлозу от лигнина путем простой химической обработки. В результате материал обесцвечивается. Затем подложка из целлюлозы пропитывается прозрачным полимером, делая древесину также оптически прозрачной без ухудшения прочностных характеристик. Отметим, что этот материал может применяться не только в строительстве. Так, например, Ларс Берглунд (Lars Berglund) из Королевского технологического института считает, что помимо окон прозрачная древесина хорошо бы смотрелась на панелях солнечных батарей.

По мнению Дента, сегодня речь идет не только о прозрачности древесины. «Производители строительных материалов научились изменять структуру целлюлозы в древесине, чтобы придать ей новые свойства. Можно, например, получить древесину в виде монтажной пены или добавлять модифицированную целлюлозу в другие материалы, чтобы улучшить их прочностные характеристики. Мы знаем, что многие предприятия деревообрабатывающей промышленности выпускают такую продукцию».

Новое применение для металлов

Спрос на сверхчистые с точки зрения экологии материалы сейчас растет. Но преградой для их популяризации может стать высокая цена, считает Дент. Вместе с тем, он также видит новые возможности в сегменте традиционных материалов, которые используются в строительстве уже долгое время. «Если бы пять лет назад меня спросили, что я думаю о будущем металлов, то я бы ответил, что мы не сможем сделать их еще лучше. Удивительно, но они находят новые способы. Компьютерное моделирование дает проектировщикам возможность расширить свое представление о доступных для металла формах».

Обычные стальные конструкции останутся в архитектуре, но здесь также имеются новые наработки, касающиеся конструкционных материалов. «Для нас на данный момент очень интересными видятся различные сочетания материалов», говорит вице-президент Американского института стальных конструкций Чарли Картер (Charlie Carter), инженер-строитель по специальности. «В этом отношении сталь всегда была впереди. Я считаю весьма перспективным деревянные кросс-ламельные панели (CLT), которые сейчас активно продвигает деревообрабатывающая промышленность. Сами по себе CLT-панели хороши, но вставьте эти панели в стальной каркас, залейте их поверх бетоном, и вы получите продукт, который может легко конкурировать с плоскими бетонными плитами». Картер признает, что новая технология изготовления металлоконструкций требует дальнейшего изучения и отработки, но уже сейчас результаты очень многообещающие. «Предположу, что в будущем в жилищном строительстве перейдут с панельных плит на вот такие CLT-панели, облаченные в металлический каркас».

Строительные материалы будущего1

Бетон без цемента. Возможно ли?

Всем хорошо известно, насколько вредит окружающей среде производство цемента. В борьбе за сокращение выбросов парниковых газов предприятиями цементной промышленности постоянно ведутся исследования, разрабатываются специальные продукты. Здесь проблема не в отсутствии вдохновения у разработчиков, а скорее в необходимости привести большинство цементных смесей в соответствие современным нормам и стандартам.

Несмотря на возникшие трудности, отраслевые ассоциации активно работают над поиском новых решений. «Разработка и внедрение технологии производства портландцемента с добавкой известняка, которая появилась сравнительно недавно, для нас является одним из самых больших изменений», говорит Пол Теннис (Paul Tennis), курирующий направление стандартизации и технологий в Ассоциации предприятий цементной промышленности. «Этот материал давно используется в Европе. И в Канаде он появился раньше, чем в США. В нашей стране никто не хочет быть первопроходцем, но как только кто-нибудь решится, а остальные увидят преимущества, то этот материал станет обычным». Согласно маркировке Ассоциации портландцемент с добавкой известняка относится к цементам класса 1L и может содержать до 15% известняка. «Выбросы двуокиси углерода в производстве цемента этой марки сокращаются на 10%. Может казаться несущественным, но если взять вместе все цементные заводы, то вы увидите эффект», говорит Теннис.

У цементов марки 1L есть свои ограничения, но перспектива уменьшить выбросы парниковых газов стоит того, чтобы внести изменения в существующие стандарты. «Ключевым фактором остается цена. Но если взглянуть шире, учесть популярность движений в защиту окружающей среды, то здесь тоже есть своя цена и влияние на общество. Разработчики всегда пытаются найти баланс между этими факторами. Мы заинтересовались известняком и другими новыми материалами во многом из-за соображений экологической безопасности и имиджа, который мы создаем себе в обществе. Цена вопроса может быть чуть выше, но выгоды в плане экологии перевешивают».

