10 конструкционных технологий будущего — Часть 1

В начале была грязь.
Первые человеческие жилища строились из кирпичей, состоящих из грязи и соломы, спеченные на солнце. Древние римляне были первыми, кто начал производить эксперименты по созданию бетона, смешивая известь и вулканический камень. Используя этот простой состав они построили величественные строения, такие как Римский Пантеон.
По прошествии столетий, инженеры и архитекторы изобрели новые способы строительства все более высоких, крепких и красивых сооружений, использовали стальные закладные, разработали фундамент, способный выдерживать землетрясения, стеклянные стены. Но что нас ждет в будущем? Наступит ли день, когда шумную бригаду строителей заменит облако автономных нанороботов? Будут ли трещины в бетоне зарастать подобно переломам костей у живых существ?

Разработчик 3D печатного дома японский ученый Ма Йих, показывает модель.

самовосстанавливающийся бетон, углеродные нанотрубки, прозрачный алюминий, проницаемый бетон, аэрогель
Давайте рассмотрим 10 будущих конструкционных технологий, некоторые из которых используются уже сейчас.
1.Самовосстанавливающийся бетон

самовосстанавливающийся бетон, углеродные нанотрубки, прозрачный алюминий, проницаемый бетон, аэрогель
Бетон это самый широко распространенный конструкционный материал в мире. Бетон окружает нас повсюду: дома, офисные сооружения, церкви и мосты. Бетон дешев, имеет обширное применение для различных сфер, но есть в нем одно очень нехорошее свойство — он подвержен образованию трещин и разрушается от действия чрезмерного нагрева и охлаждения.
В прошлом, единственным методом восстановления был метод поставить на разрушенный участок «заплатку» с использованием армирующего компонента. Но в 2010 году был разработан рецепт «умного» бетона, который сам излечивает свои трещины. В его состав входят микрогранулы силиката натрия. Когда появляется трещина, гранула силиката разрывается и высвобождает гелеподобное вещество, которое заполняет пустоту и затвердевает.
Это — не единственный метод самовосстановления бетона. Другая группа ученых используя бактерии или добавки стеклянных или полимерных микрокапсул тоже добиваются подобного эффекта.
Продление срока службы бетона может очень хорошо сказаться на экологии, т.к. производство цемента на 5 % увеличивает выбросы углекислого газа в атмосферу. Поэтому «умный» бетон не только сделает наши строения более безопасными, но и уменьшит выделение парниковых газов.
2.Углеродные нанотрубки

самовосстанавливающийся бетон, углеродные нанотрубки, прозрачный алюминий, проницаемый бетон, аэрогель
Нанометр — это величина в одну миллиардную долю метра. И это чрезвычайно мало. Обычный лист бумаги имеет толщину в 100 тыс. нанометров, человеческий ноготь отрастает на 1 нанометр каждую секунду! Даже одно звено ДНК цепи имеет 2,5 нанометра в ширину. Так что создать материал в наномасштабе почти невероятно, но используя последние разработки в области электронно-лучевого воздействия ученые и инженеры создали трубки из карбона (углерода) со стенками в 1 нанометр толщиной!
Эти углеродные нанотрубки имеют самую большую прочность по отношению к весу в сравнении со всеми материалами известными на планете и могут быть растянуты в миллион раз длиннее, чем их толщина. Углеродные нанотрубки легкие и прочные, и могут быть включены в состав других строительных материалов, таких как металл, бетон, древесина и стекло чтоб повысить несущую способность конструкции.
3.Прозрачный алюминий

самовосстанавливающийся бетон, углеродные нанотрубки, прозрачный алюминий, проницаемый бетон, аэрогель
На протяжении десятков лет химики мечтали о материале, который бы был и прочный как металл и в тоже время был прозрачный как стекло. Такой «прозрачный металл» мог бы использоваться в строительстве высоких небоскребов, которые содержали бы меньше опор. Из прозрачного материала можно сделать сверхпрочные гигантские бассейны.
С 1980 года ученые начали экспериментировать с новыми типами керамики, состоящими из порошкообразного алюминия, кислорода и азота. Эта композиция нагревалась до 2000 градусов Цельсия, а потом полировалась, в результате получался прозрачный материал, похожий на стекло с прочностью как у алюминия.
Материал, известный как ALON — сейчас широко применяется военными для изготовления бронированных окон и оптических приборов, которые могут выдерживать попадание из крупнокалиберной артиллерии.
4.Проницаемый бетон

самовосстанавливающийся бетон, углеродные нанотрубки, прозрачный алюминий, проницаемый бетон, аэрогель
Во время крупных штормов дождевая вода стекает в канализацию и на обочину, смывая с проезжей части потенциально опасные токсические вещества, такие как выхлопы автомобилей и бензин, затем эти вещества попадают в почву.
Природа сейчас является главным барьером который не дает токсическим веществам проникать дальше так как почва задерживает в себе вредные вещества. После дождя химикаты попав в почву всасываются растениями и частично разлагаются микроорганизмами. Учитывая это инженеры создали новый тип бетона, проницаемый для воды.
Проницаемый бетон это отличная замена асфальту на парковках. Он во первых лучше избавляет площадку от дождевой воды, а во вторых, из-за того, что имеет светлый цвет он не так нагревается на солнце.
5.Аэрогельная изоляция

самовосстанавливающийся бетон, углеродные нанотрубки, прозрачный алюминий, проницаемый бетон, аэрогель
Углеродная губка, состоящая из аэрогельных пор может удержатся на цветке вишни, а впитывать она может в 250-900 раз больше, чем весит сама!
Если бы знаменитая статуя Давида, которую сотворил Микеланджело, была изготовлена из аэрогеля, то она весила бы всего 2 кг.
Аэрогель это материал с наименьшей плотностью на планете, пеноподобный твердый материал, который сохраняет форму несмотря на то, что очень легок.
Аэрогели бывают легкие — в 3 раза тяжелее воздуха, так и тяжелые — в 15 раз тяжелее воздуха. Аэрогель представляет собой кремниевую структуру, в которой от 90 до 99% объема заполнено воздухом.
Аэрогель может принять форму тонких листов и использоваться как супер изоляционный материал. Его пористая структура не позволяет теплу или холоду по нему передаваться. Аэрогель в 2-4 раза менее теплопроводный, чем классическое стекловолокно или изоляционная пена. Как только цена производства аэрогеля упадет, он станет широко применяться в строительстве.

Перейти к части 2

————

Виталий Сыроед

Блог инженера конструктора

для тех, кто думает

Виталий Сыроед

Автор: Виталий Сыроед

------ Наша официальная группа Вконтакте https://vk.com/club150627016 Обо мне 32 года,женат, есть ребенок.Эксперт по лечению артрозов, артритов и аллергий без таблеток и дорогих добавок. Хобби — изготовление различных полезных приспособлений и предметов, чтение, занятия физ. упражнениями, бег. +380960030982

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *