Доклад для Кнауфа. 3Глава Инновационные технологии в строительной индустрии
 Скачать 1.5 Mb.
|
|
Многоликий бетон Бетон — вторая по общим объемам потребления человеческой цивилизацией (после воды) суб- станция, иными словами, он является самым ак- тивно используемым из искусственно созданных людьми материалов. Так, в середине прошлого десятилетия в мире ежегодно производилось в общей сложности порядка 7 куб. километров бе- тона, т. е. на каждого жителя Земли приходилось более 1 кубометра этого продукта. Столь колоссальные объемы производимого человечеством бетона и его массовое распро- странение в строительной индустрии, помимо всего прочего, делают этот материал важней- 10 The «Megatrend» in the Construction Industry, Worldwide construction industry acknowledges model-based work method, цит. по интернет-публикации http://www.rib-software.com/ en/main/about-rib/rib-magazine-transparent/transparent-36/ the-megatrend-in-the-construction-industry.html шим элементом четко обозначившегося в по- следние годы процесса ускоренной «экологиза- ции» стройматериалов. И хотя бетон, в принципе, нельзя считать су- перзагрязняющим материалом, благодаря столь большим масштабам его выработки на долю бетона (точнее, его ключевой химической со- ставляющей — портландцемента) ежегодно приходится от 5 до 10% совокупных выбросов углекислоты в атмосферу. Вторым ключевым направлением исследова- ний, нацеленных на увеличение эффективности и полезных свойств бетона являются поиски ме- ханизмов и способов снижения удельных энер- гозатрат в процессе его производства и после- дующей эксплуатации. В том, что касается экологической стороны вопроса, многие из современных подходов к соз- данию «более зеленых» разновидностей бетона основываются на попытках тем или иным обра- зом уменьшить (и даже полностью устранить!) присутствие в нем портландцемента, — либо разбавляя его различными природными и/или искусственными добавками (например, зольной пылью), либо вообще заменяя традиционный портландцемент на другие виды цемента, для производства которых требуется значительно меньше тепловой энергии. Одним из наиболее крупных исследователь- ских центров, который на протяжении многих лет занимается разработкой более «дружелюб- ных» по отношению к окружающей среде новых типов бетона, а также созданием инженерно- модифицированных его разновидностей со специфическими свойствами является Concrete Sustainability Hub, CSH (что можно условно пере- вести как «Центр по экологически рациональному бетону») при Массачусетском технологическом институте в Бостоне (MIT). Специалисты этого центра впервые в мире смогли точно искусствен- но смоделировать структуру бетона на молеку- лярном уровне (а в ближайшей перспективе рас- считывают выйти и на атомарный уровень), что позволило им найти ряд эффективных методов создания более прочных, долговечных и эколо- гичных бетонов, и выявить ключевые механизмы последующего целенаправленного изменения его различных свойств и практического назначения. Таким образом, в скором будущем с бетоном мож- но будет проделывать те же произвольные моди- фикации, которые уже давно стали возможными по отношению к той же стали или стеклу. Достигнутый специалистами исследователь- ского центра MIT глубокий уровень теоретиче- ского понимания физико-химических свойств бе- тона теперь должен быть «подхвачен» ведущими 9 игроками строительной индустрии для осущест- вления дальнейших масштабных практических экспериментов: по оптимистическим расчетам руководителей центра CSH, первые коммерческие образцы «нового бетона» могут появиться на свет уже в течение ближайших нескольких лет. Впрочем, даже если временно оставить в сто- роне это, безусловно, магистральное направ- ление научных исследований, нельзя не отме- тить, что и инкрементный прогресс в области совершенствования качества обычного бетона за последние несколько десятилетий был весь- ма значительным. Так, лучшие образцы моди- фицированного бетона сегодня примерно втрое превосходят по компрессионной прочности стандартный бетон образца начала 70-х гг. про- шлого века, что в т. ч. позволяет в промышлен- ных масштабах создавать куда более тонкие, легкие и протяженные железобетонные кон- струкции. Самым ярким примером того, насколько бо- лее надежными и прочными стали современные бетоносодержащие строительные структуры, можно считать недавно возведенную знаме- нитую башню-небоскреб Burj Khalifa в Дубае (ОАЭ), самое высокое 828-метровое здание в мире (что более чем на 300 метров выше, чем у предыдущего рекордсмена, небоскреба Taipei 101 на Тайване). Так, специально для Burj Khalifa была разработана особая марка бетона, способ- ная долгое время выдерживать температуру до +50 °C, и, что особенно показательно, основной несущий каркас этой башни был полностью вы- полнен из железобетона, тогда как у Taipei 101 он был стальным. Но, разумеется, относительная прочность (крепость) бетона далеко не всегда является ключевым фактором при разработке его различ- ных искусственных модификаций. Например, при проектировании железобетонных