• 

Materiálové inženýrství přináší i do stavebnictví moderní přístupy – nanotechnologie a biotechnologie. Zvýšení účinnosti vápenných konsolidantů (zpevňovačů) pomocí „nano-vápna“ patří k jedné z aplikací tradičního materiálu vyráběného novou technologií.

Vzhledem k ceně je zatím používáno zejména pro restaurování menších objektů. Nové povrchové úpravy se samočisticí schopností představují další z inovačních tendencí. Zdá se však, že pro povrchy památkových objektů jsou tyto materiály nepoužitelné. V biotechnologiích se např. slibně vyvíjelo i používání bakterií k zesilování zvětralého mramoru. Všechny tyto trendy jsou zatím ve stádiu vývoje, kromě nano-vápna, které se již vyrábí. Strategie by měla s převratně inovovanými materiály počítat spíše ve střednědobém výhledu.

Aplikace nanotechnologií ve stavebnictví

Všechna dále uváděná očekávání aplikace nano v pozemních stavbách jsou fyzikálně možná, jejich skutečná realizace je především ekonomickou otázkou. Současně je třeba říci, že pojem „nano“ není samospasitelný. Pro rozvoj nano aplikací je třeba využívat a modifikovat i technologie známé z jiných oblastí (např. technologie studené plazmy, technologie stimulované ozařováním látek, manipulace s částicemi nano rozměrů, konverze výchozího materiálu fyzikální cestou na materiál požadovaných vlastností ad.).

Aplikace nanotechnologií ve stavebnictví stojí před otázkou, zda je vůbec prakticky uskutečnitelné sjednocení makroskopického světa stavebních konstrukcí se světem řádu 10^-9 m. Pokud ano, potom by mělo přinášet buďto nové kvality, jinak nedosažitelné, nebo by mělo levněji dosahovat efektů, které nabízejí technologie stávající.

Reálná očekávání

Dosavadní zkušenosti a stav poznání v oblasti nanotechnologií naznačují, že zejména v pozemním stavitelství lze reálně očekávat jejich využití v následujících oblastech:

a) Ochrana povrchů materiálů (a tedy i celých konstrukčních celků) proti jejich degradaci.
b) Bariérové membrány.
c) Aktivní ovlivnění vlastností povrchů s ohledem na estetické i technické vlastnosti (zejména exteriérové povrchy budov).
d) Změna vlastností materiálů v jejich objemu.

Ochrana povrchů materiálů

• Tvorba povrchových vrstev na bázi nanotextilních kompozitů s požadovanými antikorozními vlastnostmi.
• Ochrana biomaterálů (zejména dřeva a jeho derivátů) inkorporací nanočástic s antibakteriálním (obecně antibiotickým) účinkem do struktury jejich povrchů.
• Tvorba ochranných povrchových vrstev hmot na bázi silikátových pojiv s využitím řízené fázové změny některé jejich složky.

Bariérové membrány

• Výroba membrán s požadovanou difúzní či konvektivní permeabilitou (větrové zábrany, paro brzdy, podstřešní pojistné hydroizolace).
• Filtrační membrány (filtrace vzduchu a kapalin) se zaměřením na filtraci ultra jemných částic (např. bakterií, viz aplikace ve zdravotnictví pro filtraci vzduchu pro operační sály, velmi jemné prachy u specifických technologií, zatravněné střechy aj.).

Aktivní povrchy

Tvorba povrchových vrstev materiálů pomocí nano textilních kompozitů. Nano textilie zde může hrát dvojí roli:

• může sloužit jako mechanický nosič aktivních látek (např. depozice nano diamantů na vláknech nano kompozitu),
• sama výchozí nano textilie může být konvertována vhodným fyzikálním postupem na materiál jiných vlastností. Takto vytvořené povrchové vrstvy, pokud jsou vhodným způsobem přikotveny k povrchu základního materiálu (např. hydratací silikátových pojiv základního materiálu v nano kompozitu), mohou vykazovat kvalitativně nové vlastnosti. Jde například o vlastnosti optické, elektrické, senzorické, odolnost vůči otěru, hydrofobnost, antibiotické působení atd. Nositelem těchto vlastností je deponovaná látka, případně transformovaný materiál původní nano textilie.

Změna vlastností materiálů v objemu

Jde o dobře známé souvislosti.

• Přidáváním mikro- až nanočástic do materiálů na bázi silikátových pojiv klesá objem pórů a jeho distribuce se posouvá k pórům jemnějším. Tím obvykle v makroskopickém měřítku rostou pevnosti a klesají permeability (např. propustnost pro vodu). Jde ovšem o směr, který je náročný na „makroskopické“ technologie. Příprava těchto směsí, tedy míchání, uložení, hutnění a ošetřování, není realizovatelná současnými běžnými prostředky. Tento směr však zřejmě povede spíše ke vzniku materiálů pro speciální aplikace, tedy bez velkého rozšíření.
• Přidáváním nanočástic (např. uhlíku) do objemu tepelných izolací se redukuje prostup tepla zářením (sáláním). Zatím je tato technologie vyvinutá pouze pro izolace na bázi zpěněných plastů. Lze však očekávat rozšíření této technologie i na vláknité materiály.

Chytré materiály

Významnou kategorii tvoří „chytré“ materiály s pamětí, k jejichž výrobě se nanočástice rovněž využívají. Ve stavebnictví půjde zejména o tmely, kde je vyžadována schopnost udržet dilatující spáru stále utěsněnou (skleněné fasády apod.).

V tomto ohledu jsou ideální viskózní materiály, které se po odstranění vynuceného přetvoření vracejí do výchozího stavu. V této souvislosti nelze opomenout ani další rozvoj klasických materiálů, který směřuje zejména k modifikaci materiálových systémů druhotnými surovinami. Příkladem je polymerem modifikovaná malta (PMM) vyrobená na bázi cementu, jemnozrnných plniv (odpadní sklo, struska, odpad z praní drceného vápence-tzv. beta carb), redispergovaného polymeru, modifikujících přísad a zejména přísad upravujících reologické vlastnosti hmoty.

Přídavek hydrofobní látky, která má za úkol zvýšit vodoodpudivost např. spárovací hmoty, omezí pronikání vody do struktury, a tak zvýší trvanlivost a životnost systému. Obecně lze očekávat, že akrylátové hmoty, jako jsou omítky (byť plněné např. skelným recyklátem), ustoupí do pozadí ve prospěch materiálů na silikátové bázi.

Dopad do těžby surovin

Materiálové inženýrství má dopady i do těžby surovin a výroby stavebních hmot. Stavebnictví jako celek pak do řady dalších odvětví a budoucnost nepochybně potřebuje zvýšit mezioborovou a meziodvětvovou koncepční spolupráci. V tomto smyslu je asi největší deficit opět mezi malými podniky.

Náprava je vhodným tématem založení České technologické platformy pro stavebnictví. Bez silného firemního výzkumu a vývoje nebo alespoň bez spolupráce se zkušenými výzkumnými pracovišti se zřejmě nedá zvýšit konkurenceschopnost stavebních podniků. Řada témat je dobře řešitelná ve spolupráci s menšími stavebními firmami s využitím programů finanční podpory EK.

-jik-