Информация об авторе
Автор
- Кандидат технических наук, доцент УГНТУ Яковлева Людмила Алексеевна.
Научные интересы связаны с коррозией бетона и железобетона, отделочными строительными материалами и химической очисткой строительных материалов от различного вида загрязнений.
Автор 5 патентов.
Контактный телефон: 8- (3472)-28-24-00
e-mail:aykovleva52@mail/ru
Рецензенты:
Салов Александр Сергеевич, к.т.н., доцент кафедры АДиТСП УГНТУ
Дедков Валерий Иванович, к.т.н., директор ООО “Викос”
Теоретические основы введение
Целью дисциплины «Архитектурное материаловедение» является освоение студентами-бакалаврами направления 270100 – Архитектура по профилю подготовки “Архитектурное проектирование” знаний в области номенклатуры, свойств и рациональных в технико-экономическом отношении областей применения строительных материалов и изделий.
При изучении дисциплины «Архитектурное материаловедение» обеспечивается фундаментальная подготовка студента в области строительных материалов, осуществляется преемственность с курсами “Архитектурная физика”, “Современные материалы”, “Архитектурно-строительная технология”, происходит знакомство с основными свойствами строительных материалов, базовыми положениями теоретических основ, навыками и понятиями, принятыми в данной дисциплине, обязательными для усвоения последующих предметов и практического использования полученных знаний в решении вопросов рационального использования материалов в современном строительстве.
Строительные материалы являются основой обеспечения качества возводимых зданий и сооружений. В общих сметах строительного объекта на долю строительных материалов приходится 50-65% общей стоимости. Поэтому вопросы экономии средств во многом зависят от эффективности применяемых материалов и изделий, а также их правильного выбора для производства строительных конструкций.
Качество, долговечность и стоимость сооружений в большой степени зависят от правильного выбора и применения строительных материалов. Для этого необходимо знать свойства материалов и назначение каждого из них. Свойства строительных материалов самым тесным образом связаны с их составом.
Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составом.
Химический состав позволяет судить о некоторых свойствах – огнестойкости, биостойкости, некоторых механических характеристиках. Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в материале. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды, находящейся в его порах, оказывает влияние на все эксплуатационные свойства.
Структура материала подразделяется на макроструктуру – строение, видимое невооруженным глазом; микроструктуру – строение, видимое в оптический микроскоп; наноструктуру – внутреннее строение вещества на молекулярно-ионном уровне.
Макроструктура твердых строительных материалов бывает конгломератной, ячеистой, мелкопористой, волокнистой, слоистой, порошкообразной. Вид макроструктуры оказывает влияние на пористость, прочность, долговечность, теплопроводность, водопроницаемость и другие свойства. Внутреннее строение веществ, составляющих материал, определяет его механическую прочность, твердость, тугоплавкость и ряд других важных характеристик.
Управление структурообразованием строительных материалов позволяет создавать материалы с заданными свойствами и техническими характеристиками.
Важнейшими факторами, влияющими на свойства материала, являются эксплуатационные факторы: воздействие температуры, влажности, различных агрессивных веществ и др. Управление структурообразованием материала может существенно повысить долговечность и надежность работы строительного материала в конструкции.
Строительные материалы и изделия оказывают бесспорное влияние на создание и развитие новых архитектурных форм, на конструктивные решения зданий и сооружений, на формирование архитектурного образа и стиля, и в значительной мере влияют на качество современного строительства.
Повышение качества строительных материалов – одна из основных задач промышленности строительных материалов. В решении этой задачи наряду с инженерами-строителями, технологами и проектировщиками активное участие должны принимать и архитекторы. Только при их тесном творческом сотрудничестве возможно решение актуальных задач совершенствования номенклатуры и качества строительных материалов. Помимо технических и эстетических характеристик материалов, необходимо учитывать их полную стоимость, т.е. всю сумму затрат, включая расходы на производство, транспортирование, эксплуатацию и ремонты в течение всего срока эксплуатации материала в конструкции или отделке здания.
Проектировщик и архитектор при создании своих проектов должен мыслить конкретной конструкцией, выполненной из определенного материала, т.е. между строительным материалом, конструкцией и архитектурной формой должна быть взаимосвязь. Без достаточных знаний о многообразии видов строительных материалов, способах их производства и качественных характеристиках невозможно проектировать и строить здания и сооружения, реконструировать или ремонтировать их, длительно эксплуатировать в данных климатических условиях.
