Тенденции к развитию строительных материалов будущего

Благодаря инновациям в области энергоэффективности, строительная среда активно работает над сокращением количества выбросов эксплуатационного углерода, возникающих в результате возведения и использования инфраструктурой объектов после строительства. То, как построено здание - от его первоначального проекта до материалов, используемых при строительном процессе и в отделке (а также, конечно, способов изготовления этих материалов) - всё это оказывает значительное влияние не только на степень комфортного проживания, но и на окружающую среду. Наряду с внедрением экологически чистых подходов к самим процессам возведения зданий, строительные компании начинают пересматривать используемые ими материалы, чтобы найти более экологичные и эффективные альтернативы существующим. В данной статье рассказываем о самых интересных и футуристических воплощений этих тенденций, появляющихся в этом секторе.

Биобетон

Всемирная ассоциация производителей бетона и цемента утверждает, что бетон в определённой степени способен к самовосстановлению. Но одним из способов повысить способность бетонной смеси к самовосстановлению является включение в неё микроорганизмов, которые производят карбонат кальция (известняк). Когда этот биобетон повреждается и бактерии подвергаются воздействию воды, в нем образуется известняк, который заполняет трещины. В процессе производства этого материала используются природные микроводоросли. Однако опытные исследования показали, что высокий уровень pH и механическая нагрузка в первые несколько дней после укладки могут убить бактерии и серьёзно снизить способность к самовосстановлению.
 

Бетон, усиленный графеном

Замена части цемента в бетонных смесях может сократить количество выделяемого углерода, а также улучшить эксплуатационные характеристики. В январе 2022 года было проведено рецензируемое исследование, в котором было установлено, что использование обогащённого графеном этого строительного компонента может повысить долговечность строительных растворов, подверженных воздействию агрессивных водных сред. Продукт, созданный с использованием в рецептуре смеси для очистки сточных вод (First Graphene PureGRAPH 50) обеспечивает повышение прочности на сжатие на 10-20% в течение 28 дней. Единственный недостаток такого графенобетона требует строгих правил обращения с ним при утилизации, так как у него присутствует повышенная прочность структуры.
 

Конопляные строительные блоки

Эти, экологически чистые строительные продукты, производятся путём сочетания древесного стебля промышленной конопли с известковым связующим. Они представляют собой низкоуглеродистую альтернативу традиционным системам утепления стен. Сочетание конопли и извести, естественным образом устойчиво к огню, вредителям и гниению. А это означает, что дополнительная химическая обработка для них не требуется, поэтому в конечном продукте нет вредных химических веществ. Однако они гигроскопичны, поэтому пассивно регулируют внутреннюю влажность, позволяя избежать образования конденсата и сырости – это делает их хорошим строительным материалом для устройства внешнего утепления балкона, лоджии, дома, но с условием защиты от прямого попадания на них влаги и обеспечения вентиляции (вентилируемые фасады).
 

Фотоэлектрическое стекло

Эта инновационная разработка может использоваться для фасадного остекления с возможностью выработки электроэнергии из солнечного света. Стёкла изготовлены из слоёв термообработанного безопасного стекла, которое обеспечивает стандартную тепло- и звукоизоляцию, в то же время пропуская естественный свет в здание так же, как и обычное архитектурное стекло. Первоначальная его стоимость выше, чем у обычного изделия. Но, обеспечивая те же параметры при этом вырабатывает бесплатное чистое солнечное электричество. Этот продукт позволяет повысить энергоэффективность, снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, а также снизить выбросы вредных веществ в атмосферу.
 

Солнечная краска

Пока она ещё не представлена на рынке, но многие компании и исследовательские институты разрабатывают различные типы солнечных красок, которые могут вырабатывать экологически чистую электроэнергию и использоваться вместе с фотоэлектрическими элементами или в качестве самостоятельного использования. Исследователи полагают, что солнечные краски могут быть использованы различными способами, в том числе на зданиях, которые не подходят для установки солнечных панелей. В качестве альтернативы, их можно использовать на существующей инфраструктуре экологически чистой энергетики, такой как ветряные турбины, для обеспечения более стабильного потока энергии. Но эффективность такого покрасочного материала колеблется всего от 3 до 8 процентов. Для сравнения, традиционные солнечные панели эффективны на 20 процентов. Эксперты утверждают, что эффективность солнечной краски должна составлять более 10 процентов, чтобы она была коммерчески выгодной. Поэтому работы над этой технологией пока находятся в стадии перспективной разработки.
 

