1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages

Политика и общество

Бумага как стройматериал

Эффективная утилизация отходов и недорогое жильё

default

Этот дом в немецком городе Брауншвейг, правда, не из бумаги, зато американскому художнику Джеймсу Рицци стены здания послужили в качестве холста

Идею рациональной утилизации отходов, заодно дающей людям недорогое жильё, выдвинул швейцарец Фреди Изели. В 1996-м году он основал в Германии фирму, специализирующуюся на разработке строительных проектов домов из бумаги. Для этой цели Изели совместно с группой немецких инвесторов выкупил старую фабрику в небольшом саксонском городке Франкенберге. Швейцарский архитектор не случайно основал свою фирму именно в Германии: для дела, которое он затеял, немецкая аккуратность и педантичность при сборе бумажных отходов поистине бесценна. Идея Фреди Изели крайне проста - она базируется на хорошо известном принципе конструктора. Для сборки домов производятся универсальные элементы, снабжённые пазами и креплениями. Из таких элементов можно практически вручную, без применения техники, используя лишь шурупы и клей, собрать полноценный дом. На сборку такого дома - с крышей, окнами и крыльцом, только без внутренней отделки, - двоим рабочим потребуется четыре дня. Ни внешним видом, ни планировкой такой коттедж не будет отличаться от домов, построенных из традиционных материалов.

Такая быстрота при возведении стен возможна лишь благодаря лёгкости строительных элементов, а эта лёгкость, в свою очередь, достигается использованием в качестве основного материала бумаги. Правда, из повседневного опыта мы знаем, что бумага крайне непрочна, легко мнётся и рвётся, а потому едва ли пригодна для возведения зданий. Однако это не помешало Фреди Изели выработать свой специфический взгляд на этот материал.

Чтобы наглядно продемонстрировать возможности бумаги, давайте представим себе - или, если хотите, проделаем, - такой нехитрый эксперимент: вырежем из листа писчей бумаги полоску шириной в пару сантиметров и перегнём её несколько раз так, чтобы получилась своего рода "гармошка". Если теперь поставить такую гофрированную полоску бумаги на ребро, то она легко выдержит, например, вес наполненного водой стакана.

Именно принцип складывания бумаги в гармошку и положен в основу строительных элементов, создаваемых фирмой Фреди Изели. Практически речь идёт об использовании в качестве стройматериала широко всем известного гофрированного картона - его листы склеиваются во много слоёв, а затем заключаются в оболочку из того же картона, орголита или ДСП, образуя прямоугольные панели, формой напоминающие стандартные бетонные плиты. Формой, но отнюдь не весом. Между тем, несмотря на лёгкость, эти картонные блоки обладают достаточной прочностью, чтобы из них можно было сооружать надёжные конструкции. В ходе экспериментов настил, построенный из таких бумажно-картонных плит, легко выдерживал автопогрузчик весом в 12 тонн, в то время как обычный деревянный помост под этой тяжестью проседал. Нельзя не отметить и ещё одно важное преимущество панелей, предложенных Фреди Изели: они выгодно отличаются от традиционных стройматериалов дешевизной.

Если же иметь в виду, что при возведении бумажного коттеджа значительно ниже обычных будут и транспортные расходы, а без подъёмного крана, возможно, удастся и вовсе обойтись, то экономические плюсы нового проекта становятся тем более очевидными. По расчётам экспертов, цена жилплощади в таком доме, собранном из картонного конструктора, составит от тысячи трёхсот до полутора тысяч марок за квадратный метр. Уже в ближайшее время в Швейцарии начнётся строительство первой бумажной виллы. Однако почему не в Германии? Дело в том, что в ФРГ фирма Фреди Изели не имеет пока разрешения на жилое строительство, поскольку новая технология ещё не прошла все положенные в таких случаях испытания. А они очень сложны, одним лишь измерением несущей способности тут не обойтись, поскольку нагрузки, действующие на элементы строительной конструкции, весьма разнообразны. Материал должен выдерживать не только давление и растяжение, но и скручивание, обладать не только жёсткостью, но и упругостью. И тут у картонных блоков есть ещё одно преимущество: увеличение их прочности за счёт наращивания количества слоёв бумаги не влечёт за собой существенное увеличение веса. Рассказывает Фреди Изели:

- Мы можем, например, производить из нашего материала потолочные перекрытия длиною до 6-ти метров. При этом они будут в полной мере отвечать нормативным требованиям, принятым в жилом строительстве - скажем, выдерживать нагрузку в 300 с лишним килограммов на квадратный метр.

