8 materiałów, które zmienią budownictwo

Mało która działalność człowieka przeobraża krajobraz tak bardzo, jak budownictwo. Nieważne, czy mówimy o blokach mieszkalnych, budynkach przemysłowych, czy o infrastrukturze, po postawieniu jakiejkolwiek budowli krajobraz zmienia się nie do poznania.

Oczywiście, do budowy potrzebne są materiały. Najczęściej pochodzą z przyrody. Prace nad nowymi materiałami, które umożliwią w przyszłości budowę budynków nie tylko piękniejszych i efektywniejszych, ale także bardziej przyjaznych naturze, jest jednym z najistotniejszych zadań stojących przed budownictwem i inżynierią materiałową.

Co: nowoczesne spoiwo płynny granit

Przeznaczenie: budowa ścian, konstrukcji mostowych itd.

Największe zalety: wyraźne ograniczenie stopu węglowego

Jaki materiał jest praktycznie bezustannie potrzebny przy jakiejkolwiek większej budowie? Tak, chodzi o beton w najróżniejszych formach. Do jego produkcji należy połączyć spoiwo z wypełniaczem. Zazwyczaj wypełniaczem jest piasek, a rolę spoiwa pełni cement lub asfalt. Produkcja cementu jest procesem pochłaniającym dużo energii cieplnej, który pozostawia po sobie stopy węglowe (czyli produkuje gaz szklarniany - dwutlenek węgla).

Kamień ulepszony przez inżynierów
Ponieważ budowanie jest jedną z najpowszechniejszych działalności człowieka, logiczne wydaje się poszukiwanie materiału, którego produkcja będzie choć trochę mniej szkodliwa dla środowiska. Eksperci z Sheffield Hallam University ( Wielka Brytania) uważają, że właśnie takim materiałem jest ich płynny granit (liquid granite), który mógłby zastąpić spoiwo betonu - cement.

W jaki sposób obniżono produkcję stopu węglowego? Nowy materiał w 70% produkowany jest z materiału poddanego recyklingowi. Posiada również dobre właściwości fizyczne. Jest wyjątkowo odporny na ogień i wilgoć oraz jest bardzo trwały. Według słów samych twórców materiału, to zupełnie nowy poziom materiałów zastępujących tradycyjny beton.

Przeznaczenie: budowa ścian

Największe zalety: odporność na pęknięcia

Tradycyjne formy betonu oprócz swojej szkodliwości dla środowiska (stopy węgla), mają jeszcze kilka innych wad. Jedną z nich jest również ich kruchość, czyli skłonność do pękania. Takie pęknięcia mogą naruszyć stabilność budynku lub co najmniej zwiększyć koszta utrzymania w związku z niezbędnymi naprawami. Inżynierowie budownictwa i inżynierowie materiałowi już od wielu lat pracują nad udoskonalaniem betonu, który byłby bardziej odporny.

Materiał idealny dla "trzęsących się" rejonów
Najnowszą rewolucję wywołał elastyczny beton (bendable concrete), który został opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Michigan w Ann Arbor. Nowy materiał jest aż 500 razy bardziej odporny na pęknięcia niż beton tradycyjny, a przy tym jest aż o 40% lżejszy.

Swoje wyjątkowe właściwości zawdzięcza wbudowanym cieniutkim włóknom, które stanowią zaledwie 2% całej objętości betonu.

Przeznaczenie: budowa ścian

Największe zalety: sam uzupełnia pęknięcia

Beton po raz trzeci. Tym razem nie będziemy sprawdzali, czy jest ekologiczny lub odporny na pęknięcia. Niech zachowuje się tak, jak tradycyjny beton pod wpływem działania różnych związków chemicznych, wody i zmian temperatury. Krótko mówiąc - niech pęka.

Jednak nawet jeśli dojdzie do tego, omawiany beton ma przygotowane rozwiązanie. Jest to specjalny beton, który został zaprezentowany światu przez naukowców z Yonsei University w Korei Południowej pod kierownictwem prof. Chan-Moon Chengiem.

