Развитие строительных материалов: перспективные технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТОГУ

Развитие строительных материалов перспективные технологии

Белаш Е.В., Ким А.А.

г. Хабаровск, Россия

Аннотация

Наравне с архитектурой развивались и возникали новые материалы. У каждого материала своя история и свои предшественники. В статье кратко рассмотрена история становления строительных материалов, их трансформация на пути от природных компонентов к продукции промышленного производства. Проанализированы основные материалы, применяемые в конструктивных системах. Также рассмотрен современных этап развития, который является результатом синтеза старых наработок в условия современного научно-технического прогресса, а также междисциплинарных исследований. Данная тема актуальна, потому что в наше время произошло переосмысление форм и идей, и, для того чтобы воплотить в жизнь самые неординарные композиционно-пространственные решения, используют новые материалы, которые позволяют повысить качество и скорость выполнения работ. Как результат проведенного исследования, сделан вывод об изменениях, произошедших с материалами, дошедшими до наших дней.

Ключевые слова: современная архитектура, современные материалы, методы строительства, конструкции.

Abstract

Belash E. V., Kim A. A.

PNU, Khabarovsk, Russia

THE DEVELOPMENT OF BUILDING MATERIALS PERSPECTIVE TECHNOLOGIES

Along with the architecture developed and created new materials. Every material has its own history and its predecessors. The article briefly describes the history of the formation of building materials, their transformation on the way from natural components to industrial production. The basic materials used in structural systems. Also, there has been considered the current stage of development, which is the result of the synthesis of the older developments in the conditions of modern scientific and technical progress, as well as interdisciplinary research. This topic is relevant because in our time forms and ideas have been rethought, and in order to realize the most extraordinary compositional and spatial solutions, new materials are used that improve the quality and speed of execution. As a result of the study, it was concluded that changes with the material extant.

Keywords: modern architecture, modern materials, methods of construction, construction.

Введение

Современная стадия развития архитектурно-строительного комплекса подразумевает применение огромного количества материалов, что отражается в объемно-пространственной композиции объектов, их планировочном решении и декоративном оформлении. История развития строительных материалов насчитывает тысячи лет и берет свое начало с использования природных компонентов, которые становились базой для формирования новых видов материалов, что отражало уровень развития научно-технического прогресса.

Природные материалы и их использование в строительстве. Природные ресурсы - источник первых строительных материалов, к которым относятся грунт, растения и камень. В разных климатических условиях они видоизменялись и по-разному обрабатывались. К примеру, на Востоке использовали тростник, а в Азии - бамбук. Вблизи вулканов можно было найти первое стекло - обсидиан. Камень был популярен для создания устойчивых строений и орудий труда. Из грунта люди добывали глину, делая простейшие жилища и используя для отделки домов.

Развитие материалов. Новый этап берет свое начало, когда люди начали осваивать первые ремесла. Так они экспериментировали, изучая свойства материалов - проводя химические и физические воздействия над ранее известным сырьем. Результатом стали: кирпич-сырец, бетон, первое стекло, цемент. Появился новый материал - металл. Первые природные металлы, найденные человеком - золото, серебро и медь, которые использовали для изготовления предметов утвари, украшений и отделки помещений. строительный материал промышленный кирпич

Первый кирпич получался из высушенной на солнце глиняной массы, собранной у кромки берегов и очищенной от камней. О стекле узнали случайно - при запекании изделий из глины в печь случайно попадал песок, образовывая стеклянные шарики после запекания. А после того как люди стали широко использовать необожженную глину, они испытали потребность в более прочном связующем материале. Так появился цемент, первое применение которого, датируется периодом каменного века - была найдена постройка с полом, изготовленным из гравия и извести. Вещество, состоящее из цемента, смешанного с гравием, песком и водой стали называть бетоном. Также, с развитием ремесел развивались орудия труда, что позволило делать первичную обработку материала. Камень стали обтачивать, за счет чего получали блоки.

Появление современных строительных материалов. Результатом прогресса стало появление более технологичного оборудования, что позволило людям изготавливать сложные материалы, пригодные для массового строительства.

