Строительные материалы нового поколения


В. М. ВОРОНЦОВ







СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Учебник
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК691
ББК38.3
    В75


Рецензент:
профессор, директор Архитектурного института Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова, заслуженный архитектор России В. В. Перцев


        Воронцов, В. М.

В75 Строительные материалы нового поколения : учебник / В. М. Воронцов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. -128 с. : ил.
          ISBN 978-5-9729-0994-0

      Анализируется состояние материальной базы современной архитектуры, излагаются основные проблемы строительного материаловедения, описываются технико-эксплуатационные и эстетические характеристики строительных материалов нового поколения и пути их совершенствования. Большое внимание уделяется отделочным фасадным материалам, дизайну интерьеров, материалам «зеленой» архитектуры.
      Для студентов вузов, обучающихся по специальностям 07.03.01 «Архитектура» и 07.03.03 «Дизайн архитектурной среды».

УДК691
ББК38.3











ISBN 978-5-9729-0994-0

  © Воронцов В. М., 2022
  © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

                ОГЛАВЛЕНИЕ





Введение................................................. 4
1. Материал и архитектура................................ 6
2. Керамические материалы и изделия................... 11
  2.1. Керамика в современной архитектуре............. 11
  2.2. Новшества керамических изделий................... 17
   2.2.1. «Теплая керамика» - кирпич XXI века........... 17
   2.2.2. Ригель-кирпич................................. 19
3. Стекло в архитектуре, современные тенденции.......... 22
4. Металлы в современном убранстве зданий............... 28
  4.1. Металлы в качестве украшения..................... 29
  4.2. Металлическая решетка в структуре формы.......... 30
5. Бетон и железобетон в современных зданиях............ 33
  5.1. Взгляд вбудущее бетона........................... 34
  5.2. Текстиль-бетон - эффективный армированный композит... 40
6. Перспективы использования силикатного кирпича в современной архитектуре............................... 45
7. Современные концепции деревянного домостроения.....   48
8. Пластмассы и архитектурное творчество................ 53
9. Природный и искусственный камень..................... 58
10. Особенности функциональных и эстетических характеристик современных отделочных материалов.......   62
  10.1 .Отделкафасадов.................................. 63
    10.1.1. Навесные вентилируемые фасады зданий........ 64
    10.1.2. Отделка фасадов природным и искусственным камнем.............................................. 72
    10.1.3. Облицовка лицевым кирпичом и фасадной плиткой. Фасады мокрого типа................................. 76
  10.2 . Отделкаинтерьеров.............................. 79
    10.2.1. Материалы для отделки интерьеров............ 80
    10.2.2. Цвет в интерьере............................ 98
    10.2.3. Современные тенденции в области дизайна интерьеров......................................... 101
11. Архитектура ближайшего будущего: прогнозы и перспективы......................................... 104
  11.1. Архитектурные идеи и формы их воплощения....... 104
  11.2. Материалы в «зеленой» архитектуре жилища....... 108
Заключение............................................. 114
Глоссарий.............................................. 116
Библиографический список.............................. 118