колонн на первый план выходят физические свойства их арматурных составляющих. Одно из перспективных технологических ре- шений, позволяющих создавать более тонкие, легкие и коррозионностойкие бетонокомпози- ты для этих целей было недавно разработано со- вместными усилиями канадской строительной компании Atlus Group и французской инжини- ринговой фирмы Chomarat. Предложенное ими новое решение проблемы коррозии в сборных железобетонных конструкциях оказалось на удивление простым, и, в то же время, весьма нестандартным: традиционные стальные арма- турные стержни были полностью заменены на углеволоконные решетчатые структуры. Таким образом, удалось избавиться от «главного источ- ника головной боли» в подобных конструкциях — корродируемой стали, а на смену ей пришло куда более легкое и тонкое, и к тому же вообще не подвергающееся коррозии углеволокно (еще один существенный плюс этого нового бетоно- композита заключается в том, что при его про- изводстве расходуются значительно меньшие удельные объемы бетона) 11 Кроме того, в течение последнего десятиле- тия различными исследовательскими группами было разработано большое количество новых ти- пов и видов бетона и цемента, обладающих весь- ма необычными и нетипичными свойствами и характеристиками. Среди этого многообразия 11 Material Developments: New Technologies and Their Implications for Building Construction, Owners Perspective, October 10, 2011; http://www.ownersperspective.org/ project-delivery/item/75-material-developments-new- technologies-and-their-implications-for-building- construction Глава 1. Инновационные технологии в строительной индустрии 10 Небоскреб Бурдж Халифа (Burj Khalifa) в г. Дубай (ОАЭ) можно отдельно отметить следующие любопыт- ные новые разновидности 12 1) В 2005 г. исследователи из Мичиганского университета (США) создали «гибкий бетон», который, согласно их утверждениям, в 500 раз более резистентен к трещинообразованию по сравнению с традиционным бетоном и к тому же примерно на 40% легче последнего. Этот но- вый тип бетона, в состав которого входят укре- пляющие композитные волокна (официально он получил название Engineered Cementitious Composite (ECC), т. е. конструктивный цемен- тирующий композит) достаточно быстро нашел практическое применение в целом ряде недав- них строительных проектов в Японии, Южной Корее, Швейцарии и Австралии, хотя в самих Соединенных Штатах его внедрение происходит несколько медленнее. Согласно последним экспериментальным проверкам разработчиков, ECC отличается еще и повышенной долговечностью, т. е. сохраняет свои основные свойства примерно вдвое дольше обычного бетона, однако данные оценки, без- 12 Цит. из интернет-публикации New materials in construction (concrete); http://constructionduniya.blogspot.ru/2012/02/new- materials-in-construction-concrete.html условно, пока еще являются недостаточно под- твержденными. 2) В том же 2005 г. группой португальских архитекторов и дизайнеров из Лиссабона был разработан BETÃO ORGÂNICO (органический бетон). Данная экзотическая разновидность бе- тона по сути является гибридным сочетанием органических и неорганических материалов, позволяющим естественным образом произрас- тать на своей поверхности различным видам жи- вой растительности: благодаря тому, что бетон сохраняет внутри себя воду, он может использо- ваться в качестве своеобразной «энергетической батареи», подпитывающей водой зеленую расти- тельность в засушливый период. Таким образом, португальским разработчикам удалось создать удивительный симбиозный продукт, который, пожалуй, можно еще назвать «травобетоном». BETÃO ORGÂNICO уже активно используется многими «зелеными проектировщиками», при- чем не только в виде экозаменителя обычных дорожных бетонных плит, но и в качестве деко- ративного элемента внешних стенных покрытий зданий. 3) Чуть раньше, в 2001 г., венгерским архи- тектором Ароном Лошонци и группой ученых из Технического университета Будапешта был соз- дан LiTraCon (сокращение от «light transmitting 11 Стена из светопрозрачного бетона LiTraCon concrete») — светопрозрачный (пропускающий свет) бетон. Это новый тип бетона, состоящий из мелкозернистого бетона с 5%-ной оптостеклово- локонной добавкой. Дозированная пропитка бе- тона оптостекловолокном позволяет солнечно- му свету достаточно свободно (до 20-метровой толщины стен) проходить как снаружи внутрь помещения, так и изнутри наружу. Причем, что показательно, несмотря на свои необычные ха- рактеристики, LiTraCon нисколько не уступает обычному бетону по прочности. 