Ура, товарищи! Четвертая Промышленная революция в строительстве неизбежна!

15 апреля Научно-исследовательский институт современных материалов и технологий провел в Инновационном центре «Сколково» конференцию на тему «Четвертая Промышленная революция в строительстве».

Мероприятие, которое прошло, пожалуй, в самом неординарном и построенном по мотивам творчества Казимира Малевича городе – в Сколково, сфокусировалось на современных трендах в строительной индустрии и научных разработках. В формате диалога было рассказано о технологиях, материалах и инжиниринговых решениях в мире и России, влиянии на эти процессы мировых и внутренних процессов, технологичности и будущем строительства и строительной химии.

Каждый из нас имеет свое представление о будущем. Но никто не может наверняка точно сказать, какими будут ближайшие 10 лет. Ежегодно появляются новые технологии, материалы и возможности, и уже сегодня химикам и строителям пора создавать вместе новые элементы.

Несомненно, города будут расти, но это не значит, что они не должны быть при этом экологичными, энергосберегающими и комфортными. Дома перестанут быть просто жилищем, они могут стать многофункциональными комплексами с вертикальными фермами на фасаде здания. Предполагается, что могут появится перевернутые небоскребы, углубляющиеся под землю, а также дома из переработанного мусора.

Знаковым событием 2018 года стало то, что российская компания, занимающаяся 3D-строительством, выиграла конкурс NASA на прототипирование технологий строительства на Марсе. И ведь нужно из чего-то строить! Сегодня мы скептически относимся к таким новостям. Также как никто не верит, что в ближайшее время будет создан материал, альтернативный бетону. Но то, что будет создан абсолютно новый бетон с другими качествами – это бесспорно.

Бетон - на любой вкус

Сегодня есть множество современных материалов и тенденций, и их можно объединить в 3 группы. Первая группа «Эстетическое решение» - в нее входит самоочищающийся бетон, бетон, генерирующий свет, полупрозрачный бетон и графический бетон.

Вторая группа «Новые концепции и необычные свойства» - это энергосбережение, самозалечивающийся бетон, растяжимый бетон, бетон со сверхвысокими эксплуатационными свойствами и самотвердеющий бетон.

В группу «Новые технологии» входят самоуплотняющийся бетон и 3D-печать.

Расскажем поподробнее об этом разнообразии материалов.

На разработку самоочищающегося бетона натолкнула активная жизнь городов и чума 21 века – граффити. Так, было предложено использовать модификацию диоксида титана. Под воздействием солнечного света она способна «удалять» загрязнения – масла, краски, газы. При этом образуется легкорастворимое соединение, которое под воздействием атмосферных осадков смывается.

Бетон, генерирующий свет, был разработан в конце 2015 г., и это потрясающий, эстетически-красивый материал, приковывающий к себе взгляд. В его составе используются специальные вяжущие, способные поглощать свет в течение дня и излучать его в темное время. Причем, если этим бетоном покрыта большая площадь, то освещение получится настолько сильным, что в помещении можно даже не включать ночник. Длительность подсвечивания составляет от 6 до 12 часов. Основной состав – цемент и кварцевый песок, а для свечения добавляется люминесцентный пигмент. Конечно, это будет самая дорогая составляющая материала, но, чем больше добавить пигмента, тем ярче будет свечение. Срок службы такого бетона – до 100 лет.

Полупрозрачный бетон – экзотическая новинка в области строительства. Впервые он упоминался в 1935 г. и перевернул представление о сером неприглядном монолите. Так, в смесь портландцемента, песка, воды и пластификаторов прокладываются оптоволоконные нити. Результат поражает воображение – свет, направленный на поверхность толстой непроницаемой плиты, легко проходит сквозь нее, ведь в составе этого бетона нет крупного заполнителя. Конечно, на самом деле бетон не прозрачный, а светопроводящий. Попадая на торец проводника, свет многократно отражается, преломляется в изгибах и выходит через другой конец. Поэтому светопропускная способность плиты не зависит от толщины, а только от плотности расположения нитей. Чем она больше, тем интенсивнее проникают лучи сквозь конструкцию.

Графический бетон был изобретен в 2008 г., «взорвав» строительный мир. С его помощью можно создавать на железобетоне уникальные изображения и узоры от простых до самых креативных. Технологические процессы производства графического бетона постоянно совершенствовались. Вначале это были отдельные произведения искусства, потом стали выпускаться большие фасадные панели с нанесенным рисунком. Современный рисунок на графическом бетоне смотрится как трехмерный, но на самом деле он плоский. Плюсы применения графического бетона в том, что изображение выполняется без использования дополнительных материалов, а поверхность не теряет характеристик прочности и не нуждается в специальном обслуживании и облицовке. Плюс ко всему изделие не увеличивается в весе.

