Новые строительные материалы и технологии: Новейшие строительные материалы

Полупрозрачная древесина

Исследователям из Королевского технологического института KTH удалось удалить лигнин коричневого цвета из древесного шпона, сделав древесину полупрозрачной. Впоследствии в них добавляют полимер, чтобы пористая древесина была прочной. В настоящее время в качестве полимера используется неустойчивая эпоксидная смола, но исследователи надеются в будущем заменить ее перерабатываемым пластиком. Полупрозрачная древесина прочнее, чем традиционная древесина, и ее можно использовать, например, в окнах, фасадах зданий или на поверхностях солнечных батарей (www.archdaily.com).

Гидрокерамика

Исследователи из компании Advanced Architecture of Catalonia создали конструкционный материал, способный охлаждать внутреннюю часть здания в жаркие дни. В керамические элементы фасада интегрирован водопоглощающий материал под названием гидрогель. Поглощенная вода автоматически высвобождается из керамики в жаркий день, создавая тем самым охлаждающий эффект (iaac.net).

Кирпичи для очистки воздуха

Профессор Калифорнийского политехнического государственного университета разработал кирпичи для дыхания, которые фильтруют загрязняющие вещества из воздуха. Кирпичи фильтруют и пропускают наружный воздух через стены, тем самым пассивно улучшая качество воздуха в помещении (transmaterial.net).

Светоизлучающий бетон

Бетонный материал, который заряжается естественным или искусственным светом и излучает свет в темноте. Материал производится при комнатной температуре, что делает его более экологичным, чем традиционный бетон (www.archdaily.com).

Самовосстанавливающийся бетон

Цемент является одним из наиболее широко используемых строительных материалов. Исследователи из Делфтского университета обнаружили, что добавление бактерий в бетон может сделать его самовосстанавливающимся. Бактерии производят известняк при контакте с водой и воздухом (например, когда в бетоне есть трещина). Известняк заделывает трещины, тем самым продлевая срок службы бетонной конструкции (www.biobasedpress.eu).

Кинетическое мощение

Компания под названием Pavegen производит плитку, которая вырабатывает электроэнергию, когда люди ходят по ней. Плитка смещается всего на 5 мм, когда на нее наступают, но этого достаточно, чтобы плитка поглотила энергию (www.pavegen.com).

Самособирающиеся компоненты

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали компоненты, которые самособираются в заданную структуру. Самособирающийся компонент напечатан на 3D-принтере и состоит из комбинации расширяющегося материала и жесткого материала. Когда конструкция подвергается воздействию воды, света или тепла, расширяющийся материал деформируется, в результате чего компонент превращается в заданную структуру. В настоящее время самосборных конструкций достаточно мало. Исследователи предполагают, что эту технологию можно использовать для создания водопроводных труб, способных изменять размер в зависимости от давления воды, или клапанов, которые открываются или закрываются в зависимости от температуры воды (www.sculpteo.com).

Усовершенствованные строительные материалы влияют на строительство, а также на этап проектирования и использования строительных проектов.

Лучшие ультрасовременные строительные материалы- 17 ​​Инновационные строительные материалы меняют подходы к строительству

Ультрасовременные строительные материалы меняют способ ведения строительства. Современные материалы экологичны, надежны и долговечны, при этом воздушные и легкие. Узнайте больше в нашем списке 15+ инновационных строительных материалов.

Современное материаловедение за последние годы заметно продвинулось вперед. Сегодня на рынке появились поистине революционные новые строительные материалы.

Инновационные материалы: решение прошлых проблем

Когда цемент трескается, это гораздо более серьезная проблема, чем многие думают. Дело не только в эстетике, хотя это, безусловно, важно. Нет, это проблема конструкционная: вода попадет в трещину и начнет подрывать целостность бетона. В среде с нестабильными температурами эта проблема усугубляется эффектом замораживания и размораживания. Вода в трещине расширяется в морозные зимы, раздвигая каждую сторону трещины немного дальше друг от друга. А потом, когда лед весной оттает, вода будет просачиваться глубже в цемент, углубляя трещину и подрывая структурную целостность здания.

Но что, если бы бетон мог лечить сам себя? Или асфальт, или даже металл? Только на ремонтно-восстановительных работах можно было бы сэкономить миллиарды фунтов стерлингов, не говоря уже о снижении вреда окружающей среде от замены поврежденных материалов.

Некоторые современные строительные материалы найдут свое место, пожалуй, в небольших нишах, но ряд инновационных строительных материалов имеют потенциал для широкого применения. Здания с традиционными кирпичными и бетонными конструкциями постепенно уйдут в прошлое, потому что потребности человечества очевидны: нам нужны экологичные, энергоэффективные, прочные и легкие здания, которые будут выглядеть красиво и при этом обладать высокой функциональностью.

Самые инновационные строительные материалы

Мы собрали самые интересные и инновационные материалы в строительстве, которые уже используются, а также некоторые перспективные концепции, которые тестируются в рамках пилотных проектов. Ряд строительных материалов не обязательно являются принципиально новыми — то есть технология давно разработана и апробирована, но до сих пор используется выборочно и не получила широкого распространения. Новые строительные материалы используются как для декоративной отделки, так и в качестве основных материалов в строительных конструкциях.

Итак, вот топ-15+ инновационных материалов для строительства:

1. Прозрачное дерево
2. Углеродное волокно
3. SensiTiles
4. Самовосстанавливающийся бетон
5. Аэрогель
6. Ричлайт
7. Жидкий гранит
8. Гибкий гибкий бетон
9. Бетонное полотно
10. Прозрачный алюминий
11. Массив дерева
12. Гидрокерамика
13. КАБКОМА
14. Флексикомб
15. Ультрабелая краска
16. Футеровка из биоугля
17. Конопляная арматура

ПРОЗРАЧНОЕ ДЕРЕВО

Об изобретении новейшего экологически чистого материала — прозрачного дерева — было объявлено еще в 2016 году. Однако только в 2020 году ученый, который в сотрудничестве с командой из Мэрилендского университета в Колледж-Парк заявил, что испытания завершены и достигнут стабильный результат. Прозрачная древесина как минимум в 5 раз прочнее и легче стекла, а также более термически эффективна. Именно эти характеристики делают его интересной потенциальной заменой пластиковым или стеклянным окнам. Другие преимущества: сырье является возобновляемым и экологически чистым. Бальзовое дерево быстро растет, взрослое дерево вырастает всего за 5 лет. Затраты на производство также намного ниже, чем в производстве стекла, где существует заметный углеродный след из-за необходимых высоких температур и электричества, используемого в процессе.

Прозрачная древесина достаточно гибкая, так как содержит натуральную целлюлозу. Чтобы добиться прозрачности, пробковое дерево пропитывают специальным раствором, а затем в структуру добавляют эпоксидную смолу. Вместо традиционных стеклопакетов или других элементов в строительных конструкциях можно использовать прозрачное дерево или деревянное стекло, которые должны быть прозрачными, но при этом прочными, экологичными и энергоэффективными.

УГЛЕРОДНОЕ ВОЛОКНО

Углеродное волокно — это действительно материал будущего, хотя он уже давно используется в разных видах спорта! Тем не менее, этот инновационный материал все чаще используется в строительстве, отрасли, которая часто требует сочетания прочности и легкости. Углеродное волокно на 75% легче железа и на 30% легче алюминия. Применяется для армирования традиционных строительных материалов для повышения их прочности — кирпича, железобетонных блоков, деревянных конструкций, — а также для уменьшения толщины панелей и, соответственно, снижения их веса. Армирование бетона углеродным волокном также обеспечивает отличную теплоизоляцию. Единственным недостатком, ограничивающим его широкое применение, является высокая стоимость материала.

SENSITILES — ДЕКОРАТИВНАЯ АКРИЛОВАЯ ПЛИТКА

Инновационные строительные материалы не всегда представляют собой материалы с инновационными физическими свойствами, такими как прочность или безопасность. Это также могут быть материалы, в которых объединены технологии для эффектного декора и воплощения самых экстравагантных дизайнерских идей. Новый вид отделочного строительного материала — чувствительная плитка с акриловым волокном, которая реагирует на ваши движения, прикосновения или источники света. Оптическое волокно пропускает свет и реагирует: плитка может мерцать, светиться, ловить и рассеивать на своей поверхности соседние цвета. Отделка этим материалом открывает новые возможности в архитектуре и дизайне интерьера.

САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ БЕТОН

Термин «самовосстанавливающийся бетон» звучит более чем фантастически. Еще в 2015 году изобретатель Хенк Йонкерс из Делфтского технологического университета продемонстрировал инновационный метод ремонта трещин в бетоне с помощью бактерий. Принцип технологии прост: в бетон добавлялись капсулы со специфическими бактериями и питательными веществами для них: бактерии активировались, как только попадала вода. Треснувший бетон был восстановлен влагой, заполненной известняком, произведенным бактериями.