4) Наконец, особенно интересным представ- ляется новый вид бетона, разработанный спе- циалистами небольшой австралийской хайтек- компании TecEco, — Porecocrete (Porous Concrete), т. е. пористый бетон. Это — экологически чистый бетонокомпозит, созданию которого, в свою оче- редь, предшествовала другая инновационная раз- работка TecEco, — экоцемент, поглощающий угле- кислоту из окружающей атмосферы. Важнейшей композиционной составляющей австралийского экоцемента является химически активная жже- ная магнезия, благодаря добавлению которой и происходит регулярная абсорбция (и последую- щее затвердевание) CO 2 , а также воды. Причем, помимо магнезии в состав эко-цемента также могут безболезненно входить и другие полезные примеси (например, та же зольная пыль, шлаки, пластик и т. п.), — его ключевое свойство, способ- ность к поглощению CO 2 , при этом сохраняется. В свою очередь, пористый бетон (Porecocrete) потенциально может стать основным (и, вполне возможно, очень рыночно перспективным) ко- нечным продуктом для экоцемента. Так, по мне- нию многих экспертов, главным и весьма емким потенциальным направлением практического использования для пористого бетона будут в ближайшем будущем различные дорожные по- крытия (прежде всего, — городские пешеходные тротуары). Благодаря наличию множества пор в этом бетонокомпозитном материале, сохраняю- щих относительную прохладу даже при очень жаркой, сухой погоде, он станет выгодной аль- тернативой стандартным дорожным покрыти- ям, в состав которых входят различные битум- ные материалы, асфальт или тот же обычный портланд-цемент. В заключение этого подраздела отдельно крат- ко упомянем также о ряде интересных направле- ний использования различных нанотехнологий для улучшения качества бетона 13 : 13 Gaurav Jain, «Nanotechnology in building construction materials», October 31, 2012; (http://www.slideshare. net/0936500017/nanotechnology-in-building-construction- materials-14967495) — добавление в бетон наноразмерных частиц кварцевой пыли (тонкого кремнеземного по- рошка) позволяет добиться существенного уве- личения долговечности бетонных конструкций, подвергающихся воздействию различных про- тивообледенительных химических реагентов; — включение в состав бетона небольших коли- честв (1%) углеродных нанотрубок существенно улучшает механические свойства бетона; — недавние исследования наночастиц гематита (красного железняка, Fe 2 O 3 ) также продемонстри- ровали, что при добавлении этих частиц в бетон по- следний становиться значительно более прочным. Комбинированные теплоизоляционные материалы Массовое распространение в стройиндустрии специализированных теплоизоляционных мате- риалов и продуктов, наблюдаемое в последние годы, создало для наиболее активных игроков этой отрасли очень серьезные потенциальные возможности по части оптимизации базовых по- казателей энергоэффективности. Достаточно лишь бегло перечислить наиболее перспективные инновационные материалы и тех- нологические методы, активно внедряющиеся в данной сфере, такие как пенополистирол, аку- стические мембраны, паровоздушные защитные слои, разнообразные стекловолоконные изоляци- онные системы и т. д., для того, чтобы прийти к очевидному выводу о том, что при помощи умело- го комбинирования этих изоляционных материа- лов и технологий строительные компании теперь располагают куда более обширным арсеналом для гибкого управления своими удельными из- держками и контроля над энергоемкостью. Так, одним из относительно недавних и очень многообещающих трендов в данном сегменте стало массовое внедрение т. н. конструктивных теплозащитных панелей (Structural Insulated Panels, SIPs). Эти новые системы утепления стен состоят из жестких пеноизоляционных листов, прокладываемых вперемешку со слоями из т. н. ориентированно-стружечных плит, ОСП. В ре- зультате этой комбинации двух разных материа- лов достигается высокая конструкционная проч- ность стенной изоляции и, кроме того, поскольку практические разновидности SIPs обладают различной толщиной, это позволяет достаточно широко варьировать меру теплосопротивления изоляционного покрытия (т. н. R-Value, — в диа- пазоне от 13,5 до 25) 14 . Наконец, конструктивные 14 «New Home Construction Materials», Handy American; http://www.handyamerican.com/articles-new-home- construction-materials.asp Глава 1. Инновационные технологии в строительной индустрии 12 теплозащитные панели могут также использо- ваться в качестве важного элемента кровельных покрытий зданий, в т. ч. позволяя конструиро- вать высокие потолки без обшивки, состоящие из балок перекрытия. Еще один, также набравший в последнее время значительную популярность в отрасли комбини- рованный тип теплоизоляции, — т. н. несъемная опалубка из гранулированного пенополистиро- ла (англ. название — Insulated Concrete Forms, ICF). Эта технология была впервые запатентова- на в США еще в конце 60-х годов XX века, однако ее массовое внедрение в стройиндустрии прои- зошло значительно позже. ICF обладает прекрас- ными энергосберегающими характеристиками, небольшим весом, высокой конструкционной прочностью и обеспечивает относительную про- стоту отделочных работ. Основными разновидностями ICF в настоя- щее время являются панели из пенополистиро- ла, соединенные стяжками из полиэтилена или полипропилена, а также с интегрированными жесткими элементами из полипропилена или полиэтилена. Кроме того, в последнее время ста- ли также производится панели ICF, армирован- ные стекловолокном и состоящие из фибробето- нов. Отметим также, что, в отличие от обычной съемной опалубки, несъемная