Чтобы совершить революцию, мало знать ответ на вопрос «как?», есть еще и вопрос «из чего?». К технологическим революциям это относится в первую очередь. Без появления принципиально новых материалов не было бы ни компьютеров, ни мобильной связи, ни солнечных батарей. Мы выбрали десять материалов, которые должны обеспечить радикальные перемены в ближайшие десятилетия.

1 Углеродные нанотрубки: разорвать невозможно

Что это Трубка, собранная из атомов углерода. Длина трубки теоретически ничем не ограничена, хотя на практике вырастить их длиннее 20 сантиметров пока никому не удалось. Но и это очень много по сравнению с масштабом атома (10 -10 м).

Что из них можно делать Если верить футурологам, нанотрубки - это наше все. К примеру, они очень-очень-очень прочные. Вся трубка, по сути, является одной молекулой, и разорвать ее крайне сложно. Расчеты показывают, что нить из многослойных нанотрубок толщиной в миллиметр могла бы удержать груз до 15 тонн. Обещают, что когда-нибудь они позволят построить лифт в космос (этот образ уже увековечен в «Смешариках»), а уж про банальные тросы для земных нужд и говорить нечего.

Прочность - это еще не все. Например, теплопроводность нанотрубок вдоль оси почти в десять раз выше, чем у меди. Но при этом в поперечном направлении они задерживают тепло примерно так же, как кирпич или бетон. Еще из этих трубок можно делать аккумуляторы, фильтры для воды, иглы для внутриклеточных инъекций, емкости для хранения водорода и так далее. Если бы будущее имело герб, его стоило бы украсить венками из нанотрубок.

А что сейчас Пока нанотрубки проще найти в лабораториях, чем в коммерческих продуктах. Однако уже появились композитные материалы с их использованием, и, по заявлениям производителей, они прочнее обычных на несколько десятков процентов. Из таких материалов производят детали для и корпуса яхт.

2 Графен: нобелевский углерод

Что это Самое главное, что мы знаем о графене: за его открытие дали Нобелевскую премию, дали ее русским ученым Гейму и Новоселову, эти русские ученые живут в Великобритании и не хотят переезжать в наше Сколково.

По сути, графен - это плоский лист из атомов углерода, первый из открытых двумерных кристаллов, возможность существования которых долгое время вызывала сомнения. Такие кристаллы не могут вырасти из расплава: их скрутит и разорвет тепловыми колебаниями. Но зато плоский лист графена вполне реально оторвать от графита. Причем обыкновенным скотчем, как это сделали нобелевские лауреаты, развлекавшиеся в лаборатории пятничным вечером.

Что можно делать С графеном связывают еще большие надежды, чем с нанотрубками. Великолепные электрические свойства делают его альтернативой кремниевым полупроводникам. Он исключительно прочен на разрыв: теоретически графеновая лента в двести раз прочней стали, так что конструкторам космического лифта будет из чего выбирать. Кроме того, графен обладает прекрасной теплопроводностью и практически прозрачен. Все это открывает путь к созданию гаджетов будущего - например, контактных линз, на которые можно передавать изображение.

Есть и совсем неожиданные разработки. В авторитетнейшем журнале Science был описан такой эксперимент: по одну сторону от графеновой мембраны помещали , а далее мембрана пропускала через себя только воду, оставляя с другой стороны крепчающий с каждым часом спирт.

А что сейчас Обещают, что вот-вот на рынке появятся изделия на основе графена. Но пока этот материал используется главным образом в лабораториях.

3 Аэрогель: облегченная материя

Что это Молекулярная губка из диоксида кремния, углерода или иного вещества, очень-очень пористая - микроскопические пустоты могут составлять до 99% ее объема. Плотность аэрогеля - всего несколько килограммов на кубометр, то есть он лишь в 1,5–2 раза тяжелее воздуха и в 300–500 раз легче воды. Несмотря на свою воздушность, аэрогель весьма прочен: небольшой, со спичечный коробок, кусочек выдерживает на себе кирпич.

Что можно делать Это едва ли не лучший материал для теплоизоляции в мире: легкий, достаточно прочный, не поддающийся коррозии и гниению, не горящий в огне и, само собой, не тонущий в воде.

Аэрогель может радикально сократить потери тепла зданиями или, напротив, снизить расходы на кондиционирование воздуха и работу морозильных установок. Легкая и теплая одежда, прозрачные плитки для утепления окон - лишь самые очевидные способы применения подобных материалов.

На основе углеродного аэрогеля можно создавать суперконденсаторы, сочетающие высокую емкость с возможностью выдавать сильный ток при разрядке. А еще аэрогель собираются использовать для адресной доставки лекарств к клеткам и как материал для фильтров.

А что сейчас Аэрогель стоит безумно дорого и потому пока применяется в основном для космических нужд. Речь идет не только о теплоизоляции марсоходов или скафандров - этот материал использовался как ловушка для рассеянных в космическом пространстве пылинок: панели из аэрогеля были установлены на американском аппарате Stardust.

Впрочем, если плитки из аэрогеля не должны быть аккуратными, его стоимость резко падает. Сегодня уже делают куртки с его использованием, причем по вполне доступным ценам (порядка 300 долларов).

