Новые материалы и технологии в строительстве: Самые прогрессивные инновационные строительные материалы

Новые материалы и строительные технологии

Развитие строительных технологий, разработка и применение новых строительных материалов ведётся в направлениях:

• сокращения сроков и повышения рентабельности строительства,
• снижения материалоемкости и затрат при строительстве, эксплуатации и ремонте,
• повышения долговечности строительных конструкций и, в целом, зданий (строений и сооружений),
• улучшения и разнообразия архитектурных форм, объемно-планировочных и функциональных решений, улучшения физических параметров существующих и возводимых объектов.
• Для выполнения этих задач все субъекты хозяйства, связанные со строительством (научные учреждения и проектные институты, лаборатории, предприятия по производству стройматериалов и строительные организации) ведут поиск решений в части разработки, производства и применения новых строительных материалов, конструкций и технологий. В конечном итоге, это ведет к улучшению технических характеристик объектов недвижимости, снижает эксплуатационные расходы при их использовании, повышает экономическую эффективность в течение всего периода службы объектов.

Новаторство в развитии строительных материалов и конструкций идет по пути:

• повышения прочности и долговечности,
• повышения устойчивости к агрессивным средам,
• повышения влагостойкости, водостойкости и водонепроницаемости,
• повышения морозостойкости,
• повышения устойчивости к коррозии металлов,
• снижения теплопроводности,
• широкого использования местных и наиболее распространенных полезных ископаемых при строительном производстве.

Новые материалы и конструкции находят применение в строительстве всех составных частях зданий, строений и сооружений:

• фундаментов (например, сборные железобетонные, монолитные железобетонные, свайные, столбчатые и ленточные фундаменты, фундаментные плиты и т.д.),
• каркасов зданий (из монолитного и сборного железобетона, из металлопроката, с применением новых технологий крепления),
• ограждающих конструкций (стен и перегородок),
• конструкций межэтажных перекрытий и покрытий (крыша, кровля),
• широкого спектра отделочных материалов,
• инженерных систем, оборудования и коммуникаций.

В качестве примеров можно привести:

1. Теплоэффективные блоки. Они изготовлены из двух слоев твердого, несущего нагрузку, материала с прослойкой между ними из утеплителя. Твердые слои блока соединены между собой стержнями. Лицевая часть такого блока декорирована текстурой, цветом, орнаментом. Размер лицевой части таких блоков составляет обычно 400х200 и толщина (ширина стены) в зависимости от климатических условий местности 250 — 400 мм. В результате: стена из таких блоков обладает высокой теплозащитой, снижаются сроки возведения здания, при выполнении кладки не требуется высокая квалификация каменщика.

2. Газосиликатные блоки. Их стандартные размеры: 600х300х200, 600х300х100. Блоки изготовлены в условиях завода и имеют пористую структуру. Их формуют из смеси кварцевого песка с известью. При высокой температуре в автоклаве в структуре газосиликатного камня образуются пустоты — поры, что обеспечивает в дальнейшем, при эксплуатации такого материала, отличные теплоизоляционные свойства наряду с их высокой прочностью. Газосиликатные блоки применяют для возведения наружных и внутренних несущих стен и перегородок. Для обеспечения необходимой теплозащиты здания наружные стены утепляют слоем теплоизоляционного материала, защитным и отделочным слоем.

