Инсталляция света. Челябинские ученые разрабатывают прозрачный бетон

31 Мая 2018 Автор: Евгений Аникиенко Фото: Вячеслав Шишкоедов
Инсталляция света. Челябинские ученые разрабатывают прозрачный бетон

Можно ли создать стройматериал, который будет своего рода аналогом хрупкого стекла — обладать прочностью бетона и в то же время пропускать свет?

Ученые придумали, как соединить эти несовместимые, казалось бы, свойства в одном флаконе, и создали материал будущего, во многом не уступающий зарубежным аналогам. А теперь работают над приданием ему новых качеств.

«Ледяной дом» — не сказка!

О светлом, прозрачном доме-сказке мечтали еще российские императрицы. Вспомним хотя бы «ледяной дом» Анны Иоанновны, янтарную комнату Екатерининского дворца… Сегодня благодаря приходу в архитектуру наукоемких технологий эта мечта становится ближе.

Напомним, что светопропускающий бетон, получивший название литракон, в начале нулевых изобрел венгерский архитектор Арон Лошонци. Он совместил в одном материале бетон и оптоволокно, которое пропускает свет и придает зданиям неповторимый эффект сказочной инсталляции. Эти прорывные инновации уже заходят на рынок стройдекора Японии и США, но в России пока не нашли широкого применения. Компонентный состав литракона держится в строжайшем секрете, к тому же это дорогостоящая технология, и в нашей стране пока считается диковинкой стройиндустрии. Можно ли разгадать тайну прозрачного бетона, сделать его производство менее затратным? И придать ему новые свойства, расширяющие его сферу применения?

— Такую цель мы и поставили перед собой, — говорит руководитель проекта Галина Аверина, аспирант кафедры «Строительные материалы и изделия» архитектурно-строительного института ЮУрГУ. — Год назад начали испытывать различные составляющие светопропускающего бетона — цементно-песчаные, мраморные смеси, армированные пластиковыми волокнами. Вручную, слой за слоем, склеивая вязанкой, укладывали на бетон кусочки оптоволокна, направленные в сторону источника света. Секрет прозрачности — дисперсное армирование оптоволоконной фиброй, материала с мелковолокнистой структурой, пропускающего свет.

По словам Галины Авериной, свои сложности вызвало то, что нижний слой бетона слишком долго схватывался, а укладывать новый можно, только когда он затвердеет. Но и здесь нашли выход — стали экспериментировать с добавками, ускоряющими сроки схватывания бетонной смеси. Завершающий штрих — тщательное шлифование такой плиты, улучшающее светопропускную способность и неповторимый искристый эффект.

Призрак Оперы

На выставке World Robot Olympiad‑2018, на которой молодые ученые представили свой необычный бетон, он вызвал огромный интерес. Посетители спрашивали, где можно приобрести уникальный материал и будет ли у научной разработки свое продолжение.

— Пока это только эксперимент, лабораторный образец, — говорит Галина Аверина. — Но мы очень надеемся, что он заинтересует инвесторов, и производство светопропускающего бетона будет поставлено на поток. У нас много идей, задумок и планов, как придать ему новые свойства, снизить себестоимость. К примеру, укладывать готовую стеклоткань, что намного удешевит этот трудоемкий процесс. Другая идея — изготавливать такой бетон не только в виде панелей, но и монолита! Пока это задумка, но вполне осуществимая. Сложности с ручной укладкой слоев в перспективе, я уверена, будут преодолены, а технология автоматизирована!

Сегодня литракон используют в основном в качестве декоративного отделочного материала  только в малоэтажном строительстве, но когда он будет и в монолитном варианте, то подойдет и для возведения высотных зданий.

— Сфера применения этого материала самая широкая, — считает Галина Аверина. — Это и эстетика, и экономия: стены-окна дают света в избытке. В немецком Лейпциге из прозрачного бетона построили здание представительства концерна BMW, в Ахене облицевали фасад одного из небоскребов. Причем панели подключили к компьютерной системе управления освещением, и здание превратилось в гигантский экран светового шоу! А в Венгрии из такого бетона делают скамейки, светильники, другие малые архитектурные формы. Эти наработки, на мой взгляд, могут очень пригодиться и в Челябинске, где запущена программа формирования комфортной городской среды.

По планам архитекторов, прозрачный бетон может совершенно изменить дизайн ночной подсветки беседок, фонтанов. А здания из него сияют в любое время суток: днем свет проникает снаружи, а ночью — изнутри, создавая иллюзию фантастической свето-цветовой феерии.

Мало того, свойства этого материала можно использовать в театре теней, если он будет вместо ширмы, силуэты как бы обретут «живую оболочку». Например, «призрак Оперы» сможет удивить зрителей эффектом присутствия зловещей сущности из потустороннего мира!

Вместо цемента доломит?

И все-таки, что нового привносят наши ученые в эту инновационную технологию?