Помимо этой биотехнологии, существует еще одна альтернатива от корейских исследователей, в которой в бетон добавляются капсулы определенного полимера. Под воздействием влаги и солнечных лучей он тоже начинает реагировать, набухая и заполняя трещину.

Традиционный бетон — очень надежный и хорошо зарекомендовавший себя строительный материал, но при растрескивании он теряет свои свойства. Многие специалисты по материаловедению во всем мире работают над современным обновлением базового материала.

Недавно американские ученые из Вустерского политехнического института (WPI) также представили доказательства того, что они разработали биобетон. В этом случае добавляется фермент, реагирующий с выделяющими CO2 кристаллами карбоната кальция — их свойства аналогичны бетону. В результате все трещины заполняются, а прочность бетона повышается. Этот метод позволяет восстановить трещину в 1 мм за один день.

Еще одна разработка ученых из Университета Колорадо основана на фотосинтезе бактерий. T Bioconcrete состоит из смеси цианобактерий – фотосинтезирующих бактерий – желатина и песка. Они реагируют на воду и увеличиваются в размерах, чтобы заполнить любые полости.

АИРГЕЛЬ

Самый твердый и самый легкий материал в мире на 99,8% состоит из воздуха!

Этот синтетический пористый сверхлегкий материал получен из геля, в котором жидкий компонент геля заменен газом. В результате получается очень твердое тело с чрезвычайно низкой плотностью и низкой теплопроводностью. На ощупь он напоминает хрупкий пенополистирол. Аэрогели могут быть изготовлены из различных химических соединений. Впервые он был выпущен в 1931 году как детище Сэмюэля Стивенса Кистлера. Он утверждал, что может заменить жидкость газом без сжатия конструкции. Первые аэрогели были сделаны из силикагелей. Более поздние работы Кистлера касались аэрогелей на основе оксида алюминия, оксида хрома и диоксида олова. Углеродные аэрогели были впервые разработаны в конце 19 века.80-е годы. Особенностью аэрогелей является то, что они могут иметь меньшую теплопроводность, чем у содержащегося в них газа. Этот материал является прекрасным теплоизолятором, поэтому широко применяется для экологически чистой и эффективной теплоизоляции в промышленных масштабах. Благодаря высокой и тонкой пористости структуры аэрогели можно использовать в качестве собирающей матрицы для мельчайших частиц пыли.

РИХЛАЙТ

Richlite — прочный бумажный композитный материал. Он изготовлен из макулатуры, которая спрессована в твердые гладкие панели, пригодные для обработки. Бумага из надлежащих источников гораздо более экологична, чем многие из наиболее распространенных материалов, используемых в строительстве, и это одно из основных преимуществ Richlite. Однако технология превращает его в удивительное сырье, так необходимое для экостроительства.

В отличие от камня или других твердых поверхностей, Richlite работает так же, как плотная древесина, и его можно легко фрезеровать, шлифовать и соединять. Ричлайт также является водостойким и гигиеничным материалом, обладающим низким влагопоглощением, высокой термостойкостью и огнестойкостью. Не помешает и то, что выглядит хорошо, с натуральным финишем. В результате его используют во многих отраслях, от строительства до дизайна мебели. Он даже используется для производства музыкальных инструментов, заменяя дорогое черное дерево, обеспечивая при этом высокое качество звука. Ричлайт оказался хорошо известным материалом, любимым многими архитекторами в качестве отделки мебели, элементов интерьера и творческих конструкций.

ЖИДКИЙ ГРАНИТ

Искусственный «жидкий» камень – это специальная жидкая строительная смесь (состоящая из 70 % мраморной крошки и 30 % специальных добавок и декоративного наполнителя), которая напыляется на поверхности, включая бетон, кирпичную кладку, камень и асфальт. Благодаря своему составу жидкость застывает, образуя герметичное уплотнение, придавая поверхности прочность и привлекательный внешний вид. Жидкий гранит — экологически чистый материал, так как в его состав входят безопасные смолы, натуральная мраморная крошка и минеральные наполнители. Этот композиционный материал часто используется в отделочных работах, для изготовления или покрытия отдельных конструкций или элементов интерьера.

ИЗГИБ, ГИБКИЙ БЕТОН

Исследования по улучшению качества бетона — одно из самых популярных направлений в материаловедении, но это не должно вызывать удивления.

