Металл с памятью формы

Металлические сплавы SMA с памятью формы известны человечеству с 50-х годов, они изготавливаются на основе никеля, титана, золота, кадмия и других металлов, часто редкоземельных (наиболее известный по применению в научной сфере – никелид титана). Однако в строительстве такие сплавы до недавнего времени были неприменимы по одной причине – для того, чтобы принять изначальную форму, их необходимо нагреть как минимум до 350-400 градусов Цельсия. При этих температурах другие строительные материалы, в том числе бетон, начинают необратимо деформироваться.


Однако в июне 2014 года специалисты из Федеральной лаборатории по материаловедению в Швейцарии представили новый тип сплава SMA, который производится из железа, кремния и магния; благодаря тому, что температура проявления «эффекта памяти» у нового сплава не превышает 160 градусов Цельсия, открываются широкие возможности по использованию сплава в комбинации с бетоном.

Одним из наиболее очевидных примеров того, как новый сплав может использоваться в промышленности, является укрепление мостов – вместо арматуры в бетонную балку будет встраиваться стержень железо-магний-кремниевого сплава. Для предварительного напряжения моста или любой другой структуры теперь не нужно будет гнуть арматуру – достаточно будет нагреть пруты SMA, пропустив через них электрический ток. Нагретый сплав с эффектом памяти формы будет стремиться вернуться к исходной форме, параллельно передавая предварительное напряжение на балку.


Исследователи считают, что данную технологию можно будет использовать в большом масштабе, например, для предварительного напряжения полного пролета моста. В рамках исследования специалисты провели масштабный экономический и технический анализ, который подтвердил, что железно-магниево-кремниевый сплав SMA можно производить в промышленном масштабе. Презентацией материала на рынке и его продвижением в настоящее время занимается компания re-Fer AG. Представители компании заявляют, что стоимость нового сплава не будет превышать средней цены на хорошую нержавейку, поэтому материал может стать доступным для повсеместного использования уже в ближайшие 3-4 года.

Надувной купол

Практически все купола, также как и другие здания купольного типа, по классической технологии строятся очень долго и трудоемко: сначала в качестве опорной конструкции возводится деревянный каркас, который и выполняет функцию фиксации бетона до тех пор, пока он не затвердеет. Поэтому сроки строительства неизбежно увеличиваются и растягиваются минимум на несколько месяцев.

Недавно специалисты Венского технологического университета представили уникальную систему «надувного» купола, где бетонная конструкция просто надувается наподобие воздушного шара; получившийся шар затем стягивается металлическими тросами. Изначально воздушную подушку укрепляют арматурными плоскими конструкциями, верхним слоем устанавливаются строительные балки из стали, фиксация которых между собой и производится упомянутыми выше механическими тросами. Затем подушка начинает «надуваться», наполняться воздухом, который поднимает бетонные плиты вверх; плиты в итоге сгибаются и принимают форму, напоминающую купол. Каждая плита имеет край клиновидной формы, что помогает хорошо скрепить элементы между собой.


Вспомогательную подушку после окончания «надувания» купола удаляют, а вместе с ней демонтируются соединительные тросы и балки. Несмотря на то, что в бетоне при его сгибании под форму купола неизбежно появляются трещины, разработчики спокойны за устойчивость и надежность купола: согласно результатам проведенных краш-тестов, трещины не портят эксплуатационных свойств конструкции. К тому же наружная и внутренняя поверхности оболочки обрабатываются специальной штукатуркой, которая окончательно нейтрализует трещины.

Рекордная высота купола, который уже был построен по новой технологии, составляет 3 метра, а на возведение этой бетонной конструкции ушло меньше 3-х часов. Разработчики уверены, что технологию можно применять и для изделий большего масштаба, до 40-50 м в диаметре. Помимо экономии времени и стройматериалов, надувные купола помогут сократить финансовые расходы – ведь одну и ту же подушку – основу можно использовать многократно.

Европейские компании уже проявляют активный интерес к новой разработке; в частности, «Австрийские федеральные железные дороги» уже оформили контракт по разработке нового путепровода через автотрассу; коридор, как предполагается, будет иметь «надувной» куполообразный дизайн.

Экологически чистый цемент

Первый этап разработки принципиального нового по составу и структуре цемента завершился в Швейцарии. Разработчики утверждают, что им удалось сократить углеродный след (условную единицу, характеризующую потенциальный вклад данного продукта в количество углекислого газа в атмосфере, то есть ее загрязненность) на сорок процентов, что является очень серьезным технологическим прорывом.

Благодаря финансовой поддержке Швейцарского агентства по развитию и сотрудничеству окончание процесса разработки нового материала намечается уже к весне 2015 года, за чем последует старт практических тестов.


На настоящий момент заводы, занимающиеся производством цемента, имеют суммарный углеродный след не менее 10 процентов от общего выброса всех видов производств в атмосферу. При этом разрабатываемая смесь поможет не только сократить углеродные выбросы, но и в два раза снизить необходимый объем производства – то есть цемент будет не только экологичным, но и весьма экономически рентабельным.

