Инновационные материалы в строительном материаловедении

Все сферы нашей жизни модернизируются. Строительство новых зданий с  высоким уровнем архитектурно- планировочных  и конструктивных решений обуславливает  интенсивное развитие всех сфер, связанных  со строительством. И строительное материаловедение, как и другие науки не стоит на месте.

Для современного человека одним из главных приоритетов является комфорт  в повседневной обстановке. Эксплуатируемое  здание должно отвечать всем нормативным  требованиям и государственным  стандартам. Поэтому в строительстве  необходимо использовать качественные и в то же время экономичные материалы. Одним из таких широко используемых материалов

Прозрачный бетон и  самоочищающиеся стены - это звучит как научная фантастика, но, тем  не менее, уже реальность. Многочисленные институты и компании разрабатывают новейшие технологии для создания материалов будущего. Внедрение в массовое производство части новых разработок уже состоялось, другие инновации найдут своё применение в строительном секторе в обозримом будущем.

Возьмём, например, прозрачный бетон. Материал уже используется в области дизайна, но производство по-прежнему стоит очень дорого. «В бетоне, участвуют стекловолокна ", говорит Йенс Уве Потт, технический консультант по строительству. "Изготавливаются крупные блоки, которые нарезаются и полируются". Свет проходит сквозь стеклянные волокна в бетонной плите,  рассеивается и отражается от внутренних и внешних поверхностей, создавая эффект прозрачного бетона. На прочность бетона это не влияет. В Германии, прозрачный бетон выпускается компанией Heidelberg Cement AG под названием Luccon.

Предметом исследований и разработок инновации служат стены, которые  чистят себя. "Вы, наверное, хотели бы использовать в строительстве бетон, который отталкивает загрязнения", говорит Йенс Уве Потт. Это, в частности, было сделано путём введения добавок в бетон Tintandioxid. Под воздействием солнечных лучей активируются специальные свойства материала, которые, не позволяют устанавливаться на поверхности плесени, водорослям, мхам и лишайникам.

Еще один шаг вперед, новейшие технологии производства фасадных красок от Bioni. В них добавлены частицы серебра, которые полностью разрушают различные микробные заражения. "В отличие от обычной, эта краска не выцветает и нетоксична для человека", сказал управляющий директор Bioni Свен Кнолл. Федеральное агентство по охране окружающей среды проводит тестирование этих красок в различных климатических условиях.

Некоторые инновации генерируют нанотехнологии. В этой области особое внимание уделяется мельчайшим частицам, из которых состоят материалы. Толщина материалов, разработанных здесь, составляет около одного или нескольких миллионных долей миллиметра, что тоньше человеческого волоса в 5000 раз. Нанотехнологии позволяют избирательно изменять свойства поверхности, чтобы они могли соответствовать практически любой желаемой функции. Такие модифицированные материалы могут также применяться в производстве стекла. Инновации помогают сэкономить в будущем на эксплуатационных расходах, например, таких как мойка окон. Это так называемый эффект лотоса - листья лотоса обладают способностью к самоочищению, при котором попадающая вода смывает грязь.

Производитель стекла Okalux Kapillarglas использует новейшие технологии, но полагается на другие эффекты. Под именем OKAGEL компания продает полупрозрачное стекло, состоящее из двух стеклянных панелей со слоем Nanogel между ними. "Стекло значительно улучшает теплоизоляцию и способно изменять светопропускание", говорит менеджер по продажам Кристиан Шмид. Окно пропускает только четверть света. Стекло может использоваться везде, где существуют требования к рассеянию света, с одновременными повышенными требованиями к тепло- и звукоизоляции. Обеспечить лучшую тепловую защиту окон способен вакуум между стёклами. "Но этот метод имеет свои подводные камни", говорит Шмид, потому что вакуум пока не может быть надёжно сохранен. "При запотевании на стекле конденсируются капельки влаги, которые при удалении ослабляют вакуум. Отрасль имеет большую заинтересованность в этой инновации при производстве стёкол для очков или окон с хорошей вакуумной изоляцией при очень тонких панелях", объясняет он.

Шмид видит хорошие перспективы  для стекла, которое медленно затеняет себя. "Новейшие технологии будут подвергаться серьезным испытаниям и долгим исследованиям в перспективе". Пока производство таких окон для строительства очень сложное. Идея состоит в том, что между двумя слоями стекла размещается прозрачный проводник, который изменяет цвет под воздействием солнечного света или электрического импульса. Особенно проблематичным является долговечность материала. "Мы до сих пор не можем обеспечить необходимые в строительстве гарантии на пять лет", говорит менеджер по маркетингу.