История создания

До появления бетона, кирпич являлся основным материалом для массовой застройки по всему миру, так как обладает небольшой стоимостью, высокой прочностью и простотой в использовании. Кирпич обжигали в печи, глазуровали и заливали в формы, а состав изменяли, добавляя различные вещества [1]. Кирпичная кладка обретала свою прочность за счет промежуточных компонентов - раствора и цемента. Для приготовления раствора применялась жирная известь и крупный песок. Как дополнительные добавки, в раствор добавляли измельченную плитку, кирпич или камень, а также цемент. Состав цемента так же подвергался изменению - вмешивали вулканический пепел, измельченные кирпичи, яичный белок, керамическую крошку и пемзу [2].

Перекрытия, фундамент, сваи, перемычки, лестницы зачастую выполняются из железобетона. На пути к современному бетону учеными и строителями было применено немало попыток создания различных растворов и смесей, но лишь в 1824 году было изобретено новое вяжущее - портландцемент, которое позволило сильнее приблизиться к нынешнему аналогу. В попытках соединить железо с бетоном появилось новое вещество - железобетон. Железобетон - это материал, состоящий из бетона, арматурной стали или арматурных сеток. Сталь очень прочна при растяжении, а бетон при сжатии, это и позволяет выдерживать большой вес и предотвращать трещины в конструкциях. Железобетон прочно входит в массовое строительство - сначала из него изготавливали перекрытия, позже - в 1865 г. был построен первый дом, полностью состоящий из этого материала. Гюстав Вайс выкупил патент в 1886 г. и проводил различные испытания и исследования, усовершенствовав материал и увеличив пролет железобетонных конструкций до пяти метров.

В XVIII в., после изобретения пудлинговой, а позже - мартеновской печи широкое распространение получили металлоконструкции. После внедрения новых печей металл нагревался до жидкого состояния, что позволяло выплавлять различные формы любого размера. Кроме того, в производство шел весь металлический лом, скопившийся за годы на заводах. До начала XX в. в строительстве применялись в основном конструкции из металла для создания колон, балок, лестниц [4].

Развитие материалов в XX в. В конце XIX - начале XX в. продолжается экспонентное развитие промышленности, материалы выпускают на специализированных заводах, а идеи многих архитекторов и строителей получают воплощение. Это привело к ряду требований, предъявляемых к новым конструкциям - они должны выдерживать большую нагрузку, быть прочными и подходящими под различные погодные условия.

В XX в. появляется стандартизация материалов - каждому присваивается определенная марка и класс - оценка качеств и свойств вида, которые регламентируют нормы и правила строительства; а также совокупность правил координации размеров на базе основного модуля [6].

Существенный вклад в развитие строительных этапах сыграла химическая промышленность. Чтобы выполнить ряды требований, разработали специальные добавки - неорганические (химические) и органические (минеральные). Неорганические добавки позволили удешевить затраты на строительство и существенно улучшить состав бетона и железобетона. При добавлении химических добавок в бетон - пластификаторов, смесь становится жиже и пластичнее при меньшем использовании воды и цемента. Органические добавки получаются путем измельчения пород горного или вулканического происхождения [3].

Вследствие быстрой урбанизации усложнялись конструкции, а материалы расширяли возможности формообразования, что привело к усложнению расчетов. Эту проблему помогли решить стремительно развивающиеся компьютерные технологии. Появлялись целые комплексы программ, выполняющих различные функции, для упрощения работ по проектированию и расчету строительных конструкций, что привело к появлению нелинейной и дигитальной архитектуры, потребовавшей адаптации существующих материалов к новым требованиям.

3. Перспективные строительные материалы. На сегодняшний день на основе ранее рассмотренных материалов разрабатываются перспективные разработки, ряд из которых уже применяются в строительстве, либо же находятся на стадиях тестирования и концепт-идей. Так же новые материалы создаются либо на основе старых технологий, либо заменяя или же совершенствуя их.

3.1. Материалы, как идея будущего. Применение новых и альтернативных материалов еще не стало массовым, но уже используется энтузиастами. Так, в Гамбурге был создан дом с использованием водорослей. Водоросли поглощают солнечный свет и выделяют энергию, представляя собой источник возобновляемой энергии.

Альтернативные материалы. Ecovative - фирма, занимающаяся изготовлением строительных материалов на основе мицелия. Из грибов получается легкий, прочный материал, который принимает любую форму, а также обладает водонепроницаемостью и огнеупорностью. Помимо Ecovative, такие ученые как Филипп Росс аналогично проводили исследования по изучению свойств грибов, они отметили ряд характеристик, позволяющих материалам, в составе которых находился мицелий, успешно бороться с плесенью и грибками. Вещество, полученное в итоге, имеет консистенцию пены, что позволяет изготавливать различные строительные составляющие, приобретающие любой объём. Застывает такая пена примерно за сутки, что значительно сокращает время строительства. В затвердевшем состоянии материал похож на губку.

