Строительные материалы в древности: Эволюция строительных материалов

Содержание

История строительных материалов

Строительство – важнейшая сфера человеческой деятельности

Строительство – одна из сфер деятельности людей, возникшая в древние времена. На протяжении столетий человечество прилагало массу усилий для того, чтобы сделать свои жилища комфортными, прочными, долговечными.

Целью прогресса в области строительства была не только защита от непогоды или диких зверей. По тому, насколько роскошно то или иное здание, судили также о статусе его владельца. Немалую роль играло и наличие рядом с домом пруда. Кстати, этот элемент экстерьера актуален и в наши дни.

Подробнее о строительстве прудов и водоемов вы можете узнать здесь. Совершенствовалось также строительство дорог и мостов, дамб. Изменения коснулись не только архитектуры. Благодаря научно-техническому прогрессу, появлялись новые строительные материалы, конструкции. К примеру, в 1950 году учеными ДорНИИ был изобретен дорнит, один из самых популярных геосинтетиков.

Из истории строительных материалов

Однако, об истории строительства лучше рассказывать по порядку. Первые строительные материалы, которыми пользовались люди – камень, дерево и кирпич. Выбор того или иного варианта зависел от местности, в которой производилась стройка, а также – от обеспеченности заказчика.

Так, пирамиды в Древнем Египте возводились из каменных блоков, большинство же зданий на Руси строилось из дерева. А в Древней Индии для построек чаще всего использовался кирпич, изобретенный еще до нашей эры.

Однако, в массовом строительстве этот материал начал использоваться лишь с середины XIX века. Тогда же возросла популярность железа. Если раньше оно чаще всего применялось для покрытия крыш, или производства фурнитуры (гвоздей, болтов), то начиная с XIX столетия его стали использовать в качестве материала для балок, решетчатых ферм (в мостостроении). В это же время в Портланде был изобретен цемент. Инженеры не сразу оценили по достоинству вещество, придуманное Джозефом Аспдином, но впоследствии ситуация изменилась.

Железобетон, изобретенный также в XIX веке, изначально применялся для изготовления кадок для растений. С годами он стал весьмапопулярным материалом. Так, например, Церковь Спаса Нерукотворного Образа в Клязьме построена целиком из железобетона.

Сегодня наука тоже не стоит на месте. Создаются такие эффективные и долговечные материалы, как керамзит, пеносиликаты, стекловолокно, геотекстиль. Этот материал можно назвать универсальным, так как используется он во многих областях – от дорожного строительства до медицинской сферы.

Использование габионов… и не только!

Также в последнее время популярны габионы. Их используют как в практических целях (для защиты берегов от размывания), так и в качестве декоративного элемента. С помощью габионов обустраивают террасы, из них делают садовую мебель, обрамляют оранжереи. Этот компонент ландшафтного дизайна отличается прочностью и долговечностью.

Со временем габионы все более органично вплетаются в окружающую природу, становясь ее логичным продолжением. Однако это– капля в море разновидностей современных строительных материалов. О том, что такое, например, геомат или георешетка вы также можете прочитать у нас на сайте.

от древности до современных технологий

Во все времена человек строил себе жилище, дабы защититься от жары и холода, дождя и снега. Сначала это были пещеры, землянки, а потом – строения из камня и глины. Первые упоминания о строительном кирпиче были еще до н.э. Древний Рим, Египет и Месопотамия использовали его для возведения арок, сводов и других сложных конструкций. И назывался он по-другому – плинфа. Название походит из тюркских языков и появилось примерно в XVI веке. Производство было трудоемким и проходило только летом. Формовали и сушили материал на солнышке, а обжиг проходил в маленьких печах-времянках. Уже в XIX веке появилась печь для обжига, ленточный пресс и сушилки. Началось круглогодичное производство. И хоть известен обожженный кирпич уже более 4000 лет, сегодня он — один из наиболее востребованных строительных материалов. Из него сооружают величественные виллы и банальные заборы.

Технология производства.

Основное сырье для производства кирпича — глина, которая не подходит для изготовления керамических изделий. Постоянство состава является залогом хорошего качества. Только в этом случае опытным путем подбирают оптимальные параметры состава, сушки и обжига. Имея глину постоянного состава, можно годами получать высококачественный строительный материал. Мелкофракционный состав минералов дает одинаковый цвет, что играет очень важную роль для лицевого кирпича. Но таких месторождений практически не осталось. Потому, используя многоковшовые и роторные экскаваторы, которые измельчают и смешивают глину, получают материал среднего состава.

