Инновационные строительные материалы

Инновационные строительные материалы

Развитие-необходимая составляющая процессов, происходящих вокруг нас, без которой становится невозможным повышение качества нашей жизни. В данной статье речь пойдет о инновациях в строительстве, но только тех, которые являются не просто нововведением, а скорее необходимой составляющей, позволяющей вывести процесс и экономику строительства на более высокий уровень, а, проще говоря, являются двигателем развития отрасли. Итак, рассмотрим несколько инноваций, которые, при использовании их в серийном производстве, смогут значительно упростить, ускорить и удешевить метод возведения зданий.

КОНТУРНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО.

Если говорить о способах возведения малоэтажных домов, то наиболее перспективной технологией, с помощью которой становится возможным произвести революцию в строительстве, является 3D печать. Сам метод практически универсален, так как существует 7 технологий 3D-печати с различной точностью.Технология уже используется в самых разных сферах, вплоть до машиностроения и медицины.

Нас интересует контурное строительство по технологии схожей сFDM – послойного создания объекта при помощи наплавления материала – которая позволяет возвести ограждающие и несущие стены. А в потенциале – автоматизировать отделочные работы и прокладку инженерных сетей. На сегодняшний день самое успешное и привлекательное контурное строительство продемонстрировала компания из поднебесной ShanghaiWinsun, которая уже строит дома по этой технологии. Их детище способно напечатать дом примерно 6,4 м высотой и шириной 9,75м. Изначально компания представила лишь несколько одноэтажных жилых домов, возведение которых заняло 24 часа. Сооруженный принтер заправлялся цементом и строительными отходами, а чтобы отказаться от опалубки в смесь добавлялся затвердитель. Вскоре был сооружен принтер, производящий отдельные цельные блоки будущих домов, которые укрепляли арматурой и дополняли теплоизоляционными материалами, затем монтировали на месте. Стены таких домов практически полые, а прочность и устойчивость конструкции придает зигзагообразная подача смеси внутри таких стен.

Стоит отметить, что наиболее интересными объектами, построенными компаниейWinsun, являются пятиэтажный дом и вилла площадью 1100 м2 и стоимостью $161 тыс. Несмотря на дорогостоящее строительство у компании есть заказы. Это объясняется экономической составляющей: метод позволяет экономить 30-60% строительных материалов, благодаря использованию переработанных строительных материала и мусора. Последний проходит очистку и становится безопасен для использования человеком. Применение такой смеси материалов значительно снижает выброс углекислого газа в атмосферу. Также удивляет скорость возведения таких домов – время на строительные работы снижается до 70%.

В рациональности данного метода сомневаться не приходиться.

Но и у него есть недостатки, требующие доработки – это проблема использования технологии в высотном строительстве и, как следствие, проблема армирования стен, невозможность строительства на холмистой местности. Также метод не решает проблему возведения перегородок и кровли.

Но и этим вопросом сейчас занят Андрей Руденко – инженер США, занятый в частном проекте по возведению жилых конструкций. Он уже предлагает свой способ как армирования, так и строительства зданий на не выровненном участке. А то, насколько он продвинулся в своих начинаниях свидетельствует замок в Миннесоте. Материалом для возведения служил обычный бетон, который армировался в ходе возведения замка.

МОДУЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО.

Внедрению в строительную отрасль сильно мешает громоздкость и неудобство эксплуатации машин для 3D-печати зданий. Американские дизайнеры Захари Шох и Юджин Ли предложили свое видение эволюции в строительной отрасли. Захари напечатал на изобретенном им принтереEuclid части дома-модули. Детали собрали на месте. Плюс технологии заключается в том, что материалом для печати служил пластик-легкий, ударопрочный и износостойкий. Модули, напечатанные на таком принтере необычны по форме и полые внутри. Это сделано для возможности заполнения полостей теплозащитным материалом и возможностью прокладки инженерных сетей и коммуникаций. Детали сделаны в форме буквы S, что делает их универсальными. Скорость печати такого дома высока и составляет 18 часов. Сборка дома не потребует специнструментов.

Минусом этого новшества является использование для печати пластика ABS. При его нагревании образуются пары ядовитого акрилонитрила, поэтому рекомендуют воздержаться от использования ABS для 3D-печати прототипов, а использовать более безопасный для человека PLA. Но этот пластик не такой износостойкий и разлагается через несколько лет, поэтому его использование для печати модулей дома Захари невозможно. К минусу можно отнести маленький рабочий объем Euclid, который составляет всего лишь 1,12х1,12х1,12м.

