Materiale sustenabile si inteligente in domeniul constructiilor – inovatiile ultimilor ani (II)

(continuare din numarul 227, august 2025)

C. TEHNOLOGIE SPATIALA APLICATA IN CONSTRUCTII

Inovatiile provenite din industria aerospatiala isi gasesc tot mai mult locul in materialele de constructii terestre, aducand caracteristici de performanta extrema dezvoltate initial pentru mediul dur al spatiului cosmic. Aceasta tehnologie le ofera constructorilor materiale extrem de usoare, foarte izolante sau extrem de rezistente.

Un exemplu este aerogelul transparent creat de NASA pentru parbrizele avioanelor si navetelor. Aerogelurile sunt cele mai bune izolatoare termice solide cunoscute, avand o structura poroasa nanometrica (peste 90% aer). Acest aerogel transparent combina rezistenta mecanica, transparenta si proprietatile termoizolante exceptionale, facandu-l ideal nu doar pentru aplicatii aerospatiale, ci si pentru ferestre si luminatoare in constructii civile. Practic, se deschide posibilitatea ferestrelor izolante realizate din panouri de aerogel (in loc de geamuri termoizolante cu gaz inert), care ar oferi simultan luminozitate si izolatie termica extrema. NASA a demonstrat ca un aerogel de siliciu transparent poate inlocui sticla stratificata la ferestre, oferind claritate optica suficienta si in acelasi timp izolare termica superioara. In viitor, am putea vedea ferestre cu aerogel in cladiri pasive, reducand masiv pierderile de caldura.

In constructii, aerogelul si-a gasit aplicarea ca material termoizolant de inalta performanta, mai ales in situatiile unde spatiul pentru izolatie este limitat sau se doreste transluciditate. Exista mai multe forme pe piata materialelor de constructii in ultimii ani: rulouri flexibile cu aerogel folosite la izolarea peretilor existenti (inclusiv la termoficarea cladirilor istorice, unde grosimea izolatiei interioare trebuie minimizata); tencuieli termoizolante cu aerogel – un amestec de granule de aerogel cu var/ciment aplicat ca tencuiala pe peretii interiori, care ofera izolatie la o grosime mult mai mica fata de materialele traditionale; panouri vitrate cu aerogel – granule de aerogel de siliciu introduse in panouri de sticla sau policarbonat, creand un panou translucid si izolant, ideal pentru fatade luminoase sau luminatoare. Exista inclusiv zidarie termoizolanta cu aerogel – caramizi din beton usor ale caror goluri sunt umplute cu material tip aerogel, obtinand un bloc de zidarie cu izolatie incorporata.

Sursa: https://www.builtconstructions.in/

Tehnologia spatiala a adus si rasini si compozite avansate: cand materialele conventionale nu faceau fata rigorilor lansarii spre orbita, NASA a inventat rasini epoxidice ranforsate cu fibre de carbon ce rezista la temperaturi inalte. Acum, aceste materiale pot fi folosite in imprimarea 3D de piese pentru constructii, inlocuind componente metalice cu piese compozite usoare dar rezistente. De asemenea, conceptul de constructii 3D printate a stimulat si pe Terra aparitia imprimantelor 3D pentru case unifamiliale.

Sursa: https://www.dezeen.com/

D. MATERIALE INTELIGENTE CU PROPRIETATI SPECIALE

O categorie de materiale inovatoare este reprezentata de cele denumite generic „materiale inteligente” – materiale care isi pot modifica proprietatile sau raspunde la stimuli din mediul ambiant (temperatura, lumina, umezeala, vibratii) intr-un mod util pentru constructii. Aici se incadreaza materiale autoregenerative, cu memorie a formei, termocromice, cu functii de autocuratare etc. Aceste materiale adauga cladirilor functionalitati noi – de la autorepararea fisurilor pana la adaptarea fatadei la climatul exterior.

