Как известно, прогресс не стоит на месте. Когда-то основными строительными материалами были кирпичи, деревянные бревна и камни. Затем люди изобрели газобетон, пеноблок, керамические пористые блоки, гипсокартон, ракушняк и др. Наконец, уже десятилетиями в строительстве высотных зданий используются железобетонные изделия. Однако и в наши дни появляются все новые и новые строительные материалы, а общеизвестные материалы совершенствуются в своих характеристиках.
В этой статье мы расскажем о пяти строительных материалах, которые уже сегодня формируют будущее архитектуры. Они разрабатываются прямо сейчас в лабораториях. Они способны переосмыслить форму и функцию обычных строительных изделий.
Полимерные нанотрубки
Профессор материаловедения и механики Калифорнийского технологического института Джулия Грир используется двухфотонную литографию с целью создания точных полимерных нанотрубок. Они могут входить в состав металлических или керамических изделий или штабелироваться во фрактальной конструкции.
Этот материал был создан доктором Грир и ее командой всего несколько лет назад. Он связывает структурные свойства таких веществ, как керамика и металл. За счет этого последние получили просто неслыханные эксплуатационные характеристики, особенно прочность и износоустойчивость. Сотрудники лаборатории в данный момент работают над масштабированием полотна нанотрубок от миллиметрового размера до габаритов листа бумаги с надписями.
Однако доктор Грир утверждает, что этот метаматериал не будет использоваться в конструкционных элементах или оболочке. Скорее всего, нанотрубки найдут себе применение в:
- Ветряных турбинах;
- Интеллектуальных окнах;
- Теплообменниках;
- Отопительных батареях.
Кроме того, эти нанотрубки лягут в основу специальной строительной бумаги, которая не смачивается и не намокает при контакте с водой. Иными словами, вода на поверхности этой бумаги собирается в капельки и просто стекает, не впитываясь (коэффициент водопоглощения равен нулю).
Устойчивая самоочищающаяся отделка
Это удивительное изобретение Лондонского университетского колледжа используется для нанесения на бумагу, сталь, стекло или другие материалы. Ее «изюминка» - абсолютное сопротивление влаге. Материал неуязвим перед высокой влажностью даже в случае появления на его поверхности царапины или трещины.
Секрет очень прост – в состав входят наночастицы диоксида титана, которые обладают ярко выраженными водоотталкивающими свойствами. Кроме того, материал отталкивает грязь. Хотя в данный момент отделка используется на поверхностях площадью не более 20-ти квадратных сантиметров, ученые утверждают, что нет ни одной причины, мешающей увеличить эту площадь.
Команда заведующего кафедрой химии Лондонского университета Ивана Паркина рассказала о том, что такая отделка будет использоваться в составе гидрофобизирующих строительных смесей и автомобильных красок. Не исключена возможность создания в недалеком будущем прочного самоочищающегося фасада для дачного дома.
Сейсмоустойчивые материалы
Исследователи Строительного Университета штата Миссури разработали новый способ защиты строительных материалов от сейсмических волн, вызванных землетрясением. Это стало возможным благодаря особой геометрической микроструктуре материала, напоминающей стальную пластину. Такие материалы могут изгибаться под действием сейсмоволн и толчков, не трескаясь и не разрушаясь.
Механизм этого процесса следующий: происходит перенаправление ударных волн, вызванных землетрясением или цунами за счет метаматерического плаща. Этот чудо-материал может спасти тысячи жизней в Японии, Индонезии и США, где часто происходят стихийные бедствия (смерчи, цунами, землетрясения). В этом уверен адъютант-профессор механической и аэрокосмической техники доктор Гуолян Хуан. Его команда разработала этот стальной материал из нанопластин, при этом уже ведутся разработки пластмассовых материалов с аналогичной геометрической микроструктурой.
Удивительный графен
Графен является ультратонким и сверхпрочным наноматериалом, который только-только поступает в массовое производство в качестве сырья. Ведь только в 2004 году его впервые разработали в Манчестерском университете в США. И сегодня за счет инновационного метода пакетной обработки появилась возможность изготавливать более гладкие и более прочные графеновые листы, причем в промышленных масштабах. Время производства удалось сократить с часов до минут, а размеры каждого листа увеличились с миллиметров до десятков сантиметров. При этом новая технология производства не требует использования нового технологического оборудования или инфраструктуры. Об этом заявил Девид Бойд, ученый из штата Калтех и первый автор тезиса, опубликованного в журнале Nature Communications.
Несмотря на это, пока графен используется только в малогабаритных архитектурных сооружениях, как элементы солнечных батарей или электроприборы.
Новая наноарматура для бетона
Исследователи университета Пердью разработали специальную добавку в бетон на основе нанокристаллов целлюлозы. Эти кристаллы добываются из древесного волокна и являются более надежной арматурой, чем стальные прутья. Нанокристаллы целлюлозы превосходят холоднокатаную сталь по таким характеристикам, как:
- Гибкость;
- Прочность на изгиб и сжатие;
- Ударопрочность.
Для железобетонных изделий это – новая страница в истории. Ведь целлюлозная арматура требуется в небольшом количестве для достижения аналогичного эффекта, который дает стальная арматура. Эта добавка экстрагируется как побочный продукт промышленного сельского хозяйства, производства бумаги и биоэнергетики. Добавление этого вещества, согласно мнению американских исследователей, усиливает процесс отвержения бетона и позволяет ему более эффективно использовать воду, не влияя на ее плотность и вес.
На данный момент уже создан первый опытный образец целлюлозной арматуры длиной один фут (30,48 см) и диаметром 6 дюймов (152 мм). Профессор университета Пердью Джеффри Янгблоуд заявил, что вскоре будут разработаны и более крупные элементы. Согласно его оценке, через несколько лет могут последовать масштабные испытания нового вида арматуры для ЖБИ.