История развития строительства самым тесным образом связана с началом возникновения всей человеческой расы. За всё время своего существования человеческая цивилизация неустанно трудилась над тем, чтобы создать наиболее качественные и комфортные условия для своей повседневной жизни и среды обитания. Они постепенно перебирались жить в города, и это происходило не просто так, ведь именно в больших городах, вследствие развития науки, появления новых материалов и технологий, строились комфортабельные жилые дома, а также другие здания и сооружения.
Стройка – всегда была весьма трудоемким процессом, в котором обычно участвуют множество специалистов. Она требует больших капиталовложений, а также немалых сил и терпения. Возведение самых разных зданий всегда происходит достаточно длительно по времени, потому как используемым стройматериалам необходимо определенное время на монтаж и сборку, некоторым из них нужно подсохнуть и закрепиться.
Если рассматривать историю развития строительства в России, то для возведения домов, как и много веков назад, по-прежнему применяют кирпич, дерево и бетонные блоки. Поэтому, можно с большей уверенностью заявить, что наши постройки в разы надежнее американских строений.
Однако в каждой стране можно найти свои минусы и плюсы в строительной сфере. Так как история каждой страны уникальна, в любой стране существуют определенные традиции, которых стараются придерживаться на протяжении многих лет, поэтому они отражаются в своеобразных стилях возведенных зданий. Но, несмотря на это, всегда возникали определенные перемены в истории. Научно-технический прогресс явно привел к кардинальным переменам и развитию в целом.
Рассмотрим, для примера, историю развития строительства в Соединенных Штатах. Там, основным материалом для возведения домов является пластик (с момента его появления). Он считается наиболее прочным и относительно дешевым, применяется для постройки стен и каркасов домов. Блоки, листы и панели соединяются между собой при помощи шурупов и других соединительных элементов. Применение данного стройматериала ощутимо сокращает работы и позволяет в кратчайшие сроки построить новое здание.
Однако явным минусов таких домов из пластика является, пожалуй, их ненадежность. Думаю, каждый из нас наблюдал такую историю в картине по телевизору или в интернете, как в момент стихийного бедствия такой полимерный дом подлетает и разлетается по частям буквально как коробка из картона.
В жилищном строительстве плавные линии стали постепенно сменяться четкими, а геометрические фигуры преобладать. Постепенно стройиндустрия набрала огромные обороты, что послужило следствием массовой урбанизации и применения новейшей техники и оснащения. Принципиальной задачей становилось в максимально короткие промежутки времени монтировать значительно больше новых зданий для городских жителей. На следующий план отошли такие моменты как красота сооружений. Что говорить, жизнь в мегаполисах диктует свои правила.
В истории развитие строительства также произошли перемены в области строительных материалов. Изменились не только их объемы, но и внешний вид. Изначально для построек применяли тяжеловесные бетонные плиты громадных размеров. Позже появился кирпич, который первоначально тоже был громоздким, но вскоре изменился до таких размеров, которые существуют в наше время.
Древняя архитектура является неотъемлемой частью и наглядным примером всей вековой истории развития строительства в целом. Она очень явно показывает стремление людей к чему-то прекрасному. Будто путешествуя во времени, большинство сооружений архитектуры донесли до нашей эпохи дух своего времени. Так архитектуры славянских народностей берёт своё начало еще от культуры Византии, которая сохранила ценности своей эпохи, передавая их в символике христианской веры – декоре, архитектурных сооружениях и в совокупной культуре. А значит, все сохранившиеся архитектурные монументы следует беречь и сохранять. Постоянный прогресс промышленности, а также повышение уровня безопасности стройпродукции и улучшение показателей их качества в условиях современности, представляются одними из главных стремлений нашей огромной страны как для политических так и для экономических целей. Строительная индустрия явно отражается на экономике страны в целом, а также на её расположении в современной общественной среде.