Astfel, exista beton care isi repara singur fisurile aparute in timp, la fel cum pielea se vindeca dupa o zgarietura. Diverse companii produc un aditiv biologic pentru beton care contine spori de bacterii special alese (genul Bacillus), impreuna cu nutrienti (ex. lactat de calciu) incorporati in matricea betonului. Atunci cand betonul se fisureaza fin si umezeala patrunde in crapatura, sporii bacterieni sunt activati de apa, reincepand sa se multiplice si sa transforme nutrientii in calcar (carbonat de calciu), astupand astfel fisura. Practic, betonul „realizeaza” ca are o fisura prin intrarea apei, iar bacteriile o sigileaza cu calcar – acelasi material ca in piatra naturala. De exemplu, o cladire din orasul Groningen (Olanda) a avut fisurile reparate complet in ~10 saptamani dupa ce s-a aplicat mortar cu bacterii, fisurile devenind etanse la apa. Avantajul major este durabilitatea sporita – structurile din beton se pot „regenera” de mai multe ori pe durata de viata, necesitand mult mai putine reparatii manuale. Aceasta abilitate a materialului scade costurile de mentenanta si reduce consumul de beton (deci si poluarea asociata), facand infrastructura mai sustenabila per ansamblu. Japonia, de asemenea, a anuntat in 2023 dezvoltarea unui tip de beton autoregenerativ, semn ca tehnologia castiga teren la nivel global.

Sursa: https://www.constructconnect.com/

Pe langa beton, conceptul de autoregenerare se aplica si altor materiale: exista asfalt autoregenerativ (prin incalzire inductiva a particulelor metalice incluse, asfaltul topindu-se usor si umpland crapaturile) sau vopsele autoregenerative (vopsea epoxidica cu capsule minuscule de rasina care se sparg la zgarieturi si le sigileaza). Toate acestea promit o intretinere mai usoara a constructiilor si o viata mai lunga, cu mai putine resurse.

Materialele cu memorie a formei sunt aliaje metalice sau polimeri care pot „tine minte” o forma anterioara si, sub un anumit stimul (de obicei caldura), revin la acea forma dupa ce au fost deformate. Un exemplu clasic este aliajul nichel-titan: daca o sarma este indoita cand e rece, la incalzire revine la forma dreapta initiala. Astfel de materiale au fost folosite initial in medicina si industria aerospatiala, dar de cativa ani si-au gasit utilizari in constructii, datorita proprietatilor lor superelastice si de autocentrare. Una dintre primele aplicatii a fost in consolidarea structurilor de beton. In SUA, intr-un pod rutier din Michigan cu crapaturi majore, s-au introdus bare din aliaj cu memorie in elementele de rezistenta. Ulterior, prin incalzire, aceste elemente au exercitat tensiuni care au strans fisurile si au precomprimat structura, intarind-o. De atunci, aliajele de acest tip au fost folosite experimental si in alte poduri pentru a le conferi rezilienta sporita la cutremure si trafic, datorita elasticitatii lor ridicate (se pot deforma semnificativ sub sarcina si apoi reveni fara deformare permanenta).

Pentru protectia antiseismica a cladirilor moderne, aliajele cu memorie a formei reprezinta elemente care sub vibratiile puternice ale unui cutremur se deformeaza preluand energia, dar apoi revin la forma initiala, recentrand structura. Astfel se evita deformarile permanente si chiar prabusirea la replici ale cutremurului.

In viitor, polimerii cu memorie a formei ar putea fi integrati in elemente arhitecturale „dinamice” – de exemplu, panouri de fatada care isi schimba pasiv forma odata cu temperatura (deschizand fante de ventilare cand e cald, de ex.). Deja prototipuri de ferestre care se deschid singure la soare au fost concepute folosind polimeri speciali. Asemenea sisteme ar putea oferi ventilatie naturala si umbrire adaptiva, fara electricitate sau interventie umana, doar prin proprietatile inerente ale materialului.