3

                ВВЕДЕНИЕ





   С давних времен человечество мечтает об идеальном материале: легком, энергоемком, удобном в применении и эксплуатации. При этом он должен быть красивым и иметь очень высокие показатели по надежности, долговечности и эстетическим качествам. Именно материалы дали названия ранним эпохам: каменный, бронзовый, железный век. А сегодня изобретение новых субстанций с заданными свойствами и создание на их основе сложнейших конструкций дало возможность человечеству за сравнительно короткое время достичь больших успехов в атомной и космической индустрии, информационных технологиях, электронике, а также в строительстве.
   В современном строительстве используются более двух тысяч материалов и разобраться даже в привычных из них не так-то просто. Но каковы материалы будущего? Чем они отличаются от традиционных?
   Новые строительные материалы - не просто дань моде. Они разрабатываются благодаря совершенствованию технологий производства, обеспечивают более быстрое и качественное возведение зданий, сооружений, помогают произвести отделку помещений с разными условиями и требованиями. У них есть свои особенности.
   1.    Энергоэффективность. Снижение затрат на обогрев здания, уменьшение потерь тепла - важнейшие моменты, которые чаще всего волнуют застройщиков.
   2.    Быстрый монтаж. В большинстве случаев используются пазогребневые или другие соединения, не нуждающиеся в дополнительном применении металлического крепежа.
   3.    Улучшенные теплоизолирующие свойства. Многие новые материалы уже включают в себя прослойку, не требующую дополнительного монтажа утеплителя.
   4.    Соответствие современным стандартам. Ко многим материалам сегодня предъявляются повышенные санитарные или экологические требования. Соблюдение требований европейских и отечественных норм позволит повысить качество продукции.
   5.    Пониженная плотность. Облегченные конструкции приобрели большую популярность благодаря тому, что позволяют снижать нагрузку на фундамент. В итоге само основание тоже может быть быстровозводимым.
   6.    Комбинированный состав. Композиционные материалы объединяют свойства своих ингредиентов, существенно повышая эксплуатационные возможности готовых изделий.

4

   7.    Эстетичность. Многие современные материалы уже готовы под чистовую отделку, а иногда могут оставаться и без нее, изначально имея декоративную составляющую.
   Наибольшую популярность снискали новые строительные и отделочные материалы, имеющие улучшенные показатели энергоэффективности, снижающие стоимость и уменьшающие сроки проведения строительно-монтажных работ.
   Каждая эпоха демонстрирует спектр своих взглядов, направленных на учет строительных и отделочных материалов как составляющих пространственного контекста. В этом спектре - чем отличается начало XXI века?
   Очевидно, что уже многие архитектурные новации не могут быть воплощены в привычном бетоне и кирпиче, а металл, древесина и стекло нуждаются в модификациях, обеспечивающих их новые роли. Из множества векторов развития архитектурного материаловедения все ярче выделяются два: создание новых (не существовавших ранее) материалов и все более полное раскрытие различных свойств традиционных благодаря новым технологиям обработки (будь то природный камень, древесина, кирпич, бетон, металл, стекло). Все отчетливее в архитектуре утверждается позиция на раскрытие эстетических свойств конструкционных и отделочных материалов, предопределенных их естественным строением и новыми технологиями.
   При этом закономерности между используемыми материалами и стилевой характеристикой архитектуры далеко не однозначны. Так, в постройках ретроспективных и постмодернистских направлений нередко применяют современные отделочные материалы (имитации природных камней, современную керамику). Наоборот, новейшим вариациям минимализма не чужды природный камень и древесина, кирпич и бетон, стекло и керамика. Причем, их форме, текстуре, фактуре и цвету уделяется пристальное внимание.
   Архитекторы словно зачарованы любованием плоскостями стен, выполненных из идеально обработанного камня, перфорированного металла, лицевого кирпича и декоративного бетона. Загадочная, непредсказуемая игра бликов и отражений на фасадах, апплицирован-ных* сочетаниями стекла, металла и камня или сложные криволинейные конструкции из металла и пластика сменили объемную телесность кирпично-бетонных оштукатуренных фасадов времени модернизма.

*Выделенные полужирным шрифтом слова определены (см. глоссарий).