Контроль качества материалов в строительстве является темой  института Фраунгофера строительной физики (МБП) в Штутгарте. Здесь разрабатываются  различные инновации и приложения для радиочастотной идентификации (RFID). Небольшие компьютерные чипы, которые встраиваются в компоненты строительной конструкции, могут хранить информацию о здании, его использование и состояние элементов в отношении, например, к влаге и плесени. В такие чипы можно теперь записать все инструкции по установке. Эта информация могла бы быть необходима, например, для принятия соответствующих мер по исправлению положения конструкции во время монтажных работ при строительстве, а также использоваться для диагностики несколько лет спустя.

Хотя многие из новых  строительных материалов, в настоящее  время еще очень дороги, в перспективе, новейшие технологии позволят снизить  затраты и усилия. 
 
Гибкие композиционные огнезащитные материалы Огракс С, Огракс Л1 и Огракс Л2, выпускаемые в виде рулонов и лент, были специально разработаны для обеспечения взрывопожаробезопасности складов хранения снарядов. На основе исследований и расчетов, проведенных в лабораториях МГУ, совместно с институтами Министерства обороны проведены испытания огнезащитной эффективности указанных материалов для обеспечения противопожарной защиты хранилищ взрывчатых веществ. Установлено, что для защиты от пожара снарядов наиболее эффективно использование ОГРАКС С: два слоя сетки превышают предел огнестойкости деревянной тары для хранения снарядов в сравнении с действующим нормативом в 2 раза.

Указанные материалы  хорошо продемонстрировали свою огнезащитную эффективность при использовании  в составе гибкой конструкционной огнезащиты.

Огнезащитные листы  и сетки на основе огнестойких  волокон могут иметь практически  неограниченную область применения в качестве различных укрывных материалов, основы для штукатурок в пожароопасных  помещениях, огнестойких преград  для заполнения пустот, огнезащиты кабелей. Разработка получила Золотую медаль и Диплом «За лучшее техническое решение» Салона инноваций – 2007.

Несомненными достоинствами  этих материалов являются:

- быстрота монтажа огнезащиты на объекте;

- отсутствие грязи на объекте при проведении огнезащитных работ, высокий уровень культуры производства;

- удобство обеспечения заданных толщин огнезащиты, а также надежность и достоверность их контроля;

- возможность легкого демонтажа огнезащиты при осмотре и ремонте.

защиты высотных зданий занимает огнезащита кабелей. В соответствии с потребностями предприятий энергетики и ЖКХ разработаны огнезащитные материалы, которые обеспечивают надежную защиту для разных условий эксплуатации кабелей. Главные преимущества огнезащитных покрытий терморасширяющегося типа Огракс® :

- соответствие лучшим мировым аналогам по толщине слоя, что важно для эксплуатационных характеристик кабелей и затрат потребителей на обеспечение безопасности;

- долговечность сохранения огнезащитных характеристик в соответствии требованиям норм ЕС.

Ускоренные климатические испытания показали, что эксплуатационные свойства огнезащитных покрытий Огракс® сохраняются в течение 25-30 лет.

Противопожарные перегородки, двери и кабельные проходки разных видов (временные и постоянные) с использованием минеральных плит, огнезащитных материалов терморасширяющегося типа разработаны и производятся компаниями НПО Унихимтек и ЗАО Теплоогнезащита.

Расчеты по требуемой  огнезащите, проектно-сметная документация и установка противопожарных  преград проводится обученными специалистами на основе отечественных норм и исследовательской базы МГУ.

Перспективные конструкционные  и композиционные материалы на основе минеральных волокон для комплексной  безопасности в строительстве

В настоящее время  в мире в гражданском и промышленном строительстве находят все более широкое применение конструкционные и армирующие материалы на основе непрерывного стекловолокна, в том числе стеклопластики, армирующие сетки и др. волокнистые материалы.

Для развития новых направлений инновационного бизнеса в области материалов, создания научной и сертификационной базы организации производств новых видов продукции ЗАО Унихимтек с участием МГУ им. Ломоносова учрежден Институт новых углеродных материалов и технологий (далее ИНУМиТ),лаборатории которого оснащены самым современным исследовательским и сертификационным оборудованием. В настоящее время в институте ведутся разработки новых композиционных и конструкционных материалов, в том числе для обеспечения безопасности высотного строительства. На базе химического факультета МГУ с участием ИНУМиТ создается программа подготовки высококвалифицированных менеджеров инновационных проектов в области материаловедения с совместным дипломом МГУ и Аахенского университета (Германия).

Стекловолокно это строительный материал нового времени, обладающий высокими физико-механическими свойствами, который способен улучшить процесс производства и эксплуатации строительных материалов, а также модернизировать инфраструктуру строительства.