К 2050 году население Земли увеличится на 2 миллиарда человек – до 9,7 миллиардов. А к концу века – до 11 миллиардов: это прогнозы ООН. Растущий уровень населения требует новых решений в строительстве домов. Более экономных, быстрых и практичных. Наука разрабатывает новые инженерные идеи и материалы как для многоэтажных жилых домов, так и для частных, для одной семьи на отдельном участке.

Что нового предлагает наука, и какие новые технологии могут заменить пришедшие издревле срубы, классический кирпич или популярные сегодня каркасные технологии?

Напечатать дом

Трендом последнего десятилетия, среди новых технологий производства, остается 3D-печать. Причем производства практически чего угодно. Печатают корпуса для лодок, детали для космических аппаратов, даже искусственные органы. Новые решения на основе аддитивных технологий появляются и для возведения жилых домов.

Суть технологии печати домов мало отличается от печати, например, коробки для обуви: строительные 3D-принтеры выдавливают специальную смесь слой за слоем, в реальности воспроизводя подготовленную трехмерную модель. В зависимости от модели принтера и требований к зданию используются различные смеси, для которых важны прочность, пластичность и скорость застывания. Ученые продолжают заниматься исследованиями в области материаловедения, экспериментируя с новыми компонентами строительных смесей для 3D-печати. Важно, чтобы смесь была мелкозернистой – это особенности сопла принтеров. Для прочности и предотвращения трещин в напечатанной стене, в бетонную смесь для печати добавляют фибру. При необходимости классического армирования железными прутьями – их добавляют вручную, заливая затем смесью.

Сами строительные принтеры могут использовать различные материалы для печати, в зависимости от модели. Также они отличаются маневренностью и размерами, от которых зависит размер будущего строения. Портальные принтеры позволяют печатать здание по частям, или целиком, если здание помещается под аркой. Это четырехопорная конструкция, где печатающая головка располагается на движущейся вперед и назад горизонтальной балке. Вверх и вниз конструкция перемещается с помощью механизмов по бокам. Дельта принтеры работают в системе координат XYZ. Головка принтера не зависит от направляющих – она закреплена на подвижных элементах и потому может выполнять более сложные задачи.

Технологии 3D-печати домов еще только зарождаются. Машины еще не сменили каменщиков и плотников, хотя аддитивные технологии некоторые называют самыми перспективными в строительстве. Необходимость использовать опалубки в классических технологиях строительства с использованием бетона ограничивает дизайнеров и архитекторов. Новые технологии снимают эти вопросы. Также среди плюсов 3D-печати зданий отмечают меньший расход материалов, высокую скорость строительства и практически полную автоматизацию процесса.

Восстанавливающийся бетон

Если говорить о классическом способе возведения зданий, то материалом номер один остается бетон. Прочный и надежный – недаром этот материал развивается больше 4000 лет: он был известен еще в Древнем Риме. А обновленные способы его изготовления открывают дополнительные возможности для строителей.

Допустим, из-за излишнего давления на стену или удара по ней, а возможно с возрастом строения, в бетоне появились трещины. Теперь бетон может залатать их самостоятельно: добавленные в смесь специфические бактерии при образовании трещин заполняют их карбонатом кальция. На стадии замешивания бетона в него добавляют капсулы биоразлагающегося пластика с лактатом кальция и спорами бактерий, которые им питаются. Споры могут жить в бетоне до двухсот лет, а активируются они именно при появлении трещин, когда в них попадает вода. Влага растворяет гранулы, бактерии начинают питаться лактатом кальция, выделяя кальцит, который заполняет трещины.

Многоэтажки из дерева

Дерево – материал не менее популярный в строительстве, чем бетон. Его, впрочем, чаще применяют для возведения невысоких, частных домов, или по каркасной технологии, или в виде срубов. Новые технологи позволили построить 53-метровое общежитие: это 18 этажей.

Здание возведено в Канаде. В его основе лежит технология поперечно-клееной древесины. Панели состоят из нескольких слоев, их количество зависит от требований к будущей конструкции. Панели собраны так, что волокна располагаются перпендикулярно соседним слоям, а склейка под прессом до минимума снижает уровни набухания и усадки древесины.

Эксперименты показали и высокие пожаростойкие характеристики материала: в течение часа с одной стороны плиты толщиной 180 мм располагался очаг возгорания температурой 1200 градусов. При этом наружная сторона нагрелась только на 10 градусов. Эти же характеристики позволяют обойтись без отдельного утепления дома, построенного из панелей поперечно-клееной древесины.

Из таких панелей делают плиты перекрытий, опоры и балки, стеновые панели.

Перспективные технологии

Большинство инновационных разработок в строительной отрасли пока остаются проектами на бумаге: их массовое распространение задерживает налаженная инфраструктура классических методов строительства. Но отдельные здания с применением новых технологий уже появляются, а материалы будущего разрабатываются.

Популярна в строительстве идея возведения стен из блоков, похожих на конструктор Lego. Их использование отличает простота. Обнаруженный еще в 1920-х годах аэрогель предлагают использовать для теплоизоляции: сверхлегкое вещество, которое получается при замене жидкости в геле газом, в несколько раз превосходит изоляционные материалы из стекловолокна или пены. Но и по цене превосходит их значительно. А в странах, где землетрясения регулярно разрушают города и поселки, говорят о технологии «парящих домов». При начале сейсмической активности активируется компрессор, который накачивает подушку между домом и его фундаментом.