Современная технология организации строительного процесса также имеет ряд своих черт отличительных от других областей и характеризуется своеобразными и сложнейшими формами организации, а также управления строительным процессом. К ним относится эксклюзивность стройобъектов, соблюдение точных сроков возведения объекта, контроль качества выполненных работ и используемых материалов, технический надзор, определение количества участников рабочего процесса. Любой стройке свойственны относительно долговременная оборачиваемость вложений и достаточно высокий уровень рисков.
На данный момент требования выросли не только к возведению правительственных и общественных сооружений, но и к качеству возведения жилых зданий. А значит, что уже сегодня особенно интенсивно применяют новейшие эффективные стройматериалы и технологии, соответствующие наивысшим стандартам качества во всем мире. Это говорит только о том, что современная история развития строительства не стоит на месте и пишется она нашими современниками.
chestnyj-remont.ru
(Реферат по «истории строительных наук»)
Оглавление.
Оглавление. 1
Развитие дорожного строительства в России. 2
Расширение круга материалов, используемых в щебеночных покрытиях. 8
Дорожное строительство в западноевропейских странах. 10
Прогресс в строительстве земляного полотна и дорожных одежд. 12
История асфальтоукладчика. 16
Появление автомобиля и совершенствование дорожных сетей. 18
Современный этап дорожного строительства. 19
Задачи дорожного строительства. 24
Список литературы. 30
Развитие дорожного строительства в России.
После длительного продолжавшегося столетия застоя на важнейших торговых и военных путях возобновилось дорожное строительство. Развитие его техники в XVIII вв. сводилось к поискам путей обеспечения проезда по дорогам в условиях всевозраставших объемов перевозок и роста нагрузок на дороги с одновременным стремлением снизить затраты труда и материалов.
В России строительство дорог первоначально развивалось несколькими отличными от Запада путями в связи с недостатком легкодоступных для разработки каменных материалов. Основными источниками получения камня были трудоемкий сбор на полях валунов и разработка гравия в ледниковых отложениях. Несмотря на значительную протяженность дорог (во второй половине XVIII в. только сеть почтовых путей из Москвы достигала 16—17 тыс. км [1, с. 108] и большие потребности в совершенствовании условий перевозок, техника дорожного строительства в России длительное время ограничивалась осушением дорожной полосы и укреплением труднопроезжаемых мест древесными материалами.
Началом дорожного строительства в России можно считать 1722 г., когда 1 июня был издан сенатский указ о постройке дороги, связывающей Петербург с Москвой. Дорогу строили как грунтовую. В указе от 20 мая 1723 г. говорилось: «… А в болотных местах класть фашины и между ими насыпать землею слоями до тех мест, как вышиною будет с натуральною землею ровно и потом мостить, не подкладывая под испод бревен и сверх того мосту насыпать по небольшому земли».
Примитивная технология строительства не приводила в суровых грунтовогидрологических условиях северо-запада европейской части России к получению удовлетворительных для проезда дорог. Низкое качество грунтовых и укрепленных деревом дорог привело к тому, что руководители дорожным строительством начали по своей инициативе мостить отдельные участки дороги камнем. В декабре того же года Сенат принял решение, что «в нужных местах и где камня довольно есть, из помянутых дорог одну половину, в рассуждении прочности и сбережения лесов, мостить камнем по такому грунту, чтоб камень скоро не опадал и не делалось лощин и не повреждалась бы дорога...». С этого времени в России была принята твердая установка на постройку на магистральных дорогах каменных дорожных одежд. Развитие в России торговли и промышленности требовало содержания дорог в исправном состоянии.
На важнейших государственных дорогах преимущественным типом дорожного покрытия было щебеночное. Несмотря на небольшие объемы его строительства, именно в России было достигнуто существенное улучшение техники постройки. Первоначальная технология не предусматривала какого-либо специального уплотнения дорожного покрытия идея отказа от уплотнения щебеночных покрытий движением и перехода к уплотнению катком не сразу получила признание и лишь в 40х годах XIX столетия стала рассматриваться как обязательная.
