Анжелина Штимм. Все мы с детства помним, как в сказке о трех поросятах волк в одночасье разнес соломенную хижину Ниф-Нифа. Сегодня дом из соломы может быть не только прочным, но и весьма престижным жилищем. Индустрия строительных материалов не стоит на месте, и во главу угла становятся новые требования: экологичность, легкость, простота использования и уникальность.

Ученые всего мира стараются удивить нас новыми материалами для строительства, используя за основу продукты переработки, отходы, различные растения и т. д. Сегодня мы начнем экскурсию в мир уникальных строительных материалов, которые, может, и не станут для нас традиционными, но в любом случае заслуживают внимания.

Напечатаем – будем жить

В последние годы строители и архитекторы все чаще обращаются к технологиям 3D-печати.

Так, британский университет Лафборо совместно со шведской строительной компанией Skanska и архитектурной фирмой Foster + Partners начал разработку технологии 3D-печати из бетона. Предлагаемая ими технология поможет формировать любые, в том числе и сложные структуры, которые невозможно возвести стандартными методами. К примеру, инновационный бетонный 3D-принтер обеспечивает возможность возводить части стен нового здания с полностью интегрированной электрической проводкой или установленными водопроводными трубами.

Вместо привычных нескольких недель реализация такой работы может занимать буквально несколько часов. Исследователи предпочитают не раскрывать подробности своего нового проекта, в том числе его технические характеристики, например, толщину и разрешение слоя, скорость печати. Впрочем, партнеры разработчиков подчеркивают, что инновационное оборудование на строительном рынке будет представлено в очень скором времени.

Недавно в Нидерландах появилось еще одно заманчивое устройство – 3D-принтер-манипулятор, который может строить бетонные конструкции из специального типа бетона. Разработала этот строительный 3D-принтер голландская компания CyBe Additive Industries.

Новый робот-манипулятор ProTo R 3DP разрабатывался с нуля, на основе постоянного экспериментирования. Он имеет диапазон действия 3,15 м во всех направлениях и способен выдавливать цемент со скоростью 175 мм/сек из печатающей головки диаметром 30 мм. Таким образом, толщина каждого слоя цемента составляет 30 мм.

К сожалению, состав бетонного раствора пока держится в секрете, но компания утверждает, что материал отвердевает в течение нескольких минут, а процесс гидратации завершается в течение 24 часов.

Итальянская фирма Wasp также решила исследовать потенциал использования аддитивного производства, объявив о разработке массивного 3D-принтера, способного строить дешевое жилье из доступного материала – глинистого раствора.

Технология строительства глинобитных домов, по мнению дизайнеров Wasp, идеально подходит для быстрого возведения жилья в бедных и развивающихся странах, где нельзя использовать традиционные формы строительства.

Строительный экструдер жидкой глиняной массы составляет около 6 метров в высоту и способен печатать структуры высотой до 3 метров. По размеру он похож на 3D-принтер, использованный китайской компанией в начале этого года для строительства 10 домов менее чем за сутки.

Для печати домов компания уже подготовлена и протестирована строительная смесь на основе глины. Пока неизвестно, будут ли доступны для розничной продажи строительные 3D-принтеры от Wasp. Но главным преимуществом нового устройства они называют возможность использования в качестве материалов, то, что находится под ногами и имеет «нулевую стоимость»: глина, песок, натуральные волокна. Сам принтер может быть построен двумя людьми всего за пару часов. Компания продемонстрировала прототип устройства на выставке Maker Faire в Риме. Интересно, что дизайн структуры стен глинобитного дома вдохновлен глиняными гнездами, которые строят роющие осы.

Выпускники Гарварда создали недорогую модульную 3D-печатную кровельную систему. Проект, который называется Resilient Modular Systems, подразумевает создание и развитие 3D-печатной альтернативы гофрированной железной кровле. Молодые ученые разрабатывают новые строительные материалы из переработанного пластика и умную технологию строительства кровли, исключающую использование гвоздей и шурупов, основанную на системе защелкивания, подобной LEGO. Уже разработан первый комплект двух 3D-печатных прототипов кровельных деталей из переработанного пластика: плита размером 1,2 м х 1,2 м, и брусок, который может быть использован для заполнения отверстий и выполнения ремонта кровли. Эти 3D-печатные компоненты полностью взаимозаменяемы и могут соединяться друг с другом в различных направлениях и сочетаниях, что обеспечивает неограниченные возможности для модификации кровли.

По принципу костей

Американские ученые-технологи предположили, что в будущем здания можно будет строить из очень прочных материалов, похожих по своей структуре на человеческие кости. Благодаря разработкам, основанным на строении человеческих костей, технологи создали 3 суперматериала.

Кости человека состоят из микрослоев коллагена, из которого сделаны сухожилия, и гидроксиапатита, из которого сделаны зубы. Соединяясь вместе, они создают более мощную структуру, напоминающую кирпичи и цемент. Благодаря этому кости могут выдерживать очень большие нагрузки.