3. Сэндвич-панели и быстровозводимые здания. Сэндвич-панели – это крупноразмерные трехслойные конструкции для бокового ограждения и покрытия зданий. Панели изготавливают унифицированных размеров в промышленных условиях из металлических, обычно, оцинкованных профлистов, окрашенных полимерной краской любого желаемого цвета, с теплоизолирующей прослойкой между ними из высокоэффективного теплоизоляционного материала, например, из пенополистирола, пенополиуретана или минеральной ваты. В условиях строительства сэндвич-панели монтируются на металлический каркас, выполненный из унифицированных, изготовленных также в заводских условиях, деталей. Каркас состоит из стальных колонн, жёстко закрепленных в столбчатых железобетонных фундаментах, и шарнирно-опираемых на них металлических ферм покрытия. Для обеспечения жёсткости всего здания, защиты от ветровых и снеговых нагрузок каркас возводят с применением вертикальных и горизонтальных связей. Все элементы такого здания изготавливаются в заводских условиях, что позволяет достичь наилучшего качества материалов и конструкций, наибольшей производительности труда и высокой рентабельности при производстве всех элементов здания.
Применение такой технологии строительного производства позволяет значительно сократить сроки строительства зданий при высоком качестве работ. Это стало настоящим «прорывом» в строительстве современных торговых и выставочных комплексов, промышленных, складских и офисных зданий, спортивных и физкультурно-оздоровительных комплексов и сооружений, авиаангаров, автосалонов, автосервисов и гаражей, то есть всего спектра коммерческих объектов недвижимости. Строительство быстровозводимых зданий даёт инвестору возможность максимально быстро вводить строительные объекты в эксплуатацию и окупить вложенные средства. В рыночной нише это дает дополнительные конкурентные преимущества. Долговечность быстровозводимого здания обуславливается долговечностью металлоконструкций и зависит прежде всего от степени вероятности коррозии металлических частей. Для защиты от коррозии применяются и разрабатываются новые технологии производства и обработки металлоконструкций. При высоком качестве комплектующих частей, высоком качестве производства и контроля в период строительства, а также при условии соблюдения правил эксплуатации и своевременных текущих ремонтах большинство производителей декларируют эксплуатационный срок службы быстровозводимых зданий не менее 50 лет, а некоторые называют срок до 100 лет.

4. Сухие строительные смеси – это практически готовые для строительства и ремонта смеси, полученные в промышленных условиях путем смешивания сухих компонентов в пропорциях, строго дозированных для обеспечения требуемых свойств. В качестве компонентов используют: цемент, песок, гипс, известь или другие минеральные наполнители с включением специальных добавок. В условиях стройки для подготовки раствора необходимо нужное количество смеси смешать с водой в определенной пропорции и тщательно перемешать. Это снижает сроки выполнения работ, значительно улучшает качество строительных конструкций и элементов, повышает долговечность здания в целом.

5. Проникающая гидроизоляция. В надежной гидроизоляции нуждаются многие здания и их элементы в период строительства и ремонта. Гидроизоляционная защита нужна фундаменту, кровле, стенам из пористых материалов, а также другим элементам, находящимся в условиях агрессивной среды. Многие гидроизоляционные материалы, применяемые ранее, часто не могли обеспечить надежной защиты из-за некачественно выполненных работ. Рулонные гидроизоляционные материалы сами по себе водонепроницаемы, прочны и долговечны. Однако в условиях стройки (или ремонта) ошибки исполнителя и нарушения технологии гидроизоляционных работ, особенно в труднодоступных местах, приводят к разгерметизации изоляции. Затем некачественный слой гидроизоляции закрывается последующими слоями материалов (стяжкой, плиткой и пр. ). В результате этого, в случае обнаружения в течение эксплуатации здания течей, чаще всего невозможно выявить место нарушения гидроизоляции. Приходится накладывать новые слои гидроизоляции, что опять же не обеспечивает полной надежности по указанным выше причинам (некачественная работа, нарушения технологии, труднодоступные места). Для решения этой задачи была создана проникающая гидроизоляция. Этот материал выпускается промышленностью в виде сухой строительной смеси цементного и высокоалюминатного клинкера, полимерных вяжущих, наполнителей и полимерных добавок. Для применения в условиях строительства или ремонта сухую смесь тщательно перемешивают с водой. При нанесении полученного раствора на твердую влажную и пористую каменную поверхность химические составляющие под воздействием осмотического давления глубоко проникают в капиллярную структуру поверхности. В результате взаимодействия химических составляющих с минеральной поверхностью образуются нерастворимые и труднорастворимые соли, которые блокируют все поры, обеспечивая водонепроницаемость, прочность и стойкость к воздействию агрессивных вод. В зависимости от плотности поверхности глубина проникновения во внутреннюю структуру может достигать 10 сантиметров.