O alta categorie de materiale inteligente este reprezentata de materialele termocromice, materiale care isi modifica culoarea sau transparenta in functie de temperatura ambientului. In constructii, cea mai promitatoare aplicare a lor este pentru ferestre si fatade din sticla inteligenta care se poate intuneca sau lumina automat, reglementand cantitatea de caldura si lumina care intra in cladire in functie de conditiile exterioare. Simularile pe o cladire de birouri cu geamuri termocromice demonstreaza economii importante de energie: s-a estimat o reducere a necesarului de racire vara si chiar economii la nivelul necesarului de incalzire iarna, optimizand automat balanta termica. Un avantaj este ca aceste ferestre nu necesita curent electric sau control activ, reactionand pur pasiv la temperatura mediului.

Pe langa sticla, vopselele termocromice pot fi folosite la fatade sau acoperisuri „inteligente”. Exista prototipuri de vopsele care la temperaturi ridicate devin albe (reflectand lumina solara vara) iar la temperaturi scazute devin negre sau inchise la culoare (absorbind caldura solara iarna), ajustand astfel comportamentul termic al cladirii in mod sezonier.

In combinatie cu proiectarea inteligenta, aceste materiale pot crea cladiri care isi optimizeaza singure eficienta energetica si confortul interior, fara consum suplimentar de energie sau interventie umana.

In continuare, mentinerea fatadelor si a suprafetelor curate fara consum de substante chimice si efort manual este posibila datorita materialelor cu functie de autocuratante, care fie descompun murdaria chimic, fie o indeparteaza prin efecte fizice. Cea mai raspandita tehnologie este cea a materialelor fotocatalitice pe baza de dioxid de titan (TiO₂) nanostructurat. Aplicat ca strat subtire pe sticla, ceramica sau incorporat in ciment, nano-TiO₂ actioneaza ca un catalizator activat de lumina UV: sub actiunea soarelui, genereaza radicali care descompun materia organica de pe suprafata (praf, funingine, poluanti, microorganisme). De exemplu, celebra Biserica Jubileum (Dives in Misericordia) din Roma, proiectata de Richard Meier, are peretii din beton alb tratati cu TiO₂, iar aceasta ii va permite sa ramana de un alb imaculat timp de decenii, autocuratandu-se de poluarea urbana.

Sursa: https://www.archdaily.com/

Astfel, un perete din beton sau o tencuiala fotocatalitica va „arde” depunerile de grasimi, funingine, praf, va ucide muschi, mucegai, bacterii si chiar va neutraliza poluantii atmosferici precum NOx sau benzenul cu care intra in contact. Ploaia apoi spala reziduurile minerale ramase, lasand suprafata curata. Acest efect dublu face ca materialele fotocatalitice sa curete nu doar suprafata proprie, ci si aerul din jur: s-a demonstrat ca pavajele si peretii din ciment fotocatalitic reduc concentratia de oxizi de azot din aerul urban.

Beneficiile materialelor autocuratante sunt atat estetice, cat si de intretinere: cladirile isi pastreaza aspectul proaspat fara spalari frecvente (economisind apa, detergent si energie), iar durata de viata a fatadelor creste (poluantii ce cauzeaza coroziune sau degradare fiind neutralizati). Mai mult, in mediul urban poluat, folosirea la scara larga a finisajelor fotocatalitice ar putea ameliora calitatea aerului. Deja in Tokyo si Milano, sute de mii de mp de suprafete fotocatalitice (pereti de tunel, fatade de cladiri, pavaje) s-au instalat in ultimii ani, cu rezultate bune in reducerea noxelor locale.

In concluzie, materialele autocuratante reprezinta un exemplu perfect de inovatie la intersectia nanotehnologiei cu sustenabilitatea. In viitor, ne asteptam ca astfel de finisaje inteligente sa devina standard pentru ferestre, fatade si chiar interioare (ex. vopsele de interior antibacteriene pe baza de TiO₂ pentru spitale).