Как удалось добиться таких показателей? Известно, что современный портландцемент содержит около 15 процентов шлачных материалов, в частности, побочных продуктов металлургических производств: например, летучей золы и известняка. Инновационная смесь, которая получила предварительное название LC3 (Limestone Calcined Clay Cement), содержит в своей основе обожженную глину и измельченный известняк. Химическая реакция, происходящая между этими веществами при высокотемпературной обработке, приводит к появлению так называемой цементной пасты – она обладает прочностью и при этом минимальной пористостью, что повышает ее эксплуатационные свойства.


Прогнозы использования инновационной смеси выглядят оптимистично: уже в ближайшее десятилетие экологичный цемент может заменить до 50 % всего производимого портландцемента. Два пилотных проекта зданий, при создании которых использовался новый материал, уже сданы в эксплуатацию в Швейцарии.

Сорбенты помогут создать систему кондиционирования

В летнее время на поддержание системы кондиционирования в активном состоянии тратятся огромные ресурсы электрических сетей. Однако недавно группа исследователей из института Фраунгофера предложила принципиально новый механизм охлаждения зданий в летнее время – с использованием сорбентов на основе металлоорганических структур, которые достаточно эффективны, чтобы аккумулировать большое количество водяного пара; новые сорбенты получили кодовое название ISE – InnovativeSunEnergy.

Металлоорганические структуры, то есть органические молекулы, в состав которых входят атомы металлов, давно используются в промышленности: они имеют достаточно высокую пористость, что позволяет им абсорбировать большие объемы жидкости подобно губке – до двукратного собственного сухого веса! За счет быстрого испарения воды такие сорбенты способны быстро охладить помещение практически любой площади: от 10 до 200 квадратных метров, и все это при очень низких энергетических и финансовых затратах.


Фактически инновационный сорбент выполняет функции обычного теплового компрессора, а вода – обычного теплоносителя. Если использовать газообразный хладагент, который может адсорбироваться на поверхности сорбента, то тепло, выделяемое при конденсации, тоже можно использовать «с умом» - для отопления, поместив его в теплообменник. Если нанести сорбент на поверхность теплообменника, а на поверхность сорбента, в свою очередь, хладагент – то мы получим недорогую систему отопления, таким образом совместив две возможных функции сорбента.

Специалисты института Фраунгофера не останавливаются на достигнутом: они параллельно активно развивают и доводят до совершенства другие системы хранения тепла. Например, системы сбора так называемого сбросного тепла от промышленных объектов –электростанций, биореакторов, заводов. В основу таких систем положены структуры цеолитов – кристаллических минералов с пористой структурой, которые эффективно абсорбируют множество веществ, в том числе обычную воду.

Забор - жалюзи

Многим знакома так называемая «дилемма вежливости», связанная с установкой дачного забора: поставить слишком прозрачный – значит обеспечить себе множество непрошеных гостей и взглядов, а глухой высокий забор многим кажется демонстрацией грубости и пренебрежения к окружающим. Но в последнее время этот этический парадокс получил новое решение: так называемый забор-жалюзи, который позволит вам ограничивать свою территорию только тогда, когда вам это будет удобно.


Забор может иметь вертикальные или горизонтальные параллельные ламели; благодаря несплошной структуре он не дает скапливаться влаге, пропускает воздух, пропускает солнечный свет, что идеально для участков с собственным огородом и садом, а также заболоченных мест. Кроме регулирования света и влажности, забор обеспечит надежный звуковой барьер. Расстояние между ламелями варьируется от 16 до 20 мм, или же сводится до нуля – «сплошной» вариант забора. Чаще всего заборы производят из металла, но можно заказать и деревянные варианты – последние, конечно, обойдутся дороже и потребуют тщательной обработки против гниения и грибков.


Впервые забор- жалюзи придумали в Швейцарии, где он скрывал строительные работы непосредственно около въезда в Цюрих. Однако новинка быстро находит признание во всем мире, в том числе и в России – первые заборы-жалюзи уже можно увидеть, например, в Подмосковье.

Сланцевая композитная черепица: инновация в сфере кровельных материалов

Компания DaVinci Roofscapes, работающая в сфере производства кровельных материалов, недавно представила на рынке уникальный инновационный материал – эстетичную и эффектную черепицу DaVinci Slate, выполненную из искусственного сланца.

Как известно, кровельные материалы из натурального сланца имеют широкое применение в сфере частного малоэтажного домостроения - черепица украшает крыши многих загородных домов. До недавнего времени практические и эксплуатационные свойства обычной черепицы оставляли желать лучшего, и ее приобретали исключительно из-за привлекательного внешнего вида. Однако специалистам DaVinci Roofscapes удалось совместить два в одном – красоту натуральной черепицы и надежность синтетических материалов.


