Як відомо, прогрес не стоїть на місці. Колись основними будівельними матеріалами були цегла, дерев'яні колоди і каміння. Потім люди винайшли газобетон, піноблок, керамічні пористі блоки, гіпсокартон, ракушняк та ін. Нарешті, вже десятиліттями в будівництві висотних будівель використовуються залізобетонні вироби. Однак і в наші дні з'являються все нові і нові будівельні матеріали, а загальновідомі матеріали удосконалюються в своїх характеристиках.
У цій статті ми розповімо про п'ять будівельних матеріалів, які вже сьогодні формують майбутнє архітектури. Вони розробляються прямо зараз в лабораторіях. Вони здатні переосмислити форму і функцію звичайних будівельних виробів.
Полімерні нанотрубки
Професор матеріалознавства та механіки Каліфорнійського технологічного інституту Джулія Грір використовує двухфотонну літографію з метою створення точних полімерних нанотрубок. Вони можуть входити до складу металевих або керамічних виробів або штабелюватися у фрактальній конструкції.
Цей матеріал був створений доктором Грір і її командою лише кілька років тому. Він пов'язує структурні властивості таких речовин, як кераміка і метал. За рахунок цього останні отримали просто нечувані експлуатаційні характеристики, особливо міцність і зносостійкість. Співробітники лабораторії в даний момент працюють над масштабуванням полотна нанотрубок від міліметрового розміру до габаритів аркуша паперу з написами.
Однак доктор Грір стверджує, що цей метаматеріал не використовуватиметься в конструкційних елементах або оболонці. Швидше за все, нанотрубки знайдуть собі застосування в:
- Вітряних турбінах;
- Інтелектуальних вікнах;
- Теплообмінниках;
- Опалювальних батареях.
Крім того, ці нанотрубки ляжуть в основу спеціальної будівельної папери, яка не змочується і не намокає при контакті з водою. Іншими словами, вода на поверхні цього паперу збирається в крапельки і просто стікає, не всмоктуючись (коефіцієнт водопоглинання дорівнює нулю).
Стійка самоочищуюча обробка
Це дивний винахід Лондонського університетського коледжу використовується для нанесення на папір, сталь, скло або інші матеріали. Її «родзинка» - абсолютний опір волозі. Матеріал невразливий перед високою вологістю навіть в разі появи на його поверхні подряпини або тріщини.
Секрет дуже простий - до складу входять наночастки діоксиду титану, які мають яскраво виражені водовідштовхувальні властивості. Крім того, матеріал відштовхує бруд. Хоча в даний момент обробка використовується на поверхнях площею не більше 20-ти квадратних сантиметрів, вчені стверджують, що немає жодної причини, що заважає збільшити цю площу.
Команда завідувача кафедрою хімії Лондонського університету Івана Паркіна розповіла про те, що така обробка буде використовуватися в складі гідрофобізуючих будівельних сумішей і автомобільних фарб. Не виключена можливість створення в недалекому майбутньому міцного самоочисного фасаду для дачного будинку.
Сейсмостійкі матеріали
Дослідники Будівельного Університету штату Міссурі розробили новий спосіб захисту будівельних матеріалів від сейсмічних хвиль, викликаних землетрусом. Це стало можливим завдяки особливій геометричній мікроструктурі матеріалу, що нагадує сталеву пластину. Такі матеріали можуть згинатися під дією сейсмохвиль і поштовхів, не тріскаючись і не руйнуючись.
Механізм цього процесу наступний: відбувається перенаправлення ударних хвиль, викликаних землетрусом або цунамі за рахунок метаматерічного плаща. Цей диво-матеріал може врятувати тисячі життів в Японії, Індонезії і США, де часто відбуваються стихійні лиха (смерчі, цунамі, землетруси). У цьому впевнений ад'ютант-професор механічної та аерокосмічної техніки доктор Гуолян Хуан. Його команда розробила цей сталевий матеріал з нанопластин, при цьому вже ведуться розробки пластмасових матеріалів з аналогічною геометричною мікроструктурою.
Дивовижний графен
Графен є ультратонким і надміцним наноматеріалом, який тільки-тільки надходить в масове виробництво в якості сировини. Адже тільки в 2004 році його вперше розробили в Манчестерському університеті в США. І сьогодні за рахунок інноваційного методу пакетної обробки з'явилася можливість виготовляти більш гладкі і міцніші графенові листи, причому в промислових масштабах. Час виробництва вдалося скоротити з годин до хвилин, а розміри кожного аркуша збільшилися з міліметрів до десятків сантиметрів. При цьому нова технологія виробництва не вимагає використання нового технологічного обладнання або інфраструктури. Про це заявив Девід Бойд, вчений зі штату Калтех і перший автор тези, опублікованої в журналі Nature Communications.
Незважаючи на це, поки графен використовується тільки в малогабаритних архітектурних спорудах, як елементи сонячних батарей або електроприлади.
Нова наноарматура для бетону
Дослідники університету Перд’ю розробили спеціальну добавку в бетон на основі нанокристалів целюлози. Ці кристали добуваються з деревного волокна і є більш надійною арматурою, ніж сталеві прути. Нанокристали целюлози перевершують холоднокатану сталь за такими характеристиками, як:
- Гнучкість;
- Міцність на вигин і стиск;
- Удароміцність.
Для залізобетонних виробів це - нова сторінка в історії. Адже целюлозна арматура потрібна в невеликій кількості для досягнення аналогічного ефекту, який дає сталева арматура. Ця добавка екстрагується як побічний продукт промислового сільського господарства, виробництва паперу та біоенергетики. Додавання цієї речовини, згідно з думкою американських дослідників, підсилює процес відкидання бетону і дозволяє йому більш ефективно використовувати воду, не впливаючи на її щільність і вагу.
На даний момент вже створено перший дослідний зразок целюлозної арматури завдовжки один фут (30,48 см) і діаметром 6 дюймів (152 мм). Професор університету Перд’ю Джеффрі Янгблоуд заявив, що незабаром будуть розроблені і більші елементи. Згідно з його оцінкою, через кілька років можуть послідувати масштабні випробування нового виду арматури для ЗБВ.