4 Сплавы с эффектом памяти: вернуть былую форму

Что это Некоторые металлы демонстрируют странное свойство: их можно изогнуть, и они сохранят эту форму, как и полагается пластичному веществу, но только если их не нагревать. Стоит это сделать, как деталь сама восстанавливает первоначальную конфигурацию. Эффект памяти был обнаружен еще до Второй мировой войны, с тех пор его научились много где применять.

Что можно делать Практически любые предметы, которые должны менять свою форму без вмешательства человека: от втулок до бюстгальтеров, от протезов до автомобилей.

А что сейчас Эти материалы используются во множестве разных изделий, включая самые оригинальные: еще в 1990-х годах был построен первый робот, ноги которого передвигаются именно благодаря эффекту памяти. Сегодня речь идет о том, чтобы сделать эту технологию еще лучше и дешевле.

5 Высокотемпературные сверхпроводники: не терять электричество

Что это При температурах близких к абсолютному нулю некоторые металлы становятся сверхпроводниками, то есть электричество проходит через них безо всякого сопротивления. В последние десятилетия ученым удалось создать материалы, которые становятся сверхпроводниками при высоких температурах. «Высокие» - понятие относительное и означает в данном случае «выше температуры жидкого азота –186 ºС». Но и это уже прогресс.

Что можно делать «…Разработки с применением эффекта сверхпроводимости, особо актуального для наших протяженных территорий. Мы продолжаем терять гигантские объемы энергии при передаче ее по территории страны, гигантские объемы» - так сказал Дмитрий Медведев, обращаясь к Федеральному Собранию в 2009 году. Более прагматичные ученые тут же начали писать заявки на дополнительное финансирование, менее прагматичные - просто ерничать, представляя, как линии электропередачи заливаются жидким азотом для достижения эффекта сверхпроводимости.

Но чисто теоретически такое вполне осуществимо (только должно пройти немало президентских сроков). Можно представить себе сверхпроводящие ЛЭП, которые доставляют потребителю электроэнергию без потерь на обогрев атмосферы. При этом вместо нагромождения проводов можно использовать тонюсенькую сверхпроводящую проволоку, погруженную в охлаждающее вещество. Для этого хватит небольшой трубы и не нужна будет полоса отчуждения в сотню метров шириной.

Это далеко не единственная и, возможно, даже не главная область применения сверхпроводников. Они позволяют строить мощные электромагниты, которые нужны в томографах и для манипуляций с плазмой в термоядерных реакторах. Если сверхпроводники окажутся еще и не слишком дорогими, их можно будет использовать в экспрессах на магнитной подвеске.

А что сейчас Рекорд пока составляет –163 ºС, исследования продвигаются медленно, полноценной теории нет до сих пор. Это одна из особенностей физики: наука знает, что происходило через секунду , но при этом не способна предсказать все свойства обычного материала. Более того, никто не знает и того, возможны ли в принципе сверхпроводники, работающие при комнатной температуре.

6 Стекло с добавками: лазер для всех

Что это Добавление редкоземельных элементов (например, европия) позволяет превратить обычное стекло в активную среду лазера - материал, в котором свет не затухает, а, напротив, усиливается.

Что можно делать Мощные и доступные лазеры, которые можно будет использовать где угодно: хоть при передаче информации, хоть при сварке металла, хоть для термоядерной реакции. Сейчас ученые подбирают все новые добавки, усиливающие нужный эффект.

А что сейчас Стекла с добавками используют при передаче сигналов по оптоволокну. Каждый бит текста с новостного сайта, каждое перемещение героя в онлайн-игре и каждая нота в музыкальном клипе на ютубе - все это преодолело сотни и тысячи километров стеклянных волокон благодаря атомам редкоземельных элементов.

Кстати, в 2010 году одним из лауреатов Государственной премии РФ стал Валентин Гапонцев - физик и самый богатый завкафедрой в России. В начале 1990-х годов Гапонцев разработал и довел до производства лазеры, главный элемент которых представляет оптоволокно с особыми добавками.

7 ДНК-листы: коробочка с белковым замком

Что это ДНК известна прежде всего как носитель наследственной информации. Но нити ДНК можно слеплять друг с другом в плоский лист. И тогда получится новый материал с уникальными свойствами.

Что можно делать Например, из ДНК можно собрать микроскопическую коробочку для доставки лекарств в нужный орган или для охоты за вирусами и раковыми клетками. У этой коробочки будет крышка с замком из молекулы белка, который отпирается, получив нужный химический сигнал.

А что сейчас Уже сформировалось целое направление на стыке материаловедения, нанотехнологий и биологии - ДНК-оригами. Самый свежий пример - разработка Массачусетского технологического института, сотрудники которого собрали «коробку», в которую положили другую знаменитую молекулу, РНК. В такой упаковке она может быть перенесена кровотоком в нужное место без риска быть разрушенной по дороге.

8 Метаматериалы: скроить шапку-невидимку

Что это Есть материалы, для которых не очень важно, из чего они сделаны. Их свойства определяет не химический состав, а структура. Метаматериалы - это двух- или трехмерные решетки сложной формы. Они могут обладать отрицательным коэффициентом преломления, этот эффект предсказал еще в 60-х годах советский физик Виктор Веселаго.

Что можно делать Именно из метаматериалов уже не первый год предлагают делать шапки-невидимки, скрывающие от глаз любой объект: световые волны, подчиняясь внутренней структуре метаматериала, будут огибать его со всех сторон. Британский физик сэр Джон Пендри обещал, что вот-вот появится материал, способный сделать невидимым целый танк.

