Лицом к стене Футурология

"Два принципиальных направления развития стройматериалов касаются повышения теплоэффективности и тепловой однородности, чтобы избежать так называемых мостиков холода,— рассказывает Андрей Пустовгар, заведующий лабораторией новых строительных материалов и технологий МГСУ.— Сейчас об этом задумались и на государственном уровне. В Москве, например, создаются типовые проекты теплоэффективных домов, школ, детских садов. Самый эффективный теплоизолятор — воздух (еще лучше некоторые другие газы, а идеалом был бы, конечно, вакуум). А значит, материал должен быть пористым".

Но обычно поры снижают прочность. Мечта строителя — такой материал, который одновременно обладал бы минимальной теплопроводностью и был достаточно прочным. Пока минимальная теплопроводность при такой прочности, которую ученые сумели достичь в лабораторных условиях, равняется 0,02 Вт/м К. Материал с такой теплоизоляцией уже в десятки раз лучше, чем, например, кирпич, но ученые продолжают работать в этом направлении.

Кстати, кирпич в последние годы тоже был усовершенствован. Толчком для этого стало появление в России нового ГОСТа на тепловую защиту зданий. "После его введения в 2003 году производители кирпича очень много потеряли,— рассказывает Андрей Пустовгар,— поскольку для соблюдения ГОСТа кирпичные стены теперь надо класть 1,5 м шириной. И застройщики переходили на другие материалы". В результате на свет появился пенокерамический кирпич — та же керамика, что и в обычном кирпиче, только вспененная, что значительно снижает теплопроводность.

Другое интересное направление в развитии материалов для стен связано с пресловутыми нанотехнологиями. Речь идет об интеллектуальных ограждающих конструкциях, сигнализирующих о своем состоянии. Например, стена в обычном состоянии белая и если где-то она неожиданно покраснела, значит, в этом месте избыточная концентрация напряжения и конструкция готова разрушиться.
Здесь работают не отдельные устройства, например закрепленные на определенном расстоянии друг от друга датчики давления. Эффект достигается за счет добавок в сам стеновой материал. И в лабораторных условиях это уже осуществлено.
"Что-то подобное было реализовано советскими строителями американского посольства в Москве,— рассказывает Андрей Пустовгар.— Для наполнения стен использовали мелкие механические приспособления, предназначенные для передачи звука. Благодаря этому сами стены стали прослушивающим устройством. К сожалению, такими вещами по-прежнему интересуются только спецслужбы. Хотя это одно из действительно оправданных применений нанотехнологий в строительстве. В отличие, скажем, от увеличения прочности бетона путем внесения в раствор наночастиц, что на два порядка дороже уже существующих способов повышения его прочности".

Еще одно, не сказать чтобы очень новое, направление — применение в строительстве всевозможных отходов. Чаще всего это имеет экономический эффект, иногда еще и экологический.
Например, набирающий популярность материал ориентированно-стружечные плиты. Для них используют то же сырье, что и для древесно-стружечных плит (ДСП), но стружка в них ориентирована в пространстве, поэтому прочность значительно выше. Материал получился крепкий и очень дешевый, но сохранил все недостатки ДСП, связанные с вредными выделениями в процессе эксплуатации. Так что экологией здесь и не пахнет.
Еще один вариант применения тех же отходов, менее вредный,— это щепоцементные блоки и плиты. В них в качестве наполнителя тоже используются отходы деревообрабатывающей промышленности. При этом щепу минерализуют (покрывают жидким стеклом), чтобы она не впитывала влагу. Другой новый материал на основе низкосортной древесины даже выглядит как настоящее дерево, а не как ДСП. Основная особенность этих плит под названием дендролайт заключается в их ячеистой внутренней структуре, напоминающей пчелиные соты. Результат — хорошая теплоизоляция и экономия древесины.
"Станет ли такой материал популярным при строительстве загородного жилья, сказать пока сложно,— говорит директор по продажам поселка "Маленькая Шотландия" Наталья Иванова.— Еще недавно покупатели не воспринимали всерьез дома из сэндвич-панелей, а сейчас спрос на них начинает расти. Но если дендролайту и суждено активно использоваться в строительстве загородного жилья в ближайшее время, то только в сегменте самого экономного эконома".
А вот в Японии промышленные отходы применяются в строительстве даже элитных высотных зданий. Аморфный микрокремнезем (он же силикатный дым, побочный продукт металлургической промышленности) при добавлении в бетон повышает его прочность.
Всевозможный мусор используется в строительстве уже давно. Стенные блоки делаются из промышленных отходов, шлаков от сжигания бытового мусора, пластиковых бутылок, наконец. А в США повторно используют даже гипс из старого гипсокартона: примерно 30% строительного гипса получают этим способом.
Архитектура — вещь не чисто утилитарная, люди всегда старались строить свои жилища красиво. В этой области тоже есть высокотехнологичные решения. Одно из высокотехнологичных решений, которое может быть применено для придания своеобразия постройке,— прозрачный бетон. По прочности он не уступает обычному, но благодаря введенным в материал стеклянным волокнам сквозь него можно видеть силуэты.