Сегодня, в преддверии официальной экспертизы в соответствующих инстанциях, разработчики бумажных строительный панелей испытывают их в лаборатории Технического университета города Хемница. Если эти испытания пройдут успешно, то примерно через год во Франкенберге начнётся серийное производство конструкционных блоков для картонных коттеджей. Технологический цикл таков: бумага поступает в цех в виде стандартных рулонов. На специальных станках она раскатывается, гофрируется, сушится и нарезается. Затем листы склеиваются, образуя ячеистую начинку панели нужной толщины. Из готовых блоков можно с высокой точностью вырезать конструкционные элементы любой геометрической формы. Заметим, что качество бумажного сырья, используемого в производстве таких картонных плит, практически никакой роли не играет. Дополнительную прочность, а главное - влаго- и огнестойкость, - придаёт картонным стройэлементам специальное покрытие, наносимое на бумагу в процессе производства ячеистой начинки. Если сэндвич, собранный из нескольких слоёв такой обработанной специальным составом гофрированной бумаги, попытаться прожечь газовой горелкой, то прогорит только внешняя оболочка, а начинка не воспламенится.

Стандартные дома из бумажных блоков могут оказаться очень эффективными при решении, скажем, проблемы обеспечения временным жильём беженцев из районов стихийных бедствий или зон военных конфликтов. Весит такой набор-конструктор немного, что позволит осуществить его доставку вертолётом или самолётом, а возвести дом люди смогут собственными силами, без помощи специалистов и строительной техники. Впрочем, Фреди Изели надеется, что такие коттеджи заинтересуют и обычных потребителей. Тем более, что его фирма готова предложить клиентам особый вид услуг. Фреди Изели:

- Дело в том, что мы продаём унифицированные элементы, из которых можно построить самые разные варианты домов. Поэтому мы намерены сперва давать клиенту набор-конструктор, детали которого являются миниатюрными копиями настоящих строительных элементов. Тогда заказчик сможет в кругу семьи, спокойно, не торопясь, спланировать и сложить из этого конструктора такой дом, который его устраивает. Потом он принесёт собранный макет к нам, мы сфотографируем его, обмерим, внесём все эти данные в компьютер, и тот выдаст перечень нужных элементов, точную калькуляцию и планы строительства.

Кстати, клиенты, которым удастся создать действительно индивидуальные, по-настоящему оригинальные проекты, смогут оформить на них авторские права, что позволит им в будущем претендовать и на материальное вознаграждение, если найдутся желающие воспользоваться плодами их богатого воображения.

К панелям из бумаги проявляют интерес и мебельщики, а также транспортные фирмы, специализирующиеся на грузовых перевозках, - их привлекает идея заменить стандартные - тяжёлые и дорогие - поддоны более легкими и дешёвыми - картонными. Наконец, предложение Фреди Изели замечательно ещё и тем, что при необходимости дома из утилизованной бумаги сами великолепно поддаются утилизации и могут быть отправлены в "макулатуру"!

Какой бы удивительной ни казалась идея строительства домов из бумаги, специалисты Института промышленного производства и автоматизации имени Фраунхофера в Магдебурге пошли ещё дальше - они создают из бумаги инструменты и детали станков. Осуществляется этот проект в рамках программы разработки новых технологий. Рассказывает профессор Магдебургского института имени Фраунхофера Герман Кюнле:

- Институт видит свою миссию в том, чтобы способствовать росту благосостояния региона и всей страны путём развития новых технологий и моделей управления. Перед институтом стоит задача создания высокопроизводительных предприятий на мировом уровне, включая "ноу хау" и соответствующее оборудование

Среди разработок, осуществляемых институтом, большое значение придаётся развитию технологии, известной под названием "rapid prototyping", что в переводе означает "быстрое изготовление опытных образцов". Схемы, по которым реализуется эта технология, могут быть разными. Один из вариантов - лазерный луч направляется в ванну с расплавом синтетической смолы и, подчиняясь командам компьютера, прочерчивает, выжигает тело любой заданной конфигурации, в том числе и весьма сложной. Например, вырезает изложницу для отливки деталей штампа. Такой способ быстрого создания прототипа или образца называется стереолитографией.

Другой вариант - лазерное спекание. В этом случае образец как бы "выращивается" путём послойного нанесения металлического порошка и спекания его с помощью лазера по той же определяемой компьютером системе сечений. Эта методика позволяет спекать не только прототипы, по которым потом из другого материала будут изготовлены детали, но и непосредственно сами детали, пригодные к немедленному применению.