Аналогичные принципы исследователи применили к 3 синтетическим материалам, используя при этом трехмерный принтер для придания послойной компоновки. Полученный материал оказался более чем в 20 раз прочнее, нежели каждый отдельно взятый. По словам американских ученых, применяя эти компоненты в архитектуре при будущем строительстве, можно будет построить более эффективные здания, затратив при этом меньше энергии.

Лифт из «Шоколадной фабрики»

Конструкция лифта остается неизменной на протяжении вот уже пары сотен последних лет. Инженеры работают над созданием более совершенной конструкции и регулярно предлагают разнообразные решения и способы совершенствования лифта.

Одной из самых интересных разработок стала технология, представленная специалистами немецкого конгломерата ThyssenKrupp. Это принципиально новая концепция лифта, которую с уверенностью можно назвать революционной. Внешне и по принципу работы она напоминает лифт из фильма «Чарли и шоколадная фабрика». Инновационная конструкция лифта позволяет кабинам двигаться и горизонтально, и вертикально, причем по одной и той же шахте и в одно и то же время.

Специалисты немецкой компании ThyssenKrupp дали своей новой разработке лаконичное название Multi. Инженеры позиционируют разработку как первую в мире подъемную систему бескабельного типа. В соответствии с утверждением разработчиков, новая система функционирует на основе, так называемой технологии магнитной левитации.

Лифт системы Multi в движение приводится при помощи специального магнитного двигателя.

Зеркала для охлаждения

Специалисты из Стэнфордского университета разработали принципиально новый многослойный и ультратонкий материал на основе нанофотонов, который обладает способностью не просто отражать, но еще и направлять тепло обратно в атмосферу. Таким образом, охлаждается не только здание, но и вся планета. Покрытие способно реагировать на инфракрасные лучи в световом спектре, а также отражать солнечные лучи по принципу зеркала.

Уникальный процесс, которому инженеры дали название радиационного фотонного охлаждения, напрямую зависит от качества и специфики покрытия. Покрытие же, в свою очередь, выполняется на основе смеси диоксида кремния и оксида гафния. Вещества особым способом распыляются по тонкому серебряному слою. Всего покрытие состоит из семи слоев. Его толщина составляет порядка 1,8 микрона, что гораздо меньше, чем, например, толщина алюминиевой фольги.

В жаркий летний день оно способствует эффективному отражению лучей солнца обратно в атмосферу и в то же время отводит излишки тепла из постройки. Здание охлаждается летом, а в зимние месяцы тепло остается в помещении. Специалистам удалось варьировать состав инновационного покрытия таким образом, чтобы оно охватывало инфракрасное излучение, в том числе и на участке вокруг здания, после чего направляло его вместе с лучами солнца прямо в космос.

Покрытие обладает способностью отражать порядка 90 процентов всего солнечного света. В комбинации с радиационным фотонным охлаждением оно обуславливает снижение показателей температуры любого объекта в отношении воздуха почти на пять градусов. Впрочем, специалисты подчеркивают: невзирая на многообещающие и перспективные результаты испытаний в условиях лаборатории, инновационное покрытие к настоящему моменту еще не готово для полноценного коммерческого использования. Причина: недостаточно высокая рентабельность производства массивных панелей с покрытием.

Водоросли как кондиционер

Оригинальная конструкция из водорослей, привлекающая к себе всеобщее внимание, установлена на участке путепровода, проходящего над автомобильной магистралью в швейцарской Женеве. Она выполняет крайне важную, полезную и практичную функцию: поглощает внушительные выбросы углекислого газа от проезжающих машин и очищает воздух.

Полноценная городская ферма, на которой выращиваются эти морские водоросли, - разработка, принадлежащая специалистам из Голландии и Франции. Она была спроектирована и оснащена силами компании Cloud Collective и стала одной из нескольких очень интересных инсталляций, представленных в рамках известного фестиваля Villes et Champs.

Речь идет о ферме, которая имеет не совсем обычную конструкцию. Она состоит из многочисленных труб, выполненных из прозрачного материала. Трубы заполнены морскими водорослями. Водоросли, как известно, питаются углекислым газом - тем самым, который в атмосферу выбрасывают автомобили. Представленная инсталляция является более чем наглядной демонстрацией того, что даже крайне сложные условия современного мегаполиса вполне можно использовать для чего угодно, в том числе для выращивания биологической массы и для ее использования в разных отраслях промышленности.