Эту технологию рационально использовать для торговых объектов из-за легкого монтажа и демонтажа всей конструкции. Но опять же, возможно, выгоднее будет использовать элементы, полученные профильной экструзией, а не напечатанные на 3D-принтере.

Многие компании разрабатывают модульное производство, исходя не только из экономической целесообразности, а следуя направлениями в архитектуре и заботясь о том, чтобы их продукт причинял меньше вреда экологии. Например, голландская компания BeingDevelopment, которая объявила о запуске производства шести домов.

Дома, выполненные из экологически чистых материалов, будут собираться на месте. Не перерабатываемые отходы от такого строительства не будут превышать 2%. Все дома задуманы одноэтажными, но разные по типу и площади: XS Вилла (62 м2), Патио дом (82 м2) и Бунгало (144 м2),Vide дом (175 м2), Лофт дом (220 м2) и Гранд Патио (288 м2). Первые три уже запущены в производство, остальные будут представлены в ближайшее время.

Другую интересную разработку представила китайская корпорация «Чжода», которая в рамках расселения аварийного жилого фонда ведет строительство домов в нашей стране в республике Саха. Их модульные дома не только имеют привлекательную себестоимость – 15 тыс. руб. за 1 кв.м (без учета затрат на фундамент и инженерную инфраструктуру), но и позволяют объединять блок-модули с возможностью расширения пространства, практически руководствуясь только пределами своей фантазии. Возможна установка системы коммуникаций, функционирующей на принципах “умного дома”. И, конечно, модули выполнены из современных и экологически чистых материалов. Дизайн таких домов интересен и удивляет продуманность внутреннего пространства для максимально комфортного проживания в них.
Такие дома, при необходимости, легко транспортировать, как и все модульные постройки.

Модульное строительство становится все более популярным, но здесь отметить, что такая технология требует под себя разработку нормативной документации. Но стоит отдать должное, что данная технология оправдана во время кризиса, вытесняя капитальное строительство, что касается строительства малоэтажных зданий.

Инновационные материалы в строительстве

Возникновение таких материалов подчинены таким факторам как: скорость возведения здания, его прочность, достаточные тепло- и звуко- изоляционные свойства, экологичность и т.д.
На основе вышеперечисленного заслуживает внимания разработка израильской компании KiteBricks. Их запатентованная в США технология по производству строительных блоков SmartBrick удивительно напоминают детали из конструктораLego. Выполнены блоки из высокопрочного бетона. Форма блоков позволяет легко соединять их между собой. А воздушные полости, образующиеся при соединении, служат как тепло- и звуко- изоляцией, так и могут быть использованы для прокладки элементов инфраструктуры. Самое интересное, что этот метод предлагает полностью отказаться от цементно-песчаного раствора, т.к. соединение их происходит через пазы и дополнительно скрепляются двухсторонней липкой лентой типа 3M VHB, отличающейся супер-стойкостью. При необходимости возможно произвести «армирование» таких блоков путем помещения арматуры в специальные каналы. Необходимость в финишной отделке поверхности стены из таких блоков отпадает.

Заявлено, что блоки можно использовать при устройстве фундамента и перекрытий, т.к. имеют жесткость сравнимую с железобетоном.

В планах у компании создание роботов-строителей, как на фотографии, представленной выше. Они будут собирать здание из этих кирпичиков.

Но самая удивительная технология представлена голландскими учеными Эрик Шлэнджен и Хенк Йонкерс, которые разработали особый вид биобетона. Он способен «самовосстанавливаться», решая проблему попадания влаги внутрь материала и его дальнейшего разрушения.

Все дело в спорообразущих бактериях рода Bacillus, которые входят в структуру бетона. Чтобы поддерживать численность бактерий в бетон добавили микрокапсулы с лактатом кальция, которые имеют долгий срок хранения. Но такой бетон нельзя применять с некоторыми видами красок, покрытий и строительных смесей. Бактерии плохо переносят экстремальные погодные условия, поэтому ученые будут наблюдать за состоянием бетона в реальных условиях на протяжении двух лет. За это время планируется решить существующие недостатки бетона.
Другие исследователи из Корнейского университета (Голландия) SabinDesignLab, и JennySabinStudio сделали ставку на печать керамических кирпичей высокого разрешения PolyBricksпри помощи так нам знакомого 3Dпринтера. Кирпичи похожи на шлакобетон и не нуждаются в специальных растворах для соединения между собой. Скрепление соседних деталей происходит через пазы конической формы, получившее название «ласточкин хвост». Кирпичи проходят несколько стадий обжига для уменьшения коробления и деформации.