6. Новые оконные технологии уже известны широкому кругу потребителей. Современные окна изготовлены в промышленных условиях из поливинилхлоридного (ПВХ) или алюминиевого профиля с герметичными одно-, двух- или трех-камерными стеклопакетами. Стеклопакеты – это несколько слоёв высококачественного стекла с тонкой прослойкой между ними, заполненной сухим воздухом или инертным газом. Все соединения оконных блоков выполнены настолько качественно, что обеспечивают полную защиту от проникновения влажности и холодного воздуха.

7. Монолитное строительство. Применение современных надежных и многофункциональных строительных машин и оборудования, оснастки (бетононасосов, бетоновозов (миксеров), бетонных заводов, инвентарных опалубок) и современных пластичных бетонов позволило перейти строительной отрасли на новый технологический уровень — возведение монолитных железобетонных зданий. Железобетонный каркас, межэтажные перекрытия и покрытия современного здания буквально «льют» из бетона в форму, которая заранее армирована и ограждена инвентарной опалубкой. Это даёт существенные преимущества по сравнению с ранее применяемыми технологиями:
Стены и перекрытия, построенные по монолитной технологии, равномерно армированы, практически не имеют швов в бетоне, что обеспечивает проектную прочность и жесткость здания, защиту армирующих металлических каркасных элементов от коррозии и агрессивной среды.
Несущие элементы конструкций имеют меньшую толщину, что позволяет снизить нагрузку на фундамент и нижестоящие конструкции. В итоге это снижает общестроительные затраты.
Появилась возможность проектировать и строить здания, уникальные по своей архитектуре и планировке, любой формы и конфигурации.
Несущий каркас из монолитного железобетона имеет существенно лучшие прочностные характеристики, что позволяет возводить высотные здания в 30 – 40 и более этажей.
Исключена по сравнению со сборным железобетонным строительством необходимость герметизации стыков и швов железобетонных элементов в период строительства и их регулярного ремонта в период эксплуатации здания.

8. Вентилируемые фасады. 90 % существующих сегодня зданий, построенных 30 – 50 и более лет назад, пришли в неприглядный вид, фасады либо вообще не облицовывались во время строительства, либо штукатурка потрескалась и разрушилась, а фасадная краска испортилась. В таких условиях стены большинства зданий не защищены от дождя и ветра, а в наших климатических условиях, в условиях значительных перепадов температур (нагреваний до +40 — +50°С и заморозков до -30 — -35°С), происходит быстрое разрушение поверхностей ограждающих стен (кирпича, бетона) от сужения и расширения структуры камня во время пересушки, переувлажнения, замораживания и оттаивания. В итоге нестарые каменные здания, построенные на хороших фундаментах, с хорошими прочными каркасами, с прочными несущими стенами и перекрытиями, которые могли бы прослужить не одну сотню лет, приходят в аварийное состояние уже через 50 — 70 лет по причине незащищенности ограждающих стен.

Не так давно в России (а в мире используется уже в течение около 50 лет) появилась новая технология защиты стен зданий – «вентилируемые фасады». Эта технология представляют собой навесную облицовочную систему, состоящую из кронштейнов, профилированных направляющих, крепежных и других элементов и может быть применена в любой период существования здания (чем раньше, тем лучше): в период строительства, в период реконструкции, в период ремонта.

Важнейшими достоинствами применения технологии вентилируемых фасадов являются:

защита наружных конструкций зданий от внешних воздействий (влажности и перепадов температуры),
придание зданиям красивого и «ухоженного» внешнего вида,
создание новых архитектурных линий зданий и цветовых решений: различные варианты и расцветки отделки (керамогранитные, композитные, металлические или другие панели),
утепление зданий и улучшение их теплотехнических характеристик,
простота сборки приготовленных в заводских условиях элементов.
Вентилируемые фасады — это отличная современная технология для защиты зданий от внешних воздействий, придания самого современного вида даже внешне весьма устаревшим зданиям и существенного продления срока службы каждого здания!

