ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ
Конференция: LXXXVI Международная научно-практическая конференция «Научный форум: инновационная наука»
Секция: Технические науки
LXXXVI Международная научно-практическая конференция «Научный форум: инновационная наука»
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ
ADVANCED BUILDING MATERIALS AND STRUCTURES
Ksenia Selyakova
Master's student, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg
Аннотация. В статье исследуются инновационные строительные материалы, повышающие экологичность строительства. Анализируется их экономическая эффективность и перспективы внедрения. Результаты подтверждают потенциал технологий при интеграции с цифровыми системами управления.
Abstract. The article examines innovative building materials that improve the environmental friendliness of construction. Their economic efficiency and implementation prospects are analyzed. The results confirm the potential of technologies when integrated with digital control systems.
Ключевые слова: инновационные строительные материалы; энергоэффективные конструкции; устойчивое строительство; биомиметические технологии; цифровизация строительства.
Keywords: innovative building materials; energy-efficient structures; sustainable construction; biomimetic technologies; digitalization of construction.
Современный этап развития строительной науки характеризуется активным поиском материалов и конструктивных решений, способных одновременно соответствовать трем ключевым требованиям: механической надежности, энергетической эффективности и экологической безопасности. На здания приходится около 40% мирового потребления энергии и 30% выбросов CO₂. Это обуславливает необходимость внедрения инновационных подходов на всех этапах жизненного цикла строительных объектов [1].
1. Инновационные строительные материалы
1.1. Самовосстанавливающиеся бетоны
Последние достижения в области строительной химии позволили создать принципиально новые типы цементных композитов. Наиболее перспективными является бактериальный бетон [2]. В таблице 1 представлено сравнение традиционного и самовосстанавливающегося бетонов.
Таблица 1
Сравнительные характеристики традиционного и самовосстанавливающегося бетонов
|
Параметр |
Обычный бетон |
Бактериальный бетон |
|
Прочность на сжатие, МПа |
35-50 |
40-55 |
|
Водонепроницаемость |
W6-W8 |
W10-W12 |
|
Срок службы, лет |
50-70 |
80-100 |
|
Стоимость, тыс.руб/м3 |
100-120 |
140-160 |
1.2. Фазопереходные материалы
Инновационные композиты, способные аккумулировать и выделять тепловую энергию за счет изменения агрегатного состояния, что позволяет стабилизировать температурный режим в зданиях и сократить энергопотребление [3]. В таблице 2 представлено сравнение традиционных и фазопереходные материалов.
Таблица 2.
Сравнительные характеристики традиционных и фазопереходные материалов
|
Параметр |
Традиционные материалы |
Фазопереходные материалы |
|
Тепловая нагрузка, % |
100 |
60-75 |
|
Энергопотребление на кондиционирование, % |
100 |
70 |
|
Температурная стабильность, °C |
± 5 |
± 2 |
|
Срок окупаемости, лет |
- |
3-5 |
|
Срок службы, лет |
10-15 |
15-20 |
2. Перспективные конструктивные решения
2.1. Адаптивные фасадные системы
- Традиционный фасад — классическая система с неподвижными элементами, обеспечивающая базовую защиту от внешних воздействий при минимальных начальных затратах.
- Вентилируемый фасад — конструкция с воздушным зазором, улучшающая тепловую эффективность здания и продлевающая срок службы стеновых материалов.
- Кинетический фасад — динамическая система с подвижными элементами, адаптирующаяся к изменяющимся погодным условиям и оптимизирующая энергопотребление.
- Бионический фасад — инновационное решение, имитирующее природные формы и структуры, сочетающее высокую эстетику с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Современные динамические фасады демонстрируют следующие показатели эффективности (табл.3) [4]:
Таблица 3.
Энергетическая эффективность различных типов фасадов
|
Тип фасада |
Снижение энергопотребления, % |
Срок окупаемости, лет |
Температурный диапазон работы, °C |
|
Традиционный |
- |
- |
-30…+50 |
|
Вентилируемый |
15-20% |
7-9 |
-40…+60 |
|
Кинетический |
25-35% |
10-12 |
-50…+70 |
|
Бионический |
30-45% |
8-10 |
-60…+80 |
2.2. Биомиметические конструкции
Инженерные решения, разработанные на основе принципов бионики, где структурные и функциональные особенности живых систем трансформируются в архитектурные и строительные технологии [5]. В таблице 4 представлены сравнительные характеристики биомиметических и традиционных строительных конструкций.
Таблица 4.
Сравнительные характеристики биомиметических и традиционных строительных конструкций
|
Параметр |
Традиционные конструкции |
Биомиметические конструкции |
|
Материалоемкость, % |
100 |
73-82 |
|
Несущая способность, % |
100 |
122-135 |
|
Сроки строительства, % |
100 |
80-85 |
|
Энергоэффективность, % |
100 |
115-125 |
|
Экологичность |
- |
Снижение углеродного следа на 20-30% |
Анализ совокупной стоимости владения показывает, что инновационные строительные конструкции, несмотря на первоначальные затраты на 20% выше традиционных, обеспечивают экономию 15-25% за 15-летний период благодаря снижению энергопотребления на 25-40%, минимальным расходам на обслуживание и увеличенному сроку эксплуатации, тогда как традиционные решения остаются более затратными из-за высоких эксплуатационных расходов.
Полученные результаты подтверждают значительный потенциал современных материалов для строительной отрасли, при этом наиболее перспективным направлением развития представляется создание интеллектуальных саморегулирующихся систем на основе наноматериалов и технологий искусственного интеллекта.