Конечно эта технология экономически эффективна, ведь используются бюджетные материалы и приложение физического труда здесь минимально, но, как и все новинки, она требует доработки.

Что касается российских разработок, то здесь их много. Например, в ХТТМ СО РАН предложили заменить основу в цементных связующих на силикатную.Она повысит качества используемого материала: нагрев при более низкой температуре во время изготовлении, более высокая прочность на сжатие, отсутствие вспучивания при разогреве.Другая технология – революция в армировании бетона путем замены обычной арматуры на базальтопластиковую. В цементную матрицу вводят базальтовую фибру с защитным покрытием. Такая арматура по сравнению с обычной более легкая, радиопрозрачная и устойчива к коррозии. Ударопрочные характеристики у такой арматуры возрастают в 4,5 раза, а долговечность в 5 раз. Она прекрасно подойдет для строительства объектов особого назначения.

Ученые из Института химического материаловедения и углехимиии Сибирского отделения Российской академии наук представила наноструктурированный материал Kemerit. Он добавляется к бетону. Лишь 0,1 % в общей цементной массе такой добавки позволит увеличить прочность сооружений на 25%. Использовать ее можно будет как в жилищном строительстве, так и в строительстве дорог, мостов и даже водоканалов. А первые реализованные проекты с применением этой добавки можно будет увидеть через пару лет.

Несомненно, почти каждый день придумывается новый материал, способы возведения зданий, но здесь были рассмотрены наиболее интересные новинки в строительстве. Стоит помнить, что прогресс не стоит на месте. Сменяются технологии производства и способы строительства.Все это происходит благодаря таким инновациям, какие описаны в статье. Так что не стоит ими пренебрегать. Ведь любое массовое производство таких материалов приведет к повсеместному использованию их в строительстве, и они быстро перейдут в ранг традиционных.

Инновационные строительные материалы

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра строительного производства, оснований и фундаментов

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

«Инновационные строительные материалы»

ст. ПГС Южаков А.В.

Австралийские стройматериалы из углекислого газа. ………………….….4

Панели из натурального камня — Slimstone ..……………………………..…. 5

Кирпичные блоки из песка и бактерий — Досир………………………………..6

Бетон с использованием высушенных морских водорослей………………….7

Самовосстанавливающийся бетон при помощи бактерий………………. 8

Древесноволокнистые плиты из пшеничной соломы CAFboard…………. 9

Появление инновационных технологий в производстве и строительстве неотъемлемая закономерность научного прогресса. Целью создания новых или модернизация страх технологий является потребность человека в более дешёвом, экологичном и надёжном материале.

Целью работы является изучением на сегодняшний день инновационных строительных материалов.

АВСТРОЛИЙСКИЕ СТРОЙМАТЕРИАЛЫ ИЗ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Австралийцы создали новый способ борьбы с глобальным потеплением: преобразование углекислого газа в кирпичи и другие стройматериалы.

Технология предполагает перманентную трансформацию углекислого газа в твёрдые материалы. Система действует следующим образом : диоксид углерода «вылавливают» из отходящих газов, а затем соединяют с низкосортными минералами (например, с силикатом магния или кальция) . Так СО2 превращается в твёрдое вещество, которое становится основой стройматериала .

Созданные австралийцами кирпичи можно использовать даже в рамках самых ответственных проектов, требующих повышенного качества строительных материалов. Эффективность механизма уже была доказана в ходе лабораторных испытаний.

Австралийцы бились над этим проектом на протяжении шести лет, в результате чего в Австралии началось строительство завода при поддержке компаний GreenMag Group, Mineral Carbonation Internationa и Orica. Данный завод будет предназначен для демонстрации совершенно новой технологии, позволяющей очень эффективно уменьшать концентрацию СО2 в атмосфере Земли.

Завод будет располагаться на территории Ньюкаслского Университета в городе Ньюкасл-апон-Тайн. Компания Mineral Carbonation International вложит 9 миллионов долларов в на создание нового объекта. Новый завод по переработке углекислого газа в различные строительные материалы должен начать функционировать уже в 2017 году.

ПАНЕЛИ ИЗ НАТУРАЛЬНОГО КАМНЯ

Slimstone представляет собой новый инновационный, полностью натуральный, композитный продукт от компании Cortile. Благодаря использованию запатентованной технологии обработки, компания смогла совместить в одном продукте сразу два строительных материала – тонкий срез природного камня прочно соединен в панели с мягкой и прочной композитной подложкой из пробки.