Energia ze Słońca
Prof. Chung nie jest inżynierem budownictwa, ale ekspertem w specjalnej dziedzinie chemii - w nauce o polimerach. Są to substancje o bardzo dużej masie cząsteczkowej, przeznaczone do najróżniejszych celów (klasycznym przykładem jest zastosowanie polimerów w szkłach kontaktowych).

Prof. Chung wynalazł powłokę ochronną na beton, która będzie zawierać mikrokapsułki napełnione właśnie specjalnym polimerem. Przy pojawieniu się pęknięcia kapsułki aktywują się, wydostaje się z nich substancja, która wypełnia pęknięcie.

Istnieje jednak jeden haczyk. Aby materiał stwardniał, czyli aby doszło do "zagojenia się rany", niezbędny jest katalizator (substancja umożliwiająca proces). Katalizator powoduje spowolnienie całego procesu. Jednak najnowszy polimer z pracowni prof. Chunga potrzebuje jedynie energii słonecznej.

Przeznaczenie: budowa ścian

Największe zalety: przepuszcza światło słoneczne

Ściany domów mają za zadanie oddzielenie świata wewnętrznego od zewnętrznego. To, czego ściana nie przepuszcza do wewnątrz, to powietrze i jego własności fizyczne (temperatura, wilgotność, fale mechaniczne - dźwięk) lub chemiczne (skład gazowy).

Tradycyjne ściany oddzielają nas również od innej własności fizycznej, czyli od różnych typów promieniowania. Przede wszystkim od światła dziennego. Jednak jeżeli wybierzecie prześwitujący beton, Wasze mieszkanie będzie pełne światła. Chociaż częściowo.

Beton na ściany i meble
Beton przepuszczający światło nie jest niczym nowym dla inżynierów i architektów. W większości przypadków jest to połączenie betonu z włóknami światłowodowymi, które zapewniają przepuszczanie promieni słonecznych.

Materiał ten składa się zazwyczaj w 95% z betonu. Tajemnica skuteczności najnowszego przezroczystego betonu leży we własnościach fizycznych włókien światłowodowych. Pasuje idealnie do nowoczesnych ekstrawaganckich wnętrz i do produkcji niecodziennych betonowych mebli.

Przeznaczenie: produkcja okien

Największe zalety: może przepuszczać cząsteczki gazu

Każdy z nas miał kiedyś okazję przebywać w dusznym pomieszczeniu. Uczucie duszności spowodowane jest obniżonym poziomem tlenu, którego nasze ciało potrzebuje do przeprowadzania procesów metabolicznych, i zwiększeniem się poziomu dwutlenku węgla. Ten problem potrafi rozwiązać nawet dziecko. Wystarczy wstać i otworzyć okno. Jednak istnieje wiele budynków, w których niełatwo jest otworzyć okno (lub okna są nieotwieralne). W tym przypadku może pomóc "żywe szkło" (living glass).

Jak oddycha szkło?
"Żywe szkło" jest materiałem zaprezentowanym niedawno przez dwójkę architektów - Davida Benjamina i Soo-in Yang. Jego działanie opiera się na połączeniu szkła i stopu z pamięcią kształtu o nazwie Flexinol. Wytwarzane są z niego druciki, które potrafią zmieniać swoją długość o 4-5%, dzięki temu, że przechodzi przez nie prąd elektryczny.

Druciki połączone są z warstwą sylikonu na powierzchni szkła, która pokrywa drobne szczeliny. Połączenie drucików wywoływane jest przez czujnik, który monitoruje koncentrację CO₂ w pomieszczeniu. Gdy prąd zaczyna przechodzić przez drut, ten się kurczy i otwiera szczelinę, przez którą wpada do środka powietrze.

Największe zalety: kafelki reagują na zmiany temperatury i zmieniają kolor

Urozmaicanie łazienki kafelkami w najróżniejsze wzory jest w ostatnich latach bardzo modne. Jednak nie muszą to być motywy kwiatowe lub wyobrażenia gwiazd filmowych.

