Новые строительные материалы

Получается, что хотя строительство и ассоциируется с большими масштабами, новые, необычные технологии материалов в этой отрасли часто опускаются до уровня очень маленьких конструкций. Именно здесь, в микромире, есть решения макропроблем.

Идеи полностью новый бетон не отсутствует. Например, Хендрик Йонкерс, микробиолог из голландского Делфтского университета, хочет поместить в него зародыши бактерий, чтобы микроорганизмы залечили трещины в материале.

1. Бетон с трещинами до и после бактериальной обработки

По оценкам, только ремонт в пределах Евросоюза бетонные конструкции, необходимая из-за повреждений и трещин, ежегодно потребляет 6,5 миллиардов долларов.

Джонкерс обнаружил, что использование биологического метода обработки бетона было хорошей идеей как с экономической, так и с экологической точки зрения.

Однако щелочная химическая среда в этом строительном материале микробам не служит. К счастью, голландец вспомнил свои ранние исследования экстремофилов, микроорганизмов, способных выживать в местах, где другие формы жизни умирают.

По его мнению, такие виды, как bacillus pseudofirmus и bacillus cohnii, могут дать совет, поскольку они обычно обитают в щелочных озерах в вулканической среде. Их эндоспоры, т. е. споровые формы, выдерживают рН 12-13.

Этот биобетон изготавливается путем добавления в смесь эндоспор и лактата кальция, который является их пищей. Содержание этих компонентов составляет около 1% от объема смеси.

После застывания бетонного элемента эндоспоры могут «спать» до двухсот лет в неизменном состоянии. Однако при попадании на них воздуха или воды, что и происходит именно в случае трещин, споры оживают и начинают свою работу.

2. Микрокапсулы в бетоне — изобретение BASF

Он включает в себя поглощение кальциевой «пищи» и высвобождение ионов карбоната, которые реагируют с кальцием в бетоне, создавая известняковый наполнитель в трещинах (1). Для бактерий требуется около трех недель.

Конечно, микробы могут бороться только с небольшими трещинами, шириной до 0,8 мм. Однако, учитывая, что они препятствуют их увеличению, когда они маленькие, они отлично выполняют свои функции.

Биобетон разработанный голландским ученым, он должен появиться на рынке уже в 2016 году. Он будет стоить вдвое дешевле обычного, но его создатель уверен, что затраты окупятся за счет экономии на реконструкции бетонных конструкций. .

Известный концерн BASF тоже находит решение в небольших, но не обязательно живых элементах. В прошлом году компания выпустила альтернативу воздухововлекающему бетону, строительному материалу, используемому в холодном климате с циклами замерзания и плавления.

Вместо аэрации предлагается использовать микрокапсулы (2), покрытые прочным, но гибким полимерным материалом. Их характеристики в бетоне, подверженном нагрузкам из-за колебаний температуры, можно сравнить с амортизацией. Производитель гарантирует, что его бетон на 30% прочнее воздухововлекающей смеси.

Цемент для очистки воздуха

Что общего у итальянского павильона Palazzo Italia (3) с ярмаркой EXPO 2015 в Милане, которая стартовала в мае, и оживленным мостом в Барселоне? Обе конструкции были отделаны бетоном, который фильтрует загрязняющие вещества из воздуха.

супер материал превращает вредные оксиды азота и серы в безвредные соли. Оба проекта предусматривают использование т.н. фотокаталитический бетон и, следовательно, чувствителен к свету.

При воздействии на материал солнечных лучей запускается процесс фотокатализа, при котором загрязняющие вещества начинают окисляться, разрушаться и превращаться в безвредные соли, которые откладываются в структуре бетона. Достаточно большого количества дождя, чтобы смыть их и смыть бетон.

Команде проекта удалось разработать фотокатализатор на основе диоксида титана, который может очищать воздух также в видимом свете, в отличие от катализаторов предыдущего поколения, которые работают только в ультрафиолетовом свете.

