Ultramoderní stavební materiály mění způsob výstavby. Dnešní materiály jsou šetrné k životnímu prostředí, spolehlivé a odolné a zároveň vzdušné a lehké. Více se dozvíte v našem seznamu 17 inovativních stavebních materiálů.
Moderní věda o materiálech v posledních letech výrazně pokročila. Dnes jsou na trhu skutečně převratné nové stavební materiály. Vznikají inovativní syntetické materiály – stavební materiály, které jsou lehčí, pevnější a šetrnější k životnímu prostředí než tradiční materiály. Tento pokrok vede k vývoji nové architektury, zcela odlišné od té, na kterou jsme zvyklí, a mnohem šetrnější k životnímu prostředí.
Inovativní materiály: řešení problémů z minulosti
Praskliny v cementu představují mnohem závažnější problém, než si mnozí myslí. Nejde jen o estetiku, i když ta je jistě také důležitá. Jedná se ale hlavně o strukturální problém: do trhliny se dostane voda a začne narušovat celistvost betonu. V prostředí s nestabilními teplotami se tento problém ještě stupňuje vlivem zamrzání a rozmrzání. Voda v trhlině se během mrazivých zim rozpíná a trhlinu tak výrazně zvětšuje. Poté když na jaře led rozmrzne, voda proniká hlouběji do cementu, prohlubuje trhlinu a narušuje statiku budovy.
le co kdyby se beton dokázal sám regenerovat? Nebo asfalt, nebo dokonce kov? Jen na opravách a obnově by bylo možné ušetřit miliardy korun, nemluvě o snížení negativního dopadu na životní prostředí kvůli nutnosti vyměnit poškozené materiály.
Některé moderní stavební materiály najdou své uplatnění možná jen ve specifických případech, ale řada inovativních stavebních materiálů má potenciál stát se široce používanými. Budovy s tradičními cihlovými a betonovými konstrukcemi se postupně stanou minulostí, protože požadavky lidstva jsou zřejmé: potřebujeme ekologické, energeticky úsporné, odolné a lehké budovy, které budou hezky vypadat a zároveň budou vysoce funkční.
Nejinovativnější stavební materiály
Shromáždili jsme ty nejzajímavější a nejinovativnější materiály, které se používají ve stavebnictví, a také další novinky s velkým potenciálem, které se testují v rámci pilotních projektů. Řada těchto stavebních materiálů není nutně zcela nová – to znamená, že technologie byla vyvinuta a testována již dávno, ale stále se používá pouze ve specifických přípdech a není rozšířená. Nové stavební materiály se používají jak pro dekorativní povrchové úpravy, tak i jako základní materiály ve stavebních konstrukcích.
Zde je 17 nejlepších inovativních materiálů pro stavebnictví:
- Průhledné dřevo
- Uhlíkové vlákno
- SensiTiles
- Samoregenerační beton
- Aerogel
- Richlite
- Tekutá žula
- Ohebný, pružný beton
- Betonové plátno
- Průhledný hliník
- Laminované dřevo
- Hydrokeramika
- CABKOMA
- Flexicomb
- Ultrabílá barva
- Obložení z biouhlí
- Konopná výztuž
PRŮHLEDNÉ DŘEVO
Průhledné dřevo – nejnovější ekologický materiál – byl vynalezen již v roce 2016. Nicméně teprve v roce 2020 oznámil vědec, který ve spolupráci s týmem z Marylandské univerzity v College Parku vynalezl metodu zprůhlednění dřeva, že testy byly dokončeny a že bylo dosaženo stabilního výsledku. Průhledné dřevo je nejméně pětkrát pevnější a lehčí než sklo a má také vyšší tepelnou účinnost. Právě tyto vlastnosti z něj činí zajímavou potenciální alternativu plastových nebo skleněných oken. Další výhody: surovina je obnovitelná a šetrná k životnímu prostředí. Strom balzovník, z nějž se získává dřevo balsa, dorůstá dospělosti za pouhých 5 let. Výrobní náklady jsou také mnohem nižší než při výrobě skla, kterou provází výrazná uhlíková stopa kvůli vysokým teplotám při výrobě a velké spotřebě elektřiny.