А что сейчас Прогнозы сбываются чуть медленнее, чем хотелось бы. Полноценная шапка-невидимка пока не сшита, достигнута лишь невидимость в микроволновом диапазоне излучения. Но борьба за невидимость дает свои результаты, иногда самые неожиданные. Например, по аналогии с системой отрицательного преломления света создается комплекс защиты от сейсмических волн. Только вместо отдельных атомов - вкопанные в землю резиновые блоки.

9 Гидрофобные поверхности: украсть идею у лотоса

Что это Заседание президиума Российской академии наук. Серьезные академики, официальная обстановка… И тут трогательное название доклада: «Эффект лотоса». Речь шла о материалах, способных отталкивать воду. «Этот эффект проявляется в том, что при контакте с таким материалом капля воды принимает форму, близкую к шарообразной, и при небольшом наклоне материала по отношению к горизонту капля с поверхности скатывается, захватывая при движении все загрязнения поверхности… Лист лотоса является лишь наиболее изученным и широко упоминаемым объектом. Хотя эффект лотоса в природе наблюдался давно, систематическое исследование этого явления учеными началось не более десяти лет назад, а получать самые разные материалы, обладающие супергидрофобностью, стало возможным лишь в связи с получением наноматериалов и развитием нано- и микротехнологий», - говорилось в докладе члена-корреспондента РАН Людмилы Бойнович.

Что можно делать Очки, бинокли, ветровые стекла, лабораторную посуду, корпуса мобильных телефонов или даже одежду - хорошо иметь ткань, которая и не мокнет, и не пачкается. Более того, на гидрофобных ступеньках не накапливается влага и, следовательно, не образуется наледь. Дворникам и врачам-травматологам зимой работы может поубавиться.

Кстати, российские ученые в деле спасения линий электропередачи больше надеются именно на эффект лотоса, а не на сверхпроводимость: «Очень важное направление применения супергидрофобности в электроэнергетике - борьба с налипанием снега и льда на электрические провода. Хорошо известно из средств массовой информации, что каждые три-четыре года на значительной территории России обледенение проводов вызывает их обрыв, и света и тепла иногда на многие часы лишаются десятки тысяч человек».

А что сейчас В марте 2012 года компания General Electric объявила о том, что создала прототип покрытия, текстура которого на микроуровне повторяет фактуру лепестков лотоса. Такие материалы предназначены для , где борьба с наледью более чем актуальна. О сроках выхода на рынок, впрочем, не сообщается: сначала надо решить ряд проблем, связанных с долговечностью материала.

10 Саморазлагающиеся материалы: как сделать жизнь короткой

Что это Материалы, которые под действием солнечного света или микроорганизмов быстро разлагаются на безвредные компоненты.

Что можно делать Все, что не требует долговечности: пакеты, упаковочную пленку, рекламные плакаты, бутылки, то есть все, что годами лежит на наших газонах и плавает в водоемах.

Есть все основания полагать, что лет через десять обычные пакеты в супермаркетах продавать перестанут, на кассе покупателю предложат только пакет, который через несколько недель расползется на мелкие клочья.

А что сейчас Биодеградируемый пластик уже вышел на рынок. Вопрос только в том, как добиться сочетания низкой стоимости, чистоты производства и удобства для потребителя.

Теперь ты знаешь больше:)

Искусственные строительные материалы

К искусственным строительным материалам относятся: кирпич (силикатный, керамический), бетонные блоки, шлакоблоки. Чаще всего предпочтение отдается искусственным строительным материалам, в том числе обожженному камню, т. к. он имеет определенные размеры, что существенно облегчает работу. Керамические красные камни и кирпич используют для кладки как наружных, так и внутренних стен помещений.

Кирпичи выпускаются нескольких видов и марок: пустотелые и полнотелые, морозостойкие (марки 15, 25, 35, 50), прочные (марки 300, 250, 200, 175, 150, 125, 100, 75), обычные (с размерами 250x120x65 мм), утолщенные (с размерами 250 Х 120 X 80 мм).

Камни изготавливаются способом формования и бывают только пустотелыми. Разные виды камней имеют и разные размеры, например: обычные- 250x120x138 мм, укрупненные - 250 X 138 X 138 мм, модульные - 288 X 138 X 138 мм.

Силикатный белый кирпич относится к наиболее распространенным и экономичным материалам. Он является безобжиговым и изготовляется из смеси кварцевого песка и извести путем прессования с дальнейшей обработкой в автоклаве. Выпускается модульный и одинарный кирпич, а также силикатные камни. Одинарный силикатный кирпич бывает полно- и пустотелым (размеры 250 X 120 X 65 мм). Модульный - 250 X 120 X 88 мм, силикатные камни - 250x120x138 мм. И камни, и модульный кирпич производятся только пустотелыми.

Так же изготавливается лицевой силикатный кирпич и камни . Они бывают неокрашенными и цветными (окрашивается вся масса либо только лицевые грани). Самыми распространенными цветами окраски являются голубой, зеленоватый, кремовый, желтоватый и др. В связи с тем, что силикатный кирпич имеет очень низкую водостойкость, его нельзя использовать при кладке фундаментов и цоколей ниже гидроизоляционного слоя. Еще этот кирпич не применяют для кладки дымовых труб и печей (он не выдерживает высокого нагрева).