В наши дни почти все конструкции основаны на бетоне. Мы уже упоминали, что одной из проблем бетона является его хрупкость, если он скалывается и трескается. Кроме того, хотя бетон чрезвычайно прочен, его нагрузка ограничена. Еще в 2014 году сингапурцы смогли не только повысить прочность и снизить вес бетона за счет исключения армирования в бетонных конструкциях, но и добавить гибкости, не являющейся характерным свойством традиционного бетона.

Благодаря уникальной добавке новый бетон ConFlexPave приобрел гибкость и прочность до 3 раз выше, чем у традиционного бетона. Тончайшие полимерные микроволокна подмешиваются в раствор, распределяя нагрузку по всей бетонной плите. Это помогает ему стать таким же прочным, как металл, и в два раза прочнее обычного бетона, когда он подвергается изгибу.

Однако нет предела совершенству, и другие ученые продолжают заниматься гибким бетоном. Например, специалисты из Суинбернского университета создали бетон без использования цемента, но с такими же выдающимися характеристиками по гибкости и нагрузкам. Этот новый вид бетона также безопасен для окружающей среды, поскольку он содержит летучую золу и геополимерные композиты — типичные выбросы отходов угольных электростанций. Он также затвердевает при комнатной температуре, что означает отсутствие необходимости в неприемлемо высоких производственных затратах. Но самое главное, новый бетон в 400 раз гибче, чем традиционный бетон, сохраняя при этом тот же уровень прочности. Геополимеры не только повышают коэффициент изгиба, но и повышают устойчивость к возможным микротрещинам. Полимерные волокна удерживают конструкцию под нагрузкой даже при наличии трещин, поэтому новый материал можно использовать в сейсмоопасных районах, так как риск обрушения зданий из такого бетона сведен к минимуму.

Этот революционный материал представляет собой бетонную ткань в рулоне. Его гибкость предлагает безграничные возможности дизайна для архитекторов и ставит новые задачи перед строителями.

Запатентованное решение Concrete Canvas® используется для решения широкого спектра строительных задач и не только. Это позволяет строить бетонные конструкции с минимальными затратами на установку и подготовку специалистов. Монтаж обычно происходит в десять раз быстрее: достаточно развернуть подготовленный рулон и добавить воды.

Это вспомогательный материал, облегчающий ряд предстроительных работ, а также используемый при подготовке объектов инфраструктуры: каналов, ремонте и защите поверхностей и откосов, укреплении водоемов и труб.

ПРОЗРАЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ

Этот материал будущего является физической реальностью. Говоря простым языком, это прозрачная керамика на основе оксинитрида алюминия (AlON). Основными характеристиками этого материала являются устойчивость к царапинам и долговечность. Прозрачный алюминий намного прочнее алюмосиликатного стекла (кварца), а также на 85% тверже сапфира. Кроме того, он выдерживает нагрев до 2100⁰C. Он устойчив к радиации, кислотам, щелочам и воде. Естественно, материал сразу же был принят на вооружение военной и оптической промышленностью. А вот в строительстве его применяют для ударопрочных окон, куполов и других элементов, требующих прозрачности и прочности.

ЛАМИНИРОВАННАЯ ДЕРЕВО

Это инновационный материал, в котором во всех элементах используется древесина. Древесина прессуется в панели и ламинируется, превращая ее в цельный блок, который намного прочнее обычного дерева.

В этой категории вы найдете такие подтипы, как кросс-клееная древесина и клееная древесина. Ламинированная древесина состоит из нескольких склеенных между собой кусков пиломатериалов, которые используются для создания прочных балок. Перекрестно-клееный брус изготавливается из кусков дерева, уложенных в чередующихся направлениях для создания больших панелей, способных выдерживать большие нагрузки. Оба вида древесины чрезвычайно огнестойки. Внешние слои при горении создают обугливание, которое помогает изолировать остальную древесину. Во время испытаний на огнестойкость они продемонстрировали способность сохранять свою структурную целостность. Использование цельной древесины способствует улавливанию углерода, пока деревья растут и древесина используется в зданиях. Согласно одному исследованию, опубликованному в Журнале устойчивого лесного хозяйства, если используется устойчивое лесное хозяйство, от 14 до 31% глобальных выбросов можно предотвратить, заменив материалы, используемые в зданиях и мостах, на дерево.