Кроме того, в условиях необходимой экономии энергоресурсов вентилируемые фасады дают дополнительную воздушную прослойку или предусматривают слой утеплителя, повышая теплотехнические характеристики зданий. В итоге, окупаемость затрат на вентилируемый фасад составляет 5 — 6 лет, а срок безремонтной службы 30 – 40 лет. А главное, затраты на такой фасад несоизмеримо меньше расходов на новое строительство взамен аварийного здания!

Таким образом, наряду с достоинствами технического и эстетического «порядков» вентилируемые фасады принесут несомненную выгоду собственникам зданий:
повысят долговечность зданий и сохранят ценность инвестиционного капитала собственников на многие годы,
повысят эксплуатационные характеристики здания за счет экономии затрат на отопление и на ремонты ограждающих конструкций,
придадут каждому такому зданию великолепный «товарный вид», повысив привлекательность для потенциальных арендаторов и возможных покупателей,
и, в конечном счете, значительно повысят капитализацию и рыночную стоимость таких зданий.

Новые технологии в строительстве: как будут возводить дома в будущем

Семь инновационных технологий и материалов для постройки жилья — в подборке РБК Тренды

Сейчас появляются и распространяются все больше подходов, позволяющих не только упростить процесс строительства жилья, но и значительно улучшить качество материалов, а также снизить наше негативное влияние на экологию. РБК Тренды собрали самые интересные из них.

1. Напечатанные на 3D-принтере дома

Строительство домов — такое, каким мы его знаем, — это дорого, долго и неэкологично. Дешевое и красивое жилье можно создать всего за сутки с помощью 3D-принтера. Технология быстро набирает популярность и, вполне возможно, скоро будет использоваться не в единичных случаях, а при строительстве целых кварталов. Так, например, в Мексике к концу этого года планировали напечатать целую деревню.

2. Дома из переработанного мусора

Еще один перспективный метод строительства и одновременно избавления планеты от накопленного хлама — использование бутылок, бумаги, окурков, пластика, алюминиевых банок дерева, стекла и других подобных материалов при постройке различных сооружений.

Например, фасад исторического музея Нинбо, представляющего собой здание площадью 30 тыс. кв. м, состоит, в основном, из мусора, собранного в окрестностях 30 разрушенных китайских деревень.

3. Самостроящиеся дома

Еще одна удивительная технология, которая могла бы значительно упростить процесс строительства жилища. Одним нажатием кнопки эти невероятные дома будущего могут самостоятельно построить себя менее чем за десять минут, превратившись из коробки в здание, в восемь-десять раз превышающее первоначальный размер.

4. Дома из бамбука

В странах с благоприятными погодными условиями возможно строительство домов из бамбука. Они состоят из инновационных модульных структур, которые связаны между собой. По мере увеличения числа жителей структура может расширяться, что делает возможным построение целых городов из бамбука. Этот материал экологичен, очень прочен и более эластичен, чем бетон. Дополнительный бонус — этим домам не так страшны землетрясения благодаря высокой гибкости материала.

5. Светящийся в темноте цемент

Эта технология может сэкономить много энергии и выглядит весьма эстетично. Такой материал с высокой энергоэффективностью, как ожидается, будет использоваться в ванных комнатах, бассейнах, фасадах, парковках и кухнях. Светящийся элемент может давать свет вечером около 8-12 часов. Сила излучаемого света может регулироваться, чтобы не доставлять дискомфорта жильцам.

Сейчас технологию используют, например, для освещения дорог в Нидерландах.

6. Дома из конопли

Бетон из промышленной конопли не только исключает токсичность традиционного производственного процесса, но и обладает высокими показателями теплоизоляции. Более пористый, чем традиционный, он позволяет лучше контролировать влажность в помещениях. Растение также поглощает углерод, помогая компенсировать его выбросы, возникающие при производстве традиционного бетона. Этот материал недорогой и гибкий — последнее позволяет ему выдерживать колебания от землетрясений. Проблема — в легализации производства и небольшом числе производителей сырья.

7. Дома из бумаги

Сама концепция стройматериала из бумаги не нова: он был запатентован еще в 1928 году, но популярностью не пользовался. Однако сейчас задача переработки бумаги снова стала волновать людей, и количество таких домов начало постепенно увеличиваться. Материал, состоящий обычно из целлюлозного сырья, песка и цемента, сам по себе довольно дешев, но его производство пока дороже обычного цемента.