Шамотный желтый кирпич изготавливается двух видов: тугоплавкий и огнеупорный. Имеет размеры 250 X 123 X 65 мм и может использоваться для постройки любых помещений. При выборе кирпичей для строительства необходимо производить их тщательный осмотр. Недопустимы трещины и вздутия, перекосы ребер и неправильная форма.

Бетонные стеновые блоки могут быть выполнены из шлакобетона и других композиционных смесей на основе цемента или извести. Использовать их можно для кладки стен и фундаментов, для строительства перегородок или для облицовочной кладки.

Искусственные строительные материалы получают, в основном, из природных материалов. При этом конечный продукт отличается от использованного в его производстве сырья и по физическим и по химическим свойствам. В процессе переработки сырья происходят различные химические реакции, которые в корне меняют его свойства. В качестве примера можно привести искусственный камень, который может имитировать любой натуральный камень, но при этом он достаточно прочный и доступный в цене.

Природные строительные материалы проходят лишь механическую обработку, при этом сохраняются все химические и физические свойства материалов. Широко применяются сегодня в строительстве такие природные материалы, как песок, гравий, щебень, дерево, камень, глина, известь и др.

В строительстве используют большое количество разнообразных материалов. По назначению строительные материалы принято делить на следующие группы:

Вяжущие строительные материалы (воздушные вяжущие, гидравлические вяжущие). В эту группу входят различные виды цементов, известь, гипс;

Стеновые материалы - ограждающие конструкции. К этой группе относятся естественные каменные материалы, керамический и силикатный кирпич, бетонные, гипсовые и асбестоцементные панели и блоки, ограждающие конструкции из стекла и силикатного ячеистого и плотного бетона, панели и блоки из железобетона;

Отделочные материалы и изделия - керамические изделия, а также изделия из архитектурно-строительного стекла, гипса, цемента, изделия на основе полимеров, естественные отделочные камни;

Тепло- и звукоизоляционные материалы и изделия - материалы и изделия на основе минеральных волокон, стекла, гипса, силикатного вяжущего и полимеров;

Гидроизоляционные и кровельные материалы ~ материалы и изделия на основе полимерных, битумных и других связующих, асбестоцементный шифер и черепица;

Герметизирующие - в виде мастик, жгутов и прокладок для уплотнения стыков всборных конструкциях;

Заполнители для бетона ~ естественные, из осадочных и изверженных горных пород в виде песка и щебня (гравия), и искусственные пористые;

Штучные санитарно-технические изделия и трубы - из металлов, керамики, фарфора, стекла, асбестоцемента, полимеров, железобетона.

Классификация строительных материалов по назначению позволяет выявить наиболее эффективные материалы, определить их взаимозаменяемость и после этого правильно составить баланс производства и потребления материалов.

Искусственные строительные материалы разделяют по главному признаку их отвердевания (формирования структурных связей) на:

Безобжиговые - материалы, отвердевание которых происходит при обычных, сравнительно невысоких температурах с кристаллизацией новообразований из растворов, а также мате риалы, отвердевание которых происходит в условиях автоклавов при повышенных температуре (175...200 °С) и давлении водяного пара (0,9... 1,6 МПа);

Обжиговые - материалы, формирование структуры которых происходит в процессе их термообработки в основном за счет твердофазовых превращений и взаимодействий.

Указанное деление является отчасти условным, ибо не всегда возможно определить четкую границу между материалами.

В конгломератах безобжигового типа цементирующие вяжущие представлены неорганическими, органическими, полимерными, а также смешанными (например, органоминеральными) продуктами. К неорганическим вяжущим относят клинкерные цементы, гипсовые, магнезиальные и др.; к органическим -битумные и дегтевые вяжущие вещества и их производные; к полимерным - термопластичные и термореактивные полимерные продукты.

В конгломератах обжигового типа роль вяжущего играют керамические, шлаковые, стекольные и каменные расплавы.

Органические вяжущие вещества позволяют получать конгломераты, отличающиеся: по температуре их применения в строительстве - горячие, теплые и холодные асфальтобетоны; по удобообрабатываемости - жесткие, пластичные, литые и др. ; по размеру частиц заполнителя - крупно-, средне- и мелкозернистые, а также тонкодисперсные.

Полимерные вяжущие вещества - важные компоненты при изготовлении полимербетонов, строительных пластмасс, стеклопластиков и других, нередко называемых композиционными материалами.

Классификация искусственных строительных материалов (конгломератов), объединяемая общей теорией, расширяется с появлением новых вяжущих веществ, разработкой новых искусственных заполнителей, новых технологий или существенной модернизацией существующих, созданием новых комбинированных структур.

Искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих веществ

Асбестоцементные изделия

Асбестоцементом называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания смеси, состоящей из цемента, воды и асбеста. В зависимости от вида изделий, а также от качества используемого асбеста содержание его в сырьевой смеси меняют в пре делах от 10 до 20%, а портландцемента - от 80 до 90 %. Распущенные асбестовые волокна, сцепляясь с цементным камнем, армируют его и придают асбестоцементным изделиям высокую прочность. Асбестоцемент при сравнительно небольшой плотности (1600- 2000 кг/м 3) обладает высокими прочностными показателями (предел прочности при изгибе до 30 МПа, а при сжатии до 90 МПа). Асбестоцементные материалы не пропускают электрический ток, не горят, морозостойки, имеют малую водо- и воздухопроницаемость, однако обладают повышенной хрупкостью и при неравномерном насыщении водой могут коробиться.