Конечно, при производстве и дальнейшей эксплуатации любого бетона образуются микротрещины, в результате чего снижается долговечность конструкций. Так, для самозалечивания трещин используют специальные виды бактерий, которые при контакте с водой и воздухом генерируют образование карбоната кальция. Он в свою очередь заполняет трещины до 0,1 мм. Единственная проблема в том, что как сами бактерии, так и их пища – не самый дешевый материал, и размазывать их по всему объему бетона экономически неэффективно. Поэтому возможным решением может быть использование капсулированных бактерий.

В бетоне со сверхвысокими эксплуатационными свойствами используется песок и в качестве фибры нержавеющая сталь. За счет стальных волокон бетон становится более пластичным, кроме того, в нем удалось минимизировать крупную пористость. Преимущества этого бетона в высокой прочности на сжатие от 150 до 250 МПа, а на изгиб около 20 Мпа. Плюс к этому очень низкая проницаемость, и как результат – более длительный срок службы. За счет возможной деформации этот вид бетона очень важен для промышленности, он позволяет минимизировать потери при дальнейшей эксплуатации. Но есть и недостатки – большая стоимость и очень высокая вязкость при нанесении.

Самотвердеющий бетон также, как и другие супер-бетоны имеет один недостаток – это аутогенная обстановка. В результате этого происходит обезвоживание или высушивание материала. Получается некое противоречие – мало воды, будет материал с высокими прочностными характеристиками, но проблемами по патогенным местам. Если добавить больше воды – он потеряет несущую способность.

Самоуплотняющийся бетон – это материал, который уплотняется под тяжестью своего веса, при этом полностью заполняет опалубку даже в тех местах, где густо уложена арматура. Предел прочности при растяжении у него выше, чем у простого бетона, также он обеспечивает более плотную консистенцию компонентов. Кроме того, у него повышенное сцепление раствора с арматурой. А благодаря различным наполнителям, этот бетон обладает более высокой стойкостью к образованию коррозии и трещин и большей прочностью. Несомненный плюсом при строительстве становится то, что здания и сооружения с его помощью получаются различной геометрии с повышенной прочностью и долговечностью. Но, конечно, это далеко не дешевый материал.

Да, в половине представленных бетонов используется довольно привычный состав, но остальные не могут обойтись без новых разработок и современных стабилизаторов. Пока что во всем мире это доступно только ведущим транснациональным компаниям. Но работа по совершенствованию материалов идет каждый день.

Шаг вперед

Применить современные материалы и технологии в строительстве решилась Уфимская гипсовая компания, которая презентовала печать первого в России двухэтажного жилого дома в Уфе. Дом будет напечатан на 3D принтере летом 2021 г. Для этого был заключен контракт на поставку самого современного в мире 3D принтера с печатью 14,6 м в ширину, 8 м в высоту, с неограниченной длиной – можно легко печатать целые улицы и поселки. С помощью этого принтера сейчас печатаются здания в Америке, Германии, Дании и Индии. В России он ожидается в конце июня, и сразу же начнется печать.

Проект разработан совместно с МГСУ и проектным немецким бюро и включает в себя двухэтажный жилой дом площадью 160 кв. м, который планируется напечатать за 2-3 суток. В качестве утеплителя будут использованы капсулированный керамзитовый гравий с закрытыми порами, монолитный утеплитель на основе пеногипса и вспученный перлитовый песок. Что касается влагопоглощения и морозостойкости, то в данный момент проводятся испытания в лаборатории МГСУ. Конечно, фундамент в проекте не учитывается.

Не обошлось и без сложностей – необходимо было разработать стандартный способ подтверждения, что, укладывая бетон при помощи 3D принтера можно получить те же самые монолитные конструкции, что и при традиционном способе строительства. И связано это с тем, что в России очень сложно применить новую технологию – сразу возникают вопросы, насколько это законно. В результате были разработаны ГОСТы, которые ссылаются на метод испытания стандартного монолитного бетона.

А что касается плюсов такого строительства – это отсутствие мусора, дефицита профессиональных кадров и удорожания из-за изменений, а также скорость возведения.

И пока скептики недоверчиво покачивают головой, ничто не мешает технологиям и материалам развиваться.

Галина Крупен

Этот материал опубликован в апрельском номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать здесь.