Инновационные материалы в строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЧЕБОКСАРСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) МОСКОВСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Кафедра: Строительное производства

Курсовая работа

На тему «Инновационные материалы в строительстве»

Выполнил студент гр.183-ЧО81 Лаврентьев. В.Н.

Проверил: доцент: Автономов. А.Н.

г.Чебоксары.2022

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОЛУОРГАНИЧЕСКИЕ БЕТОННО-КИРПИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1.1 Самовосстанавливающийся бетон

1.2 Гибкий бетон

1.3 Кирпичные блоки из песка и бактерий

1.4 Строительные материалы из углекислого газа

2. ДЕКОРОТИВНО-ДИЗАЙНЕРСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1 Прозрачная древесина

2.2 Дизайнерский материал woodskin

2.3 Жидкое дерево

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Появление инновационных технологий в производстве и строительстве неотъемлемая закономерность научного прогресса. Целью создания новых или модернизация страх технологий является потребность человека в более дешёвом, экологичном и надёжном материале.

В наше время осуществляются все больше и больше научных открытий, которые в будущем могут оказать большое влияние на строительную индустрию. В данном реферате я выбрал наиболее интересные, на мой взгляд, материалы, созданные путем микробиологических и химическими способами.

1. ПОЛУОРГАНИЧЕСКИЕ БЕТОННО-КИРПИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1.1 Самовосстанавливающийся бетон

Бетон используется в качестве строительного материала уже более 6000 лет, со времён Древней Месопотамии. И до сих пор он - самый популярный строительный материал, позволяющий быстро возводить здания различных форм, и даже использовать для этого технологии 3D-печати. Обычно для зданий используется железобетон - комбинация из металлической арматуры и бетона.

Недостаток бетона в том, что со временем в нём появляются трещины. Когда внутрь через них проникает вода, арматура ржавеет и конструкция теряет прочность. Зимой замерзающая в трещинах вода расширяет их и ускоряет процесс износа. Сейчас с этим борются, используя различные покрытия и пропитки, и добавляя лишнюю арматуру в попытках уменьшить нагрузку на бетон.

*Хенк Джонкерс из Делфтского технического университета разработал систему, позволяющую автоматически заделывать трещины в бетоне. При изготовлении в качестве одного из ингредиентов материала используют капсулы, содержащие бактерии и питательные вещества. В обычном состоянии бактерии неактивны. После того как в бетоне появляется трещина, поступающая внутрь вода растворяет капсулы и вызывает бактерии к жизни. В процессе жизнедеятельности они вырабатывают известняк, который закупоривает трещины.*

И всё равно, рано или поздно приходится проводить долгий и дорогостоящий ремонт бетонных строений. А строения, находящиеся, например, под водой, или хранящие внутри вредные материалы (ядовитые отходы производств, радиоактивные отходы) вообще очень сложно или невозможно ремонтировать.

В 2006 году строитель-технолог обратился к микробиологу Джонкерсу с вопросом, нельзя ли приспособить бактерии для создания самовосстанавливающегося бетона. Ему удалось решить эту задачу за три года - а это было довольно сложно. Бактерия должна выживать в очень жёсткой среде - бетон похож на камень, он сухой, и к тому же он очень щёлочной. Бактерии нужно как-то выживать внутри материала годами.

Джонкерс обратился к бактериям рода бацилл, которые могут существовать в щёлочной среде, а их споры десятилетиями выживают без еды и воды. Оставалось только обеспечить им питание. Простой сахар уменьшил бы прочность бетона. После долгих поисков было решено использовать лактат кальция, и заключить бактерий вместе с их едой в капсулы из биоразлагаемого пластика.

Вода, попадающая в щели, растворяет пластик, и бактерии начинают размножаться, кушать лактат кальция и вырабатывать известняк. Поскольку этот процесс происходит в тех местах, где появились трещины, известняк закрывает их, предотвращая дальнейшее разрушение бетона.

Это изобретение может открыть новую страницу в строительстве, позволяя строить здания, мосты и другие сооружения, которые будут стоить дешевле в строительстве, потребуют гораздо меньше ремонта и прослужат гораздо дольше.

1.2 Гибкий бетон

Ученые из Сингапура создали материал с прочностью металла и в два раза большей гибкостью, чем у обычного бетона.

В состав смеси ConFlexPave входят полимерные микроволокна, которые кроме гибкости повышают и сцепление с покрытием. Ученые из Наньянского технологического университета добились универсальной формулы, что позволяет добавлять в бетон разные композиты в зависимости от задач и условий участка.

Новый вид бетона подойдет для дорожного покрытия на замену существующим бетонным плитам. Панели ConFlexPave легче и прочнее, а значит, их быстрее устанавливать и менять в случае износа. Кроме уменьшения заторов из-за дорожных работ гибкий бетон в будущем поможет решать и конструктивные проблемы. Следующие три года ученые потратят на испытания и вывод смеси в массовое производство.

