Trendy: 17 inovatívnych materiálov pre dnešné stavebníctvo

08.11.2022, Anna Palfiová | Materiály, technológie, konštrukcie

Spoločnosť PlanRadar zverejnila výsledky prieskumu so zameraním na architektúru a urbanizmus. Okrem Slovenska sa uskutočnil v 11 krajinách sveta vrátane ČR, Nemecka, Talianska, USA a Veľkej Británie.

Jedným z kľúčových trendov dneška je vývoj nových stavebných materiálov. Tie môžu v kombinácii s inovatívnymi digitálnymi riešeniami počas výstavby znamenať skutočnú revolúciu v doterajšom spôsobe realizácie diel a umožniť vznik pôsobivých a navyše udržateľných stavieb.

Medzi odpoveďami odborníkov v prieskume sa najčastejšie vyskytovali biomateriály ako drevo, konope, slama či rozličné trávy a dokonca aj vlákna húb. Tými sa to však nekončí. Moderná veda v posledných rokoch výrazne pokročila a na trhu už existujú prevratné patenty. Sú nielen spoľahlivé, odolné a šetrné k životnému prostrediu, ale zároveň aj vzdušné a ľahké.

Vysoká efektívnosť a rozvoj stavebníctva patrí k hlavným víziám spoločnosti PlanRadar, a tak firma pripravila podrobný prehľad 17 inovatívnych materiálov súčasnosti, ktoré sú prísľubom pre blízku budúcnosť. Či už ide o priehľadné drevo, samoregeneračný betón alebo tekutú žulu, budeme o nich počúvať čoraz častejšie.

1. Priehľadné drevo

Tento ekologický materiál vyvinuli už v roku 2016, ale až v roku 2020 bol dosiahnutý stabilný výsledok. Drevo je zbavené farbív, pričom prepúšťa do 90 percent svetla. Je najmenej päťnásobne pevnejšie a ľahšie ako sklo, má aj vyššiu tepelnú účinnosť. Práve tieto vlastnosti z neho robia zaujímavú potenciálnu alternatívu plastových alebo sklenených okien. Navyše, ako surovina je obnoviteľné a šetrné k životnému prostrediu.

Strom balzovník, z ktorého sa získava drevo balza, dorastá v dospelosti iba za päť rokov. Výrobné náklady sú tiež oveľa nižšie ako pri produkcii skla, ktorú sprevádza výrazná uhlíková stopa vinou vysokých teplôt pri výrobe a veľkej spotreby elektriny. Priehľadné drevo je pomerne pružné, keďže obsahuje prírodnú celulózu. Na dosiahnutie priehľadnosti sa balzové drevo namočí do špeciálneho roztoku a potom sa do štruktúry pridá epoxidová živica.

2. Uhlíkové vlákno

Uhlíkové vlákna sa už dlho využívajú v športe a sú materiálom budúcnosti aj v stavebníctve, kde je často potrebná mimoriadna kombinácia pevnosti a nízkej hmotnosti. Uhlíkové vlákna sú o 75 perc. ľahšie ako železo a vážia o 30 perc. menej ako hliník.

Používajú sa na spevnenie tradičných stavebných materiálov, ako sú tehly, železobetónové bloky či drevené konštrukcie, ale aj na zníženie hrúbky a hmotnosti panelov. Výstuž z uhlíkových vlákien použitá v betóne poskytuje aj vynikajúcu tepelnú izoláciu. Jedinou nevýhodou, ktorá obmedzuje široké uplatnenie, je zatiaľ vysoká cena tohto materiálu.

3. Sensitiles – dekoratívne akrylátové dlaždice

Inovatívnymi stavebnými materiálmi môžu byť aj také, čo sú založené na technológiách umožňujúcich realizáciu tých najextravagantnejších dizajnérskych nápadov. Novým typom dokončovacieho stavebného materiálu sú citlivé dlaždice s akrylovými vláknami, ktoré reagujú na dotyk alebo svetelné zdroje.

Optické vlákno prenáša svetlo a reaguje: dlaždica sa môže napríklad trblietať, rozsvecovať alebo zachytávať a rozptyľovať susediace farby na svojom povrchu. Obklady z tohto materiálu znamenajú nové možnosti v architektúre a v interiérovom dizajne.

4. Samoregeneračný betón

Nie je to žiadne sci-fi, ale inovatívna metóda opravy prasklín v betóne pomocou baktérií. Princíp technológie je jednoduchý: do betónu sa pridajú kapsuly obsahujúce špecifické baktérie a živiny pre ne. Baktérie sa aktivujú, len čo prídu do kontaktu s vodou. Prasknutý betón sa obnoví vďaka vniknutej vlhkosti, a to tak, že ho vyplní vápenec vyprodukovaný baktériami.