— Мы работаем над этим, — сообщила Галина Аверина. — Например, почему бы на службу свету не поставить нашу предыдущую разработку, которая вполне может стать составной частью прозрачной технологии? Четыре года назад, победив в конкурсе Российского фонда содействия инновациям, мы получили грант на создание строительных смесей на основе техногенного доломита. Вместо цемента скрепляющим материалом в них служит магнезиальный вяжущий порошок, который можно получать из доломитовых отходов огнеупорного производства. Так, под Саткой уже скопились целые горы из отвалов отходов комбината «Магнезит», и если дармовой материал пустить в дело, будет большой выигрыш для экономики и  экологии. Этот вопрос — один из ключевых в моей будущей кандидатской диссертации. Мы разрабатываем ряд материалов широкого спектра применения, от смеси для закупорки стволов закрытых шахт до светопропускающего бетона. Для этого планируем привлечь инвесторов, создать малое инновационное предприятие.

Как пояснили разработчики, по сравнению с традиционным цементом либо известью главное преимущество магнезиального порошка — его высокая водостойкость. Причем не нужно проводить обработку изделий на его основе в среде высоких температур. Магнезиальные составляющие могут стать ценным вяжущим компонентом «прозрачного» бетона! Их уникальное свойство — способность затвердевать не с помощью воды, как цемент, а при взаимодействии с раствором солей!

— В связке оксида магния с солями хлора образуются так называемые соединения гидрооксидхлоридов, обладающие повышенной прочностью на сжатие и изгиб, — добавляет Галина Аверина. — Мы изучили возможность контролировать деформации таких композиций, что особенно важно в бесшовном строительстве. Но не менее ценно и такое свойство магнезиальных вяжущих порошков, как биоцидность — способность противостоять биологической коррозии — грибкам, плесени. К сырости, появлению на стенах зданий плесени могут привести ошибки в проектировании и прокладке коммуникаций. А споры грибков, в свою очередь, ухудшают качество воздуха в помещении, что может вызвать одышку, астму. При эксплуатации магнезиальных конструкций такой угрозы нет!

«Прозрачный дом» на принтере?

Однако производство светопропускающего бетона могут затормозить недоработки «опытной технологии». Как, к примеру, его приспособить для популярного сегодня блочного строительства?

— Мы уже разрабатываем нанотехнологии, которые помогут решению и этой проблемы, — считает один из разработчиков «прозрачного бетона» студент архитектурно-строительного института ЮУрГУ Александр Шульмин. — Если к нашему бетону добавить золу, графеновые нанодобавки, то его характеристики качественно улучшатся. А значит, из него можно будет изготавливать не только панели, но и блоки — главный материал в малоэтажном жилищном строительстве.

наука-прозрачный-бетон_Шишкоедов_DSC9990_Александр-Шульгин.jpg

Кроме того, разработчики для выпуска светопропускающего бетона планируют использовать пластиковые компоненты, так же влияющие на его прочность и износостойкость. Уже сегодня в строительстве применяют такие «гибриды», как полистиролбетон и фиброцемент. Почему бы их не «состыковать» с прозрачной технологией?

— В ближайшей перспективе планируем внедрить и компьютерное моделирование «прозрачных бетонов», чтобы получать материал с заранее заданными свойствами, — подытоживает Александр Шульмин. — Одна из наших задумок — организовать печатание таких зданий на 3D-принтере, вначале фундамент, затем стены и кровлю… Это вполне разрешимая задача: сегодня уже есть гигантские принтеры, способные «тиражировать» целые коттеджи. А если совместить нашу технологию с электроникой «умного дома», то можно будет добиться самых удивительных результатов!

Вчера | 09:22
Уроки на ночь глядя. В копейской школе дети вынуждены учиться до позднего вечера

Занятие у ребятишек 2-х и 3-х классов копейской школы № 7 начинаются в 15:00, а заканчиваются только в 19:00 — всего за два часа до сна. Фактически это третья смена, однако официально на бумаге такое расписание называется гибким, а смена — второй удлиненной.

16.09.2019 | 15:42
Хлеб из биопечки. Сможет ли искусственная еда заменить натуральную

Можно ли сделать искусственную пищу из электричества, воздуха и воды? По мнению ученых, эта задача сегодня вполне решаема. К примеру, финские биотехнологи сообщили о прорывном открытии, позволяющем при помощи микроорганизмов производить муку «из ничего».

Вчера | 16:57
Южноуральские аграрии собрали урожай наград на межрегиональной выставке

Аграрии Челябинской области завоевали на IX межрегиональной агропромышленной выставке в Екатеринбурге 57 медалей, из которых 12 золотых.

Вчера | 16:44
Единороссы определились с кандидатурой спикера гордумы Челябинска

Городским депутатам предложили поддержать партийного выдвиженца Андрея Шмидта.

Новости   
Спецпроекты