Również naukowcy mogą ozdobić swoje mieszkania. Kształt kafelków umożliwia ułożenie na ścianie np. układu okresowego pierwiastków. Kafelki stworzone przez amerykańską firmę Moving Color dosłownie pozwalają ujrzeć fizykę w akcji.

Tęcza z ciekłych kryształów

Dzięki szkliwionym kafelkom Wasza łazienka może wyglądać każdego dnia inaczej. Umożliwia to specjalna powłoka, która reaguje na wahania temperatury. Do zmiany koloru dochodzi stopniowo. Barwa zmienia się wraz z temperaturą (powietrza lub wody) o ok. 6-10°C.

Na czym polega działanie tych przyjemnych dla oka kafelków? Wszystko możliwe jest dzięki nanoinżynierii. Specjaliści w tej dziedzinie opracowali ciekłe kryształy, które są rodzajem przejścia pomiędzy substancjami organicznymi w stanie ciekłym i stałym.

Cząsteczki substancji poruszają się w nim niezależnie, podobnie jak w cieczy, ale są również w pewnym stopniu uporządkowane, podobnie jak w krysztale.

Właśnie struktura ich organizacji zmienia się zależnie od ilości dostarczonej energii (cieplnej) i zmienia kolor, gdyż odbija promienie świetlne o innej długości fali. I w ten oto sposób powstaje kolorowa łazienka.

Największe zalety: lekki, trwały, całkowicie biodegradowalny

Poszukiwanie inspiracji w przyrodzie nie jest niczym nowym w nauce. Najczęściej naturą inspirują się badacze poszukujący innowacyjnych rozwiązań mechanicznych. Jednak przyroda to niekończące się źródło inspiracji.

Coraz częściej natura staje się źródłem pomysłów dla chemików, którzy są niezbędni w pracach nad nowoczesnymi materiałami budowlanymi.

Połączenie krewetek i motyli
To, że uczeni z Uniwersytetu Harvarda podczas tworzenia materiału Shrilk inspirowali się przyrodą, widać już po jego nazwie. Początek słowa shri- pochodzi od angielskiego słowa shrimp (krewetka). Ciała krewetek chronione są przez pancerzyk chitynowy (polisacharyd). Nie chroni on tylko krewetek, ale ciała wszystkich stawonogów, czyli skorupiaków, owadów i pajęczaków.

Druga część słowa została zapożyczona z wyrazu silk (jedwab), czyli produktu ciała motyli - jedwabników. Powstały materiał jest bardzo trwały, ale również całkowicie biodegradowalny i przyjazny środowisku.

Największe zalety: lekki i ekologiczny materiał

Celuloza jest jedną z najczęściej spotykanych substancji na świecie. Jest jednym z głównych budulców ciała roślin - ich ścian komórkowych. Również człowiek jest w dużej mierze zależny od celulozy. Kradniemy ją roślinom i karmimy nią zwierzęta domowe lub produkujemy papier.

Teraz będziemy mówić właśnie o celulozie w postaci papieru. Na świecie produkuje się wielkie ilości papieru, dlatego ważne jest, aby w rozsądny sposób wykorzystywać makulaturę. Przynosi to nie tylko oszczędności pieniędzy, ale także chroni drzewa, które są masowo wycinane i wykorzystywane do produkcji papieru.

Papier przesiąknięty żywicą
Jedną z możliwości ponownego wykorzystania zużytego papieru jest przetworzenie go na produkt przypominający drewno - tzw. Richlite. Podstawowym składnikiem są włókna celulozy pochodzące z makulatury (ok. 70%), połączone syntetyczną żywicą fenolową - połączenie fenolu i formaldehydu.

Papier jest w tej substancji moczony, a następnie formowany w pożądany kształt pod wpływem ciśnienia i temperatury. Wyprodukowany w ten sposób materiał ma podobne właściwości do drewna, jednak jest o wiele lżejszy.

Współcześnie wykorzystywany jest np. do produkcji gryfów gitarowych. Richlite może być również materiałem do wytwarzania stołów czy wykorzystania w architekturze.

Jarosław Piotrowski