Альтернативы традиционному жилью могут показаться футуристическими. Но, согласно исследованию BCG, в 2019 году дома нового типа уже составляли от 4% до 6% от всех новых жилых единиц. И в компании полагают, что популярность футуристических форм жилья будет продолжать расти как минимум до 2030 года.

Читайте также:

• «Живой» бетон и кирпичи из канализации: эко-технологии в строительстве
• Недвижимость по цене айфона: как выглядит самый дешевый напечатанный дом
• Дома будущего и настоящего: пять «зеленых» проектов в архитектуре

---

Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.

20 Инновационные строительные материалы | ProEst

На протяжении веков в строительной отрасли постоянно появлялись инновации. Мы видим, как технологические достижения повлияли на строительную отрасль, от прочного бетона, используемого в древних сооружениях, до стали, используемой в мостах и ​​небоскребах. Некоторые материалы развиваются со временем, но другие являются новыми для отрасли. Необходимость не отставать от спроса на жилье, стихийных бедствий и растущих затрат на строительство создала потребность в разработке новых инновационных решений. В этой статье будут обсуждаться некоторые из новых инновационных строительных материалов.

Содержание

1.

Панели Allusion

Панели Allusion представляют собой форму облицовки из стабилизированного пеноалюминия, которая создает прочные и легкие панели, напоминающие металлические губки. Панели Allusion обладают такими отличительными чертами, как звукоизоляция, долговечность, огнестойкость и простота монтажа. Они используются для стеновых панелей, фасадов, потолков, полов, вывесок и осветительных приборов. Они имеют практически безграничное применение в строительстве и архитектуре.

2.

Прозрачное дерево 

Прозрачное дерево — революционный строительный материал, отличная альтернатива стеклу и пластику. Он имеет ту же прочность, что и пиломатериалы, и намного легче. Его изготавливают путем сжатия и обработки тонких полос дерева. Лигнин заменяют полимерами, чтобы сделать древесину прозрачной в процессе обработки. Среди благоприятных свойств прозрачного дерева — его низкая плотность по сравнению со стеклом, низкая теплопроводность и высокое оптическое пропускание. Оптическое пропускание снижает потребность в искусственном освещении, тем самым минимизируя энергопотребление.

3.

Гидрокерамика

Гидрокерамика — это новая технология возведения стен, позволяющая стенам реагировать на температуру наружного воздуха. Эти умные стены сделаны из глиняных панелей и водяных капсул, которые поглощают воду для охлаждения здания. Гидрокерамическая стена действует как охлаждающее устройство, снижая температуру и повышая влажность. Захваченная вода может испаряться, когда наружное тепло поднимается и вытесняет холодный воздух в здание. Эти стены могут снизить температуру в помещении до 5 градусов по Цельсию. Он также увеличивает влажность в жарком и сухом климате на 15%, делая помещение более пригодным для проживания. Глина и гидрогели недороги, что делает эти здания недорогой альтернативой.

4.

Пигментированный бетон

Пигментированный бетон получают путем добавления сухого порошка или жидкого бетона на этапе смешивания. Мы получаем большинство этих пигментов из оксида железа или красителей. Традиционно бетон серый, но пигментированный бетон дает более теплые оттенки желтого, коричневого, красного, зеленого, синего и их цветовых производных. Пигментированные бетоны не подвержены истиранию, а под воздействием тепла и света не тускнеют цвета. Этот тип бетона используется для полов, фасадов и других декоративных целей.

5.

Бамбуковый железобетон 

Стальной железобетон является одним из наиболее распространенных строительных материалов в строительстве. Тем не менее, бамбук является альтернативным материалом, используемым для армирования. Бамбук уже много лет используется в строительстве из-за его выдающихся свойств при растяжении. Бамбук превосходит древесину и, в некоторых случаях, конструкционную сталь. Большинство архитекторов, которые придерживаются устойчивого мышления, используют бамбук в строительстве. Тем не менее, бамбук имеет некоторые недостатки, если его не обрабатывать. Он может разбухнуть от воды и сгнить. В современном строительстве бамбук не используется в естественном трубчатом виде. Растительные волокна экстрагируются и смешиваются с натуральными смолами, образуя универсальный материал с прочной структурной матрицей.