ICF-опалубка не только используется в качестве эффективного утеплителя, но и не несет никакой конструкци- онной нагрузки. Отдельного упоминания в данной категории инновационных стройматериалов, безусловно, также заслуживает новое поколение энергоэф- фективных теплоизоляторов — вакуумные изо- ляционные панели (VIP), которые были изна- чально ориентированы на улучшение изоляции в тех областях, где требуется высокая термостой- кость, но при этом пространство весьма огра- ничено. Причем, что примечательно, основные физические принципы данного типа теплоизо- ляции были, также как и в случае с ICF, разрабо- таны еще в 60-е годы ХХ века, однако массовое ее внедрение в стройндустрии стало происходить несколькими десятилетиями позже. Как отмечается в статье «Вакуумная тепло- изоляция и перспективы ее использования в строительстве» 15 , «применение в этих панелях мелкодисперсных пористых материалов позволя- ет решить задачу создания утеплителей с чрезвы- чайно малым значением коэффициента теплопро- водности при гораздо менее жестких требованиях к конструкции теплоизоляционной системы и степени разрежения воздуха. Основную роль в 15 http://www.stroti.ru/articles/iz-rab/iz-rab_126.html процессе передачи тепла в пористых порошковых структурах играет газ, находящийся в порах. Чем меньше размеры пор или пустот материала и раз- ветвленнее его структура, тем раньше в нем до- стигается условие высокого вакуума и лучше его теплофизические свойства». В настоящее время основными составными материалами для ваку- умных панелей являются пенополистирол, пено- полиуретан, дымный и осажденный кремнезем, а также различные аэрогели. Отметим также, что, по оценкам канадских специалистов, VIP могут обеспечивать почти в 10 раз более высокую термическую эффектив- ность по сравнению с традиционными теплоизо- ляционными материалами 16 . Однако, справед- ливости ради, здесь необходимо уточнить, что более активное применение VIP в стройинду- стрии пока сдерживается из-за сохраняющейся неопределенности в принципиальном вопросе о том, насколько надежную и долговременную термоизоляцию обеспечивает вакуумная обо- лочка уже после непосредственной установки этих панелей. Интегрированные фотоэлектрические модули и «живые» крыши Помимо разнообразных инновационных мате- риалов и технологий, изначально ориентирован- ных, прежде всего, на применение в строитель- ной отрасли, следует отдельно выделить очень перспективное технологическое направление, тесная практическая взаимосвязь которого с до- мостроительным сегментом стала совершенно очевидной лишь относительно недавно. Речь идет о набирающей очень быстрые темпы интеграции в здания и сооружения фотоэлектри- ческих модулей, позволяющих основным объек- там стройиндустрии помимо своего основного предназначения также выполнять важнейшую дополнительную функцию — аккумулировать солнечную энергию. Этот процесс в настоящее время признается большинством экспертов в качестве одного из ма- гистральных и, фактически, «безальтернативных» путей дальнейшего развития стройиндустрии. Так, согласно одному из недавних отраслевых прогнозов, общий объем рынка интегрирован- ных в здания фотоэлектрических продуктов и материалов (исходный английский вариант — Building Integrated Photovoltaics (BIPV) уже к 2016 г. должен вырасти более чем в 5 раз по сравнению с уровнем, достигнутым в 2011 г. — с $2 млрд до 16 National Research Council Canada, Long-term performance of Vacuum Insulation Panels (VIP); http://www.nrc-cnrc.gc. ca/ci-ic/article/v17n3-1 13 $11 млрд. Более того, суммарная энергетическая мощность установленных на жилых и торгово- промышленных зданиях и сооружениях BIPV за тот же период времени может увеличиться при- мерно на порядок — с 343 МВт до 3.6 ГВт 17 Разнообразные устройства для преобразова- ния солнечной энергии в электроэнергию будут повсеместно монтироваться помимо традици- онных крыш также на окнах, устанавливаться в качестве элементов навесных стенных панелей и даже мобильных дорожных покрытий. Так, современные «фотоэлектрические окна», как правило, состоят из двух обычных оконных панелей из прозрачного или тонированного стекла с полупрозрачными PV-модулями, при- крепленными к поверхности внутренней окон- ной панели (что, в свою очередь, создает т. н. третью поверхность). Но, по мнению многих спе- циалистов, в скором будущем и сами оконные рамы могут быть полностью заменены на сте- клянные PV-панели. Еще более массовым может стать процесс вне- дрения BIPV в случае, если эти модули будут ис- пользоваться в качестве стандартных элементов наружной стеновой обшивки и/или противодо- ждевых защитных экранов. Особые надежды ряда специалистов связаны и с новым инновационным продуктом под назва- нием Solar Ivy (в букв. переводе — «Солнечный плющ»). Специально разработанный для искус- ственной имитации процесса естественного ро- ста плющей на внешней поверхности домов Solar Ivy состоит из слоя тонкопленочного материала, покрывающего множество полиэтиленовых ли- стов, к каждому из которых также прикреплен 17 «Material Developments: New Technologies and Their Implications for Building Construction», ibid. пьезоэлектрический генератор: в течение всего времени, пока солнечные лучи падают на эти листы или их обдувает ветер, они вырабатыва- ют электроэнергию. По задумке разработчиков этого продукта, Solar Ivy с легкостью может быть «вживлен» в уже существующие здания и соору- жения, причем его относительные размеры лег- ко видоизменяются в очень широких пределах. Достаточно очевидно также, что применение BIPV отнюдь не ограничится внешней поверхно- стью зданий и сооружений. Упоминавшиеся выше передвижные (мобильные) дорожные покрытия, оснащенные фотогальваническими элементами, позволят и земной поверхности стать важнейшим «приемником» солнечной энергии. Впрочем, по всей видимости, эти мобильные дорожные покрытия будут главным образом проектироваться в пеше- ходных зонах и на территориях, непосредственно примыкающих к жилым зданиям, т. к. их массовое использование на оживленных автомобильных трассах едва ли экономически оправданно. Еще одной перспективной «родственной» тех- нологией (хотя и не использующей фотогальва- нические элементы), возможно, станет и т. н. технология «активного естественного освеще- ния» (active daylighting) зданий. Эта технология основывается на комбинации монтируемых на крышах зданий специальных подвижных гелио- коллекторов (приемников солнечной энергии) и разветвленных оптоволоконных кабелей. Под- вижные гелиоколлекторы, оснащенные мощны- ми оптическими линзами, фокусирующими свет и перенаправляющими его в оптоволоконные кабели, в течение всего светового дня плавно перемещаются по поверхности крыши вслед за движением Солнца по небосводу. В свою очередь, оптоволоконные кабели, пропускаемые сквозь различные стенные и по- Глава 1. Инновационные технологии в строительной индустрии 14 Внешний вид системы Solar Ivy толочные полости и/или специальные желоба для скрытой проводки, непосредственно до- ставляют аккумулируемый гелиоколлекторами свет во внутренние помещения домов, где при помощи различных дополнительных приспо- соблений (точечных светильников, обычных солнечных батарей и прочих гибридных осве- тительных приборов) происходит дальнейшее распространение света. В настоящее время стои- мость подобных систем «активного естественно- го освещения» все еще неоправданно высока, но в случае их дальнейшего массового распростра- нения она достаточно быстро может снизиться до разумных пределов. Наконец, очень практичным и популярным строительным элементом в последние годы ста- ли т. н. «живые» крыши (living roofs, другой ан- глоязычный вариант их названия — green roofs, т. е. «зеленые» крыши). В своем стандартном виде эти «живые» крыши покрывают снаружи обычную непроницаемую кровельную поверхность и состоят из относи- тельно тонкого слоя почвы, обеспечивающего естественный рост различных зеленых насаж- дений. В принципе, подобные «живые» крыши могут обладать наклонной поверхностью, но, как правило, они являются плоскими. Благодаря тому, что они относятся к категории «low-tech» продуктов, их средняя стоимость уже сегодня весьма невелика, а число предоставляемых ими различных преимуществ для обитателей таких зеленых домов очень значительно (серьезное снижение нагрева кровельной поверхности, до- полнительная теплоизоляция и поглощение CO 2 , общее улучшение качества окружающего атмос- ферного воздуха и т. д.). Не следует забывать и об очевидных эстети- ческих достоинствах подобных «зеленых эле- 15 Примеры зданий, сертифицированных по системе LEED Средняя школа Sidwell Friends. Вашингтон, США Штаб-квартира Дойче Банка. Франкфурт-на-Майне, Германия Офис компании «Сименс». Москва, Россия ментов» строительных конструкций. Наконец, что также немаловажно, они пользуются устой- чивой поддержкой в самой стройиндустрии, в т. ч. и благодаря тому, что в тех же Соединенных Штатах их наличие в проектах новых жилых до- мов и прочих строений обеспечивает бонусные начисления по системе LEED. В состоянии высокой практической готовности Многие тысячи новых материалов и технологий, которые могут в обозримом будущем стать ка- тализаторами быстрого роста стройиндустрии, в настоящее время находятся на самых различ- ных стадиях научных исследований, разработки и коммерческого внедрения и их последующая судьба, за редкими исключениями, не слишком предсказуема. Причем, как показывает бога- тый исторический опыт, весьма значительная часть из нашедших сегодня широкое примене- ние стройматериалов первоначально достаточ- но долго доказывали свою практическую полез- ность не в самой строительной индустрии, а в других, более «инновационно восприимчивых» отраслях экономики, например, в секторе быто- вой электроники или в медицине. Тем не менее, целый ряд разработанных в со- всем недавнем прошлом новых материалов уже практически созрел для быстрого и массового внедрения в стройиндустрии. Приведем далее лишь несколько конкретных примеров. Одна из таких «почти зрелых» категорий — т. н. самовосстанавливающиеся материалы. Эти уникальные материалы (самовосстанавли- вающиеся