Стройматериалы будущего зачем нужны живые кирпичи и светящийся бетон

Обновлено: 27.04.2024

Стройматериалы будущего: зачем нужны живые кирпичи и светящийся бетон

Кирпичи из переработанного пластика и углекислого газа, прозрачная древесина, способная пропускать свет и сохранять тепло, светящийся цемент — далеко не полный список строительных материалов, которые разработали ученые и исследователи со всего мира.

Главное, что их объединяет, — экологичность, экономичность и умные технологии. Рассказываем о некоторых из них.

Ксения Лукьященко, руководитель отдела экологической сертификации EcoStandard group:

— Долю использования инновационных материалов в строительстве сложно оценить, все-таки массовое строительство пользуется стандартными решениями, изредка пробуя какие-то инновации.

Тут важен масштаб инновации и экономическая эффективность. В значительной части случаев инновационные материалы или решения дороже, поэтому их распространение по понятным причинам ограничено. Кроме того, зачастую проблемой на пути их использования является отсутствие нормативной базы, допускающей или косвенно ограничивающей их применение.

Крупные производители ежегодно вкладывают часть средств в разработки материалов, инновационных продуктов. Часто это продукт для узких случаев использования.

Стройматериалы будущего: зачем нужны живые кирпичи и светящийся бетон

Что такое инновационные стройматериалы

К инновационным можно отнести материалы, которые имеют уникальную технологию производства, состав и чья новизна подтверждена патентами. Сюда можно отнести материалы с переработанной составляющей либо подтвержденные экологическим сертификатом, то есть произведенные в таких условиях, которые не наносят вред окружающей среде.

Бетон, пропускающий электричество

Инженеры Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с коллегами из Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления (ВСГУТУ) недавно разработали сверхпрочный карбоновый бетон, способный проводить электричество. Об этом рассказали в пресс-службе ДВФУ.

Часть цемента в новом бетоне заменили на зольные и шлаковые отходы энергетических производств и отходы обработки гранита. За счет этого производство нового бетона экономичнее и экологичнее. Для электропроводимости вместо дорогих карбоновых нанотрубок в смесь добавили обычные карбоновые наночастицы. Они стали побочным продуктом переработки угля электрическими разрядами в плазменном реакторе по специальной технологии, разработанной профессором Сергеем Буянтуевым из ВСГУТУ.

Благодаря низкой пористости он пропускает меньше воды, пара и более долговечен. Использовать «электрический» бетон можно для производства специальных поверхностей-обогревателей, которыми могут выступать стены гаражей, парковок, бетонный пол, тротуарная плитка. Можно даже возводить самовосстанавливающиеся конструкции, где поверхность будет выступать одновременно сенсором влаги, огня и деформаций, а повреждения способны устраняться за счет воздействия электромагнитного поля.

В перспективе из нового бетона можно делать дорожное полотно, от которого автомобили и электромобили будут получать энергию бесконтактным образом. Чтобы осуществить эти планы, ученым еще предстоит решить задачу стабильности карбоновых частиц в бетонной смеси.

Фото: Maksim Safaniuk/shutterstock

Кирпичи из переработанного пластика

Австралийские ученые из Университета Флиндерса этой весной заявили о создании кирпичей, которые получены из пластиковых отходов, растительного волокна и песка.

Ученые переработали пластиковые отходы и растительное сырье. Из полученной субстанции они изготовили порошкоподобный каучук, который стал основой для создания кирпичей и цемента. Полученное вещество можно нагревать, сжимать и растягивать. Данные свойства позволяют использовать новый кирпич не только в строительстве, но и при ремонте автомобилей. Полученный каучук можно смешивать с наполнителями, создавая новые композитные материалы, а также многократно измельчать и перерабатывать.

В настоящее время строительная отрасль приносит около 20% выбросов углекислого газа. Большинство из этих выбросов связаны с созданием и использованием строительных материалов. Новая технология позволяет сократить вредное воздействие на окружающую среду.

В прошлом году сотрудники Королевского технологического института в Стокгольме разработали прозрачную древесину, которая позволяет заменить привычное стекло.

Исследования заняли несколько лет, ученым пришлось доказать, что прозрачная древесина по своим теплоизоляционным характеристикам превосходит стекло. Исследователи удалили из древесины лигнин — компонент клеточных стенок, поглощающий свет. После чего материал пропитали акрилом. В результате ученые получили прозрачную древесину, способную пропускать солнечный свет. Затем дерево пропитали специальным полимером, который аккумулирует тепло.

В итоге они получили материал, который пропускает свет и помогает сохранять тепло. Днем прозрачная древесина будет поглощать тепло и охлаждать помещение. Ночью полимер, входящий в состав дерева, начнет затвердевать и отдавать накопленную за день энергию.