Современные технологии предусматривают сушку и обжиг в туннельных печах. Вагонетки с сырцом постепенно проходят в печи зоны различной температуры. Подойдя к третьей зоне с самой высокой температурой, кирпич уже довольно стойкий к ее воздействию. Каждое месторождение глины требует своих режимов сушки (времени и температуры). При обжиге легкоплавкие материалы растворяют и вяжут тугоплавкие минералы. Высокие температуры увеличивают процент расплавленной тугоплавкой стеклофазы. Если она превышает 10%, резко увеличиваются механические напряжения и снижается прочность. Увеличение продолжительности обжига способствует кристаллической и стеклофазы. Несоответствие этих параметров и приводит к снижению качества товара.

Традиционно параметры длина-ширина-высота соответствуют размерам 250х120х65. Существует полуторный (высотой 88мм) и двойной (высота 138мм). Такие виды не выпускаются полнотелыми и используются в облегченных кладках. Достоинством кирпича является его огнеупорность, он не поддается влиянию вредителей. Небольшой размер дает возможность сооружать сложные архитектурные конструкции, нестандартные конфигурации, декорировать постройку. Благодаря огнеупорности, есть возможность сооружать камины, печки, встраивать дымовые шахты.

Новый перспективный стройматериал: преимущества.

Несмотря на привычное использование традиционных стройматериалов, новые технологии прочно завоевывают свои позиции на рынке. В лидерах – газосиликатные блоки. Газосиликатные блоки – много преимуществ и мало недостатков , изготовленные из газобетона. В состав входят кварцевый песок, цемент, известь и вода. Поры образуются в связи с наличием алюминиевой пудры. Автоклавирование значительно ускоряет процесс по сравнению с производством при естественном давлении и температуре.

Из газосиликатных блоков строят жилые дома одноэтажные и в несколько этажей, загородные дома, гаражи, здания для животноводства. Ряд преимуществ этого строительного материала, делает его универсальным. Он высокопрочный, но имеет низкий удельный вес, не горит, а в воде не тонет: имеет высокий показатель морозостойкости, звуко и теплоизоляции, имеет повышенную паропроводность.

При строительстве следует отметить удобство и экономию трудозатрат: блоки легкие, а для монтажа применяют специальный клей. Широкая линейка размеров позволяет подобрать оптимальные. Практически единственным недостатком является то, что поверхность его легко поглощает влагу, после чего начинается процесс разрушения. Потому необходимо уделить внимание условиям хранения.

История строительных материалов — мы создаем ценность

История архитектуры также является историей строительных материалов . Фрэнк Ллойд Райт писал: «Природа материалов, используемых в строительстве, присуща истинной природе каждого хорошего здания, то есть того типа конструкции, который мы называем Архитектурой». Далее он сказал, что дом «прославит материал, из которого он состоит». Изучение древних строительных материалов позволяет нам понять, как далеко продвинулось наше общество и как критерии для выбора этих материалов изменились со временем . В настоящее время, когда мы говорим о современных строительных материалах, мы говорим о стойкости к механическим воздействиям , тепло- и звукоизоляционных свойствах, разрушающих нагрузках, устойчивости к старению и так далее, вплоть до оценки строительных материалов. ‘ огнестойкость, коэффициент пропускания и другие более или менее основные детали.

Но с чего началось все это развитие?

Древние строительные материалы

В древности единственным доступным строительным материалом было то, что давала природа. Когда человечество впервые объединилось в племена, люди, как правило, строили небольшие деревни из простых деревянных хижин, крытых шкурами животных. Еще в период палеолита это были элементарные сооружения, обеспечивающие минимальную защиту от непогоды. В эпоху неолита по мере ухудшения климатических условий человек был вынужден эксплуатировать окружающий его основной строительный материал — древесина — разными способами, используя ее для постройки более прочных хижин с настоящими крышами, и конструкций, возведенных на сваях, следы которых обнаружены. Только в конце бронзового века, примерно в третьем тысячелетии до нашей эры, камень начали серьезно рассматривать в качестве строительного материала : мы знаем это по таким сооружениям, как Стоунхендж и, конечно же, по пирамидам, которые были сделаны из чрезвычайно тяжелых блоков гранита.

От Древней Греции до Ренессанса

Первое место, где кирпичи использовались в качестве строительного материала , было в Месопотамии, во втором тысячелетии до нашей эры. С тех пор строительных материалов и их характеристики быстро развивались. Обработанный камень стали использовать в паре с металлическими балками и скобами. Все более совершенные методы строительства позволили построить потрясающие города и великолепные храмы в Древней Греции. Ассоциирование новых технологий с классическим зданием материалы , величественные виллы и агора стали образцом для европейской и, в частности, средиземноморской архитектуры.