Průhledné dřevo je poměrně pružné, protože obsahuje přírodní celulózu. Pro dosažení průhlednosti se balsové dřevo namočí do speciálního roztoku a poté se do struktury přidá epoxidová pryskyřice. Průhledné dřevo nebo dřevěné sklo lze použít místo tradičních skleněných tabulí nebo jiných prvků ve stavebních konstrukcích, které mají být průhledné, ale zároveň odolné, ekologické a energeticky úsporné.
UHLÍKOVÉ VLÁKNO
Uhlíková vlákna jsou doslova materiálem budoucnosti, i když ve sportu se používají již dlouho. Tento inovativní materiál však stále častěji nachází uplatnění i ve stavebnictví, což je odvětví, které často vyžaduje kombinaci pevnosti a lehkosti. Uhlíková vlákna jsou o 75 % lehčí než železo a o 30 % lehčí než hliník. Používají se ke zpevnění tradičních stavebních materiálů jako cihel, železobetonových bloků či dřevěných konstrukcí a také ke snížení tloušťky a tím i hmotnosti panelů. Výztuž z uhlíkových vláken použitá v betonu také poskytuje vynikající tepelnou izolaci. Jedinou nevýhodou, která omezuje široké uplatnění, je vysoká cena tohoto materiálu.
SENSITILES – DEKORATIVNÍ AKRYLÁTOVÉ DLAŽDICE
Inovativní stavební materiály nejsou vždy materiály s inovativními fyzickými vlastnostmi, jako je pevnost nebo bezpečnost. Mohou to být také materiály založené na technologiích, které umožňují působivou dekoraci a realizaci těch nejextravagantnějších designérských nápadů. Novým typem dokončovacího stavebního materiálu jsou citlivé dlaždice s akrylovými vlákny, které reagují na vaše pohyby, dotyk nebo světelné zdroje. Optické vlákno přenáší světlo a reaguje: dlaždice se může například třpytit, rozsvěcet nebo zachycovat a rozptylovat sousední barvy na svém povrchu. Obklady z tohoto materiálu znamenají nové možnosti v architektuře a interiérovém designu.
SAMOREGENERAČNÍ BETON
Pojem „samoregenerační beton“ zní téměř jako sci-fi. Již v roce 2015 představil vynálezce Henk Jonkers z Technické univerzity v Delftu inovativní metodu opravy prasklin v betonu pomocí bakterií. Princip technologie je jednoduchý: do betonu byly přidány kapsle obsahující specifické bakterie a živiny pro ně. Bakterie se aktivují, jakmile přijdou do kontaktu s vodou. Prasklý beton se tak obnoví díky vniklé vlhkosti a to tak, že je vyplněn vápencem vyprodukovaný bakteriemi.
Kromě této biotechnologie existuje také alternativa od korejských výzkumníků, při níž se do betonu přidávají kapsle s polymerem. Vlivem vlhkosti a slunečního záření začne polymer opět reagovat, kdy nabobtná a vyplní trhlinu.
Tradiční beton je velmi spolehlivý a osvědčený stavební materiál, ale při vzniku trhlin ztrácí své dobré vlastnosti. Řada odborníků na materiálové vědy po celém světě pracuje na tom, aby tento základní materiál zmodernizovali a vylepšili.
Nedávno američtí vědci z Polytechnického institutu ve Worcesteru (WPI) například prokázali, že se jim podařilo vyvinout biobeton. V tomto případě se do betonu přidává enzym, který reaguje s krystaly uhličitanu vápenatého uvolňujícími CO2 – jejich vlastnosti jsou podobné betonu. Výsledkem je vyplnění všech trhlin a zlepšení pevnosti betonu. Touto metodou lze zacelit trhlinu o průměru 1 mm za jediný den.
