Пару недель назад в нашей субботней рубрике мы рассказали о десятке необычных стройматериалов, которые используют для строительства бюджетных домов. Бамбук, транспортные контейнеры и сэндвич-панели  — это, конечно, хорошо, но не революционно. А как насчет самовосстанавливающегося бетона или прозрачного дерева? В своем блоге специалисты PlanRadar рассказали о самых интересных и впечатляющих по своим свойствам инновационных материалах, которые уже применяются в строительстве, и стройматериалах, опробованных в пилотных проектах. Наиболее интересные из них мы вынесли в эту подборку.

Углеволокно

За этим материалом — будущее строительства. Он легкий и прочный, а эти качества, пожалуй, самые важные в отрасли. Углеволокно намного легче железа (на 75%) и алюминия (на 30%). Углеволокном усиливают прочность традиционных стройматериалов: кирпич, железобетонные блоки, деревянные конструкции. Это называется армирование. Углеволоконная арматура в железобетоне обеспечивает также отличную теплоизоляцию. Единственный минус, который ограничивает массовое применение — дороговизна материала.

Акриловая декоративная плитка

Инновационными могут быть и хорошо знакомые всем, но модернизированные стройматериалы. Например, чувствительная плитка c акриловым волокном, которая в буквальном смысле реагирует на движения и касания человека или изменение источника света: она может мерцать, подсвечиваться, улавливать и рассеивать соседние цвета по своей поверхности. Декорирование таким материалом дает новые возможности в архитектуре и дизайне интерьеров.

Аэрогель

Уникальность этого материала в том, что он одновременно самый твердый и легкий в мире, ведь на 99.8% состоит из воздуха. Его получают из геля, в котором жидкий компонент геля заменен газом. В результате этих манипуляций получается очень твердое тело с чрезвычайно низкой плотностью и низкой теплопроводностью. На ощупь аэрогель похож на хрупкий пенополистирол. Впервые он был получен в 1931 году Сэмюэлем Стивенсоном Кистлером, который поспорил, что сможет заменить жидкость газом без усадки самой структуры. Первые аэрогели были получены из силикагелей. Более поздние работы Кистлера касались аэрогелей на основе оксида алюминия, оксида хрома и диоксида олова. Углеродные аэрогели были впервые разработаны в конце 1980-х годов.

Особенность аэрогелей — они могут иметь теплопроводность меньше, чем у газа, который они содержат. Такой материал отлично теплоизолируют, так что его применяют широко в промышленных масштабах по теплоизоляции — экологично и эффективно. В виду высокой и тонкой пористости структуры аэрогели могут использоваться в качестве собирающей матрицы для мельчайших частиц пыли.

RICHLITE

Бумажный прочный композит. Его создают из отходов бумаги, их прессуют в твердые и гладкие панели, которые можно обрабатывать. Об экологичности бумаги говорить нечего — это основное ее достоинство. Однако технологии превращают ее в удивительное  сырье, которое так нужно для экостроительства.

В отличие от камня или твердой поверхности, Richlite работает так же, как плотная древесина твердых пород, и ее можно легко фрезеровать, шлифовать, фрезеровать и соединять. Материал Richlite к тому же водостойкий, гигиеничный, имеет низкое влагопоглощение, тепло- и огнестойкость, необычайно плотный и прочный. А его внешний вид — максимально естественный и приятный. Поэтому его применяют во многих отраслях, и даже для производства музыкальных инструментов, где заменяют дорогостоящее черное дерево, дающее определенное качество звука. Richlite оказался достойным аналогом, доступным по цене. Это известный и любимый многими архитекторами отделочный материал для дизайна мебели, элементов интерьера и креативных сооружений.

Жидкий гранит

Искусственный «жидкий» камень, особая жидкая строительная смесь (70% из мраморной крошки и на 30% из специальных добавок и декоративного наполнителя), которую напыляют на определенную поверхность. Благодаря составу, жидкость застывает красиво и намертво, обеспечивая поверхность прочностью и декоративным видом. Жидкий гранит экологичный материал, поскольку в него входят безопасные смолы и натуральная мраморная крошка и минеральные наполнители. Этот композитный материал активно используется в отделочных работах, для изготовления или покрытия отдельных конструкций или элементов интерьера.

Самовосстанавливающийся бетон

Если дословно перевести английский вариант «self healing concrete», то он звучит как «самоисцеляющийся бетон», что, согласитесь, намекает на фантастику. Изобретатель Хенк Джонкерс из Делфтского технического университета еще в 2015 году показал инновационный метод для восстановления трещин в бетоне при помощью бактерий. Принцип технологии прост: в бетон добавляли капсулы с особыми бактериями и питательными веществами для них, которые активировались, как только попадала вода. Треснувший бетон с влагой отстраивался, заполнялся известняком, который продуцировали бактерии. Кроме этой био-технологии, есть другая альтернатива от корейских исследователей, где в бетон добавляются капсулы определенного полимера. Он также под действием влаги и солнца, начинает реагировать — разбухать и заполнять трещину.