Джинсовые панели

Известная американская компания TorZo Surfaces разработала и представила на рынке принципиально новый продукт – панели для внутренней и внешней отделки из текстиля. Разработчики отмечают, что в составе нового строительного материала содержится порядка 80 процентов старых джинсов и обрывков джинсовой ткани. Текстиль обрабатывается акриловой смолой, но, в отличие от стандартной пропитки такого типа, акриловая смола в данном случае является нетоксичной и, как следствие, совершенно безопасной для здоровья человека и окружающей среды. Кроме того, в производстве используется так называемый инфузионный процесс. Именно благодаря ему смесь, полученная в результате переработки денима, приобретает особую долговечность. А устойчивость к истиранию, к износу - это свойства, которые, как известно, изначально характерны для денима. Недаром джинсы считаются самой прочной и долговечной одеждой. Примечательно, что выпуск отделочных строительных панелей из денима уже практически налажен. Инновация даже получила название - не мудрствуя лукаво, разработчики решили назвать марку Denim. В настоящее время на производствах компании выпускаются отделочные панели в одном размерном варианте - 60 на 120 на 1,24 сантиметра. Они, как отмечают разработчики, идеально подходят для облицовки пола и стен в зданиях различного назначения.

Из дерева и соломы

На рынке появился уникальный строительный материал - качественные, полностью готовые к установке структурно-изолированные панели (СИП), выполненные из доступных, быстро возобновляемых натуральных материалов: дерева и соломы. Разработку представили специалисты литовской компании Eco Cocon, которая работает в сфере производства экологичных строительных материалов.

Обычная солома, уровень влажности которой не превышает 15 процентов, устанавливается между двумя рамами. Процесс установки осуществляется в соответствии со специфической технологией, которая является интеллектуальной собственностью компании. Специалисты утверждают, что аналогов этой технологии в мире к настоящему моменту нет. Степень сжатия этого натурального материала в условиях компоновки может доходить до показателей в 120 килограммов на кубометр. Примечательно то, что даже в таких условиях солома сохраняет разнонаправленность своей структуры. Это, в свою очередь, обеспечивает ей достаточно высокие теплоизоляционные характеристики, причем ими обладают все без исключения панели. Для отделки панелей требуется почти в два раза меньше обычной штукатурки.

Среди ключевых преимуществ, которыми характеризуются структурно-изоляционные панели, представленные специалистами Еco Сocon: удобство и оперативность установки. Как отмечают разработчики технологии, всего четыре обычных строителя могут возвести и установить стену в 100 квадратных метров всего за два дня. Примечательно, что строительные панели друг с другом соединяются максимально плотно, без необходимости в использовании специфических инструментов.

Кирпич из золы

Томские ученые разработали уникальный строительный материал, не имеющий аналогов в мире. Смесь глины, песка и золы — эти составляющие стали основой для нового керамического кирпича с уникальными свойствами. Такой кирпич гораздо прочнее, чем обычный, он более легкий, поэтому может даже плавать в воде, а коэффициент его теплопроводности гораздо ниже, чем у обычного кирпича, поэтому он годен к строительству высотных зданий.

Умные окна

Исследователи из Испанского национального исследовательского совета (CSIC) недавно объявили о разработке нового стекла, которое позволит автоматически контролировать количество проходящего через стекло света. Эта технология может быть активирована в течение нескольких секунд с использованием переключателя, запускающего химические и физические реакции, в результате которых прозрачное стекло становится абсолютно непрозрачным.

Метод, запатентованный CSIC и разработанный командой исследователей из Мадридского института материаловедения, основан на применении тонких пленок очень пористого материала в качестве покрытия стекла.

Под воздействием влажного или сухого воздуха эти пленки изменяют свою оптическую передачу, тем самым «переключаясь» между прозрачным и непрозрачным состоянием.

Одним из основных преимуществ новой технологии является низкая стоимость изготовления «умного» стекла, всего лишь несколько центов евро за один квадратный метр готового изделия, которая достигается за счет использования недорогих и доступных материалов. Это позволит наладить широкое производство подобных изделий по разумной цене.

Штукатурка, регулирующая влажность

Специалисты известной швейцарской компании Sto AG при участии федеральной лаборатории по материаловедению и технологиям Empa разработали инновационную штукатурку для стен, использование которой позволяет сократить риск появления конденсата на стенах до минимума и, как следствие, избежать появления на стенах домов грибка. Штукатурка способна эффективно поглощать влагу прямо из воздуха: порядка 90 граммов водяного пара на один квадратный метр.

Для достижения необходимых показателей поглощения влаги инновационную штукатурку следует наносить на стены слоями определенной толщины - не более двух сантиметров. Соблюдение этой рекомендации позволяет существенным образом сократить риск появления конденсата на стенах, характеризующихся низкой температурой. Штукатурка, регулирующая уровень влажности, по сути «вытягивает» избыточный объем влаги из воздуха, которым наполнено помещение, а обратно выпускает его только спустя несколько часов.

Новая технология уже заинтересовала ведущие предприятия, занимающиеся выпуском отделочных материалов, что неудивительно: принципы производства и эксплуатации штукатурки в полной мере удовлетворяют требованиям к правилам проведения современного «зеленого» строительства.