5

                1. МАТЕРИАЛ И АРХИТЕКТУРА





   Проблема взаимосвязи архитектуры с ее материальной базой -строительными материалами и изделиями - одна из самых актуальных, комплексных проблем современной архитектурно-строительной науки и практики. Строительные материалы оказывают бесспорное влияние на создание и развитие архитектурных конструкций и новых архитектурных форм, на формирование архитектурного стиля и образа сооружений, определяют индустриальность и массовость строительства, его качество и экономику. Продукция индустрии строительных материалов составляет более половины используемых архитектором материальных ресурсов. Это своеобразная «палитра» зодчего, без которой невозможно воплощение в натуре ни одного творческого замысла, ни одного проекта. Эта чрезвычайно многообразная палитра, включающая на сегодня материалы и изделия более тысячи наименований, очень быстро расширяется и пополняется ежегодно десятками неизвестных прежде видов искусственных материалов с широким диапазоном новых полезных свойств и качеств.
   Меняется и само понятие «строительный материал», в которое сегодня вкладывается уже иной смысл, чем полвека назад, когда архитектору на постройке приходилось иметь дело с цементом, известью, песком, щебнем, бревнами, то есть со строительным материалом-сырьем. Сегодня строительные материалы - это, прежде всего, продукция мощных высокомеханизированных и автоматизированных предприятий, готовые к применению в сборном индустриальном строительстве изделия и полуфабрикаты, детали и типовые элементы конструкций. И если прежде это были в основном материалы природные (глина, камень, древесина), то теперь строительные материалы в подавляющей массе искусственные - результат сложной творческой и технологической деятельности людей многих профессий.
   Меняется характер взаимосвязи архитектуры со строительной техникой и наукой, роль которых в современных условиях все более и более возрастает. Развитие и совершенствование производства и применения в архитектурно-строительной практике различных материалов и изделий в наше время обусловлено бурным научнотехническим прогрессом всех отраслей материального производства и происходит ускоренными темпами. Этот процесс идет сегодня по трем основным направлениям. Во-первых, происходит дальнейшее совершенствование способов производства и применения традиционных строительных материалов в обычных формах и процессах. Во-вторых, систематически происходит выявление новых качеств и модернизация

6

традиционных материалов и изделий и переоценка их архитектурностроительных свойств и возможностей. Третье, основное и наиболее важное направление можно обобщенно сформулировать как создание новых эффективных искусственных строительных материалов и изделий с заранее заданными оптимальными свойствами, полностью отвечающими комплексу всех архитектурно-строительных требований. Это сравнительно новое, лишь недавно начавшее широко внедряться направление, доказывает коренное влияние на современную и будущую палитру архитекторов и дизайнеров.
   Строительные материалы во многом определяют возможности не только современной, но и будущей архитектуры, ибо в индустриальном строительстве качество архитектуры неотделимо от качества применяемых материалов. При этом важно совершенствование качества строительных материалов, расширение их ассортимента, эксплуатационно-технических и эстетических показателей.
   Много лет назад известный советский архитектор М. Я. Гинзбург так охарактеризовал роль архитектора в создании и внедрении строительных материалов и изделий (СМиИ): «Архитектор должен стать центральной фигурой, влияющей на производство всех отраслей нашей строительной промышленности и определяющей ее развитие. Ибо без диктатуры архитектора в области стандартизации и производства строительных материалов немыслима никакая его творческая свобода в процессе проектирования. Если он не знает, какие материалы и конструкции могут быть в его распоряжении, больше того, если он не может указать промышленности, какие материалы и конструкции могут и должны быть произведены на базе имеющихся в нашей стране ресурсов - всякие разговоры об освоении архитектором новейшей строительной техники, о решении им на ее основе новых стилевых и конструктивных проблем являются бесплодными».
   Успехи, достигнутые строительной техникой за два тысячелетия поразительны, но то, что сделано в последние годы и темпы, которыми развивается научно-техническая мысль сегодня, не сравнимы ни с чем. За последние полвека в строительство внедрено в десятки раз больше СМиИ, чем за всю прошедшую историю. Внедрение новых методов строительства (изготовление монолитных конструкций, метод подьема этажей, монтаж колоссальных сборных элементов конструкций, применение пневмоопалубки и т. п.) в корне изменило технологию применения СМиИ, сделало реальным осуществление самых дерзновенных архитектурных и конструкторских замыслов.
   Во все эпохи материал оказывал огромное влияние на архитектуру, ее конструктивные, функциональные и эстетические свойства. Порой

