Методики применения современных технологий в производстве строительных компонентов

Введение

Строительные материалы – это материалы, которые используются в строительстве для постройки зданий и сооружений. Они являются основой для создания каркаса и облицовки, а также для различных инженерных коммуникаций. Их можно подразделить на несколько основных категорий.

Натуральные материалы, которые были получены из природных ресурсов, такие как дерево, камень, глина и др. И искусственные материалы, получаемые благодаря обработке различных веществ, включают в себя бетон, кирпич, стекло, металл и др. Композитные материалы, которые стало возможно произвести благодаря объединению различных компонентов.

В связи с чем выбор строительных материалов определяется типом и назначением строения, климатическими условиями, геологией местности и техническими требованиями. Он также зависит от экологических и экономических факторов.

Изучив общую характеристику строительных материалов, следует перейти к определению актуальности использования современных технологий для создания строительных компонентов, так как современная строительная индустрия стоит перед серьезными вызовами. Демографические изменения, ожидаемые к 2100 году, приведут к росту населения планеты до 11 миллиардов человек, а урбанизация будет продолжать нарастать - к 2050 году 75% населения будут жить в городах. И традиционные методы строительства не смогут справиться с поставленными задачами, поэтому требуются новые подходы к жилищному и инфраструктурному строительству.

Таким образом, перед строительной индустрией стоит необходимость в поиске инновационных решений, которые смогут соответствовать требованиям будущего, учитывая все вызовы и ограничения на пути к устойчивому и эффективному строительству [2].

1. Общая характеристика и примеры строительных компонентов, полученных при использовании современных технологий

Строительство зданий, представляет сложный и затратный процесс, включающий в себя приобретение материалов, оплату монтажных работ и другие расходы. Однако современные методы строительства домов открывают новые горизонты для экономии без ущерба качеству. Также в рамках исследования использования современных технологий следует рассмотреть материалы, которые имеют уникальную технологию производства, состав и чья новизна подтверждена патентами. Сюда можно отнести материалы с переработанной составляющей либо подтвержденные экологическим сертификатом, то есть произведенные в таких условиях, которые не наносят вред окружающей среде [3].

Бетон, пропускающий электричество. Инженеры Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с коллегами из Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления (ВСГУТУ) недавно разработали сверхпрочный карбоновый бетон, способный проводить электричество. Часть цемента в новом бетоне заменили на зольные и шлаковые отходы энергетических производств и отходы обработки гранита. За счет этого производство нового бетона экономичнее и экологичнее. Для электропроводимости вместо дорогих карбоновых нанотрубок в смесь добавили обычные карбоновые наночастицы.

Благодаря низкой пористости он пропускает меньше воды, пара и более долговечен. Использовать «электрический» бетон можно для производства специальных поверхностей-обогревателей, которыми могут выступать стены гаражей, парковок, бетонный пол, тротуарная плитка. Можно даже возводить самовосстанавливающиеся конструкции, где поверхность будет выступать одновременно сенсором влаги, огня и деформаций, а повреждения способны устраняться за счет воздействия электромагнитного поля.
В перспективе из нового бетона можно делать дорожное полотно, от которого автомобили и электромобили будут получать энергию бесконтактным образом.

Рис. 1. Бетон, пропускающий электричество

Кирпичи из переработанного пластика. Австралийские ученые из Университета Флиндерса этой весной заявили о создании кирпичей, которые получены из пластиковых отходов, растительного волокна и песка. Ученые переработали пластиковые отходы и растительное сырье. Из полученной субстанции они изготовили порошкоподобный каучук, который стал основой для создания кирпичей и цемента. Полученное вещество можно нагревать, сжимать и растягивать. Данные свойства позволяют использовать новый кирпич не только в строительстве, но и при ремонте автомобилей. Полученный каучук можно смешивать с наполнителями, создавая новые композитные материалы, а также многократно измельчать и перерабатывать.

В настоящее время строительная отрасль приносит около 20% выбросов углекислого газа. Большинство из этих выбросов связаны с созданием и использованием строительных материалов. Новая технология позволяет сократить вредное воздействие на окружающую среду.

