Незважаючи на те, що будівельні технології розвиваються, у будівельній сфері продовжують використовувати традиційні будівельні матеріали. За останні роки не було жодного грандіозного прориву в галузі нових будівельних матеріалів, який би масово змінив підхід до сучасного будівництва.
Усі розуміють, що створення новітніх будівельних матеріалів із поліпшеними показниками міцності, гнучкості та зносостійкості дасть змогу архітекторам втілювати свої найсміливіші задуми. Але в будівельній сфері не поспішають інвестувати в нові матеріали, віддаючи перевагу тому, що перевірено століттями.
І все ж дослідження в галузі нових матеріалів відбуваються постійно і деякі з таких матеріалів цілком змогли б конкурувати з цеглою, деревиною, або звичайним бетоном.
Отже, які ж будівельні матеріали, можливо, будуть використовуватися при будівництві міст майбутнього?
Графен
Графен - це тонка площина графіту, утворена шаром атомів вуглецю завтовшки в один атом, які утворюють гексагональну двовимірну кристалічну решітку.
Цей матеріал має унікальні властивості. При неймовірній легкості він має набагато більшу міцність і жорсткість, ніж сталь і вуглецеве волокно.
Графен поки що не використовується в будівництві, хоча його можна було б використовувати в поєднанні з традиційними матеріалами для створення конструкцій, які неможливо уявити сьогодні. Але до теперішнього часу немає технології отримання графена в необхідних для будівництва кількостях. Найпопулярніший процес виготовлення графена вимагає великих витрат енергії на відділення моноатомних шарів.
Окріджська національна лабораторія (Oak Ridge National Laboratory) у США розробила новий спосіб отримання графена з використанням технології, відомої як хімічне осадження з газової фази.
Керівник команди, яка працювала над цим проєктом, сказав, що це відкриття «значно розширить спектр можливих застосувань графена». Наступний крок - зменшити вартість і розширити виробництво, що уможливить ширше використання цього матеріалу.
«Бальса» з вуглецевого волокна
Бальсове дерево цінується за його неймовірно легку деревину, проте воно досить дороге. Команді вчених з Гарвардського університету вдалося створити безпрецедентно легкий і міцний композитний матеріал зі структурою, що нагадує стільники, який зможе замінити деревину бальсового дерева.
Для виготовлення цього синтетичного замінника використовується армована вуглецевими волокнами термозатверджувальна епоксидна смола та екструзійний 3D-друк. Ця технологія дає змогу створювати з епоксидної смоли і вуглецевих волокон стільникові структури.
У результаті отримано новий матеріал, який може повністю замінити бальзове дерево. Він буде не тільки дешевшим, а й усуне проблеми, пов'язані з неоднорідністю волокон дерева, яка ускладнює його використання там, де потрібна висока точність.
Синтетичний павуковий шовк
Павуковий шовк - один із найдивовижніших природних матеріалів, висока міцність якого за відносно низької щільності робить його міцнішим, ніж така сама за вагою кількість сталі. Вчені давно намагаються створити його синтетичну версію, але природа його властивостей залишалася таємницею до останнього часу.
Команда дослідників із Массачусетського технологічного інституту (Massachusetts Institute of Technology) для створення штучного павутиння використовувала технології 3D-друку.
«Ми на шляху до математичного опису механізму, що робить павутину такою міцною», - каже вчений-дослідник Чжао Цин (Zhao Qin).
«Вугликислоцемент»
Американські вчені з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA) розробили технологію отримання нового будівельного матеріалу з вуглекислого газу. За технічними характеристиками новий матеріал схожий на бетон.
Як основний компонент для такого бетону використовується двоокис вуглецю, що викидається в атмосферу електростанціями.
Новий матеріал назвали CO2NCRETE (слово утворено з хімічної формули вуглекислого газу CO2 і слова concrete - цемент). До речі, саме з виробництвом традиційного бетону пов'язано близько 5% усіх викидів вуглекислого газу у світі.