Изделия на основе извести

Изделия, состоящие из смеси извести, песка и воды, отформованные и прошедшие тепловлажностную автоклавную обработку, называются силикатными. Долгое время единственным видом силикатных строительных материалов являлся силикатный кирпич, для изготовления которого применяют кварцевый песок и воздушную известь. Если же часть кварцевого песка тонко размолоть, то прочность изделий после автоклавного твердения значительно возрастет, и в этом случае получают уже силикатный бетон, в котором вяжущим является тонкомолотая известково-кремнеземистая смесь.

Гипсовые и гипсобетонные изделия

Изделия на основе гипса можно получать как из гипсового теста, т. е. из смеси гипса и воды, так и из смеси гипса, воды и заполнителей. В первом случае изделия называют гипсовыми, во втором - гипсобетонными. Вяжущими для изготовления гипсовых и гипсобетонных изделий в зависимости от их назначения служат строительный и высокопрочный гипс, водостойкие гипсоцементно-пуццолановые смеси, а также ангидритовые цементы. В качестве заполнителей в гипсобетоне используют естественные материалы - песок, пемзу, туф, топливные и металлургические шлаки; легкие пористые заполнители промышленного изготовления - шлаковую пемзу, керамзитовый гравий, аглопорит, а также органические заполнители - древесные опилки, стружку, макулатуру, стебли и волокно камыша и др.

Гипс - воздушное вяжущее, поэтому гипсовые и гипсобетонные изделия (панели и плиты перегородочные, плиты для оснований пола, листы обшивочные, вентиляционные короба, камни для кладки стен, архитектурные детали) применяют в основном для внутренних частей зданий, не несущих больших нагрузок. Изделия из гипса могут быть сплошными и пустотелыми, армированными и неармированными.

Виды искусственных каменных материалов

В зависимости от вида вяжущего различают изделия на основе цемента, извести, гипса. Вид вяжущего и принятый способ производства определяют условия твердения безобжиговых материалов. Твердение может происходить как в естественных условиях, так и в условиях термовлажностной обработки (пропаривания или обработки в автоклавах).

В качестве заполнителей для изготовления искусственных каменных материалов применяют кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, древесные опилки. Для повышения прочности при изгибе изделия армируют волокнистыми материалами - асбестом и древесиной.

По виду минерального вяжущего искусственные каменные изделия можно разделить на четыре группы: гипсовые и гипсобетонные; изделия на основе магнезиальных вяжущих; силикатные; асбестоцементные, изготовляемые на основе портландцемента с добавкой асбеста.

К основным каменным безобжиговым материалам и изделиям относятся гипсобетонные и гипсовые изделия, силикатный кирпич и силикатобетонные изделия, асбестоцементные изделия. В отличие от керамических производство таких материалов осуществляют при сравнительно низких температурах. Так, температура изготовления силикатного кирпича 170-180°С, а время тер мообработки 10-14 ч, в то время как керамический кирпич обжигают при 900-1100°С в течение 24-30 ч. Таким образом, затраты топлива на производство силикатного кирпича гораздо меньшие, чем при производстве керамического. Другие виды безобжиговых каменных материалов требуют еще меньших затрат топлива. Однако, как правило, керамические материалы более долговечны и стойки к действию воды, агрессивных растворов и высоких температур.

Вывод

Искусственные строительные материалы и изделия производят в основном из природных сырьевых материалов, реже - из побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства или сырья, получаемого искусственным путем. Вырабатываемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу, что связано с коренной переработкой сырья в заводских условиях с привлечением для этой цели специального оборудования и энергетических затрат. В заводской переработке участвует органическое (дерево, нефть, газ и др.) и неорганическое (минералы, камень, руды, шлаки и др.) сырье, что позволяет получать многообразный ассортимент материалов, употребляемых в строительстве. Между отдельными видами материалов имеются большие различия в составах, внутреннем строении и качестве, но они и взаимосвязаны как элементы единой материальной системы.

Литература

1. Горчаков Г.И. Баженов Ю.М. Строительные материалы: Учебник для вузов.-М: Стройиздат, 1986.

2. Комар А.Г. «Строительные материалы и изделия», Москва, 1988 г.

3. Строительные материалы. Учебник для вузов/ под общ. ред. В.Г. Микульского.-М.: издательство АСВ, 1996.

4. Оценка качества строительных материалов: Учебное пособие/ К.Н. Попов, М.Б. Каддо, О.В. Кульков. -М: изд. АСВ,

5. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия: Учебник/ К.Н. Попов.- М.: Высшая школа, 2005

6. Примеры и задачи по строительным материалам: Учебное пособие/ под ред. Шубенкина М.Н., Скротаева Б.Г.

Несмотря на огромное разнообразие веществ и минералов, созданных природой, человек, благодаря использованию новейших технологий, постоянно изобретает свои и такие, что их свойства просто невероятны. Здесь и сейчас, я расскажу о десяти наиболее известных.