Римляне пошли еще дальше, представив важный новый строительный материал – бетон – который сделал возможными значительные архитектурные достижения. Наряду с введением бетона римляне положили кирпича в центр искусства каменной кладки; камень использовался больше не как строительный материал, а как облицовка. Кирпичи прошли свою эволюцию на протяжении веков, от первого века до н.э. необработанные кирпичи до широкого использования обожженных кирпичей во времена правления Тиберия . Древесина все еще использовалась, особенно в качестве основного материала для строительства верхних этажей insulae , зданий высотой в четыре или пять этажей.

Как известно, в Средневековье камень снова стал основным строительным материалом для важнейших зданий, церквей и замков. В этот период также появилось стекло, новый материал, который с тех пор будет иметь ключевое значение для зданий. Поглощение стекла было ускорено расширяющейся Венецианской республикой.

Ренессанс ознаменовал собой еще одно изменение, когда кирпич вернулся к вытеснению камня. Кирпич оставался бесспорным строительным материалом на протяжении многих столетий, что привело к созданию уникальных и поистине гениальных работ, таких как купол Флорентийского собора. В эпоху Возрождения штукатурка стала широко использоваться как в качестве архитектурного элемента с защитной, связующей целью, так и в качестве эстетического украшения зданий.

От промышленной революции до наших дней

Мы видели, какие строительные материалы использовались в древности и средневековья. Еще одним важным водоразделом в этой долгой истории стала Промышленная Революция , огромный сдвиг парадигмы, произошедший между концом 18-го и началом 19-го веков. Наряду с кирпичом важным строительным материалом стали металлы , в первую очередь железо и сталь, а также железобетон. самые ранние работы из железа , например знаменитый 1781 Железный мост через реку Северн в Англии, первый в мире, построенный из этого материала, был возведен в восемнадцатом веке.

Эти важные новые разработки в области строительных материалов позволили возводить здания, которые раньше были немыслимы. Учтите, что первых небоскреба были построены в конце 19 века . Первым зданием, достойным этого имени, было Home Insurance Building , построенное в Чикаго в 1885 году по проекту Уильяма Ле Барона Дженни. Высотой 55 метров, он считается 9-м0003 первый современный небоскреб . Вскоре мир восхищался Эйфелевой башней, построенной в 1889 году из 18000 кусков железа и примерно пяти миллионов болтов .

Принятие структурных каркасов проложило путь современной архитектуре, сняв все прежние ограничения. Всего через 130 лет после постройки первого небоскреба небоскреб Бурдж-Халифа в Дубае достиг высоты 829 метров, а башня Джидда готова побить этот невероятный рекорд общей высотой 1008 метров.

Современные разработки в области строительных материалов вызывают дополнительные вопросы. Все чаще люди интересуются экологически чистыми строительными материалами , гарантирующими высокий уровень устойчивости, а также самонесущими и сейсмостойкими конструкциями. Для достижения этой цели в последние годы был выдвинут ряд инновационных идей, таких как осмотический цемент , полупрозрачный бетон и даже картон для строительства … В истории строительных материалов , кажется, еще много захватывающих глав осталось написать!

Строительные материалы и техника в Древнем Риме

Какие строительные материалы использовались римлянами, чтобы остатки древних зданий сохранились до наших дней? Узнайте здесь.

Из чего был построен Древний Рим? Лучше всего выживает дешевый прочный бетон в таких местах, как Термы Каракаллы. Ценные материалы, такие как мрамор, тесаный камень и покрытые свинцом железные зажимы, которые скрепляли их, были удалены в средние века и в эпоху Возрождения строителями, утилизирующими «spolia» (материалы многократного использования) — если только рассматриваемому зданию не посчастливилось быть разрушенным. сохранен путем преобразования в церковь.

Однако сохранилось достаточно материала, чтобы дать нам хорошую идею. Остатки города используют характерную палитру материалов: травертин и туф вместе с красновато-оранжевым римским кирпичом являются знакомыми структурными компонентами. Остатки богато окрашенного мрамора и узоры отверстий в местах, где он когда-то крепился к кирпичным стенам, показывают, как некоторые здания когда-то могли похвастаться роскошным украшением поверхности.

Материалы, которые использовали римские строители, могут многое рассказать нам. Архитекторы должны были сбалансировать желание добиться грандиозного визуального эффекта, с одной стороны, и уложиться в разумный бюджет, с другой. Римский архитектор Витрувий, писавший в первом веке до нашей эры, сообщает нам:

«Эффективность», однако, есть правильное расположение ресурсов и места, а также умеренность затрат в работе посредством бережливого рассуждения. Об этом позаботятся, если зодчий прежде всего не потребует того, что не может быть найдено или приготовлено только с большими затратами. Ибо не везде есть запас карьерного песка, или камня, или елового дерева, или сосны, или мрамора, но каждая вещь находится в другом месте, и транспортировка ее может быть затруднена.
Vitruvius, Об архитектуре 1.3

В эпоху, когда еще не было механизированных инструментов или транспорта, резка и транспортировка тяжелых каменных блоков были особенно дорогими. Это придавало каменной кладке фактор престижа; Импорт императорами огромных гранитных валов колонн и обелисков из Египта, например, был преднамеренной демонстрацией логистической мощи и расходов, а также способом продемонстрировать масштабы империи.