Биоугольная облицовка

Биоуголь — это 100% натуральный материал, который в основном используется для улучшения почвы. Подобно древесному углю, он производится путём долгого нагревания источников биомассы, таких как древесина, пищевые или сельскохозяйственные отходы, в бескислородной среде (пиролиз) с температурами нагрева от 300 до 500 градусов. Недавние эксперименты привели к тому, что биоуголь был идентифицирован как потенциальный материал для облицовки из-за его низкой теплопроводности и способности поглощать влагу. При смешивании с известняком или цементным раствором его также можно использовать в качестве добавки для штукатурки или изготовления строительных блоков.
 

Кирпичи из переработанного материала

Кирпичи, изготовленные из переработанных материалов, иногда неправильно называют «вторичными», из-за чего может сложиться впечатление, что они взяты с мест сноса и использованы повторно. На самом деле они созданы заново из переработанных отходов (включая старый кирпич, щебень и строительные растворы), глины и мела. При их производстве расходуется менее 10% от энергии, используемой при традиционном производстве глиняного кирпича. Кроме того, на изготовление и отверждение уходит менее 24 часов. Исследование качества этих элементов, показало, что кирпичи, изготовленные из обычного портландцемента и летучей золы, смешанных со строительными отходами в виде крупного и мелкого заполнителя, прочнее и меньше впитывают воду, чем обычные кирпичи из обожжённой глины.
 

Пластиковые кирпичи

Производителей пластиковых кирпичей становится всё больше по всему миру. Уже разработан кирпич, изготовленный на 100% из переработанного пластика, а в Кении одно социальное предприятие производит тротуарную плитку из пластмасс вторичной переработки. Необычная пока кирпичная кладка, изготовленная из пластиковых отходов и литейного песка, обладает прочностью на сжатие в 2,5 раза большей, чем у традиционного кирпича. Однако у них есть потенциальные недостатки, в том числе сложность склеивания пластика обычным строительным раствором. Ещё одним недостатком пластиковых кирпичей является то, что их трудно содержать в чистоте из-за их пористости, поэтому они не подходят для таких помещений, как ванные комнаты. Кроме того, пластик может деформироваться под воздействием сильного солнечного света или сильного холода. Если учёные найдут эффективные добавки-модификаторы для этого вида потенциального строительного материала – то это направление может стать прорывным в строительной отрасли, так как проблема утилизации использованных пластмасс стоит очень остро.
 

Синтетическая паучья нить

Сам по себе, это пока достаточно экзотический, но очень удивительный материал. Паучий «шёлк» был назван «суперматериалом будущего». Его, привычный нам внешний вид, на самом деле не соответствует его прочности – ведь он более чем в пять раз прочнее стали (нить мадагаскарского паука-короеда может быть в 10 раз прочнее стали), чрезвычайно эластичен - отдельные нити способны поглощать в 3 раза больше энергии, чем кевлар (но при этом в десять раз прочнее кевлара). А благодаря другим свойствам, таким как водопоглощение, плотность и эластичность, уже имеет ряд применений: от использования в производстве бронежилетов и подушек безопасности, до подводных клеев и создания искусственной кожи для пострадавших от ожогов. Для хирургии нервов или глаз в настоящее время врачи используют для сшивания материал из нити шелкопряда, но уже ведутся успешные разработки над тем, чтобы внедрить ген паука в этих необычных червей, для получения более прочной «шёлковой» нити. Скептики могут жёстко пошутить в том ключе, что для получения такой нити в промышленных масштабах, пауков нужно доить... а им это НЕ нравится…))) Но исследователи уже научились разными способами синтезировать этот материал. Учёные внедрили гены паука в некоторые растения (люцерна) - получилось весьма неплохо, ведь генетически модифицированные растения дают гораздо больше «шёлка», чем пауки. И, конечно, качества «паучьего шёлка» не остались незамеченными в строительном секторе. Исследователи разрабатывают новый вид синтетической субстанции, которая может заменить экологически вредные пластиковые волокна, используемые в настоящее время. Также ведутся работы по использованию 3D-печати из такого материала.
 