6.

Кирпич, поглощающий загрязнения

Экологичность в строительстве является одним из факторов, вызывающих серьезную озабоченность. Увеличение плотности населения и загрязнение окружающей среды создают серьезные проблемы, которые подталкивают отрасль к разработке устойчивых решений. Кирпичи, поглощающие загрязнения, фильтруют воздух снаружи и подают его внутрь зданий. Эти кирпичи представляют собой блоки из пористого бетона, предназначенные для направления воздушного потока в систему. Эти кирпичи дешевы по сравнению с технологиями механической фильтрации. Они также потребляют меньше энергии и не требуют квалифицированного труда для создания системы.

7.

Самовосстанавливающийся бетон

Это новый вид бетона, имитирующий заживление человеческого тела после ранения. Это достигается путем выделения некоторых материалов в бетон. Этот бетон изготавливается путем добавления в бетонную смесь волокон или капсул, содержащих клейкие жидкости. После растрескивания капсулы или волокна разрываются и выделяют жидкости, впоследствии заживляющие бетон. Однако эта технология все еще находится на стадии исследований. Это автоматическое восстановление бетона увеличит срок службы бетона и снизит затраты на ремонт. Если трещины расширяются и доходят до арматуры, это приводит к коррозии. Однако самовосстанавливающийся бетон препятствует этому.

8.

Аэрографит

Аэрографит представляет собой материал, изготовленный из сети небольших полых углеродных трубок. Аэрографит прочен, гибок и поглощает световые лучи. Аэрографит стабилен при комнатной температуре и может без повреждений выдерживать сильные вибрации. Он также является хорошим проводником электричества. Можно сжать аэрографит, чтобы он занял 95% его нормальной площади, и вернуть его к стандартной форме без повреждений. Напряжение только укрепляет материал. Аэрографен в основном используется в строительстве для изготовления систем очистки, авиационных материалов и спутников.

9.

Блоки окурков

Согласно исследованию, только в Австралии годовое потребление сигарет составляет от 25 до 30 миллиардов штук. 7 миллиардов из этих сигарет выбрасываются. Тем не менее, мы можем использовать окурки при производстве кирпича, что значительно сократит отходы, производимые этими окурками. Добавление окурков к кирпичам во время производства также снижает затраты энергии до 58%. Кирпичи с этими дополнительными свойствами легче и обладают хорошими изоляционными свойствами. Изоляционные свойства снижают затраты на отопление и охлаждение жилья. Некоторые исследователи утверждают, что окурки снижают пригодность кирпича для несущих стен. Однако мы можем уменьшить концентрацию, чтобы соответствовать требованиям.

10.

Светогенерирующий цемент

Согласно исследованию UMSNH из Морелии, бетон может поглощать и излучать свет, обеспечивая лучшую функциональность и универсальность в отношении энергоэффективности. Светогенерирующий цемент имеет множество потенциальных применений. Мы можем использовать его на парковках, в бассейнах и на дорожных знаках безопасности. Мы производим этот цемент, изменяя микроструктуру цемента, чтобы он поглощал солнечную энергию, а затем излучал свет в темноте. В настоящее время цвета светогенерирующего цемента — синий и зеленый, и подрядчики могут регулировать интенсивность света в соответствии с требованиями.

11.

Пустотелые глиняные кирпичи

Кирпичи были неотъемлемой частью строительства с незапамятных времен. Тем не менее, пустотелые глиняные кирпичи — это новый тренд в строительстве. Они перфорированы и специально облицованы изоляционным материалом. Они легкие, экологически чистые и имеют низкое водопоглощение. Также они имеют лучший эстетический вид по сравнению с традиционным кирпичом. Поскольку эти кирпичи легче по весу, они способствуют более быстрому строительству и скорейшему завершению проекта. Они имеют хорошую прочность на сжатие и могут использоваться в перегородках.