Наука о строительных материалах имеет длительную историю развития. Она насчитывает столько же веков, что и человеческая цивилизация. Естественную потребность иметь крышу над головой ощутили самые первые люди. Шалаши и пещеры были их укрытием от непогоды, древесина и камень – первыми строительными материалами. Первые строительные материалы – дерево и камень – давала человеку природа. Гораздо позднее нехватка этих природных материалов заставила человека задуматься над созданием, в подражание природным, искусственных строительных материалов. И таким первым искусственным материалом считают керамический кирпич. Родина его – пустыни Древнего Египта, испытывавшие недостаток камня, но где в изобилии были песок и глина. Из них древние египтяне лепили подобие небольших каменных блоков и длительно сушили их на солнце, пока они не приобретали прочность камня. Возраст керамического кирпича как строительного материала составляет примерно 5 тысяч лет. Для скрепления камней и кирпичей научились изготавливать строительные растворы на основе извести, которую получали обжигом известняка.
Для Древней и Средневековой Руси самым массовым строительным материалом было дерево. И лишь в XY в. в Московском царстве расцветает каменное строительство, связанное с влиянием и творчеством итальянского архитектора Аристотеля Фиорованти. Он же завез в Россию новый для нее строительный материал – керамический кирпич. В XVI в. организуется первое государственное строительное учреждение – «Приказ каменных дел», в функции которого входило строительство крепостей и производство строительных материалов – кирпича и извести и др.
Настоящий бум промышленность строительных материалов переживает в начале XIX в. в связи с открытием одновременно в Англии в 1824 г. (Джозеф Аспдин) и России в 1823 г. (Егор Челиев) нового вяжущего вещества – портландцемента. Во второй половине XIX в. в Европе, а позднее и в России начинают строиться цементные заводы. Русские ученые – цементники (А.Р. Шуляченко, И.Г. Малюга, А.А. Байков, В.А. Кинд, В.Н. Юнг, и др.) внесли огромный вклад в развитие науки о цементе. Цементное вяжущее используют в новых строительных материалах – в бетоне и железобетоне. В конце XIX в. сформировалась специальная наука о бетоне – бетоноведение. И.Г. Малюга впервые вывел формулу прочности бетона в зависимости от водоцементного отношения, уточненную впоследствии Н.М. Беляевым, швейцарским ученым Боломеем и Б.Г. Скрамтаевым.
В это же время получает развитие наука о железобетоне. Этот строительный материал был предложен французскими учеными Ламбо, Ковалье и Монье. В России А. Шиллер, а затем и Н.А. Белелюбский провели успешные испытания конструкций из железобетона. В 1911 г в России издаются первые технические условия для железобетонных конструкций и сооружений. Кстати, сборный железобетон впервые был использован в СССР для строительства жилых и промышленных зданий в 1927г., а в Западной Европе и Америке – в основном после II мировой войны.
В послевоенном мире особенно актуальной стала задача восстановление жилищного и промышленного фонда, что вызвало расширение производства строительных материалов и создание новых видов конструкционных и отделочных материалов. В СССР быстро возрастала мощность цементной промышленности. Количество разновидностей выпускаемых цементов составило свыше 30 наименований. Возрастала производительность заводов по производству керамических изделий, стекла, автоклавных силикатных материалов. Для пятидесятых и шестидесятых годов ХХ в. актуальным стало развитие производства полимерных строительных материалов.
Огромный вклад в развитие строительного материаловедения внесли советские ученые – П.А. Ребиндер, Н.А. Попов, О.П. Мчедлов-Петросян, П.И. Баженов, Б.Г. Скрамтаев, В.М Москвин, С.Н. Алексеев, М.М. Сычев, А.Ф. Полак и др.
Для сегодняшнего дня наиболее важными считаются следующие направления развития промышленности строительных материалов:
1) создание заводского производства крупноразмерных унифицированных конструкций из бетона, железобетона, гипса, теплоизоляционных материалов, пластмасс и др., что позволит повысить производительность труда и сократить сроки строительства.
Применение новых строительных материалов, как конструкционных, так и отделочных, и внедрение новых эффективных технологий их изготовления.
3) Использование отходов промышленности в производстве строительных материалов (шлаков, зол ТЭЦ, пиритных огарков, опилок и стружек древесных и металлических и др.).