Další objev, pocházející od vědců z Coloradské univerzity, je založen na fotosyntéze bakterií. Jejich biobeton se skládá ze směsi sinic (fotosyntetizujících bakterií), želatiny a písku. Tyto složky po kontaktu s vodou nabývají na objemu, čímž vyplní případné dutiny.
AEROGEL
Tento nejtvrdší a nejlehčí materiál na světě je z 99,8 % tvořen vzduchem!
Jedná se o syntetický porézní ultralehký materiál odvozený od gelu, v němž je kapalná složka gelu nahrazena plynem. Výsledkem je velmi pevná masa s extrémně nízkou hustotou a nízkou tepelnou vodivostí. Na dotek připomíná křehký pěnový polystyren. Aerogel může být vyroben z různých chemických sloučenin. Poprvé byl vyroben v roce 1931 jako nápad Samuela Stephense Kistlera. Ten tvrdil, že dokáže nahradit kapalinu plynem, aniž by se struktura smrštila. První aerogely byly vyrobeny z gelů oxidu křemičitého. Později se Kistler zaměřil na aerogely na bázi oxidu hlinitého, oxidu chromitého a oxidu cíničitého. Uhlíkové aerogely byly poprvé vyvinuty koncem 80. let 20. století. Zvláštností aerogelů je, že mohou mít nižší tepelnou vodivost než plyn, který obsahují. Tento materiál je vynikajícím tepelným izolantem, a proto se hojně využívá pro ekologicky šetrné a účinné tepelné izolace v průmyslovém měřítku. Díky vysoké a přitom jemné pórovitosti struktury lze aerogely použít jako hmotu pro sběr nejmenších prachových částic.
RICHLITE
Richlite je odolný papírový kompozitní materiál. Vyrábí se z odpadního papíru, který se lisuje do tvrdých, hladkých desek, které lze dále zpracovávat. Papír získaný ze správných zdrojů je mnohem šetrnější k životnímu prostředí než mnoho nejběžnějších materiálů používaných ve stavebnictví, což je jedna z hlavních výhod materiálu Richlite. Nová technologie z něj však vyvíjí úžasnou surovinu, která je pro ekologickou výstavbu nesmírně potřebná.
Na rozdíl od kamene nebo jiných tvrdých povrchů se materiál Richlite chová stejně jako husté tvrdé dřevo a lze jej snadno frézovat, brousit a spojovat. Richlite je dále voděodolný a hygienický, má nízkou absorpci vlhkosti, vysokou tepelnou odolnost a požární odolnost. Určitě není na škodu, že také dobře vypadá a má přírodní povrchovou úpravu. Díky tomu se používá v mnoha průmyslových odvětvích, od stavebnictví až po design nábytku. Používá se dokonce k výrobě hudebních nástrojů, kde nahrazuje drahé ebenové dřevo a zároveň poskytuje vysokou kvalitu zvuku. Richlite se postupně stal známým materiálem, který s oblibou volí mnoho architektů pro povrchovou úpravu nábytku, interiérové prvky a kreativní konstrukce.
TEKUTÁ ŽULA
Umělý „tekutý“ kámen je speciální tekutá stavební směs (vyrobená ze 70 % z mramorové drti a z 30 % ze speciálních přísad a dekorativních plniv), která se stříká na povrchy na příklad z betonu, zdiva, kamene či asfaltu. Díky svému složení se kapalina sráží a vytváří těsné spojení, čímž dodává povrchu trvanlivost a atraktivní vzhled. Tekutá žula je ekologicky šetrným materiálem, protože obsahuje bezpečné pryskyřice, přírodní mramorovou drť a minerální plniva. Tento kompozitní materiál se často používá při dokončovacích pracích, při výrobě nebo povrchové úpravě jednotlivých konstrukcí nebo interiérových prvků.