бетоны, металлы, композиты и проч.) в обозримой перспективе могут обеспечить рез- кое снижение средних эксплуатационных рас- ходов в строительной индустрии и существенно увеличить продолжительность жизни зданий и сооружений. Также благодаря тому, что они от- личаются повышенной долговечностью по срав- нению с традиционными стройматериалами, их массовое использование, очевидно, будет спо- собствовать значительному сокращению удель- ных энергозатрат в отрасли. Наконец, за счет активного применения та- ких материалов существенно вырастет общая технологическая безопасность и снизится сред- ний уровень производственного травматизма на строительных объектах. Быстрое распространение и практическое внедрение самовосстанавливающихся стройма- териалов — прямое следствие бурного развития в последние годы нанотехнологических разра- боток в материаловедении. В самом общем виде принцип действия механизма самовосстановле- ния различных материалов основывается на том, что в их состав искусственно инкорпорируются особые сферические наночастицы (наносферы), которые внутри себя содержат связующие хими- ческие агенты. В случае возникновения тех или иных повреждений таких материалов «вмонти- рованные» в них наносферы саморазрушаются и выбрасывают свое содержимое, которое быстро переносится непосредственно в проблемную зону для ее ремонта. Например, в случае с само- восстанавливающимся бетоном такие наносфе- ры эффективно инкорпорируются напрямую в бетонную смесь, тогда как в самовосстанавлива- ющихся металлах эти наночастицы пока исполь- зуются лишь в поверхностных слоях (например, в оцинкованных участках), поэтому «авторемонт» последних все еще носит скорее косметический характер. Другое обширное семейство перспективных инновационных стройматериалов, возникнове- ние которого также стало возможным благодаря серьезному прогрессу, достигнутому в сфере на- нотехнологий, — «стеклообразные металлы» («glassy metals»), гибридные искусственные ма- териалы, одновременно обладающие свойства- ми стекла и металла. Потенциальные конструкционные достоин- ства таких гибридных материалов достаточно очевидны даже для непрофессионалов — в них удается достичь удивительного сочетания эла- стичности, пластичности и прочности с прозрач- ностью, причем их вязкость разрушения (трещи- ностойкость) очень высока. Наконец, как полагают многие специалисты, в самом скором времени может произойти под- линный ренессанс такого давно известного в стройиндустрии материала как гипсокартон. На протяжении многих десятилетий с момента его изобретения в конце XIX века базовый процесс производства гипсокартона был практически неизменным: измельченный гипсовый камень помещался в обжиговую печь и нагревался до Глава 1. Инновационные технологии в строительной индустрии 16 «Живая крыша» 500 o C. Причем одним из негативных побочных эффектов этой традиционной технологии явля- лось то, что благодаря процессу обжига в атмос- феру ежегодно выбрасывались миллиарды тонн парниковых газов. И вот совсем недавно одной из калифорнийских компаний (Serious Materials) наконец удалось разработать принципиально но- вую разновидность гипсокартона, получившую название EcoRock, для производства которого не требуется использование обжиговых печей и, более того, эта новая технология позволила снизить удельное энергопотребление в 5 раз по сравнению с традиционным производственным процессом. По предварительным оценкам спе- циалистов, дальнейший массовый переход на новую безобжиговую технологию производства гипсокартона (точнее, ее модернизированной разновидности EcoRock, в состав которой входят зольная пыль, шлак и ряд других наполнителей, получаемых из отходов промышленного произ- водства) позволит достичь колоссального сни- жения средних энергозатрат в строительной от- расли (так, только в Северной Америке ежегодно производится порядка 85 млрд куб. фунтов тра- диционного гипсокартона 18 ), а также существен- но улучшит ее общий экологический имидж. Новые технологии меняют лицо отрасли Как мы уже неоднократно отмечали выше, благо- даря кумулятивному воздействию целого ряда очень мощных факторов (большая часть которых носит «внешний характер») традиционно кон- сервативная строительная отрасль, скорее всего, будет просто вынуждена изменить своим устояв- шимся традициям и пойти на целый ряд радикаль- ных изменений. Так, быстрое внедрение в мэйн- стримовскую практику компьютерных методов моделирования всех ключевых стадий строитель- ного цикла и прочих передовых IT-технологий уже в значительной степени изменили базовый modus operandi строительной отрасли в целом. Повторимся еще раз — с достаточно высокой степенью вероятности уже через несколько де- сятилетий может измениться практически до неузнаваемости и сам джентльменский набор используемых в отрасли материалов и техноло- гий. В свою очередь, эта почти неизбежная мас- совая замена традиционных стройматериалов и технологий должна привести к столь же мас- штабной организационной революции в строй- индустрии, в т. ч. к быстрому росту системной интеграции и значительному усилению