Материал также может выдерживать высокие нагрузки и является биоразлагаемым, что облегчает его утилизацию. Проблема может возникнуть с акрилом, но его ученые планируют заменить другим материалом. Сейчас разработчики занимаются масштабированием технологии, чтобы запустить массовое производство прозрачной древесины. Применять новый материал в строительстве планируется в ближайшие пять лет.

Строительные блоки из морской соли

Впервые использовать полученные после опреснения запасы соли в качестве строительного материала предложил Нидерландский архитектор Эрик Джоберс.

Его изобретение основано на процессе извлечения соли из морской воды с использованием энергии солнца. Из смеси соли с крахмалом получают блоки, которые похожи на кирпичи. Для большей надежности поверхность соляных блоков покрывают материалом на основе эпоксидной смолы.

Разработанная технология делает процесс опреснения морской воды безотходным и может использоваться в районах с засушливым климатом. Сейчас соляные кирпичи применяют в облицовке саун и бань, они способны выдерживать высокие температуры.

Архитектор разработал проект строительства небольшого города в Катаре с применением соляных блоков. В регионе существует дефицит строительных материалов — в пустыне нет ни дерева, ни глины, кроме того, существуют проблемы с водой. Материал для соляных кирпичей планируется добывать из вод Персидского залива.

Ученые из Колорадского университета в США разработали экологически чистый бетон, который способен размножаться. Новый строительный материал представляет собой биоминерализованную гидрогелево-песчаную субстанцию, которая благодаря работе бактерий превращает песок в кирпичи.

При создании бетона ученые поместили специальные бактерии в питательную среду гидрогеля и смешали с песком. Бактерии получают питание из этой среды, растут и производят карбонат кальция. Таким образом, идут процессы минерализации и вырастает небольшой кирпич. Если его разбить, то через некоторое время он превратится в два полноценных кирпича. Для этого к каждой половине надо добавить песок, гидрогель и питательные веществ. Ученым уже удалось вырастить восемь кирпичей из одного «родительского».

Фото: CU Boulder College of Engineering and Applied Science

Материал так же прочен, как и обычный бетон, утверждают ученые. Исследователи уверены, что у нового бетона большие возможности применения от привычного строительства до использования его в космосе.

Кроме того, «живой» бетон является экологичным, при его производстве почти не выделяется углекислый газ. Сейчас ученые занимаются разработкой технологии, позволяющей применять такой бетон в условиях засухи, которая ставит под угрозу выживание бактерий в материале.

Мексиканский ученый Хосе Карлос Рубио несколько лет назад разработал светоизлучающий цемент. Он изменил микроструктуру цемента, добавив в материал флуоресцентные компоненты, способные поглощать солнечную энергию и возвращать ее в окружающую среду в виде излучающего света. В результате получился строительный материал, который в течение дня может поглощать солнечную энергию, а затем излучать ночью.

Новый флуоресцирующий цемент обладает высокой устойчивостью к ультрафиолетовым лучам и имеет расчетную срок службы около 100 лет. Кроме того, он является экологически более чистым, так как изготавливается с использованием природных материалов, мела и глины. Единственным побочным продуктом производства цемента является водяной пар.

Светящийся цемент можно использовать при строительстве дорог и тротуаров — он сможет освещать их в темное время суток, что позволит снизить потребность в электроэнергии. Ученый уже разработал цемент с излучением синего и зеленого цветов, при этом интенсивность света можно регулировать во избежание ослепления водителей или велосипедистов.

Вера Бурцева, руководитель рабочей группы по разработке экологического стандарта GREEN ZOOM:

— Российские застройщики с осторожностью используют инновационные материалы, это объясняется тем, что строительная отрасль всегда была консервативной. При этом в девелоперской среде есть интерес к экологичным материалам — они влияют на качество будущей среды, а следовательно, на здоровье. Но, по нашим данным, только каждый десятый объект, который проходит сертификацию по системе устойчивого развития GREEN ZOOM, использует ощутимый процент инновационных материалов.

Ксения Лукьященко, руководитель отдела экологической сертификации EcoStandard group:

Новый вид кирпичей и бетона: какие стройматериалы завоевывают рынок

Construction Dive — американское онлайн-издание о современных технологиях, дизайне и тенденциях в строительной отрасли.

Несколько способов создания инновационных кирпичей

Сейчас многие строительные компании уделяют больше внимания общим технологическим трендам: цифровизация, роботизация, виртуальная и дополненная реальность и пр. Все пытаются обезопасить и упростить процесс строительства, а также сделать его менее затратным. Пока технологические компании и девелоперы ломают голову над дронами для строительства, ученые разрабатывают новые материалы для производителей.

Так, исследователи из Университета Колорадо разработали органический низкоуглеродный стройматериал, из которого можно выливать кирпичи. Смесь состоит из цианобактерий, теплой воды, песка, желатина и питательных веществ, которые способствуют сцепке и застыванию. Кирпичи из такого материала не настолько прочные, как традиционные. Но если выливать блоки размером с обувную коробку, то это может стать альтернативой обычным бетонным блокам.

А профессор Университета Хериот-Ватт в Англии Габриэла Медеро разработала состав для кирпичей, который полностью состоит из переработанного материала. Например, из отходов строительства или остатков мусора после сноса зданий. По ее словам, такие блоки можно сделать любого цвета, а по функциям они не уступают обычным кирпичам. Еще один плюс — это маленькое содержание углерода: обычные кирпичи при обжиге выделяют в десять раз больше вредного вещества, чем кирпич из нового состава.

Наряду с изготовлением новых строительных составов, японская компания IHI разработала процесс заливки бетона, который позволяет продлить срок службы материала на 200 лет. Для этого производитель использует специальную технику собственной разработки. Машина вибрирует при заливке бетона, что препятствует образованию пузырьков и удаляет воздушные карманы. Это позволяет уменьшить количество отверстий на поверхности состава на 70% и предотвратить воздействие влаги и паров.

«Материалы Франкенштейна»: «живые» кирпичи от ученых из Колорадо

Для создания «кирпичной династии» требуется песок, гидрогель из пластика и цианобактерии. Это всем известные сине-зеленые водоросли, вызывающие цветение воды. Засыпаем все в каркас размером с обувную коробку. В течение суток бактерии вырабатывают кальций, который связывает гель в твердый материал. Получается самоотверждающийся кирпич.

Кирпич может оставаться «живым» при определенной температуре и влажности в течение долгого времени, то есть умеет сам «ремонтировать» собственные трещины. Кусочек кирпича, как дрожжевая закваска для теста, может быть использован для «рождения» новых кирпичей. Выпекать ничего не надо.

Конечно, такой кирпич не заменит вредный, но прочный бетон, однако для фасада идеален. Living building materials («живые строительные материалы») - новый класс стройматериалов с биофункциями.

Бетон, возможно, - одно из худших изобретений человечества. Помогая построить высокие, прочные здания, он наносит больше вреда нашей планете, чем любой другой материал на Земле. Должен быть лучший способ!

Живые строительные материалы – это будущее в стройиндустрии.

Бактерии начинают процесс роста и минерализации в песчано-гидрогелевой «компании».

Исследователи University of Colorado уже вырастили от родителя-кирпича три поколения. То есть кирпич-исходник стал прадедушкой с правнуками.

Пока технология далека от массового применения, однако легко представить, как эти «живые» кирпичи могут быть полезны в отдаленных районах, где много песка.

Фото by University of Colorado Boulder College of Engineering and Applied Science Фото by University of Colorado Boulder College of Engineering and Applied Science

«Живые» кирпичи можно было бы использовать в фасадах или везде, где нужен стандартный кирпич. И то, чего живым кирпичам не хватает в несущих качествах, они приобретают в эксплуатационной гибкости. Их можно «подстегнуть» (температура, влажность), чтобы восстановить свои собственные трещины.

Хотя бактериальный стройматериал не так прочен, как бетон, однако такие кирпичи могут уменьшить углеродный след здания, самовосстанавливаться и даже размножаться.

Топ-10 новейших стройматериалов: углеродобетон и другие эксперименты

Разработка немецких специалистов создана в рамках проекта SOLAR.shell как альтернатива малорентабельным поворотным конструкциям солнечных панелей, устанавливаемых на современных энергосберегающих фасадах. «Интегрированные в новый тип фасада фотоэлектрические элементы обеспечивают на 50 процентов больше сбора солнечной энергии, чем модули, установленные перпендикулярно на стенах зданий», – говорит Себастьян Шиндлер, руководитель проекта Fraunhofer CSP. Кроме того, по его словам, разнонаклонные секции, выполненные на основе углеродобетона, предоставляют гораздо больше возможностей для создания нового и разнообразного архитектурного облика городов будущего.

Таким образом, в рейтинге последних достижений в области строительных технологий и материалов разработка немецких ученых вполне может претендовать на лидерство – во всяком случае, по критерию одной из самых последних и самых интересных из всех резонансных инноваций, которые мир увидел в последние два-три года.

Топ-10 стройматериалов:

1. Углеродобетон. Это новая модификация железобетона, в которой вместо обычной металлической арматуры использованы углеродные волокна и трубки. Они не уступают по прочности металлу, при этом выигрывают в легкости и пластичности. Углеродобетон, разработанный в ходе проекта SOLAR.shell в Германии, создавался специально для фасадов с элементами солнечных батарей. Он позволяет уже при отливке формировать ниши для установки солнечных панелей и сопутствующего оборудования. При этом, по мнению разработчиков, возможности применения углеродобетона не ограничены только солнечными панелями, он может применяться в любых фасадах как легкая и прочная альтернатива железобетону.