«Живой» бетон. Ученые из Пенсильванского университета изобрели материал на основе специально выведенных бактерий, что позволяет материалу восстанавливать свой первоначальный вид и целостность. Инновационный материал в итоге - среднее между резиной и пластиком, а восстанавливающие свойства обретает за счет образования белка, схожего с тем, что содержится в теле кальмаров.

Похожий эксперимент провели ученые из Нидерланд - они придумали цемент с бактериями и кормом для них, перерабатывая который получался карбонат кальция, позволяющий заполнять повреждения.

Рисунок 1 - кирпичи CoolBricks (www.emergingobjects.com)

Бокситовые кирпичи. Технология 3D печати позволяет в наше время точно изготовлять различные формы, используя новейшее оборудование и материалы. Так, в апреле 2015 года на выставке, в музее Сан-Франциско, фирмой Emerging Objects был представлен новый материал - бокситовые кирпичи, отпечатанные на 3d принтере и названные CoolBricks. Названы так кирпичи не случайно - благодаря технике испарительного охлаждения они эффективно охлаждают помещение, стабилизируют температуру и увлажняют воздух, заменяя систему кондиционирования и сокращая траты на электроэнергию. Принтер может печатать кирпичи любых размеров, а благодаря модульности, можно с легкостью соединять их между собой.

3.2. Воплощенные в жизнь проекты. Биодинамический цемент. Итальянская компания Italcementi представила новый инновационный материал - биодинамический цемент. I-активные компоненты, входящие в состав материала, при нагревании солнечными лучами, соединяются с вредными веществами в воздухе и нейтрализуют их. Представители фирмы уверяют, что фасады, сделанные с использованием такого цемента способны избавить город от смога [5].

Жидкое дерево. Материал изготавливается из полимерных смол, с добавлением древесных волокон. Очень прочный, надежный и практичный - не подвержен гниению и имеет небольшую цену. Новый материал внешне очень похож на древесину, имеет небольшой вес и при этом выдерживает большие нагрузки. Эксплуатируется недавно, но уже успел зарекомендовать себя в строительстве бассейнов, прудов и оформлении водных территорий.

Альтернатива дереву. Компания Plastinova разработала материал на основе использования отходов производственного процесса по добыче и переработке сока из агавы и сахарного тростника. Переработанный пластик (полиэтиленовые отходы) и волокно агавы позволили создать альтернативу дереву. Полученное вещество формируется в пластины, которые разрезаются на более мелкие куски любого размера. Этот процесс довольно трудоемкий, в данное время, ученые разрабатывают новое сырье из более дешёвых и доступных аналогов, таких как кокосовое волокно, и методы, позволяющие быстрее делать материал.

Рисунок 2 - 1,2) жидкое дерево, 3) альтернатива дереву.

Вывод

Изучив историю и рассмотрев подробно новые идеи, можно сделать вывод - все новейшие материалы берут начало в природе, и то, что люди находили и использовали много тысяч лет назад - снова возвращается в обиход. Материалы, как и техника и методы изготовления, на протяжении веков совершенствовались, дополнялись и были объектами многих исследований, что позволило человеку в настоящем времени воплощать самые оригинальные идеи в жизнь. Таким образом, то, что еще лет 20 назад считалось идеей, фантазией, сейчас с помощью новейших технологий воплощается в жизнь и прочно закрепляется в новых проектах.

Заключение. Анализ выражения (6), а также результатов, приведенных в таблице, позволяет сделать следующие выводы:

2. Эффект оптимизации тем значительнее, чем больше эпюра изгибающих моментов отличается от линейной.

3. Оптимальный проект для физически нелинейной системы не может быть получен пропорциональным изменением параметров, найденных в результате оптимизации линейно деформируемой системы. На рисунке приведены оптималь-

Библиографические ссылки на источники

1. Когда и где изобрели кирпич - история возникновения // Стройкирпичком

2. Старинная кирпичная кладка // Стройкирпичком

3. Добавки к бетону: технологии нового века // Тихоокеанская строительная компания Железо - история и роль железа // Мир ковки 6 технологий строительных материалов, которые изменят наше будущее

4. Домокеев А. Г. Строительные материалы. - М: Высшая школа, 1989г. - 495с.

Размещено на Allbest.ru