Исследователи продолжают разрабатывать новые технологии строительства. Целью является создание прочных, легких, экономичных и устойчивых продуктов. Ниже представлены наиболее перспективные строительные технологии на сегодняшний день.

Умный бетон

умный бетон

Ежегодно потребляется 11 миллиардов тонн бетона. Создание более стойкого материала увеличило бы не только безопасность зданий и дорог, но и уменьшало бы экологические последствия, связанные с производством продукта. К счастью, в последние десять лет исследователи разрабатывают новые технологии для улучшения бетона.

В 2010 году профессор химического машиностроения в Университете Род-Айленда создал новый тип «умного» бетона. Он способен «исцелять» свои собственные трещины. Процесс происходит следующим образом: к бетону добавляются небольшие капсулы из силиката натрия. Они разрываются при образовании трещин, заполняя пустоты веществом, подобным гелю.

Исследователи из Университета Делфта, в Нидерландах, разработали материал, который заполняет трещины благодаря действию бактерий. Микробиолог Хенк Йонкерс поместил лактат кальция с бактериями внутри капсул, смешанных с жидким бетоном.

Когда трещины начинают образовываться, вода проникает в бетон и растворяет капсулы. Бактерии прорастают и питаются лактатом, производя известняк, который заполняет трещины.

Строительство с использованием CO2

Около 30 миллиардов тонн двуокиси углерода (CO2) ежегодно выбрасывается в атмосферу автомобилями и промышленными предприятиями, использующими ископаемое топливо. Ученые работают над возможностью извлечения углекислого газа из атмосферы и превращения его в строительный материал. Исследователи из Массачусетского технологического института использовали с этой целью генетически модифицированные дрожжи.

Исследователи выделили из морского моллюска фермент, отвечающий за строительство раковин, добавили дрожжи и получили твердый карбонат кальция. Новый материал в перспективе будет использоваться в строительной отрасли.

Углеродные нано-трубки

углеродные нанотрубки

1 нанометр равен одной миллиардной части метра. Используя такие методы, как электронно-лучевая литография, ученые и инженеры смогли создать углеродные трубки со стенками толщиной всего лишь 1 нанометр. Длина трубок превышает толщину в миллион раз. Трубки могут встраиваться в металлические, бетонные, деревянные, стеклянные конструкции для повышения их прочности.

Инженеры экспериментируют с использованием нано-размерных датчиков для контроля напряжений в строительных конструкциях, чтобы предотвратить растрескивание.

Прозрачный алюминий

прозрачный алюминий

Прозрачный алюминий ALON ─ один из строительных материалов, используемых в военной промышленности при изготовлении бронированных окон и оптических линз.

С 1980-х годов ученые изучают новый тип керамики, изготовленной из алюминиевого порошка, кислорода и азота. Алюминиевый порошок нагревают в течение 2 дней при температуре 2000 градусов Цельсия, а затем полируют. В результате получается прозрачный стеклянный материал, стойкий, как алюминий.

Водопроницаемый бетон

Загрязнение почвы является серьезной проблемой в городах. В дождливые дни дорожное покрытие предотвращает попадание воды в почву. Когда дренажная система имеет недостаточную пропускную способность, она не справляется с потоком воды, что приводит к наводнениям.

Дождевая вода смывает загрязняющие вещества, осаждаемые на асфальт, такие как бензин и химикаты, направляя их прямо в ручьи и канализацию. Это является причиной загрязнения водных ресурсов. Если загрязненная вода попадает в почву, она в значительной мере очищается микроорганизмами.

Водопроницаемый пористый бетон выступает как одно из решений проблем переполнения дренажных систем и очистки сточных вод. Он изготовлен из щебня и песка, причем от 15% до 35% его объема составляют открытые поры. Водопроницаемые бетонные плиты помещаются на гравий или другой пористый материал, позволяя дождевой воде поглощаться почвой.

Аэрогель

аэрогель

Airgel — одно из самых легких веществ на планете. Его плотность всего в 15 ─ 30 раз больше, чем воздуха. Материал по структуре напоминает пенопласт и может выдерживать нагрузки, в 45 тысяч раз превышающие собственный вес.

Аэрогель изготавливают путем удаления жидкости, содержащейся в геле, при этом остается только структура из диоксида кремния. Материал состоит из воздуха на 90% ─ 99%.

По словам Мартина Ла Моники из новостного сайта CNET, ткань аэрогеля имеет в 4 раза лучшие по сравнению со стекловолокном или пеной теплоизоляционные характеристики. Пока цена материала довольно высокая, но производители работают над ее снижением.

Роботы-термиты

роботы-термиты

Термиты строят свои огромные гнезда коллективно, без иерархической организации или надзора, с помощью генетически запрограммированных поведенческих правил.

Вдохновленные термитами исследователи из Гарварда создали роботов, запрограммированных для совместной работы по строительным проектам. У них есть датчики для обнаружения присутствия других роботов и расхождения с ними. Подобно термитам, у этих роботов нет никаких фиксированных инструкций или контроля со стороны.

Набор датчиков заставляет их, когда они обнаруживают присутствие кирпича, поднимать его и размещать в следующем открытом пространстве на строительной площадке. Таким образом, эти технологии строительства позволяют возводить трехмерные структуры.

3D-печать

3D-печать

3D-печать в строительстве уже используется в Нидерландах, США и Китае. В Бразилии создается первый в стране 3D-бетонный принтер.

В Китае 3D-принтер используется компанией WinSun New Materials для строительства домов социального назначения. Оборудование создает плиты со слоями цемента и строительных отходов для возведения стен.

Компания утверждает, что с помощью этой технологии она может собирать до десяти домов в день по цене 5000 долларов. В дополнение к снижению затрат на строительство 3D-принтер может повторно использовать материалы.

Технологии дорожного строительства

Ученые считают, что в будущем заправочные станции перестанут существовать. Компания в Новой Зеландии уже построила большую «силовую площадку», которая может производить беспроводную зарядку припаркованных электромобилей. Следующая задача — беспроводная зарядка от поверхности дороги при движении автомашин.

Исследователи также пытаются разработать дорожные покрытия, способные поглощать солнечный свет для выработки электроэнергии.

Заключение

Некоторые из описанных технологий уже используются, хотя и в начальной стадии. Другие изобретения находятся на стадии тестирования. Когда они выйдут на рынок и станут экономически доступными, смогут революционизировать строительную отрасль.