Конечно, для написания новых спецификаций на присадки к бетону понадобится время, но фактор окружающей среды определенно вызывает интерес к перспективным материалам. Исследователи одного из филиалов в Университете Британской Колумбии (University of British Columbia ) изучают возможность добавления в бетон частично вместо цемента переработанное стекло с мусорных свалок. Используя стирол-бутадиеновый полимер собственной разработки, ученым удалось успешно заместить существенную часть портландцемента в бетоне порошковым стеклом. «В порошке из стекла есть оксид кремния, а в цементе – щелочь», объясняет доцент Университета Британской Колумбии Шахрия Алам (Shahria Alam). «Они вступают в реакцию, образуя химическое соединение, которое расширяется и может вызвать растрескивание бетона. Но у нас получилось улучшить формулу смеси с помощью этого жидкостного полимера». Выяснилось, что полимер-стабилизатор блокирует щелочную реакцию в бетоне, в котором может содержаться до 25% стекла. Бетон с добавлением стекла все еще остается экспериментальной разработкой, но результаты испытаний обнадеживают. Так считает коллега Алама по проекту Анант Парги (Anant Parghi). «Нам еще предстоит детальное исследование, но уже сейчас свыше 60% контрольных образцов отвечают требованиям по прочности». Однако исследователи считают, что для написания стандартов потребуется время.

Учимся подражать миру природы

Профессор Эд Кавазанджан (Ed Kavazanjian) в своей лаборатории в Университете штата Аризона (Arizona State University) ищет геоинженерные решения в природе. Будучи директором Центра изучения природных геоинженерных технологий (Center for Bio-mediated and Bio-inspired Geotechnics) он также является куратором проекта с грантом в размере 18.5 млн. долларов, который выделил Национальный фонд содействия развитию науки США на изучение возможности адаптации природных процессов в строительстве. «Превращаем песок в песчаник – мы занимаемся здесь алхимией», говорит он. Сфера наших интересов обширна. Мы ищем буквально везде, начиная с того, как геотехнические системы могут быть похожи на корни деревьев, и заканчивая тем, как кроты своим рытьем нор могут научить нас забивать сваи фундаментов».

«Мы исходим из понимания того, что за 3.4 млрд. лет проб и ошибок природа нашла очень эффективные способы работы с материалами, которые были ей доступны на Земле. Мы хотим знать, как у природы это вышло, и затем применить полученный опыт в инженерных целях».

«Превращаем песок в песчаник – мы занимаемся здесь алхимией».

–Ed Kavazanjian, Arizona State University

Центр занимается исследованиями в самых различных областях. В настоящее время профессор работает над строительством фундаментов. Недавние лабораторные исследования седиментации карбонатных пород дало хорошие результаты. Ученым удалось получить из рыхлого песка прочный камневидный материал, добавив в него уреазу – энзим, из-за которого у человека в почках образуются камни. В университетской лаборатории нашли способ вызвать такую реакцию с помощью энзима, полученного из материалов растительного происхождения. Центр сотрудничает со многими научно-исследовательскими учреждениями в США. Так, например, в рамках партнерства ученые из Калифорнийского университета в Дейвисе (University of California, Davis) используют в решении этой задачи микроорганизмы. Химическая реакция может быть полезной для укрепления нестабильных грунтов, на которых в будущем будут возводиться фундаменты зданий, а также позволит уменьшить негативные последствия от разжижения грунтов при сейсмических явлениях.

По словам профессора, из разработок Центра первой в промышленном масштабе станет технология преобразования песка в песчаник. «Благодаря седиментации карбонатных пород мы могли бы получать из песка биокирпич. Сегодня для укрепления грунтов мы используем бетонные смеси на основе портландцемента, которые закачиваются глубоко вниз. А ведь мы могли бы просто погрузить перфорированные трубы и укрепить грунты с помощью биохимических реакций».

«Я говорил об этом раньше, но повторюсь: я действительно называю алхимией то, чем мы все здесь занимаемся. Вместо того чтобы превращать свинец в золото, я намерен превратить песок в песчаник. Песок, который быстро схватывается и через который можно пробить отверстие или канал, был бы очень эффективным решением в геотехнических целях».

Источник: dmstr.ru


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.