Okrem tejto biotechnológie už existuje aj alternatíva od kórejských výskumníkov, pri ktorej sa do betónu pridávajú kapsule s polymérom. Vplyvom vlhkosti a slnečného žiarenia začne polymér opäť reagovať, keď napučí a vyplní trhlinu.

Ďalším variantom je biobetón. V tomto prípade sa do betónu pridáva enzým, ktorý reaguje s kryštálmi uhličitanu vápenatého uvoľňujúcimi CO₂. Ich vlastnosti sú podobné betónu, preto je výsledkom vyplnenie všetkých trhlín a zlepšenie pevnosti betónu. Touto metódou možno zaceliť trhlinu s priemerom jeden milimeter za jediný deň. Existuje aj biobetón založený na fotosyntéze baktérií. Skladá sa zo zmesi siníc, želatíny a piesku. Tieto zložky po kontakte s vodou nadobúdajú na objeme, čím vyplnia prípadné dutiny.

5. Aerogél

Tento najtvrdší a najľahší materiál na svete je z 99,8 perc. tvorený vzduchom. Ide o syntetický porézny ultraľahký materiál odvodený od gélu, v ktorom je kvapalná zložka nahradená plynom. Výsledkom je veľmi pevná masa s extrémne malou hustotou a nízkou tepelnou vodivosťou. Na dotyk pripomína krehký penový polystyrén.

Aerogél môže byť zhotovený z rozličných chemických zlúčenín – z oxidu kremičitého, hlinitého, chromitého, cíničitého a od 80. rokov minulého storočia aj z uhlíka. Jeho zvláštnosťou je, že môže mať nižšiu tepelnú vodivosť ako plyn, ktorý obsahuje. Zároveň je vynikajúcim tepelným izolantom, preto sa hojne využíva na ekologicky šetrné a účinné tepelné izolácie v priemyselnom meradle.

6. Richlite

Richlite je papierový a vysoko odolný kompozitný materiál. Vyrába sa z odpadového papiera zlisovaného do tvrdých, hladkých dosiek, ktoré možno ďalej spracúvať. Papier získaný zo správnych zdrojov je oveľa šetrnejší k životnému prostrediu ako mnoho najbežnejších materiálov používaných v stavebníctve.

Na rozdiel od kameňa či iných tvrdých povrchov sa Richlite chová rovnako ako husté, tvrdé drevo a dá sa ľahko frézovať, brúsiť a spájať. Materiál je zároveň vodeodolný, hygienický, má nízku absorpciu vlhkosti a vysokú tepelnú odolnosť. Určite nie je na škodu, že dobre vyzerá a má prírodnú povrchovú úpravu. Vďaka tomu sa používa v mnohých priemyselných odvetviach: od stavebníctva po nábytkový dizajn či dokonca na výrobu hudobných nástrojov.

7. Tekutá žula

Umelý "tekutý" kameň je špeciálna stavebná zmes, ktorá je zo 70 perc. vyrobená z mramorovej drviny a z 30 perc. zo špeciálnych prísad a z dekoratívnych plnív. Strieka sa na povrchy napríklad z betónu, muriva, kameňa či asfaltu. Vďaka svojmu zloženiu sa kvapalina zráža a vytvára tesné spojenie, čím dáva povrchu trvanlivosť a atraktívny vzhľad.

Navyše ide o ekologicky šetrný materiál, pretože obsahuje bezpečné živice, prírodnú mramorovú drvinu a minerálne plnivá. Tento kompozitný materiál sa často používa pri dokončovacích prácach, pri výrobe alebo povrchovej úprave jednotlivých konštrukcií a pri interiérových prvkoch.

8. Ohybný a pružný betón

Výskum zameraný na zlepšenie kvality betónu je jedným z najbežnejších v oblasti materiálových vied. Dôvodom je krehkosť betónu. Avšak vďaka jedinečnej prísade sa nový betón ConFlexPave vyznačuje až trikrát väčšou pružnosťou a pevnosťou ako tradičný základ. Do zmesi sa primiešavajú tie najtenšie polymérové mikrovlákna, ktoré rozložia zaťaženie po celej betónovej doske. Výsledkom je materiál, ktorý je pri ohybe pevný ako kov a dvojnásobne pevnejší ako bežný betón.