Пока проект находится на стадии подачи заявки на патент, и после того, как продукт будет запатентован, он будет производиться в промышленных масштабах.

Связанный фильтровальный цемент — технология канадской компании CarbonCure Technologies Inc., использующая бетонную смесь для связывания углекислого газа, основного парникового газа, избыток которого в атмосфере является основной причиной глобального потепления.

Здесь CO2 добавляется в смесь на этапе формирования бетона. Газ вступает в реакцию с водой с образованием ионов карбоната, что в соответствии с принципом, уже описанным для биобетона, приводит к распределению в смеси наночастиц известняка.

Секвестрированный парниковый газ составляет 1% от веса получаемого бетона. Кажется, что это немного, но если учесть, что ежегодно в мире производится около 20 миллиардов тонн бетона на основе портландцемента, то потенциально у нас есть место для хранения 200 миллионов тонн СО2!

Это хоть немного уменьшило бы углеродный след, который производство оставляет в окружающей среде. цемент и бетон — хотя и не устраняет ее, так как выброс углекислого газа при производстве бетона оценивается примерно в 180 кг/т при плотности 2,3 г/см3 (14% цемента).

4. Concrete Canvas Shelter — бетонная палатка.

Текстильный бетон вместо железобетона

Бетонное брезентовое укрытие (4) представляет собой своего рода палатку, сделанную, на первый взгляд, из брезента. После добавления воды «полотно» твердеет и образуется оболочка, похожая на тонкий слой бетона, которую можно использовать, например, в условиях стихийного бедствия.

5. Деталь фасада здания в Германии из текстильного бетона.

Таким образом, мы приветствуем вас в мире «текстильные бетоны«, т. е. строительные материалы, которые вместо стальных стержней, характерных для железобетона, армированы волокнами тканей или других подобных материалов.

Все их поколение было недавно представлено на выставке Techtextil во Франкфурте-на-Майне. Фасад здания ресторана «Am Schiefersee» в немецком городе Дорметтинген был облицован плитами из такого текстильного бетона.

Панели длиной 4 м и толщиной 50 мм вместе весят вдвое меньше, чем стена из традиционного бетона (5). Исследование новых типов текстильный бетонс однослойной или многослойной армирующей матрицей, с использованием стеклянных или углеродных волокон (6), имеют зеленый свет в Германии.

Многие конструкции, такие как легкие мембранные крыши (7), уже строятся, сочетая легкость полотна с жесткостью бетона. Есть идеи использовать натуральные волокна, такие как лен и пенька, в качестве отличного способа утепления стен.

В волокнистую матрицу планируется вплести датчики, контролирующие тепло, свет, влажность, задымление и возможное появление огня. Текстильный бетон Таким образом, он станет основой для инфраструктуры умного дома — умного дома.

6. Матрица из стекловолокна в бетоне

7. Одна из фибробетонных конструкций в Германии.

Биологический кирпичный завод

Кирпичи из широкодоступных недорогих материалов, производимых микроорганизмами (8) — это предложение биотехнологический стартап называется биомасон. Изобретение было недавно награждено институтом Cradle to Cradle в Сан-Франциско, который поддерживает инновации.

Авторы нового способа производства строительных материалов подчеркивают, что их технология, по сравнению с существующими энергоемкими производственными процессами для бетонного, стеклянного, стального и деревянного строительства, является чрезвычайно экологичной.

я»биоцемент»Продуцируемый бактериями из поставляемых ингредиентов, он образуется естественным образом при температуре окружающей среды, подобно твердым коралловым рифам. Для производства этого органического цемента микробам нужна, помимо питательных веществ, таких как азот и кальций, также вода.

Представители BioMason говорят, что он перерабатывается по технологическому процессу, циркулируя по замкнутому циклу. Более того, соленая морская вода может успешно использоваться для производства.

В качестве экологической добавки лузгу подсолнечника можно с успехом добавлять в цемент и бетон.