Вчені припускають, що новий матеріал поліпшить ситуацію із забрудненням повітря, оскільки в процесі його виробництва не утворюється шкідливих викидів і навіть більше - утилізується двоокис вуглецю, що надходить у повітря від електростанцій.
Експериментальні зразки «вугликислоцементу» зараз виготовляють в університетській лабораторії. Суміш із вуглекислого газу та вапна поміщають у 3D-принтер і друкують із нього матеріал. Паралельно автори розробки вивчають можливість масштабного виробництва CO2NCRETE для будівництва.
«Зелений» бетон
Як бачимо, нові будівельні матеріали розробляють не тільки з метою підвищення міцності або легкості, а й також для поліпшення екології.
Команді з Технологічного університету MARA (Universiti Teknologi MARA) в Малайзії вдалося створити бетон, який вони назвали «green-mix concrete» (зелений бетон).
«Зелений» бетон виготовляється з традиційних інгредієнтів, змішаних з відповідними відходами і вторинною сировиною. Цей економічний і екологічний замінник за властивостями не поступається оригіналу. Серед матеріалів, які використовуються для його виробництва - зола-винос, заповнювачі з вторсировини і волокна з алюмінієвих банок.
Штучна деревина
Деревина належить до числа основних будівельних матеріалів. Збільшення будівельних обсягів призводить до значного збільшення споживання деревини, що, своєю чергою, призводить до виснаження лісосировинних ресурсів. Тому розробка нових матеріалів, здатних у майбутньому замінити деревину, вельми актуальна.
Японські вчені заявили, що їм вдалося створити штучну деревину, яку можна використовувати навіть під час будівництва Міжнародної космічної станції.
Дослідники з університету Міє виявили спосіб вилучення лігніну - досить сильного клею - з натурального дерева. Якщо його з'єднати з папером і деревними стружками, вийде новий матеріал ідентичний деревині, але міцніший і без річних кілець. На розробку цієї речовини пішло 20 років.
Якщо проєкт буде схвалений японським міністерством освіти, науки і технології, університет отримає на подальшу розробку промислової технології 571 мільйон доларів.
Давно було відомо, що лігнін є сильною клейкою речовиною, але нікому не вдавалося знайти спосіб вилучення його з деревини зі збереженням клейкості. Раніше його просто розглядали як небажаний продукт при виробництві паперу, який можна було видалити з деревини, зануривши її в лужний розчин.
Інший спосіб отримання штучної деревини запропонувала група вчених під керівництвом Шу-Хун Ю (Shu-Hong Yu) з Хефейської національної лабораторії фізичних наук. Як аналог лігніну вони використовували резольну і меламінформальдегідну смоли. Такі смоли мають схожу на лігнін поліфенольну структуру. Змішуючи зі смолою хітозан і оцет, вчені отримали новий вид полімерного матеріалу, який нагадує за своєю структурою деревину, але має кращі характеристики міцності, вогнестійкості та водостійкості.
Залишається питання розробки технології промислового виробництва нового матеріалу.
Штучна деревина з сільськогосподарських відходів.
Сільськогосподарські відходи мають великі перспективи в розробці нових будівельних матеріалів.
Так, наприклад, американська компанія TruGrain застосовує для виробництва будівельних матеріалів новий вид екоматеріалу Resysta. Матеріал відтворює вигляд тропічної деревини, але має більш високу зносостійкість і довговічність.
Цей матеріал виготовляється з сільськогосподарських відходів - 60% рисового лушпиння з додаванням синтетичного пластикового полімеру і звичайної солі. Отриманий композит можна переробляти, а його експлуатаційний термін становить щонайменше 25 років, упродовж яких він не тріскатиметься або не змінюватиме колір.
Вогнестійкий матеріал стійкий до ультрафіолетового випромінювання, впливу хлорованої або солоної води, комах або грибка.
Різні профілі з нового матеріалу виробляють у США методом екструзії. Їх можна використовувати для підлог, терас і фасадів або для виготовлення садових меблів.
Матеріал обробляється так само, як і деревина: його можна пиляти, свердлити, полірувати, покривати олією або фарбою.
STARTUP NEWS