Ďalším variantom pre väčšiu flexibilitu je betón vytvorený bez použitia cementu. Tento nový druh je navyše šetrný k životnému prostrediu, lebo obsahuje popolček a geopolymérne kompozity (typické odpadové emisie z uhoľných elektrární).

Ďalšou výhodou je, že tuhne pri izbovej teplote, takže výrobné náklady nie sú trvalo neudržateľné. Najdôležitejším faktom však je, že nový betón je 400-krát pružnejší ako ten tradičný pri súčasnom zachovaní rovnakej úrovne pevnosti.

Geopolyméry nielenže zvyšujú koeficient ohybu, ale zlepšujú aj odolnosť proti vzniku mikrotrhlín. A v prípade vzniku trhlín udržia polymérne vlákna aj konštrukciu pod zaťažením. Nový materiál tak možno uplatniť i v oblastiach ohrozených zemetrasením, pretože riziko zrútenia budov z tohto betónu je potlačené na minimum.

9. Betónové plátno

Tento revolučný materiál predstavuje betónovú tkaninu v rolke. Jeho flexibilita ponúka architektom neobmedzené dizajnové možnosti a otvára v oblasti stavebníctva nové možnosti. Toto patentované riešenie Concrete Canvas sa používa pre širokú škálu nielen stavebných prác. Umožňuje stavať betónové konštrukcie s minimálnymi nárokmi na inštaláciu a odbornú prípravu.

Inštalácia je obvykle desaťnásobne rýchlejšia: stačí rozvinúť pripravenú rolku a pridať vodu. Ide o pomocný materiál, ktorý uľahčuje veľa prípravných stavebných prác. Používa sa takisto pri výstavbe inžinierskych konštrukcií – na prípravu kanálov, pri opravách a ochrane povrchov a svahov či počas spevňovania nádrží a potrubí.

10. Priehľadný hliník

Tento materiál budúcnosti sa už stal realitou. Zjednodušene povedané, ide o priehľadnú keramiku na báze oxynitridu hliníka (ALON). Jeho hlavnými vlastnosťami sú trvanlivosť a odolnosť voči poškriabaniu. Priehľadný hliník je oveľa odolnejší ako hlinitokremičité sklo a o 85 perc. tvrdší ako zafír. Okrem toho, znesie teplotu až do 2 100 °C. Je odolný voči žiareniu, kyselinám aj vode. Rýchlo sa ujal vo vojenskom a v optickom priemysle. V stavebníctve sa používa pre nárazuvzdorné okná, kopuly a ďalšie prvky, ktoré vyžadujú priehľadnosť a pevnosť.

11. Laminované drevo

Ide o inovatívny materiál, ktorý využíva drevo vo všetkých svojich zložkách. Drevo sa lisuje do dosiek a laminuje, čím vzniká tuhý blok, ktorý je oveľa pevnejší ako bežné drevo. V tejto kategórii sa objavujú podtypy, ako je krížom lepené drevo a lepené lamelové drevo.

Lepené lamelové drevo sa skladá z niekoľkých lamiel masívneho dreva zlepených dohromady, z ktorých sa vytvárajú pevné nosníky. V prípade krížom lepeného dreva sa na seba jednotlivé vrstvy kladú krížom, čím vznikajú veľké dosky, ktoré vydržia značné zaťaženia.

Oba typy dreva sú mimoriadne odolné proti ohňu. Vonkajšie vrstvy pri horení zuhoľnatejú, čo pomáha izolovať zvyšok dreva od ohňa. Navyše podľa štúdie zverejnenej v časopise Journal of Sustainable Forestry je možné zabrániť vzniku 14-31 perc. globálnych emisií, ak sa materiály používané v budovách a mostoch nahradia drevom z trvalo udržateľného lesného hospodárenia.

12. Hydrokeramika

Ide o kompozitný fasádny materiál vyrobený z hliny a hydrogélu, ktorý dokáže ochladiť interiéry budov až o šesť stupňov Celzia. Hydrokeramika využíva schopnosť hydrogélu absorbovať 500-násobne viac vody, ako je jeho vlastná hmotnosť, čím vytvára stavebný systém, ktorý sa stáva "živou súčasťou prírody bez toho, aby z nej vybočoval".

O tento inovatívny materiál umožňujúci vytváranie samochladiacich systémov v stavebníctve rastie záujem aj medzi architektmi. Osobitne obľúbený je na použitie v ekologických stavbách, pretože dokáže ušetriť až 28 perc. celkovej spotreby energie oproti tradičným chladiacim zariadeniam.