12.

Трехмерный графен

Графен — уникальный наноматериал с отличными тепловыми, электрическими и оптическими свойствами. 3D-графен имеет 5% плотность стали, но в десять раз прочнее стали. Графен долгое время интересовал ученых, но их стандартная двумерная форма принесла мало пользы в строительстве. На заре 3D-печати маленькие чешуйки графена сжимались под высоким давлением и при высокой температуре и создавались структуры, похожие на цилиндры, способные выдерживать значительные нагрузки. Графен может поддерживать небоскребы до 98000 футов.

13.

Наночастицы

Нанотехнологии в строительстве направлены на использование наночастиц для изготовления твердых конструкционных материалов. Наночастицы также сокращают использование натуральных материалов, поскольку они делают более прочные материалы, занимающие меньше места. Это более быстрый и безопасный способ осуществления строительных проектов. Примеры наночастиц в бетоне включают нанокремнезем, нанотитан, углеродные нанотрубки и оксид графена. Мы можем добавлять эти материалы в цемент, чтобы улучшить прочность бетона на изгиб, растяжение и сжатие. Эти материалы улучшают эксплуатационные характеристики конструкций и их общий срок службы. Углеродные нанотрубки в бетоне обладают свойствами самоочищения, что упрощает мониторинг состояния конструкции.

14.

Кирпич из шерсти

Производители изготавливают кирпич из шерсти, комбинируя шерсть с глиной, используемой в производстве кирпича. Это шаг к устойчивому строительству, поскольку шерстяные кирпичи являются продуктом с нулевым выбросом углерода. Они производят кирпичи в кирпичных печах, которые выделяют токсичные пары с высокой концентрацией углерода. Традиционное производство кирпича приводит к серьезным экологическим последствиям. Однако шерстяные кирпичи сочетают в себе шерсть, глину и натуральные полимеры, и эти кирпичи стабильны и используют естественные доступные материалы. Они также более прочны по сравнению с обычным кирпичом.

15.

Марсианский бетон

Бетон имеет решающее значение при строительстве сооружений на Земле. Однако марсианский бетон может очень помочь в строительстве сооружений на Марсе. Вода является основным компонентом, используемым для строительства на земле. Однако на Марсе есть тонны серы, которые покрывают 17% общей площади поверхности планеты. Марсианский бетон производится путем нагревания серы до 240 градусов по Цельсию и смешивания ее с марсианской почвой. Этот бетон достигает прочности на сжатие до 50 МПа, если его сжать перед отверждением, чтобы уменьшить образование пустот. Одним из преимуществ марсианского бетона является то, что он быстро схватывается и его легко использовать многократно.

16.

Искусственный шелк паука

Шелк паука — один из интригующих материалов в природе. Его можно долго растягивать, прежде чем он сломается. Исследователи из Кембриджа разработали материалы, имитирующие силу и энергоемкость паучьего шелка. Искусственный шелк паука изготавливается из материала, известного как гидрогель, который на 98% состоит из воды. Гидрогель содержит волокна кремнезема и целлюлозы, которые после испарения воды образуют прочные волокна. Искусственный паутинный шелк можно изготовить при комнатной температуре, что позволяет легко производить его в больших масштабах. Искусственный паутинный шелк в 340 раз прочнее бетона, и из него можно изготавливать акустическую строительную плитку.

17.

Энергетическое стекло

Использование энергии в застроенных помещениях вызывает серьезную озабоченность, учитывая, что на здания приходится 40% глобальных выбросов углерода. Так родилась идея энергогенерирующего стекла. Солнечные и ветровые системы используются уже давно, но теперь превращение окон в солнечные батареи стало реальностью. Так родилась идея энергогенерирующего стекла. Стекло, вырабатывающее энергию, похоже на обычное стекло, но оно может отражать длины волн невидимого света и преобразовывать их в энергию. Это стекло снижает затраты на электроэнергию, сводит к минимуму загрязнение окружающей среды и добавляет архитектурной привлекательности зданию.

18.