Поглощая загрязнение и очищая воздух

Строительные блоки способные отфильтровывать вредные частицы из воздуха, поглощающие загрязнения и очищающие воздух, недавно созданы в стенах Калифорнийского политехнического государственного университета. Как часть единой несущей системы дома, такой материал (плита, кирпич, блок) должен образовывать внешнюю структурную облицовку, отделённую от обычной стены вентиляционным зазором. Недостатком может являться то обстоятельство, что при такой структуре стен площадь дома должна занимать больше, чем при обычном строительстве. Если этот фактор не учитывать - это приведёт к сокращению внутреннего пространства жилья. Это очень критично для мегаполисов, но для сельской местности или небольших городов, это не является препятствием.
 

Кирпичи из мицелия

Мицелий - это корневая система грибковых организмов. После затвердевания он превращается в прочный водо- и огнестойкий материал, который уже используется для упаковки. Когда дело дошло до строительных материалов, то оказалось, что производные из мицелия обладают большим потенциалом, хотя на сегодняшний день их применение ограничено временными сооружениями. Этому пока есть ряд причин - несмотря на то, что кирпичи из мицелия по весу прочнее традиционных изделий, они менее надёжны в качестве несущего материала и склонны к разрушению в плохих условиях. Тем не менее интерес к ним растёт, в надежде на то, что удастся нейтрализовать недостатки. Не в последнюю очередь многие страны проявляют такой интерес к этому материалу потому, что они потенциально (на 100%) поддаются биологическому разложению и изготавливаются из возобновляемых материалов.
 

Картофельно-стружечная плита

Хотя чипсы могут показаться неуместными рядом с некоторыми футуристическими и высокотехнологичными строительными материалами из этого списка, их экологичность делает их одними из самых перспективных. Благодаря модели экономики замкнутого цикла, поощряющей использование натуральных, долговечных и пригодных для вторичной переработки материалов с низким воздействием на окружающую среду, картофельно-стружечные плиты представляют собой устойчивую альтернативу МДФ, которая содержит токсичные смолы и химические вещества, опасные для человека окружающей среды. Ещё одним преимуществом этих необычных плит является то, что они могут быть легко переработаны в новый материал с хорошими экологическими свойствами. А вот МДФ не подлежит вторичной переработке – ежегодно в России сжигается или утилизируется около 340 000 тонн МДФ.
 

Углеродное волокно

Это совсем не новый материал, который ещё иногда называют углепластиком. Он наиболее известен благодаря использованию его в конструкции разных спортивных товаров, удилищ для рыбной ловли, дорогих спортивных автомобилей (Porsche, Ferrari и McLaren). Однако, из-за высокой стоимости, его использование в строительстве было достаточно редким явлением. Но эта ситуация вскорости изменится – ведь уже многие архитекторы и производители стройматериалов обращаются к этому компоненту, как к альтернативной замене металлов и дерева, благодаря его высокой прочности на растяжение, исключительной гибкости и отсутствию усталости материала. Оно также устойчиво, как к химикатам, так и к высоким температурам, что делает его идеальным материалом для армирования.
 

Вспененный алюминий

Алюминиевая пена представляет собой сеть взаимосвязанных металлических пор, что придаёт ей значительную структурную целостность, а также малый вес и высокую устойчивость к атмосферным воздействиям. Она имеет широкий спектр применения как на внешнем фасаде, так и в интерьерах. Архитекторы ценят материалы, упрощающие процесс строительства, и алюминиевая пена выделяется в этом отношении. Её лёгкость в сочетании с простотой резки делает вспененный алюминий пригодным для быстрой и эффективной установки. Это не только снижает затраты на рабочую силу, но и позволяет создавать более сложные конструкции.

Длительный срок службы и низкие требования к обслуживанию способствуют общей экономии затрат на проект, предлагая экономически эффективную альтернативу без ущерба для производительности. Универсальность материала обеспечивает творческую свободу в дизайне, позволяя архитекторам создавать визуально ошеломляющие конструкции. В сложном мире архитектурного дизайна материалы должны работать слаженно. Совместимость алюминиевой пены с различными материалами, включая стекло, бетон и сталь, открывает множество возможностей. Безопасность имеет первостепенное значение в архитектурном проектировании, и присущие алюминиевой пене огнестойкие свойства делают её разумным выбором. Материал пригоден для вторичной переработки, что снижает воздействие на окружающую среду.