По мере того, как территория Рима и технологические ноу-хау расширялись в республиканский и имперский периоды, римские строители получали больше материалов и методов для работы. Сначала единственным доступным им камнем был местный вулканический туф Капеллаччо, из которого были сделаны холмы Рима. Несмотря на то, что его относительно легко резать и добывают прямо на месте (минимизируя транспортные расходы), он не очень привлекательный строительный камень, рассыпчатый и его невозможно вырезать до идеальной кромки. По мере роста могущества города открывались новые каменоломни лучшего качества в отдалении.

В качестве декоративных деталей ранним римским строителям приходилось полагаться на формованную терракоту и резное окрашенное дерево. Однако со второго века до нашей эры Рим открыл карьеры по добыче травертина по дороге в Тиволи, достаточно близко к городу, чтобы быть экономичным. Травертин — это привлекательный белый известняк (не такой чистый и блестящий, как некоторые из греческих мраморов), который можно вырезать до четких краев, и он до сих пор широко используется в архитектуре (включая полы здания, где я работаю в Рединге). .

К середине второго века до нашей эры Рим также импортировал роскошный белый мрамор из греческого мира (где он использовался веками), поскольку его армии распространяли свою власть на восточное Средиземноморье. Римляне полюбили греческую архитектурную роскошь. В город начали прибывать греческие скульптуры, книги и другие культурные артефакты, а также греческие мастера, ремесленники и рабы. Круглый «Храм Геркулеса Виктора», который вы увидите больше на неделе 3, является хорошим ранним примером греческого мрамора и архитектурного стиля в Риме, в районе города, связанном с иностранцами и торговлей.

Примерно к 50 г. до н.э. римляне нашли итальянский источник белого мрамора в карьерах Альпийской Луны недалеко от современной Каррары. Римские императоры преодолели республиканские сомнения в отношении роскоши в архитектуре, и Рим был наводнен экзотическим цветным мрамором из его растущей империи. Колонны и полы имперских зданий, таких как Пантеон, как вы увидите, являются хорошими местами, чтобы увидеть полированный цветной мрамор.

Дорогой импортный мрамор, как правило, использовался для украшения поверхности, часто в виде тонко нарезанного шпона. Разработка бетона для формирования структурного ядра зданий была одним из самых важных нововведений в римской архитектуре. Бетон легче и быстрее использовать, чем тесаный камень, а его сырье дешево и легко транспортировать. Он использует менее квалифицированную рабочую силу и не требует большого количества тяжелого подъемного оборудования. Его можно укладывать практически любой формы поверх деревянного центрирования, которое удаляется, когда бетон «отвердевает» или схватывается, что позволяет строить огромные геометрически сложные своды.

Этот переход от внешней колонной архитектуры греческого мира к римской архитектуре внутренних сводчатых пространств был одним из основных стилистических вкладов Рима в историю архитектуры. Его наследие живет в архитектуре, такой как Центральный вокзал в Нью-Йорке, созданный по образцу сводчатых римских бань, а в Риме большой купол Пантеона является величайшим сохранившимся примером этого стиля.

Римский бетон, который сделал возможной эту парящую архитектуру, состоял из цементного раствора, содержащего куски камня («заполнителя»), смешанного с пуццоланом, вулканическим песком. Римские строители, похоже, начали использовать бетон еще в третьем веке до нашей эры; одно из самых ранних сохранившихся сооружений, широко использующих его, — это то, что кажется огромным складским зданием (или, возможно, военно-морским арсеналом) недалеко от Тибра, условно называемым «Портик Эмилии», очень заметное сооружение в цифровой модели. Только бетон мог сделать возможным строительство здания в таком огромном масштабе (повторяющиеся одинаковые своды также снижали стоимость строительства — после того, как один свод был построен, его деревянное центрирование можно было перемещать и повторно использовать для следующего).

На протяжении веков римские строители разрабатывали различные облицовочные материалы для своего бетона, чтобы получить гладкую, ровную поверхность, защищающую бетонную основу здания. Одним из первых методов был « opus reticulatum », метод укладки конкреций из туфового камня по регулярной сетке.

Рисунок 4: «Opus reticulatum», найденный в подвале театра Помпея I века до н.