Первые гибкие бетоны появились порядка 10 лет назад под общим названием Engineered Cementitious Composites (ECC). Новый класс композитных материалов использует в составе микроскопические полимерные волокна, которые не схватываются намертво, а наоборот под давлением скользят относительно друг друга. Поэтому нагрузки на растяжение такой материал переносит без слома и деформаций.

Трещины все-таки появляются и в гибком бетоне, только значительно меньшего масштаба, что позволяет структуре восстанавливаться самостоятельно. Это особенно важно в случаях коррозии арматуры, из-за которой бетон буквально сыпется при расширении металлических прутьев. ЕСС-бетоны справляются с коррозией намного лучше, выдерживая трехкратную нагрузку без существенных деформаций, что делает их особенно эффективными в железобетонном каркасе и конструкциях дорожной инфраструктуры. бетонный кирпичный песок древесина

1.3 Кирпичные блоки из песка и бактерий

Как известно, при производстве даже простых и общеупотребительных строительных материалов, таких как бетон, асфальт и кирпич, тратится огромное количество энергии и ресурсов, поэтому строительство считается одной из самых загрязняющих окружающую среду отраслей. Но недавно промышленный дизайнер Джинджер Криг Досир представила новую инновационную технологию изготовления стандартных кирпичных блоков - с помощью выращивания из песка и бактерий.

Созданная дизайнером стартап-компания Biomason на днях получила 500000 евро в качестве приза от Международного конкурса Postcode Lottery Green 2013, которые планируется направить на продолжение разработки новой технологии.

В качестве основы для создания кирпичей Досир использует песок, как самый распространенный на Земле и дешевый материал. Затем разводится жидкий цементирующий раствор, в котором содержатся бактерии, являющиеся средой для формирования кристаллов, источник азота, питательные вещества для бактерий, источник кальция и вода. Таким раствором поливается слой песка в форме в течение пяти дней, до тех пор, пока не образуется твердый материал. Как только питательные вещества и вода заканчиваются, бактерии погибают. Оставшийся раствор затем полностью перерабатывается в замкнутой системе для последующего использования, что позволяет сохранить водные ресурсы, а побочные продукты жизнедеятельности бактерий можно использовать в качестве удобрения.

В настоящее время Досир работает с компаниями в США и ОАЭ для расширения и усовершенствования процесса выращивания кирпичей. Так, было обнаружено, что этот процесс аналогичен методу выращивания растений в теплицах, что, по мнению дизайнера, поможет значительно упростить разработанную ею технологию и быстрее внедрить в производство.

1.4 Строительные материалы из углекислого газа

Австралийцы создали новый способ борьбы с глобальным потеплением: преобразование углекислого газа в кирпичи и другие стройматериалы.

Технология предполагает перманентную трансформацию углекислого газа в твёрдые материалы. Система действует следующим образом: диоксид углерода «вылавливают» из отходящих газов, а затем соединяют с низкосортными минералами (например, с силикатом магния или кальция). Так СО2 превращается в твёрдое вещество, которое становится основой стройматериала.

Созданные австралийцами кирпичи можно использовать даже в рамках самых ответственных проектов, требующих повышенного качества строительных материалов. Эффективность механизма уже была доказана в ходе лабораторных испытаний.

Австралийцы бились над этим проектом на протяжении шести лет, в результате чего в Австралии началось строительство завода при поддержке компаний GreenMag Group, Mineral Carbonation Internationa и Orica. Данный завод будет предназначен для демонстрации совершенно новой технологии, позволяющей очень эффективно уменьшать концентрацию СО2 в атмосфере Земли.

Завод будет располагаться на территории Ньюкаслского Университета в городе Ньюкасл-апон-Тайн. Компания Mineral Carbonation International вложит 9 миллионов долларов в на создание нового объекта.

2. ДЕКОРОТИВНО-ДИЗАЙНЕРСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1 Прозрачная древесина

Дерево вскоре может вернуть себе статус одного из самых популярных строительных материалов. Правда, речь не об обычной древесине, а о прозрачной, созданной сотрудниками Королевского технологического института в Стокгольме. Она не только пропускает свет, но и помогает помещениям сохранять тепло.

Как отмечает Science Daily, исследования заняли несколько лет. Три года назад команда доказала, что прозрачная древесина превосходит стекло по теплоизоляционным характеристикам. В своей новой работе исследователи дополнительно усилили эти свойства.

Как и три года назад, сначала исследователи удалили из древесины лигнин -- компонент клеточных стенок, поглощающий свет. Затем материал пропитали акрилом.

В результате древесина стала достаточно прозрачной, чтобы пропускать солнечный свет.

Затем материал пропитали полиэтиленкгликолем -- полимером, который аккумулирует тепло и при этом обладает высоким сродством к древесине. Это твердое вещество, плавящееся при температуре 28°С.

В солнечный день прозрачная древесина, пропитанная полиэтиленгликолем, будет поглощать тепло, охлаждая помещение. Ночью полимер начнет затвердевать и отдавать накопленную за день энергию.