ГИДРОКЕРАМИКА (ПАССИВНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ)

Композитный фасадный материал из глины и гидрогеля, способный охлаждать внутренние помещения зданий до 6 °С. Гидрокерамика использует способность гидрогеля поглощать в 500 раз больше воды, чем его собственный вес, для создания строительной системы, которая «становится живым существом как часть природы, а не вне ее». Технология была разработана испанскими студентами Института передовой архитектуры Каталонии еще в 2014 году. С тех пор этот инновационный материал, позволяющий создавать системы самоохлаждения, пользуется большим спросом в строительной отрасли и среди архитекторов. Он особенно популярен для экостроительства, так как позволяет сэкономить до 28% от общего энергопотребления традиционных охлаждающих устройств.

CABKOMA — УГЛЕВОДОРОДНАЯ РЕЗЬБА, ОПОРА СТРУНЫ

Для сейсмоопасных регионов, таких как Япония, очень важны материалы, способные противостоять землетрясениям. Вот почему лаборатория Komatsu Seiten Fabric разработала композит из термопластичного углеродного волокна под названием CABKOMA Strand Rod.

Композит с покрытием из неорганических и синтетических волокон с покрытием из термопластичной смолы позволяет создать самую легкую в мире систему сейсмоусиления. Инновационные пряди почти в пять раз легче металлической проволоки той же прочности и даже очень красивы по дизайну. Они также эффективны, помогая зданиям соответствовать требованиям сейсмостойкости. Конечно, как и у всех материалов на основе углеродного волокна, недостатком CABKOMA является то, что он недешев.

FLEXICOMB

На создание Flexicomb вдохновила природа – как можно догадаться из названия, структура этого материала вдохновлена ​​пчелиными сотами. Эта очень простая идея оказалась удивительно гибкой и функциональной. Идея впервые появилась в Йельском университете, где исследователи изучали сотовую структуру. Соединяя соломинки для питья в один массив, легко создать конструкцию, напоминающую соты. Это также дает возможность перерабатывать или перерабатывать распространенную пластиковую неприятность — соломинку для питья.

В Flexicomb тысячи полипропиленовых трубок плотно соединены в гибкую матрицу, которой можно придавать различные формы. Эти конструкции полупрозрачны, поэтому часто используются для изготовления элементов декоративного освещения.

 ДЛЯ ПАССИВНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Всем известно, что белый цвет очень хорошо отражает свет. Но оказывается, можно создать «самую белую краску в мире», которая может служить кондиционером для охлаждения помещений. Исследователи из Университета Пердью создали белую краску, отражающую 98,1% солнечного света. Секрет краски в ее составе, в состав которого входит сульфат бария.

Обеспечивает идеально чистый белый цвет с отражающим эффектом. По результатам испытаний применение краски приводит к невероятным результатам: покраска крыши площадью 90 м2 обеспечивает мощность охлаждения 10 кВт. Этот показатель выше типичной мощности домашних кондиционеров.

Помимо использования для охлаждения зданий, новая краска может также предотвращать перегрев наружных электрических систем.

ФУТЕРОВКА БИОУГЛЯ

Берлинский стартап Made of Air разработал специальный нетоксичный биопластик из биоугля из лесных и сельскохозяйственных отходов. Он улавливает углерод и может использоваться для всего, от фасадов зданий, мебели, интерьеров, транспорта и городской инфраструктуры.

Переработанный материал на 90 % состоит из углерода, способен поглощать CO2 из атмосферы и сам по себе является углеродоотрицательным материалом.

Пористый, богатый углеродом материал очень эффективно удерживает углерод. В отличие от разлагающейся биомассы, которая быстро высвобождает свой углерод обратно в атмосферу, биоуголь остается стабильным в течение сотен или даже тысяч лет. Изготовленный из биоугля пластик Air дешевле, чем обычный биопластик, но все же дороже, чем материалы на нефтяной основе.

Шестиугольные панели под названием HexChar были впервые установлены в качестве облицовочного материала в дилерском центре Audi в Мюнхене в 2021 году; это был первый раз, когда продукт был использован в здании. Анализ жизненного цикла показал, что облицовка дилерского центра может хранить 14 тонн углерода.

КОНОПЛЯНАЯ АРМАТУРА

Исследователи из Политехнического института Ренсселера в США изобрели конопляную альтернативу стальной арматуре, которая, как они утверждают, позволяет избежать проблемы коррозии и сократить выбросы углерода во время строительства.

Арматура из конопли может использоваться для поддержки бетонных конструкций так же, как сегодня используется стальная и другая арматура, но с меньшим воздействием на окружающую среду благодаря как составу материала, так и его долговечности.

В настоящее время ржавление стальной арматуры является основной причиной преждевременного сноса таких сооружений, как мосты, дороги, плотины и здания.