Полученные в результате легкие и, согласно утверждению компании, самые тонкие каменные панели Slimstone хорошо поддаются фрезерованию (их можно резать так же легко, как и материалы из пробки), обладают высокой гибкостью и обеспечивают дополнительную звукоизоляцию. Листы природного камня, в десяти вариациях цвета и текстуры поверхности, поставляются из Индии.

Стандартная панель из натурального камня Slimstone имеет размеры 24 х 48 дюймов (60,96 х 121,92 мм) и весит всего 2 килограмма, но при этом сочетает в себе все преимущества других традиционных напольных покрытий, таких как ламинат, дерево, камень или ковролин. Впрочем, как утверждает компания-производитель, Slimstone можно использовать и в качестве стеновых покрытий – панели гармонично вписываются в любой интерьер. Неотъемлемым достоинством продукта является эксклюзивность – природная красота и неповторимый рисунок натурального камня гарантируют, что полученное напольное или настенное покрытие будет единственным в своем роде.

Панели из натурального камня отличаются простотой в установке – их не нужно приклеивать, поэтому они могут быть использованы повторно. Кроме того, они отличаются легкостью в транспортировке, что делает весь процесс строительства экономически более рентабельным. Благодаря уникальным свойствам, панель Slimstone при необходимости так же легко демонтировать или заменить, как и ковровую плитку. Продукт идеально подходит для использования в интерьере офиса, административных и коммерческих помещений, а также для оформления стендов на показах и выставках.

КИРПИЧНЫЕ БЛОКИ ИЗ ПЕСКА И БАКТЕРИЙ

Промышленный дизайнер Джинджер Криг Досир представила новую инновационную технологию изготовления стандартных кирпичных блоков – с помощью выращивания из песка и бактерий.

В качестве основы для создания кирпичей Досир использует песок, как самый распространенный на Земле и дешевый материал. Затем разводится жидкий цементирующий раствор, в котором содержатся бактерии, являющиеся средой для формирования кристаллов, источник азота, питательные вещества для бактерий, источник кальция и вода. Таким раствором поливается слой песка в форме в течение пяти дней, до тех пор, пока не образуется твердый материал. Как только питательные вещества и вода заканчиваются, бактерии погибают. Оставшийся раствор затем полностью перерабатывается в замкнутой системе для последующего использования, что позволяет сохранить водные ресурсы, а побочные продукты жизнедеятельности бактерий можно использовать в качестве удобрения.

Созданная дизайнером стартап-компания Biomason получила 500000 евро в качестве приза от Международного конкурса Postcode Lottery Green 2013, которые планируется направить на продолжение разработки новой технологии.

В настоящее время Досир работает с компаниями в США и ОАЭ для расширения и усовершенствования процесса выращивания кирпичей. Так, было обнаружено, что этот процесс аналогичен методу выращивания растений в теплицах, что, по мнению дизайнера, поможет значительно упростить разработанную ею технологию и быстрее внедрить в производство.

БЕТОН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСУШЕННЫХ МОРСКИХ ВОДОРОСЛЕЙ

Исследователи из Университета Аликанте объявили о разработке нового способа приготовления бетонной смеси, которая отличается повышенной прочностью и устойчивостью. Этот новый строительный материал основан на портландцементе с добавлением золы из остатков морских трав Посидонии Океанской.

Эта новая смесь, разработанная и запатентованная исследовательской группой факультета технологии материалов и городского планирования, позволяет улучшить многие механические свойства готового бетона, такие как, например, начальное сопротивление, и в то же время решить проблему экологии, утилизируя остатки водорослей.

В настоящее время в качестве добавки к бетонной смеси используется летучая зола. Свойства летучей золы таковы, что величина начального удельного сопротивления у «зольного» бетона примерно такая же, что и у обычного бетона, но с течением времени удельное сопротивление материала с золой увеличивается до больших значений, чем у бетона с портландцементом. Ученые из университета Аликанте обнаружили, что добавление золы из морских водорослей приводит к значительному увеличению начального сопротивления бетонной смеси.

Среди других характеристик нового бетона исследователи также отмечают его флуоресцирующие свойства и прочность на сжатие, которые зависят от процентного соотношения морских водорослей в бетонной смеси.

Кстати, не так давно ученые уже попробовали использовать новую бетонную смесь для изготовления амортизирующего ограждения дороги, которое способствует сведению к минимуму риска получения человеком значительных травм при автомобильной аварии. Этот «водорослевый» барьер поглощает и рассеивает большую часть кинетической энергии, образующейся при столкновении. Во время испытаний было обнаружено, что барьер может поглощать 4116 Джоулей энергии – другими словами, он полностью амортизирует воздействие тела весом в 75 килограмм, упавшего на него со скоростью 38 км/ч.

САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ БЕТОН ПРИ ПОМОЩИ БАКТЕРИЙ

Несмотря на высокие характеристики по прочности, при длительной эксплуатации, и особенно в неблагоприятных условиях (например, под воздействием влаги), бетон также подвержен разрушению, как и другие строительные материалы. Для того, чтобы увеличить его долговечность, ученые из британского университета Бата работают над созданием самовосстанавливающейся бетонной смеси, которая может быть использована для герметизации трещин в железобетонных конструкциях.

Главным отличием нового материала является наличие в смеси специальных микрокапсул, в которых содержатся сульфатредуцирующие бактерии. При проникновении влаги через трещины и попадании на бактерии, они начинают активно размножаться, производя известняк, который способствует «зарастанию» трещин. По словам доктора Ричарда Купера из департамента биологии и биохимии университета Бата, новая бетонная смесь с бактериями предлагает двойной уровень защиты, в том числе и для предотвращения коррозии стальной арматуры в железобетоне. «Помимо того, что бактерии «заживляют» трещины в бетоне, в процессе выработки известняка они используют кислород, который в противном случае мог бы стать причиной коррозийных изменений в металле» — отмечает он.

Как считают разработчики, самовосстанавливающийся бетон не только способен увеличить срок службы бетонных конструкций, но и позволит в два раза снизить затраты на ремонт и обслуживание, а также будет способствовать уменьшению выбросов углекислого газа при производстве бетона.

Стоит отметить, что разработка самовосстанавливающегося бетона все еще находится на ранней стадии. Цемент, который является обязательным компонентом при производстве бетона, представляет собой неблагоприятную (щелочную) среду для размножения большинства бактерий. Поэтому на данном этапе перед учеными стоит задача разработать щелочно-толерантные штаммы бактерий.

Кроме того, по мере восстановления и затвердевания бетон может раздавить и сами микрокапсулы, содержащие бактерии, — эту проблему также предстоит решить ученым. Также Кевин Пейн из департамента архитектуры и гражданского строительства университета Бата предлагает заложить в микрокапсулы наряду с бактериями питательные вещества и лактат кальция.

ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫЕ ПЛИТЫ ИЗ ПШЕНИЧНОЙ СОЛОМЫ

Американская компания-производитель строительных материалов Stramit USA представила на рынок новый продукт — древесноволокнистые плиты CAFboard (Compressed Agricultural Fiber Board), изготовленные из соломы пшеницы, оставшейся после сбора урожая.

Как правило, пшеничная солома сжигается или пропахивается вместе с землей, но теперь она может стать вторичным источником дохода для фермеров. Используя инновационный биоинженерный процесс производства, компания Stramit USA создала термореактивные плиты CAFboard, которые более долговечны, чем древесина или древесно-композитные плиты и пена. Новый материал отличается не токсичностью, прочностью, высокой устойчивостью к плесени и поражению вредителями. Отличные звукопоглощающие и изолирующие свойства обеспечиваются особой структурой плиты – микроскопические пустоты хорошо поглощают и рассеивают звук и тепло. Кроме того, прессование пшеничной соломы происходит при очень высоких температурах и давлении, при этом удаляется практически весь воздух, который мог бы поддерживать горение, поэтому плита CAFboard обладает высокой огнестойкостью.

Как утверждает компания, древесноволокнистые плиты изготавливаются любой толщины, они могут быть использованы как для возведения стен, так и для изготовления дверей и корпусной мебели, а также выступать в качестве «зеленой» альтернативы гипсокартону.

Компания также предлагает CAFquiet ™ — уникальные нешипованные панельные системы, изготовленные на основе стандартных стальных каркасов из переработанного металла с использованием плит CAFboard. Как утверждает Stramit USA, по сравнению с традиционными методами, эта система позволит сократить сроки строительства каркаса здания на 90 процентов, а также способствует максимальному сокращению строительных отходов.

Древесноволокнистые плиты CAFboard и панельные системы CAFquiet ™ найдут применение в строительстве практически любого здания или сооружения, начиная от медицинских и административных учреждений, торговых центров и складов и заканчивая жилыми домами и ресторанами.

На сегодняшний день мы можем наблюдать прогресс и инновации в отрасли производства строительных материалов. Наблюдается тенденция в направлении экологичного производства материалов из переработанного сырья или отходов, что приводи к снижению стоимости материала.

Исследования проводятся в крупных институтах и лабораториях по всему миру, что свидетельствует о необходимости разработки новых технологий и материалов.