Здание-конструктор
Большинство материалов, о которых написано выше, используется при традиционных способах строительства. Но и сами эти способы скоро могут существенно измениться.
"Панельное домостроение со временем отомрет,— уверен Андрей Пустовгар.— Ускорение по сравнению с монолитным строительством здесь достигается за счет многократного использования одних и тех же форм для отливки однородных элементов. Это позволяет строить быстрее, но экономически совсем не выгодно, недаром в США сборного домостроения нет".
Интересный компромисс между панельным и монолитным строительством придумали в Германии. Технология называется plastbau, и в Подмосковье таким способом уже строится один объект — ЖК "Первомайский".
На стройке не видно тяжелой техники. Голыми руками рабочие легко ворочают огромные панели, складывая из них дом, как из детского конструктора. Секрет прост: кусок будущей стены 1,2x4 м весит всего 15 кг. Это просто пустая оболочка из вспененного полистирола с уже заложенной внутри арматурой. Потом, когда ярус будет построен, к каждой панели подведут шланг бетононасоса и зальют туда бетон. А несъемная опалубка из вспененного полистирола станет утеплителем. Перекрытия сооружаются из такого же "конструктора" и требуют только временных опор.
"При строительстве таким способом стены благодаря хорошей теплоизоляции можно делать значительно более тонкими, чем обычно,— объясняет Павел Демин, директор компании "Передовые строительные технологии", застройщика этого объекта.— Кроме того, не нужно тяжелой техники. Это позволяет сэкономить 20-25% по сравнению с монолитными работами".

Дом-конструктор — это, конечно, здорово, но другая разрабатываемая сейчас технология обещает еще более фантастические результаты. Речь идет о так называемом строительном принтере.
Проектировщики давно уже используют "Автокад". Это чертежная программа, которая автоматически генерирует 3D-модель здания. Стоит изменить что-нибудь, скажем, на первом этаже, и все остальное здание меняется автоматически. Это очень упрощает работу архитектора. Потом чертеж распечатывается на бумаге, и строители строят по нему дом. Но почему бы не пойти дальше и не "распечатать" сам дом?
Все принципиальные механизмы для этого уже есть, и прежде всего существуют работающие трехмерные принтеры. Эти устройства стали большим подспорьем для конструкторов — архитекторы, например, печатают с их помощью макеты зданий. Существует несколько принципов работы 3D-принтера. Один из наиболее распространенных таков: печатающая головка проходит по плоской поверхности и наносит на нее тонкий слой клейкого (или спекаемого лазером) пластикового порошка, оставляя некоторые места пустыми в зависимости от модели, которая подается на печать. Потом следующий слой со своими пустотами, потом еще один. Так, слой за слоем, растет объемная фигура заданной формы. Чтобы использовать эту технологию на стройке, нужно всего две вещи. Во-первых, однородный, прочный и теплоэффективный строительный материал, да еще и быстро твердеющий, чтобы "печатать" стены, а во-вторых, огромный 3D-принтер.
Принтер будет, судя по всему, состоять из печатающей головки, закрепленной на козловом кране. Такой принтер, смонтированный на будущей поселковой улице, мог бы за один проход "печатать" и 100, и 500 малоэтажных домов. Пока предполагается, что за каждый проход он будет наращивать конструкцию на 5 см. При этом наличие деревьев и неровностей ландшафта на работу не повлияет (все эти помехи будут учитываться программой) — важно только, чтобы путь, по которому ездит сам кран-принтер, был ровным.
Домам нужны еще и перекрытия, которые просто так не напечатаешь. Но и тут уже есть решение.
"Существуют станки, автоматически варящие по чертежу этажа готовый арматурный каркас для межэтажных перекрытий,— объясняет Андрей Пустовгар.— Он поставляется с завода в рулоне, раскладывается там, где надо, и заливается бетоном. Особенно широко эти станки сейчас распространены в Германии".

Но стены современного дома — это не только несущий каркас и защита от холода. Внутри должны проходить трубы, провода и воздуховоды. Этот вопрос тоже решаем. Достаточно использовать принцип цветного принтера с несколькими картриджами. Тогда на стройке будут за один проход печататься и стены, и идущие внутри них трубы из разных материалов.
Для высотного строительства придется разрабатывать другую технологию, когда головка принтера сможет перемещаться и в вертикальном направлении. Но это дело более далекого будущего. А вот в массовом малоэтажном строительстве принтер может найти применение уже очень скоро. Цена сложной машины будет компенсирована не только экономией на зарплате рабочих, но и фантастическими сроками строительства.
"Еще пять лет назад, когда мы начали этим заниматься, строительный принтер казался фантастикой,— вспоминает Андрей Пустовгар.— Сейчас есть и алгоритмы для его работы, и даже подходящий по характеристикам материал — гипсопоробетон. Не хватает только денег на саму машину и желания строительных компаний".
Последнему особенно удивляться не стоит, ведь рабочая сила, которую заменит принтер, пока еще очень дешева и доступна.