OHEBNÝ, PRUŽNÝ BETON
Výzkum zaměřený na zlepšení kvality betonu je jedním z nejoblíbenějších proudů v oblasti materiálových věd, což asi nikoho nepřekvapí.
V dnešní době se téměř všechny stavby zakládají na betonu. Již jsme se zmínili, že jedním z problémů betonu je jeho křehkost, neboť se rád odlamuje a praská. Kromě toho je beton sice extrémně pevný, ale jeho nosnost je omezená. Již v roce 2014 se Singapurcům podařilo jednak zlepšit pevnost a snížit hmotnost betonu tím, že odstranili výztuž v betonových konstrukcích, ale také přidali pružnost, která není právě charakteristickou vlastností tradičního betonu.
Díky jedinečné přísadě získal nový beton ConFlexPave až třikrát vyšší pružnost a pevnost než tradiční beton. Do směsi jsou přimíchána ta nejtenčí polymerní mikrovlákna, která rozloží zatížení po celé betonové desce. Výsledkem je materiál, který je při ohybu pevný jako kov a dvakrát pevnější než běžný beton.
Zdokonalování se však meze nekladou a tak i další vědci usilují o nalezení receptu na flexibilní beton. Například odborníci ze Swinburnovy univerzity vytvořili beton bez použití cementu, avšak se stejně vynikajícími vlastnostmi co do pružnosti a zatížení. Tento nový druh betonu je navíc šetrný k životnímu prostředí, protože obsahuje popílek a geopolymerní kompozity – typické odpadní emise z uhelných elektráren. Další výhodou je, že tuhne při pokojové teplotě, takže výrobní náklady nejsou trvale neudržitelné. Nejdůležitějším faktem však je, že nový beton je 400krát pružnější než tradiční beton při současném zachování stejné úrovně pevnosti. Geopolymery nejen zvyšují koeficient ohybu, ale také zlepšují odolnost proti vzniku mikrotrhlin. A v případě vzniku trhlin udrží polymerní vlákna i konstrukci pod zatížením, takže nový materiál lze uplatnit v oblastech ohrožených zemětřesením, protože riziko zřícení budov z tohoto betonu je minimalizováno.
Tento revoluční materiál představuje betonovou tkaninu v roli. Jeho flexibilita nabízí architektům neomezené designové možnosti a otevírá nové výzvy v oblasti stavebnictví.
BETONOVÉ PLÁTNO
Patentované řešení Concrete Canvas® se používá pro širokou škálu nejen stavebních prací. Umožňuje stavět betonové konstrukce s minimálními nároky na instalaci a odbornou přípravu. Instalace je obvykle desetkrát rychlejší: stačí rozvinout připravenou roli a přidat vodu.
Jedná se o pomocný materiál, který usnadňuje řadu přípravných stavebních prací a používá se také při výstavbě inženýrských konstrukcí: pro přípravu kanálů, při opravách a ochraně povrchů a svahů či během zpevňování nádrží a potrubí.
PRŮHLEDNÝ HLINÍK
Tento materiál budoucnosti se již stal realitou. Zjednodušeně řečeno se jedná o průhlednou keramiku na bázi oxynitridu hliníku (AlON). Hlavními vlastnostmi tohoto materiálu jsou odolnost proti poškrábání a trvanlivost. Průhledný hliník je mnohem odolnější než hlinitokřemičité sklo (křemen) a je také o 85 % tvrdší než safír. Kromě toho snese teplotu až do 2 100 °C. Je odolný vůči záření, kyselinám, zásadám a vodě. Tento materiál se samozřejmě okamžitě ujal ve vojenském a optickém průmyslu. Ve stavebnictví se pak používá pro nárazuvzdorná okna, kopule a další prvky, které vyžadují průhlednost a pevnost.
VRSTVENÉ DŘEVO
Jedná se o inovativní materiál, který využívá dřevo ve všech svých složkách. Dřevo se lisuje do desek a laminuje, čímž vzniká tuhý blok, který je mnohem pevnější než běžné dřevo.