7

его конструкционная, функциональная роль и архитектурно-художественная выразительность были столь велики, что саму архитектуру именовали по материалу строительства: деревянное зодчество, кирпичный стиль (конец XIX века - начало XX века). Архитектуру второй половины XX века называли строениями из стекла и бетона. В конце же XX века появилась «архитектура стекла».
   Современное состояние взаимоотношений материала и архитектуры может быть охарактеризовано через решение проблем, традиционно возникающих в русле триады Витрувия, обозначившей архитектуру как единство пользы, прочности и красоты.
   Польза сегодня - это проблема реализации функциональных потребностей человека при соблюдении экологических требований и принципов ресурсо- и энергосбережения. Важность применения экологически чистых, экономичных, обладающих заданными теплотехническими, светотехническими и другими свойствами материалов традиционно сопровождает отрасль строительного материаловедения XXXXI веков. Материал выступает как средство, способствующее решению функциональных задач архитектуры.
   Все большая дифференциация функций среды жизнедеятельности вызывает к жизни рождение новых материалов, отвечая запросам современной архитектуры.
   Прочность - проблема конструкционной безопасности, надежности «живучести» строений. Материалы определяют возможности перекрытия пространства или размер конструкции: какими им быть? Камень, древесина, металл, кирпич, бетон, пластики, их сочетания дали свои ответы на этот вопрос: от сводчатых каменных перекрытий древности до вантовых конструкций покрытий аэропортов и спортивных сооружений, торговых центров ангарного типа.
   Важно заметить, что технологии проектирования и производства работ, учитывающие палитру современного материаловедения, все больше и больше определяют успешность осуществления архитектурных идей. Так, бетоны, укладываемые подобно передаче воды, быст-ротвердеющие и высокопрочные, дают возможность строить здания самых сложных форм и значительных размеров.
   Конструкционные элементы и их системы во многом определяют возможности архитектурного формообразования. Характерен локальный пример из сферы массового жилищного строительства. Сооружение мансард в 1990-2000 гг. обогатило облик типовой застройки 1960-1970-х годов с плоскими кровлями и увеличило полезные площади жилищ. Вместе с тем это же потребовало иных решений конструкций оконных проемов и применения новых материалов покрытий.

8

   Революционное обновление облика зданий и нетрадиционное решение задачи энергосбережения дали навесные вентилируемые фасады с применением керамогранита, фибробетона и металла в качестве наружных облицовочных материалов.
   Бетоны быстротвердеющие и прочные дают возможность строить здания самых сложных форм и значительных размеров. Конструктивные элементы и их системы во многом определяют возможности архитектурного формообразования [1].
   Третья составляющая по Витрувию - красота - извечная проблема создания эстетической выразительности формы.
   Первая составляюшая (польза) - это, скорее, обязательства архитектора; вторая (прочность) - это его возможности, в том числе пределы, границы. Красота же была и останется вектором и целью реализации устремлений и творческого вдохновения зодчего.
   Чилийский теоретик архитектуры X. Борчер назвал архитектуру «языком неутомленной неподвижности». Именно материал обеспечивает «неутомляемость» и «неподвижность» в архитектуре.
   Широкий спектр архитектурных поисков предопределил в начале XXI века многообразие путей формообразования. Очевидно, что уже многие архитектурные новации не могут быть воплощены в привычном бетоне и кирпиче, а металл, древесина и стекло нуждаются в модификациях, обеспечивающих их новые роли. Из множества векторов развития архитектурного материаловедения все ярче выделяются два: создание новых (не существовавших ранее) материалов и более полное раскрытие различных свойств традиционных благодаря новым технологиям обработки (будь то природный камень, кирпич, древесина бетон, металл, стекло). Все отчетливее в архитектуре утверждается позиция на раскрытие эстетических свойств конструктивных и отделочных материалов, предопределенных их естественным строением и новыми технологиями.
   При этом закономерности между используемыми материалами и стилевой характеристикой архитектуры далеко не однозначны. Так, в постройках ретроспективных и постмодернистских направлений, использующих ордерную стилистику, нередко применяют современные отделочные материалы (имитации природных камней, современную керамику). Наоборот, новейшим вариациям минимализма не чужды природный камень и древесина, кирпич и бетон, стекло и керамика. Причем, их текстуре, фактуре, форме и цвету уделяется пристальное внимание.
   Поиск оригинальной архитектурной формы сопровождается выбором материалов и их фактур, наиболее точно и полно соответствую