Было время, когда средства для мытья посуды не существовало - люди обходились содой, уксусом, серебряным песком, трением или проволочной щёткой, но новое средство поможет сэкономить немало времени и сил и вообще оставить мытьё посуды в прошлом. «Жидкое стекло» содержит диоксид кремния, образующий при взаимодействии с водой или этанолом материал, который затем высыхает, превращаясь в тонкий (более чем в 500 раз тоньше человеческого волоса) слой эластичного, сверхстойкого, не токсичного и влагоотталкивающего стекла.

С таким материалом отпадает необходимость в чистящих и дезинфицирующих средствах, так как он способен отлично предохранять поверхность от микробов: бактерии на поверхности посуды или раковины просто изолируются. Также изобретение найдёт применение в медицине, ведь стерилизовать инструменты теперь можно с помощью лишь горячей воды, без использования химических дезинфицирующих средств.

Это покрытие может использоваться для борьбы с грибковыми инфекциями на растениях и герметизации бутылок, его свойства действительно уникальны - оно отталкивает влагу, дезинфицирует, при этом оставаясь эластичным, прочным, пропускающим воздух, и совершенно незаметным, а также дешёвым.

Это вещество позволяет игрокам в гольф сильнее бить по мячу, увеличивает поражающую способность пули и продлевает срок службы скальпелей и деталей двигателя.

Вопреки своему названию, материал сочетает прочность металла и твёрдость поверхности стекла: на видео видно, как отличается деформация стали и бесформенного металла при падении металлического шарика. Шарик оставляет на поверхности стали множество маленьких «ям» - это означает, что металл поглощает и рассеивает энергию удара. Бесформенный металл остался гладок, значит, он лучше возвращает энергию удара, о чём также говорит более продолжительный отскок.

Большинство металлов имеет упорядоченное кристаллическое молекулярное строение, и от удара или другого воздействия, кристаллическая решётка искажается, из-за чего на металле и остаются вмятины. В бесформенном металле атомы расположены хаотично, поэтому после воздействия атомы возвращаются на первоначальную позицию.

3. Одностороннее пуленепробиваемое стекло

У самых богатых людей есть проблемы: судя по растущим продажам этого материала, им необходимо пуленепробиваемое стекло, которое спасло бы жизнь, но не мешало им отстреливаться.

Это стекло останавливает пули с одной стороны, но в то же время пропускает с другой - этот необычный эффект заключается в «сэндвиче» из хрупкого акрилового слоя и более мягкого эластичного поликарбоната: под давлением акрил проявляет себя как очень твёрдое вещество, и при попадании пули он гасит её энергию, трескаясь при этом. Это даёт возможность амортизирующему слою выдержать удар пули и осколков акрила, не разрушаясь при этом.

При выстреле с другой стороны упругий поликарбонат пропускает через себя пулю растягиваясь и разрушая ломкий акриловый слой, что не оставляет никакого дальнейшего барьера для пули, но не стоит отстреливаться слишком часто, поскольку из-за этого в защите образуются дыры.

Это пластик, выдерживающий невероятно высокую температуру: его тепловой порог настолько высок, что сначала изобретателю просто не поверили. Лишь после демонстрации возможностей материала в прямом эфире на телевидении, с создателем старлита связались сотрудники Британского Центра Атомного Вооружения.

Учёные облучили пластик вспышками высокой температуры, эквивалентными мощности 75-ти бомб, сброшенных на Хиросиму - образец лишь немного обуглился. Один из испытателей заметил: «Обычно между вспышками приходится ждать несколько часов, чтобы материал остыл. Сейчас мы облучали его каждые 10 минут, а он остался невредим, будто в насмешку».

В отличие от других термостойких материалов, старлит не становится токсичным при высокой температуре, также он невероятно лёгок. Его можно применять при строительстве космических аппаратов, самолётов, огнезащитных костюмов или в военной промышленности, но, к сожалению, старлит так и не покинул пределы лаборатории: его создатель Моррис Уард умер в 2011-м году, не запатентовав своё изобретение и не оставив никаких описаний. Всё, что известно о строении старлита - что в его состав входит 21 органический полимер, несколько сополимеров и небольшое количество керамики.

Представьте себе пористое вещество такой низкой плотности, что 2,5 см³ его заключает в себе поверхности, сравнимые с размером футбольного поля. Но это не определённый материал, а, скорее, класс веществ: аэрогель - это форма, которую могут принимать некоторые материалы, а сверхмалая плотность делает его отличным теплоизолятором. Если сделать из него окно толщиной 2,5 см, оно будет иметь те же теплоизоляционные свойства, что и стеклянное окно толщиной 25 см.

Все самые лёгкие в мире материалы - аэрогели: например, кварцевый аэрогель (по сути, высушенный силикон) всего в три раза тяжелее воздуха и достаточно хрупок, зато может выдержать вес, в 1000 раз превышающий его собственный. Графеновый аэрогель (на иллюстрации выше) состоит из углерода, а его твёрдый компонент в семь раз легче воздуха: имея пористую структуру, это вещество отталкивает воду, но поглощает нефть - его предполагается использовать для борьбы с нефтяными пятнами на поверхности воды.

Фактически это листы углерода толщиной в один атом, свёрнутые в цилиндры - их молекулярная структура напоминает рулон проволочной сетки, и это самый прочный материал, известный науке. В шесть раз легче, но в сотни раз крепче стали, нано-трубки обладают лучшей теплопроводностью, чем алмаз, и проводят электричество эффективнее меди.