2. Самовосстанавливающийся бетон. Нидерландские архитекторы продолжают задавать тон в архитектурных и строительных инновациях, направленных на создание максимально комфортной и экологичной городской среды, при этом и как можно более долговечной. В арсенале нидерландских строителей недавно появился новый тип цемента, который может самозащищаться от разрушения благодаря наличию в его составе молочнокислого кальция и некоторых видов бактерий. Именно они перерабатывают кальций, обращая его в известняк, который, в свою очередь, может заполнять образовавшиеся сколы и трещинки, не допуская их дальнейшего разрастания.

3. Токопроводящий бетон Shotcrete. Еще один новый вид бетона разработала команда специалистов из университета Небраски-Линкольна (США). Его главное свойство – способность поглощать и отражать электромагнитные волны разного происхождения – обеспечивается за счет использования в составе бетона магнетита. Помимо этого природного минерала высокие ферромагнитые свойства бетона обеспечивают также металлические и углеродные компоненты. Изначально токопроводящий бетон создавался для взлетно-посадочных полос, но его применение возможно и в других сферах гражданского строительства, не исключая жилые дома.

4. Солевые блоки. Идея использовать морскую соль в качестве стройматериала родилась в Нидерландах, что не удивительно для страны, где основным природным ресурсом служит море. Автор изобретения, ставшего одним из самых ярких и необычных ноу-хау 2017 года, - архитектор Эрик Джоберс. Морскую соль, извлекаемую из воды с использованием солнечной энергии, скрепляет натуральный крахмал, полученный из водорослей. Защитное покрытие солевого блока представляет собой специальный влагостойкий состав на основе эпоксидной смолы. Такие блоки, по мнению нидерландского архитектора, подходят и для проектирования гибких арочных конструкций.

5. Жидкое дерево. Новый композитный материал – еще одно изобретение немецких специалистов, которые создали необычный полимер. В его составе могут быть как органические, так и синтетические компоненты, которые скрепляются различными модификаторами. Древесная мука составляет до 70% основной массы композита. В качестве основы в составе «живого дерева» может быть использована не только древесина, но и другие растительные материалы. Например, солома, пенька или рисовая шелуха.

6. Вспененный сайдинг. Этот полимер, появившийся совсем недавно в Европе, набирает все большую популярность во всем мире. Его производители появились и в России. Текстура сайдинга имитирует древесину, поэтому он применяется прежде всего в отделке фасадов жилых домов. Сайдинг производят из вспененного поливинилхлорида, поэтому он толще обычного полимерного сайдинга. Себестоимость материала также существенно больше, что относят к одному из его недостатков.

7. Кварцвиниловые полы. Одна из последних разработок на рынке напольных покрытий, которая может составить конкуренцию ламинату, линолеуму, а также керамограниту и даже натуральному паркету. Кварцвинил устойчив к огню и к воде, так как в его составе используется кварцевый песок. А за счет добавления пластификаторов кварцвиниловые плиты обладают гибкостью. Благодаря этим свойствам новый материал пользуется все большим спросом на строительном рынке.

8. «Живая» плитка. Эту новинку называют самой оригинальной из последних инновационных разработок стройматериалов. Плитка меняет свой рисунок под воздействием веса. То есть изображение может меняться буквально под ногами. Этот эффект достигается благодаря встроенной в плитку поликарбонатной капсуле с цветным гелем. Именно он растекается под любым давлением по поверхности пола, рисуя причудливые узоры. При этом «живая» плитка хорошо поглощает звуки и подавляет вибрацию.

9. Изоплат. Так называются плиты, которые недавно были изобретены в Эстонии специалистами компании Skano Fibreboard. Изоплат представляет собой натуральный теплоизоляционный материал. Он выполнен из волокон деревьев хвойных пород, которые предварительно запаривают в горячей воде, затем спрессовывают в листы. Для придания влагостойкости плиты обрабатывают парафином. Изоплат также имеет высокую паропроницаемость, тепло- и звукоизоляцию, поэтому он может применяться для утепления кровли, напольного покрытия и стенового каркаса зданий. А его плотная волокнистая структура к тому же отличается пожаробезопасностью и устойчивостью к воздействию разнообразных вредителей, включая плесень и грибки.

10. «Умная» штукатурка. Разработчики из швейцарской фирмы STO AG, решая проблему накопления конденсата в помещениях, представили недавно свой инновационный материал. Они изобрели штукатурку, которая эффективно поглощает водяные пары из воздуха – около 90 г на 1 кв.м. При этом толщина наносимого слоя составляет не менее 2 см. Одновременно с устранением конденсата «умная» штукатурка также борется с грибками и плесенью.