9

щих форме сооружения, словно раскрывающих ее пластические свойства.
   Таким образом, развивается процесс взаимодействия архитектурной формы и материала, основанный на максимальном раскрытии качественных показателей и применении свойств материала в демонстрации ее выраженности и строения. Самоценность эстетики материала как никогда востребована современной архитектурой, осознанно аппелирующей то к природному естеству, то к синтетической искусственности [2]. В зависимости от стилевой направленности архитектуры и выразительных возможностей формы архитектор направляет свойства материала на моделирование пластической содержательности формы или ее рациональную выверенность, подчеркивая тягучую мягкость криволинейных очертаний или кристальную геометрическую артикуляцию объектов и элементов.
   Архитектура самым тесным образом связана с жизнью своего времени, поэтому в ней выражен характер эпохи. На формирование архитектуры оказывают влияние и природные условия, но решающее значение имеют социальные предпосылки и технические методы строительства. Архитектурные формы вырабатывались в зависимости от тех или иных применявшихся строительных материалов и освоенных строительной техникой конструкций. Все, что нас окружает, оказывает воздействие на наше восприятие, поведение и мышление. Архитектура окружает нас постоянно, и ее образы обладают большой силой психологического воздействия. Архитектура - самое близкое человеку искусство [3].
   В самой сущности архитектуры заложено единство прекрасного и полезного. Поэтому архитектурная форма здания - это единство совершенных конструктивных решений с художественной выразительностью, которая обеспечивается тектоникой. Тектоника ограничивающих объем поверхностей (стены, перекрытия) призвана художественно выражать работу конструкции и материала.
   Развитие науки и техники создало множество новых строительных материалов: бетон и железобетон, синтетические материалы, большеразмерное стекло, алюминий, эффективные утеплители и т. п. Новые материалы и старые, используемые по-новому, стали основой развития новых конструктивных систем каркасов, стен и покрытий. Новые архитектурные формы появились в связи с внедрением в строительство большепролетных пространств, висячих и других систем. Все это обусловливает совершенствование качества и надежности СМиИ.

10

                2. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ




            2.1. Керамика в современной архитектуре


   Строительная керамика - самый древний, но и самый молодой строительный материал. В европейских странах строительство из кирпича имеет многовековую историю. Архитекторы умело использовали физико-механические свойства кирпича, применяя его в высотных для того времени зданиях сложной формы. Декоративные свойства строительной керамики, умелое чередование повторяющихся фрагментов позволили архитекторам добиться неповторимости отделки фасадов, решения оконных и дверных проемов.
   Сам термин «керамика» как вид изобразительного искусства настолько многообразен, что создает пространство различных стилей, техник и направлений. Она охватывает огромное временное пространство.
   Керамика как вид искусства определилась в своей самоценности. Керамисты чувствуют себя творцами, способными созидать из первооснов материи - земли, воды, огня - свой мир, одухотворенный их фантазией, чувствами и размышлениями. В керамике соединяются формотворческие и изобразительные начала, она становится синтетическим искусством, оперирующим как архитектурно-тектоническими, так и пластическими средствами, живописными и графическими.
   Появляются понятия «керамопластика» и «кераможивопись». Ныне керамика широко используется в интерьере в виде декоративных перегородок, решеток. Из керамических кирпичей изготовляют камины. Украшениями служат и керамические рельефы, орнаментальные и тематические панно, декоративные вазы, чаши, сосуды, цветочные горшки, используемые как в виде отдельных изделий, так и в композициях, которые создают особый настрой и уют. Немалой популярностью пользуются разные по форме и размеру вазы, настенная керамика - декоративные блюда, пласты, тарелки. При умелом подборе такого рода керамических предметов они неплохо вписываются в интерьер и дополняют его (рис. 2.1).
   Важнейшим компонентом дизайна является керамическая плитка. Она служит одним из определяющих элементов не только интерьера, но и городской архитектуры. Отличные технические характеристики этого фактурного и выразительного материала позволяют использовать его даже в самых сложных условиях эксплуатации.
   Керамические облицовочные изделия на протяжении многих веков широко использовались для защитно-декоративной отделки на фаса-


11