13. Cabkoma

Pre oblasti so zvýšenou seizmickou činnosťou sú veľmi dôležité materiály, ktoré dokážu odolať zemetraseniu. Na tento účel bol vyvinutý termoplastický kompozitný materiál z uhlíkových vlákien Cabkoma Strand Rod. Je potiahnutý anorganickými a syntetickými vláknami s povrchovou úpravou z termoplastickej živice, čím vzniká najľahší antiseizmický výstužný systém na svete.

Inovatívne vlákna sú takmer päťkrát ľahšie ako kovové drôty s rovnakou pevnosťou a majú aj veľmi atraktívny dizajn. Rovnako ako pri všetkých materiáloch na báze uhlíkových vlákien je však nevýhodou, že nie je lacný.

14. Flexicomb

Štruktúra materiálu Flexicomb je inšpirovaná prírodou, konkrétne včelími plástami. Ukázalo sa, že tento veľmi jednoduchý koncept môže byť neuveriteľne flexibilný a funkčný. Nápad sa zrodil na Yaleovej univerzite (USA), kde vedci študovali štruktúru včelích plástov. Spojením slamiek na pitie do jedného súboru možno ľahko vytvoriť štruktúru pripomínajúcu včelie plásty.

Materiál tiež ponúka možnosť recyklovať alebo dokonca upcyklovať odpad, akým plastová slamka na pitie je. V systéme Flexicomb sú tisíce polypropylénových trubičiek pevne spojené do pružnej siete, ktorá môže mať rozmanité tvary. Tieto štruktúry sú priesvitné, takže sa často používajú na výrobu dekoratívnych osvetľovacích prvkov.

15. Ultra biela farba na pasívne chladenie

Každý vie, že biela farba veľmi dobre odráža svetlo. A ako sa ukázalo, je možné vytvoriť "najbelšiu farbu na svete"“, ktorá môže dokonca slúžiť ako klimatizácia na ochladzovanie miestností. Vedci z Univerzity Purdue (USA) vyvinuli bielu farbu, ktorá odráža 98,1 perc. slnečného svetla. Jej tajomstvo spočíva v zložení, ktoré obsahuje síran bárnatý. Tým sa dosiahne dokonale čistý odtieň s vysokou odrazivosťou.

Podľa výsledkov testov aplikovanie takého náteru vedie k neuveriteľným výsledkom: náter strechy s plochou 90 m² znamená chladiaci výkon 10 kilowattov. Toto číslo je vyššie ako typický výkon domácich klimatizácií. Okrem využitia v chladení budov môže nový náter taktiež zabraňovať prehrievaniu vonkajších elektrických systémov.

16. Obloženie z biouhlia

Berlínsky startup Made of Air vyvinul špeciálny netoxický bioplast vyrobený z hnedého biouhlia z lesného a poľnohospodárskeho odpadu. Zachytáva uhlík a je možné ho použiť na všetky účely, od fasád budov cez nábytok a interiéry až po dopravu a mestskú infraštruktúru. Recyklovaný materiál sa z 90 perc. skladá z uhlíka a je schopný absorbovať CO₂ z atmosféry, pritom je sám o sebe uhlíkovo negatívny.

Na rozdiel od rozkladajúcej sa biomasy, ktorá uhlík rýchlo uvoľňuje späť do atmosféry, zostáva biouhlie stabilné po stovky až tisíce rokov. Plast z hnedého biouhlia je lacnejší ako bežné bioplasty, ale aj tak je stále drahší ako materiály na báze ropy. Šesťuholníkové panely z biouhlia boli prvýkrát inštalované ako obkladový materiál v predajnom centre Audi v Mníchove v roku 2021. Analýza životného cyklu ukázala, že obklad predajne dokáže uložiť 14 ton uhlíka.

17. Armovanie z konope

Konopná výstuž je alternatívou ocele. Zabraňuje korózii a znižuje emisie uhlíka vo výstavbe. Možno ju použiť na podopretie betónových konštrukcií rovnakým spôsobom, akým sa dnes používa oceľová a iná výstuž, ale s menším vplyvom na životné prostredie, a to tak vďaka zloženiu materiálu, ako aj pre jeho trvanlivosť. Hrdzavenie oceľovej výstuže je dnes hlavným dôvodom predčasného búrania mnohých konštrukcií.

Inovatívna konopná výstuž sa postará o trikrát väčšiu odolnosť a ochranu proti korózii. Na rozdiel od výstuže zo sklenených vlákien v konštrukciách, ktoré sú osobitne náchylné na koróziu, konopná výstuž nevyžaduje takú veľkú spotrebu energie pri výrobe a inštalácii, čo z nej robí ekologicky šetrnejšie riešenie.

Foto: PlanRadar