взаимо- 18 «Building with Technology», Construction World magazine, August 2011; http://www.constructionworld.in/News.aspx?nI d=NnK3yaT0eljIvwFwF4rnCQ== действия между архитекторами, проектировщи- ками, инженерами-строителями и строительно- эксплуатационными службами. Наконец, средние темпы и масштабы техно- логического прогресса в отрасли также в значи- тельной степени будут зависеть от степени и ско- рости перехода на автоматизированные методы строительства и массового внедрения робото- техники и технологий с минимальным вмеша- тельством людей. Так, значительная часть экс- пертов сегодня сходится во мнении, что одной из ключевых тенденций ближайших десятилетий в строительной индустрии должен стать ускорен- ный переход от традиционных технологий возве- дения домов непосредственно на стройплощад- ках (on-site manufacturing) к сборно-модульному (офсайтному) домостроению. Скажем, по мнению всемирно известного канадского архитектора Ави Фридмена, выска- занному еще в середине прошлого десятилетия, «уже спустя десять лет роль и функции жилищно- строительных фирм заметно преобразятся. Жи- лые дома будут в массовом порядке возводиться по технологиям, напоминающим автомобиль- ный конвейер, из унифицированных панельных или модульных компонентов, спроектирован- ных при помощи компьютеров. Компании будут в основном продавать на рынке “пакетные реше- ния”, стандартные жилкомплекты, собранные в заводских условиях в соответствии с предвари- тельно выбранной заказчиками планировкой и транспортируемые в практически готовом виде непосредственно на место сборки» 19 1.2. Тренды в развитии рынка мате- риалов для строительной индустрии — взгляд российских участников рынка Опрошенные в ходе настоящего исследования управленцы компаний, производящих различ- ные стройматериалы, отмечают, что, несмотря на инерционный в целом технологический уклад строительной отрасли, развитие промышленно- сти строительных материалов в мире идет очень динамично. Практически каждый год на рын- ке строительной продукции появляются новые предложения от различных производителей. Раз- работка и внедрение таких материалов, техноло- гий и систем обусловливаются необходимостью решения задач современного строительства, ко- торые зависят не только от рыночного спроса, но и от основных трендов, складывающихся в отрасли. Какие же тренды выделили российские участники рынка? 19 “Expect mass modular homes: Architect”, Toronto Star, Oct. 8, 2005 17 Тренд первый. Экологически чистые материалы Одной из основных тенденций, которую назы- вают практически все опрошенные в ходе ис- следования руководители российских подраз- делений компаний, выпускающих строительные материалы, — повсеместный рост спроса на эко- логически чистые материалы. Этот рост обеспе- чивается требованиями со стороны потребите- лей технологий — строителей, озабоченных как ужесточающимся давлением государственных норм регулирования в этой области, так отноше- нием к этой проблеме общества в целом. Очевид- но, что спрос на экологичность своих будущих жилищ предъявляют и конечные потребители, покупатели жилой и коммерческой недвижимо- сти. Этот тренд становится заметным и в России, причем уже не только в сфере коттеджного стро- ительства, но и массового. В развитых странах достигнут своеобразный общественный консен- сус: производство и использование материалов не должны оказывать воздействие на окружаю- щую среду, и конечный потребитель готов в слу- чае выполнения этого условия платить больше. Тренд второй. Энергоэффективность Другая тенденция общего характера как бы про- должает экологическую линию в развитии ма- териалов. Материалы, из которых возводятся здания, должны быть энергоэффективными, это приводит к снижению потребления энергоно- сителей для обогрева или, наоборот, охлажде- ния помещений. Соответственно, уменьшают- ся вредные выбросы при производстве тепла и электричества, необходимых на эти цели, а это, опять-таки, отвечает задачам «зеленой» эконо- мики. В результате требуется все больше энерго- эффективных материалов, систем теплозащиты зданий и сооружений, воздвигаемых как в зонах холодного, так и в зонах жаркого климата, в ито- ге создающих дополнительных комфорт. Бонус- ная сторона повышения энергоэффективности зданий — значительное снижение расходов на оплату коммунальных услуг частными и ком- мерческими потребителями. Тренд третий. Экономия трудозатрат и издержек Современные материалы должны способствовать оптимизации строительного процесса. В част- ности, неизбежное сокращение использования ручного труда требует внедрения наименее тру- дозатратных и в то же время безопасных техно- логий строительства. Если говорить об опти- мизации производства, то всегда перед каждым застройщиком стоит задача снижения издержек производства для того, чтобы жилье стало более доступным. Делается это не столько за счет уде- шевления строительных материалов — иначе это вступает в противоречие с возрастающими требованиями экологичности и энергоэффек- тивности со стороны потребителей — сколько за счет совершенствования