Сами трубки не видны невооружённым взглядом, а в необработанном виде вещество напоминает сажу: чтобы проявились его необыкновенные свойства, надо заставить вращаться триллионы этих невидимых нитей, что стало возможным относительно недавно.

Материал может применяться в производстве кабеля для проекта «лифта в космос», достаточно давно разработанного, но до недавнего времени совершенно фантастичного из-за невозможности создать кабель длиной 100 тыс км, не согнувшийся бы под собственным весом.

Углеродные нано-трубки помогают и при лечении рака груди - их можно помещать в каждую клетку тысячами, а наличие фолиевой кислоты позволяет выявлять и «захватывать» раковые образования, затем нано-трубки облучают инфракрасным лазером, и клетки опухоли при этом погибают. Также материал может применяться в производстве лёгких и прочных бронежилетов…

В 1942-м году перед англичанами стояла проблема недостатка стали для строительства авианосцев, необходимых для борьбы с немецкими подводными лодками. Джеффри Пайк предложил соорудить огромные плавучие аэродромы изо льда, однако она себя не оправдала: лёд хоть и недорог, но недолговечен. Всё изменилось с открытием нью-йоркскими учёными необыкновенных свойств смеси льда и древесных опилок, которая по прочности была подобна кирпичу, а также не трескается и не плавится. Зато материал можно было обрабатывать, как дерево или плавить, подобно металлу, в воде опилки разбухали, образуя оболочку и предотвращая таяние льда, за счёт чего любое судно можно было ремонтировать прямо во время плавания.

Но при всех положительных качествах, пайкерит был малопригоден для эффективного использования: для постройки и создания ледяного покрова судна весом до 1000 т достаточно было двигателя мощностью в одну лошадиную силу, но при температуре выше -26 °С (а для её поддержания необходима сложная система охлаждения) лёд имеет свойство проседать. Кроме того, целлюлоза, используемая также в производстве бумаги, была в дефиците, поэтому пайкерит так и остался неосуществимым проектом.

Устойчивость к механическому воздействию во все времена была одной из основных проблем материаловедения, пока не изобрели D3o - вещество, молекулы которого находятся в свободном движении при нормальных условиях и фиксируются при ударе. Строение D3o напоминает смесь кукурузного крахмала и воды, которой иногда наполняют бассейны. Специальные куртки из этого материала, удобные и обеспечивающие защиту при падении, ударе битой или кулаками, которые могут вам достаться, уже находятся в свободной продаже. Защитные элементы не заметны снаружи, что подходит для каскадёров и даже полиции.

У бетона есть свойство «уставать» со временем - он становится грязно-серым, и в нём образуются трещины. Если речь идёт о фундаменте здания, ремонт может быть достаточно трудоёмким и дорогим, при этом не факт, что он устранит «усталость»: многие здания сносят именно по причине невозможности восстановления фундамента.

Группа студентов Университета Ньюкасла разработала генно-модифицированные бактерии, способные проникать в глубокие трещины и вырабатывать смесь карбоната кальция и клея, укрепляя здание. Бактерии запрограммированы так, что они распространяются по поверхности бетона, пока не достигнут края очередной трещины, и тогда начинается производство цементирующего вещества, имеется даже механизм самоуничтожения бактерий, предотвращающий образование бесполезных «наростов».

Эта технология позволит уменьшить антропогенный выброс двуокиси углерода в атмосферу, ведь 5% его даёт именно производство бетона, а также с её помощью будет продлён срок службы зданий, восстановление которых традиционным способом обошлось бы в большую сумму.

Этот химический растворитель сначала появился, как побочный продукт выработки целлюлозы и никак не применялся до 60-х годов прошлого века, когда раскрыли его медицинский потенциал: доктор Джейкобс обнаружил, что DMSO может легко и безболезненно проникать в ткани тела - это позволяет быстро и без повреждения кожи вводить различные препараты.

Его собственные лечебные свойства снимают боль при растяжении связок или, например, воспалении суставов при артрите, также DMSO может использоваться для борьбы с грибковыми инфекциями.

К сожалению, когда его медицинские свойства были открыты, производство в промышленных масштабах уже давно было налажено, и его широкая доступность не позволяла фармацевтическим компаниям получать прибыль. Кроме того у DMSO есть неожиданный побочный эффект - запах изо рта использовавшего его человека, напоминающий чеснок, поэтому он используется в основном в ветеринарии.

Честно говоря, я только недавно узнал об этом материале. Старлит - пластик, созданный достаточно давно, а его свойства просто удивительны. Вот, например, видео с демонстрацией возможностей старлита.

После этого выступления по ТВ, с ученым, создавшим старлит связались сотрудники некоторых университетов, решив проверить возможности материала. ОКазалось, что они просто невероятны, старлит выдерживает огромную температуру, оставаясь при этом практически неповрежденным. При этом старлит нетоксичен даже при очень высокой температуре, и очень легкий.

К сожалению, создатель старлита умер в 2011 году, так и не запатентовав свое детище. Плюс ко всему, секрет создания материала, как это принято говорить, ушел с ним в могилу.