Так считает группа турецких ученых, утверждающих, что введение этого технология утилизации отходов подсолнечника даст много экологических и технологических преимуществ.

Турция, один из крупнейших производителей и производителей подсолнечного масла, производит один миллион тонн лузги в год. Если добавить, что бетон с добавлением молотых отходов имеет меньшую плотность и большую устойчивость к нагрузкам, связанным с перепадами температуры, турецкая идея выглядит все интереснее.

По мнению ученых, бетон с такой добавкой следует использовать в первую очередь в хозяйственных и промышленных зданиях. В случае с жилыми домами он подойдет скорее для утепления, чем для основных конструктивных элементов.

У поляков тоже есть идеи

В последние годы одним из самых интересных и перспективных строительные материалы являются геополимерами. Их много, и они имеют интересное применение. Американский GeoSpray, например, все более широко используется для бестраншейного ремонта повреждений канализационных труб (9).

Такие материалы также производятся в Польше. Геополимер, созданный в Краковском технологическом университете командой под руководством проф. Януша Микулы, его можно использовать для производства сверхпрочных строительных материалов, которые могут произвести революцию на мировом рынке.

Он был создан на основе туфа, то есть вулканического камня из Филиповиц. Его уникальность во многом определяется соотношением кремния и алюминия 5:6, в то время как в стандартных геополимерах на основе метакаолина или золы-уноса оно составляет 2:3.

9. Канализационная труба, армированная слоем GeoSpray

Материал обладает очень высокой термостойкостью, даже до 1000°С и устойчив к сильным морозам, даже до -50°С.

Он устойчив к вредному воздействию кислот, хлоридов и сульфатов и чрезвычайно устойчив к истиранию, а значит – к различным механическим повреждениям.

К вышеупомянутым особенностям следует добавить коррозионную стойкость, которая характеризует все полимеры этого типа, что имеет большое значение в этом контексте. строительство. Следует также отметить его стойкость к истиранию.

В то время как на обычных геополимерах эффекты истирания видны примерно через 20 минут, наши остались неповрежденными через три дня, не считая блеска. После нанесения такого покрытия, например, на стену, на ее поверхности образуется тонкий слой камня со свойствами геополимера.

Если мы придадим ему правильную пористость, он сможет регулировать уровень влажности и поглощать запахи. Как уверяют члены краковской исследовательской группы, геополимер после обогащения керамическим красителем принимает любой цвет, поэтому может заменить обычную краску.

А может композиты?

Специалисты все еще ищут новые, более быстрые и дешевые способы строительства объектов с лучшими механическими свойствами. Ученые из известного Массачусетского технологического института (MIT) только что представили новый метод.

10. Составные сетевые структуры, разработанные в Массачусетском технологическом институте

Он заключается в построении великих вещей из элементов очень малых размеров. Таким образом, мы возвращаемся к поиску отличных решений в очень малых масштабах.

Предложение, представленное в известном журнале Science двумя исследователями из Массачусетского технологического института Кеннетом Чунгом и Нилом Гершенфельдом, состоит в том, чтобы собрать воедино большие и очень крупные предметы из мелких конструкций из композиционных волокон (10), напоминающих сетку.

Структура сети явно не случайна. Именно этот, а не какой-либо другой тип конструкции, полученный в результате исследований, делает конструкции, собранные из него, в десять раз более жесткими, чем конструкции, изготовленные с использованием других технологий аналогичного веса.

В настоящее время в промышленности, например в авиации (Dreamliner), уже производится множество композитных элементов. Однако используемые технологии требуют больших заводов, производственных линий, затрат и т. д. Предложено исследователями Массачусетского технологического института. технология материалов это проще, дешевле и, кроме того, созданные элементы легко демонтируются при необходимости.

Чунг и Гершенфельд работают над производством роботов, которые можно было бы использовать для сборки объектов из разработанных ими структур.