самих технологий стро- ительства. Одна их них заключается в поставках не собственно материалов, а целых систем, ком- бинирующих несколько из них, и позволяющих быстрее построить энергоэффективное, эколо- гически чистое здание. Тренд четвертый. Усиление безопасности и надежности В рамках этих трех главенствующих и общих трендов, отмечают специалисты, идет развитие и тенденций более специфических и профессио- нальных. Так, очевидна тенденция увеличения этажности зданий и размеров перекрываемых помещений, поэтому необходимы более проч- ные, но в то же время более легкие материалы и конструкции, а также решения по противо- стоянию сейсмическим, вибрационным, ветро- вым и другим механическим нагрузкам. В свою очередь, увеличение этажности зданий подни- мает риски пожарной опасности, поэтому повы- шаются требования к огнестойким материалы и системам. Уже многие эти вопросы начинают решаться с применением нанотехнологий. Респонденты отмечают, что растут требова- ния потребителей к качеству строительства, к архитектурной выразительности зданий и соо- ружений, к дизайну помещений, что обуславли- вает появление на рынке материалов и систем, адекватных этим задачам. Развитие в рамках зеленого тренда Представители компании Knauf отмечают, что требования общества к экологической безопас- ности среды обитания делают необходимым применение материалов и систем, обеспечиваю- щих защиту от радиации, химических эманаций, вредных биологических факторов, повышенных шумовых нагрузок и т. п. Так, все материалы Knauf имеют экологическую безопасность, под- твержденную необходимыми санитарными нор- мами, это касается и листов, и сухих смесей, и теплоизоляции. Кроме того, строительному рынку предлагаются плиты по защите от корот- коволновых излучений («Сейфборд»), шумовой реверберации («Акустика»), биокоррозии в про- блемных конструкциях («Аквапанель») и от за- грязнений воздуха в помещениях («Клинео»). Помимо этого, Knauf в рамках «зеленых» про- грамм разрабатывает в Германии технологию Глава 1. Инновационные технологии в строительной индустрии 18 утилизации продуктов очистки газов тепловых электростанций («РЕА-гипс»), а в России (Санкт- Петербург и Ленинградская область) компанией организована широкомасштабная утилизация макулатуры. Генеральный директор концерна Saint-Gobain в СНГ Гонзаг де Пире считает, что сами по себе строительные продукты должны быть абсолют- но экологичными и безопасными на протяже- нии всего своего жизненного цикла, включая утилизацию. Кроме того, сейчас люди по всему миру обращают внимание на дополнительную защиту своих жилищ, например, от акустиче- ских шумов, то есть помещение должно быть за- щищено от посторонних звуков извне. Крайне важным фактором становится качество воздуха в помещении. «Мы видим, — утверждает Гонзаг де Пире, — что появляется все больше и больше продуктов и целых систем, которые позволяют улучшить качество воздуха в помещении». Максим Тарасов, директор по продажам Rockwool Russia Group, рассказал, что становят- ся все более востребованными продукты из на- турального сырья, например, той же теплоизо- ляции из каменной ваты, продукцию из которой изготавливает Rockwool. Это касается и продук- ции других производителей: Paroc Group, Knauf Insulation, Saint-Gobain. Нарастание объемов эко- логичного строительства и использования эко- логичных материалов при строительстве — это в целом из общего тренда, когда люди стремят- ся окружить себя натуральными материалами, питаться более здоровой пищей. Потребители товаров и услуг все чаще стали задавать эти во- просы и в отношении жилья, задумываться, как они живут, в каких условиях. Отметим, что эта тенденция нарастает и в России, здесь пока это больше связано с сегментом коттеджного строи- тельства. Так, некоторые поселки уже сертифи- цируются по европейским экологическим нор- мативам. Технический директор ООО «Баумит» (рос- сийской дочки австрийской компании Baumit) Александр Самойлов, в качестве иллюстрации экологичности своей продукции говорит о не- обходимости изменения рецептуры красок и готовых к применению штукатурок, которые должны содержать все меньше летучих веществ. Промышленность стройматериалов делает, по мнению наших респондентов, серьезный вклад в решение проблем общей экологии — это одна из немногих отраслей экономики, которая хотя бы частично решает проблему стремительного на- копления отходов в современном потребитель- ском обществе, утилизируя часть их (к примеру, шлаки, макулатуру) в процессе производства. Совершенствование материалов и технологий в целом благотворно влияет на окружающую сре- ду. Так, к примеру, сейчас в процессе строитель- ства потребляется очень много воды, и если на- ходится решение, которое позволяет уменьшить использование воды, то это, кроме того, что су- щественно сокращает стоимость строительства, очень благотворно сказывается на природоохра- нительных параметрах строительства. Так про- исходит в частности при замене сухих клеящих смесей специальным монтажным клеем (про- дукция Henkel). Энергоэффективность — актуальная |