2. Аэрогель

Это действительно гель, с очень малой плотностью. При этом аэрогель является довольно прочным материалом, гораздо более прочным, чем некоторые прочие материалы с подобной плотностью. Он - чрезвычайно эффективный теплоизолятор. Например, тонкую пластину аэрогеля можно нагревать с одной стороны, а с другой он будет осаваться холодным.

Еще интересно то, что аэрогель отталкивает воду, и поглощает нефть. На этом свойстве материала базируется намерение ученых создать надежное средство для борьбы с нефтяными пятнами.

3. BacillaFilla

Это не материал, а микроорганизм, бактерия, которая выделяет особого рода цементирующее вещество. Все звучит не очень интересно, но стоит вспомнить, что некоторые здания, базирующиеся на бетонном фундаменте, сносят только потому, что фундамент "устал".

И во многих случаях починить его нет никакой возможности. А вот BacillaFilla - бактерия, которая выделяет вещество, способное надежно зацементировать прорехи в "уставшем" бетоне. В результате можно сэкономить огромное количество денег и человеко-часов.

пока что непонятно, когда эта бактерия пойдет в дело, но ее возможности сейчас оценивают ученые со всего мира.

4. D3o

Еще один уникальный материал, который назвали коротко - D3o. В этом материале молекулы находятся в свободном движении в обычных условиях, фиксируясь при ударе. Материал этот напоминает смесь кукурузного крахмала и воды. При этом из материала можно делать защитную одежду, выдерживающую значительные нагрузки.

Ну, например, шапка из D3o способна принять на себя удар лопатой, оставив голову человека неповрежденной.

К атегория: Выбор стройматериалов

Искусственные материалы

Искусственные инертные материалы - это либо отходы промышленных предприятий (доменные и котельные шлаки, терриконники, кирпичный бой, черепица и т. д.), либо специально изготовленные изделия (дорожный клинкер, кирпич, железобетонные дорожные плиты и поребрик и т. д.).

Доменные и мартенные шлаки - являются побочным продуктом при выплавке чугуна и стали с твердой и плотной структурой, который при ударе разбивается на щебень. Шлаковым щебнем улучшают дороги в местах весенних деформаций (пучин). Он обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, способствуя тем самым меньшей глубине промерзания проезжей части. В дорожном строительстве в основном для создания оснований дорог применяют кислые шлаки, т. е. бедные известью и не подвергающиеся известковому распаду.

Котельные шлаки (гарь) - являются отходом при сгорании каменного угля в топках котельных, паровозов. Лучшей считается гарь, полученная от сжигания жирных каменных углей - она пориста, не твердая, темного цвета. Применяется в качестве оснований дорожек и площадок, верхнего слоя беговых дорожек и набивных футбольных полей. Из топливной гари готовят шлакоблочные изделия.

Кирпичный бой или щебень - отходы кирпичной промышленности при недожоге или пережоге кирпича, переработанные на камнедробилкев щебень. Красный кирпич однородного обжига - наиболее хороший исходный материал. В его составе допустимо наличие пережженного кирпича («железняка») до 30%.

Недожженный кирпич («недокал») не отличается крепостью и легко размокает, поэтому предел его допустимого содержания в щебне не более 10-15%. В садово-парковом строительстве применяют кирпичный щебень фракции 15-20 мм для оснований дорожек и площадок, а также кирпичную крошку фракции 0,1-5 мм для основополагающего материала специальных смесей спортивных площадок.

Кирпич клинкерный - искусственный камень с высокой прочностью, вырабатываемый из глины путем ее обжига при высоких температурах и обдуве. Применяется для устройства покрытий дорожек и тропинок, клинкерная крошка - основной материал для покрытия теннисных кортов.

Кирпич строительный - искусственный камень со средней прочностью, получаемый из глины путем обжига. Широко применяется для устройства подпорных стенок, бордюров, покрытий и нешироких дорожек, цветников.

Черепица - отходы производства покрытия сооружений, морозостойка и долговечна. Используется в молотом виде с крупностью зерен до 15 мм в основании набивных безгазонных полей и с крупностью зерен до 5 мм для создания верхнего покрова спортивных плоскостных сооружений.

Пиритовые огарки - отходы химической промышленности, работающей на железном или серном колчедане мелкозернистой структуры, темно-фиолетового цвета с розовым оттенком. Могут быть рядовыми с фракцией 1-10 мм и флотационными с фракцией менее 2 мм, состоят в основном из окиси железа - 95-97 % и серы 2,5-5 %. Являются антисептирующим материалом, предохраняющим древесину от гниения. Смесь из пиритовых огарков и опилок используют для устройства нижнего, упругого слоя плоскостных спортивных сооружений. Чтобы на дорожках и площадках с мягким покрытием не росла трава, следует вводить в специальную смесь верхнего слоя 5-10 % пиритовых огарков, прогрохоченных через грохот с ячейками 5×5 мм.

Зола угольная - продукт сгорания размельченного каменного угля в топках электростанций. Представляет собой порошок темно-серого цвета, содержащий мелкие песчаные и пылеватые частицы. Используется в смеси верхних мягких слоев дорожных одежд (до 70 % общего объема). Такой покров хорошо фильтрует влагу и делает покрытие мягким.

Шлам - отходы при производстве глинозема; мелкие, пористые, угловатые или окатанные камешки фракцией до 10 мм, розоватого или темно-красного цвета. Наиболее дешевый материал для верхнего покрытия дорожек и площадок.