V této kategorii najdete podtypy, jako je křížem lepené dřevo a lepené lamelové dřevo. Lepené lamelové dřevo se skládá z několika lamel masivního dřeva slepených dohromady, z nichž se vytvářejí pevné nosníky. V případě křížem lepeného dřeva jsou na sebe jednotlivé vrstvy kladeny křížem, čímž vznikají velké desky, které vydrží značná zatížení. Oba typy dřeva jsou extrémně odolné proti ohni. Vnější vrstvy při hoření zuhelnatí, což pomáhá izolovat zbytek dřeva od ohně. Při zkouškách požární odolnosti prokázaly schopnost zachovat svou strukturální integritu. Použití masivního dřeva přispívá k zachycování uhlíku během růstu stromů i během používání dřeva v budovách. Podle studie zveřejněné v časopise Journal of Sustainable Forestry (odborný časopis o udržitelném lesním hospodářství), je možné zabránit vzniku 14 až 31 % globálních emisí, pokud se materiály používané v budovách a mostech nahradí dřevem z trvale udržitelného lesního hospodaření.
HYDROKERAMIKA (PASIVNÍ CHLAZENÍ)
Jedná se o kompozitní fasádní materiál vyrobený z hlíny a hydrogelu, který dokáže ochladit interiéry budov až o 6 °C. Hydrokeramika využívá schopnosti hydrogelu absorbovat 500krát více vody, než je jeho vlastní hmotnost a vytváří tak stavební systém, který se „stává živou součástí přírody, aniž by z ní vybočoval“. Technologii vyvinuli španělští studenti z Katalánského institutu pro pokročilou architekturu již v roce 2014. Od té doby je o tento inovativní materiál umožňující vytváření samochladicích systémů velký zájem ve stavebním průmyslu i mezi architekty. Obzvláště oblíbený je pro použití v ekologických stavbách, protože dokáže ušetřit až 28 % celkové spotřeby energie oproti tradičním chladicím zařízením.
CABKOMA – UHLOVODÍKOVÁ VLÁKNA, PODPORA ŘETĚZCŮ
Pro oblasti ohrožené zemětřesením, jako je Japonsko, jsou velmi důležité materiály, které odolávají zemětřesení. Za tímto účelem laboratoř Komatsu Seiten Fabric vyvinula termoplastický kompozitní materiál z uhlíkových vláken a pojmenovala jej CABKOMA Strand Rod.
Materiál je potažen anorganickými a syntetickými vlákny s povrchovou úpravou z termoplastické pryskyřice, čímž vzniká nejlehčí anti-seismický výztužný systém na světě. Inovativní vlákna jsou téměř pětkrát lehčí než kovové dráty o stejné pevnosti a mají i velmi hezký design. Svou účinností pomáhají budovám splnit požadavky na anti-seismické konstrukce. Stejně jako u všech materiálů na bázi uhlíkových vláken je samozřejmě nevýhodou to, že CABKOMA není levný.
FLEXICOMB
Struktura materiálu Flexicomb je inspirována přírodou, konkrétně včelími plástvemi, jak už i název napovídá (výraz comb znamená „plástev). Ukázalo se, že tento velmi jednoduchý koncept může být neuvěřitelně flexibilní a funkční. Nápad se zrodil na Yaleově univerzitě, kde vědci studovali strukturu včelích pláství. Spojením brček na pití do jednoho souboru lze snadno vytvořit strukturu připomínající včelí plástve. Materiál také nabízí možnost recyklovat nebo dokonce upcyklovat protivný odpad, jakým plastové brčko na pití je.
V systému Flexicomb jsou tisíce polypropylenových trubiček pevně spojeny do pružné sítě, která může mít různé tvary. Tyto struktury jsou průsvitné, takže se často používají k výrobě dekorativních osvětlovacích prvků.