Но... вернёмся к бумаге. Магдебургские инженеры обнаружили, что этот материал можно с немалым успехом применять в технологии "рэпид прототайпинг". Происходит это так: плотная бумажная лента, покрытая с одной стороны клеем, разматывается на специальном станке, и луч лазера вырезает из неё фигуры, соответствующие сечениям будущей детали. Далее эти фигуры толщиной около одной десятой миллиметра послойно склеиваются, образуя готовый образец.

Более того, оказалось, что такие бумажные образцы вполне пригодны для использования в качестве рабочих деталей и инструментов. В частности, они способны выдерживать большие нагрузки на сжатие, а потому могут применяться в качестве деталей штампов - матриц и пуансонов - скажем, для обработки стального листа. На то, чтобы подготовить производство жестяных пепельниц, мисок или иных предметов относительно простой конфигурации, достаточно нескольких минут: компьютер просчитывает форму штампа для получения данного изделия, затем на станке "быстрого прототипирования" лазер нарезает из бумаги соответствующие фигуры, потом происходит их склеивание - и штамп из папье-маше готов. Технология, позволяющая быстро производить готовые к использованию детали, называется "rapid tooling", что в русском переводе означает "быстрое изготовление инструментов". Доктор Кюнле:

- "Рэпид тулинг" - это одна из возможностей сделать производственный процесс на предприятиях ещё эффективнее за счёт сокращения сроков, а также экономии материалов, персонала и - не в последнюю очередь - затрат на развитие производства,

То есть малые и средние предприятия, находящиеся в большой зависимости от производителей инструментов, получают возможность самостоятельно обеспечивать свои потребности, а значит, их производство становится более гибким и экономичным.

Впрочем, пока ещё не все материалы могут быть заменены бумагой. Основную нагрузку в строительстве и промышленности по-прежнему приходится нести металлам, пластмассам и бетону. В этой связи одна из важнейших задач, стоящих перед инженерами, заключается в том, чтобы научиться вовремя обнаруживать в деталях и конструкциях трещины, чреватые порой катастрофическими последствиями. Как правило, разрушение материала является следствием его усталости, вызванной циклическим воздействием нагрузок переменного знака. Однако до недавнего времени учёные не могли предложить метод эффективной диагностики, который позволил бы обнаруживать критические зоны до того, как там образовалась трещина. Теперь, похоже, такой метод разработали специалисты Института радиационной и ядерной физики Боннского университета. Главный элемент их установки - ускоритель электронов и их античастиц - позитронов. Рассказывает профессор Боннского университета Карл Майер:

- С помощью позитронов мы можем обнаруживать дефекты в структуре разных материалов - металлов, полупроводников или полимеров,

Принцип действия этого уникального прибора состоит в следующем: на исследуемый образец направляется пучок позитронов - элементарных частиц с массой, равной массе электрона, но имеющих положительный электрический заряд. Проникая в атомную решётку и отталкиваясь от положительно заряженных ядер, позитроны накапливаются в пустотах - то есть зонах, где имеют место нарушения структуры материала. Именно благодаря такому отталкиванию, обусловленному их положительным зарядом, и малому размеру по сравнению с межатомными расстояниями решётки, позитроны обладают высокой проникающей способностью. Профессор Майер:

- Особенностью позитронного анализа является его исключительная чувствительность. Она значительно выше, чем у других, традиционных методов, основанных на рентгеновском, синхротронном или нейтронном излучении,

Итак, позитроны пробираются в зоны, где имеют место дефекты атомной структуры, но обосноваться там надолго не могут - к ним притягиваются "гуляющие" по решётке свободные электроны.

В результате столкновения электрона с позитроном происходит их аннигиляция с испусканием, как правило, двух гамма-фотонов. Таким образом, частые вспышки, регистрируемые в одном и том же месте образца, свидетельствуют о наличии там дефекта атомной структуры и, соответственно, предрасположенности к трещине. Правда, позитронная установка несколько медлительнее, чем, скажем, обычный растровый, или сканирующий, электронный микроскоп, зато она позволяет видеть на мониторе не только трещины, но и гораздо более "тонкие" дефекты в структуре материала. По мнению Карла Майера, позитронный анализ - дело перспективное:

- Дальнейшие сферы применения - это область микросистемной техники, изучение усталости материалов, обнаружение разрывов и дефектов на уровне микроструктур.