Рис. 2. Кирпич из переработанного пластика

Прозрачная древесина. В прошлом году сотрудники Королевского технологического института в Стокгольме разработали прозрачную древесину, которая позволяет заменить привычное стекло. Исследователи удалили из древесины лигнин – компонент клеточных стенок, поглощающий свет. После чего материал пропитали акрилом. В результате ученые получили прозрачную древесину, способную пропускать солнечный свет. Затем дерево пропитали специальным полимером, который аккумулирует тепло. Материал также может выдерживать высокие нагрузки и является биоразлагаемым, что облегчает его утилизацию. Проблема может возникнуть с акрилом, но его ученые планируют заменить другим материалом. Сейчас разработчики занимаются масштабированием технологии, чтобы запустить массовое производство прозрачной древесины.

Рис. 3. Прозрачная древесина

"Живой" Бетон. Ученые из Колорадского университета разработали биоминерализованный бетон, способный размножаться. Специальные бактерии помещены в питательную среду гидрогеля, где они, взаимодействуя с песком, формируют кирпичи. Этот материал прочен и экологически чист, а также обладает потенциалом для применения в широком спектре областей, включая космическую индустрию [4,5].

Рис. 4. "Живой" Бетон

Геополимерные смеси, изначально открытые французским химиком Джозефом Давидовичем в 1978 году и сегодня активно исследуемые в Институте геополимеров, стали основой для инновационных строительных материалов, созданных компанией Renca, основанной предпринимателями из Челябинска Андреем и Мариной Дудниковыми. Эти материалы обладают выдающейся устойчивостью к огню и агрессивным средам, что делает их идеальными для применения в строительстве. Недавно компания Wagners успешно построила аэропорт в Брисбене, используя геополимерный бетон, американская компания Milliken восстанавливает старые сточные трубы при помощи геополимерной пены GeoSpray.

Сравнивая с обычным портландцементным бетоном, геополимерный бетон не только более экологичен, но и экономит электроэнергию на 90% и снижает выбросы углекислого газа на 90% [6, 7].

Рис. 5. Геополимерные смеси

Таким образом данные технологии открывают новые возможности в сфере строительства, обеспечивая устойчивость, энергоэффективность и экологическую безопасность.

2. Преимущества и недостатки внедрения современных технологий в производство строительных компонентов

Таблица

Преимущества и недостатки внедрения современных технологий в производство строительных компонентов

Заключение

Таким образом инвестирование в инновации и новые технологии сегодня является ключевым элементом успешной деятельности компании на рынке. Однако часто компании слишком усердно фокусируются на расходах и недооценивают потенциальные выгоды. Правильный подход заключается в тщательном анализе плюсов и минусов каждого решения. В случае, если инвестиции в новые технологии кажутся слишком высокими, существуют альтернативные решения. Кроме того, роль правительства в цифровизации строительной отрасли нельзя недооценивать. Корректировка законодательства и поддержка компаний через льготные программы играют ключевую роль.

1. Цифровые технологии, которые необходимы в строительстве сейчас и в будущем [Электронный ресурс] Режим доступа: https://habr.com/ru/articles/555254/.
2. Что такое строительные материалы: перечень и основные виды [Электронный ресурс] Режим доступа: https://xn--870-iddfg5dar7d.xn--p1ai/faq/cto-takoe-stroitelnye-materialy-perecen-i-osnovnye-vidy.
3. The Latest Technology Trends in Construction Industry [Электронный ресурс] Режим доступа: https://etechnologytrends.com/the-latest-technology-trends-in-construction-industry/.
4. Стройматериалы будущего: зачем нужны живые кирпичи и светящийся бетон [Электронный ресурс] Режим доступа: https://realty.rbc.ru/news/5ed618e29a7947cf01e1ea2a.
5. 7 тенденций строительной отрасли в 2020 году [Электронный ресурс] Режим доступа: https://absel.ua/news/7-tendencii-stroitelnoi-otrasli-v-2020-godu.html.
6. Адаптивные технологии в строительстве: оборудование и материалы (ЧАСТЬ 1) [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.3dpulse.ru/news/zhurnal-additivnye-tehnologii/additivnye-tehnologii-v-stroitelstve-oborudovanie-i-materialy-chast-1/.
7. Top trends in the construction industry 2020 [Электронный ресурс] Режим доступа: https://buildingradar.com/construction-blog/construction-industry-trends/