Un material de impact vizual deosebit care a atras atentia este betonul transparent (translucid) – un beton care permite trecerea luminii datorita integrarii de fibre optice sau elemente transparente in masa sa. Desi conceptul dateaza de cateva decenii, abia in anii 2000 au aparut primele produse pe piata materialelor de constructii, iar in ultimii ani interesul a crescut pentru aplicatii arhitecturale si de design.

Betonul translucid este realizat de obicei dintr-un mortar fin (ciment si nisip foarte fin, fara pietris grosier) prin care sunt distribuite uniform mii de fibre optice subtiri (din sticla sau polimer). Fibrele, avand diametre de ordinul milimetrilor, se intind dintr-o parte in cealalta a elementului (bloc sau panou) si conduc lumina prin fenomenul de reflexie interna, creand „panze” de lumina prin beton. Practic, contururile si luminozitatea de pe o fata a panoului se proiecteaza ca siluete de lumina pe cealalta fata.

Desi nu influenteaza masiv sustenabilitatea (fiind mai mult de ordin estetic), betonul translucid arata potentialul neobisnuit al combinarii betonului traditional cu tehnologia opticii. Ne putem imagina in viitor cladiri unde peretii de beton sunt ecrane difuze, proiectand forme si culori odata cu lumina ce le strabate. Din perspectiva eficientei, un perete de beton translucid aplicat la fatada ar putea aduce lumina naturala in profunzimea cladirii, reducand necesarul de iluminat electric pe timp de zi. Asadar, chiar daca astazi e mai mult o curiozitate arhitecturala, pe masura ce tehnica se perfectioneaza si costurile scad, ar putea contribui atat estetic cat si functional la cladirile viitorului.

Sursa: https://thearchitectsdiary.com/

In concluzie, inovatiile aduse in ultimii ani materialelor de constructie indica o transformare profunda a modului in care vom construi si percepe cladirile. Se remarca o orientare spre materiale cu impact minim si ciclu de viata circular, multe dintre ele bazate pe elemente bio, care reduc emisiile si chiar stocheaza carbon. Industria constructiilor devine terenul unor solutii creative si sustenabile fara precedent.

La nivel global, aceste materiale au trecut din faza de experiment in faza de implementare: cladiri din lemn masiv de 18 etaje stau alaturi de zgarie-nori din otel, fatadele verzi si peretii vii cu muschi apar in orase, podelele cinetice alimenteaza becurile stradale in hub-uri aglomerate, iar startup-uri de materiale apar pe toate continentele (din America de Nord pana in Asia si Australia), impingand limitele posibilului.

Desigur, provocari raman – de la marirea productiei (si scaderea costurilor) pana la actualizarea normelor de constructii si educarea conservatorilor din industrie. Insa trendul este clar: materialele sustenabile si inteligente devin tot mai accesibile si mai variate, permitandu-le arhitectilor si inginerilor sa creeze cladiri cu performante ecologice si functionale deosebite. Pe masura ce aceste inovatii se vor generaliza, cladirile viitorului vor fi mai mult decat simple structuri – vor fi sisteme bio-tehnologice, care colaboreaza cu natura, isi repara singure problemele de mentenanta, isi ajusteaza starea dupa mediu si, nu in ultimul rand, inspira prin frumusetea si ingeniozitatea materialelor din care sunt facute. Viitorul constructiilor este, asadar, unul al materialelor inteligente si sustenabile – un viitor deja inceput in ultimii ani si care capata amploare pe zi ce trece.

BIBLIOGRAFIE 

www.usgbc.org / Sustainability Database

Autor:

dr. arh. Laura GABUREANU (AMAIEI) – LEED AP BD+C, O+M, ID+C, ND | BREEAM NC Assessor | WELL AP | EDGE Expert | SITES AP | Fitwel Ambassador | Active Score AP | LCA Specialist

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 229 – octombrie 2025, pag. 36-38