DaVinci Slate, по словам разработчиков, способна обеспечивать максимальную защиту жилого дома от повреждений, и, как следствие, свести на нет риск появления необходимости в ремонте или в затратном обслуживании. Внешне новая плитка из искусственного сланца выглядит точно так же, как ее аналог из натурального материала, отличить их друг от друга практически невозможно. Однако кровельный материал из искусственного сланца полностью лишен всех недостатков, характерных для натуральной черепицы.

Очевидное преимущество черепицы из искусственного сланца – это ее высокая прочность. Также нельзя оставить без внимания и такие важные характеристики, как удобство в эксплуатации, легкость в установке, высокую устойчивость черепицы к температурным перепадам. Черепица имеет минимальный вес, особенно если сравнивать ее с аналогом из натурального сланца. DaVinci Slate относится к материалам категории А, то есть характеризуется высокой устойчивостью к возгоранию. Также она не подвержена практически никаким механическим повреждениям и воздействиям - по этой характеристике DaVinci Slate соответствует 4-ому классу устойчивости среди кровельных материалов. Ей не страшен даже ураганный ветер со скоростью до 150 м/ч!


Покрытие из DaVinci Slate из категории «установил и забыл» - оно не требует практически никакого обслуживания, а гарантийный срок при этом составляет пятьдесят лет. Первые представленные на рынке образцы черепицы из коллекции бренда покрыты инновационной краской EcoBlend, которая также была разработана DaVinci; краска не выгорает, нейтрализует ультрафиолет, защищает крышу от перегревания и существенно снижает затраты на охлаждение дома в теплое время года.

Теплоизоляция InSoFastEXи DuPont TyvekThermaWrap R5.0

Какие теплоизоляционные материалы пользуются популярностью сегодня? Это минеральная вата, пена, фибробетон или даже обычное дерево, известное своими уникальными теплоизоляционными свойствами. Но все перечисленные выше материалы имеют определенные недостатки: ватачувствительна к влажности, дерево рассыхается, а пенополиуретан многим кажется недостаточно экологичным. Однако теперь на рынке появились новые теплоизоляционные панели InSoFast EX 2.5 и DuPont TyvekThermaWrap R5.0, предназначенные специально для обшивки стен загородных домов и других построек; они сочетают в себе все достоинства известных прежде материалов для теплоизоляции.


Специалисты компании InSoFast считают, что использование таких панелей позволит существенно повысить качество теплоизоляции любых домов: каркасных, кирпичных, деревянных, выполненных из стальных конструкций. Материал изготавливается на основе пластика и пенополистирола, в результате получается достаточно тонкая панель, которая имеет специальные пазы, позволяющие легко соединять модули между собой. Это обеспечивает надежную защиту от проникновения влаги и появления так называемых «мостиков холода» зимой.

Вот неполный перечень преимуществ, которыми отличаются панели InSoFast: высокий показатель теплоемкости, наличие дренажных стоков и специальных каналов для проводов и коммуникаций. Стоит отметить удобство крепления панелей: фиксация InSoFast осуществляется посредством использования специальных болтов, практически незаметных внешне, они скрыты внутри конструкции материала. Это позволяет говорить о панелях как об идеальном варианте для сайдинга, вне зависимости от его типа. Разработчики технологии подчеркивают, что панели подходят не только для фиброцементного сайдинга, но также и для искусственного и натурального камня. 

В данный момент инновация только тестируется на практике, но никто даже не сомневается, что теплоизоляционные панели пройдут все испытания успешно. Разработку планируют поставить на коммерческую основу – уже известна предположительная цена, которая будет доступна даже для среднестатистического пользователя: около тридцати долларов за квадратный метр поверхности.

Одновременно с InSoFast EX 2.5 на рынке появился и другой материал с аналогичной структурой и назначением. Это DuPont Tyvek ThermaWrap R5.0, который характеризуется высокой устойчивостью к влаге. Новый продукт вошел в состав серии ThermaWrap от DuPont и внешне схож с обычным стекловолокном; он был создан на основе полиолефина и полиэстеровых волокон. Отделочные панели DuPont Tyvek ThermaWrap R5.0 обладают теми же характеристиками, что и описанные нами выше панели, но некоторые эксперты убеждены, что они даже превосходят InSoFast EX 2.5 – например, этот материал является паропроницаемым. Но все-таки сфера, в которой DuPont Tyvek ThermaWrap R5.0 уступает InSoFast, есть: ThermaWrap, как и все материалы на основе стекловаты, не устойчив к сжатию, а после деформации значительно теряет свою теплоемкость.


Для чего можно использовать DuPont Tyvek ThermaWrap R5.0? Например, для отделки кирпичных домов, винилового сайдинга. Но все же на данный момент разработчики не рекомендуют применять его вместе со штукатуркой, фиброцементным сайдингом и с покрытиями из натурального дерева. И с установкой тоже надо быть аккуратным, чтобы не допустить деформаций. Цена панелей DuPont Tyvek ThermaWrap R5.0 лежит в области более высоких значений, чем у InSoFast EX 2.5 – около семидесяти долларов за квадратный метр.