Бетон очень надежный и давно используемый строительный материал, однако он теряет свои свойства при трещинах, так что над его современным апгрейдом трудятся многие специалисты материаловедения во всем мире.

Есть свежие данные, что американские ученые из Вустерского политехнического института (WPI) также разработали биобетон, куда вмешали фермент, который реагирует с CO2, выделяя кристаллы карбоната кальция — по характеристикам похожи на бетон. И таким образом заполняются все трещины, укрепляя бетот. Миллиметровые трещины восстанавливаются за сутки.

Другая разработка ученых из Университета Колорадо основана на фотосинтезе бактерий. В состав биобетона входит смесь из цианобактерий — фотосинтезирующие бактерии, желатина и песка. Они реагируют на воду и увеличиваются в размере, заполняя полости.

Гибкий бетон

И снова о бетоне. Разработки по улучшению его качеств — одни из самых популярных, и это неудивительно. На бетоне, фактически, зиждется все строительство.  Мы уже упоминали, что одной из проблем бетона является его недолговечность, если появляются сколы и трещины, которые образовываются вследствие воздействия внешней среды. Кроме того, бетон может быть прочным, однако он фиксирован и ограничен по нагрузке. Сингапурцы  еще в 2014 году смогли решить вопрос не только прочности и уменьшения веса, исключив арматуру в бетонных конструкциях, но и добавили не характерное свойство бетону — гибкость. Благодаря уникальной добавке новый бетон ConFlexPave получил гибкость и прочность — в 3 раза выше, чем у обычного. В раствор замешивают тончайшее ультраволокно, которое скользит в структуре бетона, не закрепляясь в нем. Именно это и дает эффект эластичности.

Однако нет предела совершенству. Разработки по гибкому бетону продолжают многие ученые. Так, специалисты университета  Суинберн создали бетон без цемента, но с такими же выдающимися характеристиками по гибкости и нагрузкам. Экологичность нового бетона в том, что в его состав входит летучая зола, геополимерный композит —  типичный выброс-отход от угольных электростанций. Его застывание происходит при комнатной температуре, а значит, нет потребности в высоких неэкологичных затратах на производство. Но главное, новый бетон в 400 раз гибче обычного, сохраняя при этом прочность бетона. Геополимеры не только добавили коэффициент изгибания, но и улучшают показатели устойчивости при возможных микро-разрушениях. Полимерные волокна держат структуру при нагрузке даже с трещинами, поэтому новый материал можно использовать в сейсмоактивных районах — риск разрушения зданий из такого бетона минимизируется.

Прозрачный алюминий

Этот материал будущего — физическая реальность. По-простому, это прозрачная керамика, в основе — оксинитрид алюминия (AlON). Особенности этого материала — устойчив к царапинам и прочный, намного выше эти характеристики, чем у алюмосиликатного стекла (кварцевое), на 85% тверже сапфира. Кроме того, выдерживает нагревание до 2100 С⁰. Устойчив к радиации, к кислотам, щелочам и воде. Естественно, этот материал тут же пошел на вооружение к военным и для оптических производств. Но в строительстве из него делают ударопрочные окна, купола и прочие элементы, требующие прозрачности и прочности.

Углеводородные нити

Для таких сейсмологических территорий, как Япония, очень важны материалы, которые выдержат землетрясения. Поэтому лаборатория Komatsu Seiten Fabric  разработала термопластичный композит из углеродного волокна — CABKOMA Strand Rod. Композит покрыт неорганическими и синтетическими волокнами, с отделкой из термопластической смолы — и это дало  возможность создать самую легкую в мире систему сейсмического армирования. Инновационные нити-струны почти в пять раз легче, чем металлическая проволока той же прочности, и красивы по дизайну. Кроме того, они довольно эффективны — здание соответствует требованиям, предъявляемым к сейсмической арматуре. Конечно, как и все материалы из карбона, материал недешев.

Прозрачное дерево

О создании новейшего экологического материала  прозрачного дерева сообщалось еще в 2016 году, но только в 2020 ученый, который с командой из Университета штата Мэриленд в Колледж-Парке изобрел способ делать древесину прозрачной, заявил, что испытания завершены и получен устойчивый результат. Прозрачное дерево минимум  в 5 раз прочнее и легче стекла, а также термоэффективнее. Именно эти характеристики  делают его намного интереснее пластика.  Среди других преимуществ: сырье возобновляемое и экологичное: дерево бальса растет быстро, за 5 лет получается уже взрослое дерево, затраты на производство намного ниже, чем для производства стекла, где присутствует ощутимый углеродный след из-за расходов на отопление и электричество. Прозрачное дерево довольно гибкое, так как в нем есть натуральная целлюлоза.

Чтобы добиться прозрачности, древесину бальсы вымачивают в спецрастворе, а затем в структуру добавляется эпоксидная смола. Прозрачная древесина, или древесное стекло можно применять вместо традиционных стеклопакетов,  либо другим элементам в строительных конструкциях, где необходима прозрачность, но и прочность, а также экологичность и энергосбережение.

Источник: planradar.com

Эрик Ахмедьяров