PRO PASIVNÍ CHLAZENÍ
Každý ví, že bílá barva velmi dobře odráží světlo. A jak se ukázalo, je možné vytvořit „nejbělejší barvu na světě“, která může dokonce sloužit jako klimatizace k ochlazování místností. Vědci z Univerzity v Purdue vyvinuli bílou barvu, která odráží 98,1 % slunečního světla. Tajemství barvy spočívá v jejím složení, které obsahuje síran barnatý.
Tím je dosaženo dokonale čistého odstínu bílé barvy s vysokou odrazivostí. Podle výsledků testů vede aplikace takového nátěru k neuvěřitelným výsledkům: nátěr střechy o ploše 90 m2 znamená chladicí výkon 10 kW. Toto číslo je vyšší než typický výkon domácích klimatizací.
Kromě využití v chlazení budov může nový nátěr také zabraňovat přehřívání venkovních elektrických systémů.
OBLOŽENÍ Z BIOUHLÍ
Berlínský startup Made of Air vyvinul speciální netoxický bioplast vyrobený z hnědého biouhlí z lesního a zemědělského odpadu. Zachycuje uhlík a lze jej použít pro všechny účely, od fasád budov přes nábytek a interiéry až po dopravu a městskou infrastrukturu.
Recyklovaný materiál se skládá z 90 % z uhlíku a je schopen absorbovat CO2 z atmosféry, přitom je sám o sobě uhlíkově negativní.
Porézní materiál bohatý na uhlík velmi účinně zadržuje uhlík. Na rozdíl od rozkládající se biomasy, která uhlík rychle uvolňuje zpět do atmosféry, zůstává biouhlí stabilní po stovky až tisíce let. Plast z hnědého biouhlí společnosti Made of Air je levnější než běžné bioplasty, ale i tak je stále dražší než materiály na bázi ropy.
Šestiúhelníkové panely HexChar byly poprvé instalovány jako obkladový materiál v prodejním centru Audi v Mnichově v roce 2021 – bylo to poprvé, kdy byl tento produkt použit na budově. Analýza životního cyklu ukázala, že obklad prodejny dokáže uložit 14 tun uhlíku.
ARMOVÁNÍ Z KONOPÍ
Výzkumníci z Polytechnického institutu Rensselaer v USA vynalezli konopnou alternativu ocelové výztuže, která podle nich zabraňuje korozi a snižuje emise uhlíku při výstavbě.
Konopnou výztuž lze použít k podepření betonových konstrukcí stejným způsobem, jakým se dnes používá ocelová a jiná výztuž, ale s menším dopadem na životní prostředí a to jak díky složení materiálu, tak díky jeho trvanlivosti.
V současné době je rezavění ocelové výztuže hlavním důvodem předčasného bourání konstrukcí, jako jsou mosty, silnice, přehrady a budovy. Inovativní konopná výztuž zajistí třikrát větší odolnost a ochranu proti korozi. Na rozdíl od výztuže ze skleněných vláken v konstrukcích, které jsou obzvláště náchylné ke korozi, konopná výztuž navíc nevyžaduje tak velkou spotřebu energie při výrobě a instalaci, což z ní činí ekologicky šetrnější řešení.
Tento seznam je jen malým zlomkem nově vyvinutých materiálů, které se již ve stavebnictví používají. Všechny tyto materiály se každým rokem zdokonalují, v některých případech je jedno řešení nahrazeno jinou, ještě lepší variantou. Stavebnictví je oblastí, kde technologicky vyspělé materiály a inovativní digitální řešení mohou znamenat revoluci ve způsobu realizace projektů a vytvořit skutečně futuristické objekty.
Pokud ve svých projektech ještě nepoužíváte inovativní stavební materiály a metody, můžete začít s digitalizací svého podnikání hned teď a vyzkoušet si PlanRadar na 30 dní zdarma.
Zajistíte tak, že bude řízení a monitorování vašich projektů daleko jednodušší, efektivnější a budete méně plýtvat materiály.