Механические свойства прозрачной древесины позволяют выдерживать высокие нагрузки, что делает ее перспективным строительным материалом. Кроме того, она намного экологичнее, чем пластик, бетон и стекло. И дерево, и полиэтиленгликоль биоразлагаемы, так что отслужившие свой срок деревянные панели будет легко утилизировать.

Проблема может возникнуть лишь с акрилом, но его ученые планируют заменить другим материалом.

Теперь исследователям предстоит масштабировать технологию, чтобы сделать возможным масштабное производство прозрачной древесины. Авторы разработки рассчитывают, что новый материал начнет применяться в строительстве уже через пять лет.

Ранее свой вариант прозрачной древесины представили исследователи из Китая. Они также удаляли из дерева лигнин, но делали это более экологичным способом. Новый подход позволил создать более крупные, толстые и прозрачные деревянные панели, чем когда-либо. Если тесты подтвердят прочность материала, для начала из него будут строить теплицы.

2.2 Дизайнерский материал woodskin

Итальянская дизайн-студия MammaFotogramma представила гибкий материал с покрытием из древесины. Материал, названный WoodSkin, изготовленный с использованием станка с ЧПУ, может принимать любые абстрактные архитектурные формы

WoodSkin представляет собой сэндвич-плитки треугольной формы. В качестве наружных слоев использована финская фанера, а сердцевину составляют композитный нейлон и полимерная сетка. Все три компонента склеиваются между собой и спрессовываются для увеличения прочности. Затем наружные фанерные слои полученной сэндвич-панели подрезаются на станке с ЧПУ на небольшие треугольники, при этом текстильная сетка между ними не дает им распасться.

Самым главным достоинством нового материала является адаптация под требования проекта заказчика. Он может указать размер треугольников, геометрию и плотность в пределах сэндвич-листа, а также выбрать желаемую толщину древесины (от 4 мм до 30 мм).

WoodSkin выпускается как в листах, так и в рулонах. Материал может быть соединен между собой для создания больших по площади и непрерывных поверхностей. При формировании архитектурной структуры стабильность материала достигается посредством изгибов и складок, в некоторых случаях для дополнительной прочности и устойчивости могут быть использованы поддерживающие стойки.

В качестве финишной отделки готовой конструкции могут быть использованы различные отделочные и гидроизоляционные материалы. MammaFotogramma также изучает возможность выпуска WoodSkin с поверхностью из других, отличных от фанеры, материалов, не модернизируя технологические линии производства.

В настоящее время дизайнеры MammaFotogramma разрабатывают пользовательское программное обеспечение под Rhino, с помощью которого пользователи смогут самостоятельно проектировать и реализовывать свои идеи по созданию архитектурных конструкций желаемых размеров и формы.

2.3 Жидкое дерево

Идея создания революционного строительно-отделочного материала под названием «жидкая древесина» принадлежит немецким учёным, а воплощение её в жизнь датируется концом прошлого столетия.Основными компонентами для производства являются измельчённые древесные отходы. При определённых условиях (давление, температура), они смешиваются с полимерными смолами, пластификаторами, красителями и антибактериальными добавками. Затем полученная масса заливается в специальные формы, где и принимает окончательный «товарный» вид.

Достоинства материала

С момента своего появления на строительном рынке, древесно-полимерный композит стремительно завоёвывает популярность. Спрос на него стабильно увеличивается с каждым годом. Причина - огромное количество неоспоримых достоинств, среди которых:

*близкое внешнее сходство с натуральным древом;

*значительный срок службы (до ~30 лет);

*пожарная безопасность;

*влагостойкость;

*морозоустойчивость;

*стойкость к грибковым заболеваниям, воздействию насекомых и гниению

*устойчивость к деформациям;

*способность выдерживать значительный вес;

*лёгкость монтажа;

*универсальность использования (для внутренних и наружных работ).

Недостатки жидкого дерева

К недостаткам жидкой древесины на сегодняшний день можно отнести только её значительную стоимость.

Разновидности жидкой древесины

В настоящее время поставщики предлагают довольно широкий ассортимент жидкой древесины.

В зависимости от типа покрытия, различают элементы с тиснёной, состаренной и шлифованной поверхностью.По способу соединения, доска из арбоформа бывает бесшовной (образует сплошное покрытие) и с зазорами.Тип профиля - ещё один важный показатель. В зависимости от назначения, детали производятся монолитными и пустотелыми.И также панели из жидкого дерева могут отличаться шириной, высотой рёбер жёсткости, их количеством, толщиной стенок.

Сферы использования жидкой древесины

Благодаря своей универсальности, жидкая древесина находит широчайшее применение во многих направлениях. Она востребована как в строительстве, так и в ландшафтном дизайне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сегодняшний день мы можем наблюдать прогресс и инновации в отрасли производства строительных материалов. Наблюдается тенденция в направлении экологичного производства материалов из переработанного сырья или отходов, что приводи к снижению стоимости материала.

Исследования проводятся в крупных институтах и лабораториях по всему миру, что свидетельствует о необходимости разработки новых технологий и материалов.

Размещено на Allbest.ru