Бальза из углеродного волокна

Люди веками использовали пробковое дерево в строительстве благодаря его прочности и легкости. Однако пробковая древесина дорога и имеет естественные вариации, которые могут препятствовать достижению точных требований. Введение смолы из углеродного волокна в пробковое дерево делает разработанный композит легким и легким для достижения определенной жесткости.

19.

Микробная целлюлоза

Микробная целлюлоза представляет собой устойчивый строительный материал, полученный из возобновляемых источников и представляющий собой смесь дрожжей, микроорганизмов и бактерий, используемых для изготовления слоистых структур. Многие виды бактерий производят бактериальную целлюлозу, используемую в производстве микробной целлюлозы. Он образует структурную мембрану, которую мы можем применять при изготовлении таких элементов, как вывески и фасады зданий. Микробная целлюлоза биоразлагаема и поэтому не способствует загрязнению. Его также легко и дешево производить, что создает хорошую основу для массового производства и устойчивого строительства.

20.

Biochar

Biochar представляет собой вещество, напоминающее древесный уголь и изготовленное из разлагающихся органических веществ при высоких температурах без доступа кислорода. Производители добавляют в биоуголь почвенные добавки для улучшения водопоглощения и улавливания влаги. Биоуголь — хороший строительный материал, который снижает большинство выбросов парниковых газов из бетона и пластика. Преобразование всех органических отходов на свалках в биоуголь сократит глобальные выбросы метана на 11%. Добавление биоугля в кирпич снижает количество цемента, используемого в бетоне, и общее количество углекислого газа, образующегося при производстве бетона. Биоуголь также используется с пластмассами для изготовления кирпичей и уменьшения глобального количества пластиковых отходов.

Резюме

Строительные материалы Новые материалы влияют на строительные процессы. Они обеспечивают превосходную структурную защиту и использование энергии. Новые строительные материалы также соответствуют устойчивым стандартам и спецификациям.

Традиционные материалы полностью исчезнут со строительной сцены или превратятся в новые, экономичные и экологически чистые материалы. Использование новых материалов снижает затраты на строительство без ущерба для качества. Понимание тенденций новых строительных материалов в отрасли поможет вам не сбиться с пути и сыграть свою роль в охране окружающей среды.

Лучшие ультрасовременные строительные материалы- 17 ​​Инновационные строительные материалы меняют подход 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. Создаются инновационные синтетические материалы — строительные материалы, которые легче, прочнее и экологичнее традиционных материалов. Эти достижения стимулируют создание новой архитектуры, совершенно отличной от привычной и более экологичной.

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 строительные материалы, которые уже используются, а также 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 строительных материалов:

1. Прозрачное дерево
2. Углеродное волокно
3. SensiTiles
4. Самовосстанавливающийся бетон
5. Аэрогель
6. Ричлайт
7. Жидкий гранит
8. Изгиб, 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 команда из Мэрилендского университета в Колледж-Парке заявила, 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 и давно используемый в различных 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.

AIRGEL

Самый твердый и 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.

RICHLITE

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 распыляется 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.

ГИБКИЙ, 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.

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 ламинированная древесина и ламинированная 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 °C. 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 — УГЛЕВОДОРОДНЫЕ РЕЗЬБЫ, ОПОРНЫЕ 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, покрытый неорганическими и синтетическими волокнами, с отделкой из термопластичной смолы, создает 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

Flexicomb вдохновлен природой – 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 различную форму. 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.

БИОУГОЛЬНАЯ ПОДКЛАДКА

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 разрушения таких сооружений, как мосты, дороги, плотины и здания. Инновационная конопляная арматура обеспечит трехкратную прочность и защиту от коррозии. Более того, в отличие от армирования стекловолокном в конструкциях, особо подверженных коррозии, армирование коноплей не требует больших энергозатрат на производство и монтаж, что делает его более экологичным решением.

Этот список — лишь малая часть разработок, которые уже используются в строительной отрасли. Каждый из материалов с каждым годом совершенствуется, либо одно решение заменяется другим, еще более качественным вариантом. Строительство — это область, в которой технологически продвинутые материалы и инновационные цифровые решения могут революционизировать способы реализации проектов и создавать поистине футуристические объекты.