В России в 1786 г. была утверждена как обязательная конструкция дорожной одежды капитана Баранова для дорог с проезжей частью. Покрытие было двухслойным. Нижний слой состоял из щебня размером «малого куриного яйца», а верхний толщиной 2—4 дюйма — из прочного каменного материала, который при постройке надо было «уколотить поплотнее ручными бабами и выровнять катками, железными и каменными». При укатке рекомендовалось употреблять «катки сначала незначительного веса, но увеличивать по мере укатки вес оных». При этом «польза от катка могла только тогда быть, коль скоро тяжесть его постепенно доходила до 300 пудов нагрузкой в ящик камня». Последняя строительная операция рекомендовалась значительно ранее, чем ее ввел в 1830 г. в строительную практику для щебеночных покрытий во Франции Полонсо.
После 1860 г. объем дорожного строительства в России начал сокращаться. Если до 1861 г. в среднем строилось по 230 км дорог с твердыми покрытиями в год, что само по себе было крайне мало по сравнению с потребностью, то в следующее двадцатилетие объем строительства снизился до 25—30 км в год и лишь после 1890 г. в связи с развертыванием строительства стратегических дорог в западных губерниях снова возрос до 300—350 км. Железных дорог в этот период ежегодно вводилось в эксплуатацию от 730 до 1320 км в год [2, с. 192].
Ограниченные финансовые возможности земств привели к тому, что на подъездных путях начали получать распространение булыжные мостовые, постройка которых не требовала механизации ( первые заграничные паровые катки массой 10 т появились только в 1875 г., а их производстве в ограниченном объеме на Коломенском, Варшавском и Брянском машиностроительных заводах было развернуто в конце XIX в.). Булыжные мостовые были менее трудоемки при строительстве, поскольку отпадала необходимость дробления камня на щебень, и их можно было надолго оставлять без ремонта. Долгое время укатку вели без поливки водой, хотя положительное действие увлажнения щебня на закатывание было известно. В 1851 г. инж. Евреиновым рекомендовалось «при укатке до россыпи высевок выбирать по возможности сырое и дождливое время, укатку же с высевками производить тогда, когда уже шоссейная поверхность несколько просохнет, а влажность будет находиться только в нижнем слое».
В период до второй мировой войны получило распространение строительство дорожных одежд из бетона для всех стран был типичен поперечный профиль бетонного покрытия из соединенных металлическими штырями плит постоянной толщины 18—24 см, укладываемых на песчаное или гравелистое основание или более толстый «морозозащитный слой», предохранявший от пучения. Предполагалось, что толстая бетонная плита, распределяющая давление от колес автомобилей на большую площадь основания, может в известной степени компенсировать неоднородность грунта земляного полотна. Однако опыт эксплуатации показал, что различие в прогибах центральной части и краев плит при проезде автомобилей приводит к накоплению остаточных деформаций грунта под поперечными швами и образованию там полости, заполняющейся в дождливые периоды водой, разжижающей грунт земляного полотна. Возникает характерное явление «выплесков» — выбрызгивание из швов при проезде автомобилей грязной воды, приводящее к увеличению полостей под концами плит, их работе под нагрузкой как консоли, в конце Концов, к их обламыванию. Аналогичное явление накопления осадок подстилающего грунта под влиянием прогиба плит возникает и в ·центральной части плит. В бетоне плиты, не испытывающей полной поддержки грунтового основания, начинают развиваться усталостные явления, приводящие к образованию трещин.
Если проследить хронологию развития дорог СССР и западных стран, легко увидеть, что отставание технологии довоенного периода составляло в среднем 10-20 лет, например учитывая ведущуюся фашистской Германией подготовку к нападению, в России приступили к постройке автомобильной магистрали Москва — Минск, резко отличавшейся по своим техническим параметрам от ранее строившихся дорог. Магистраль была рассчитана на скорость 120 км/ч. Ее проезжая часть, была еще без разделительной полосы, шириной 14 м предусматривала движение автомобилей в два ряда в каждую сторону. По техническим пара метрам она соответствовала магистралям США 30х годов и законченной к тому времени строительством в Германии дороге Кельн — Бонн.
Трудности получения каменных материалов, суровость климата и значительное разнообразие климатических условий предопределили творческое развитие в России конструкций щебеночных дорожных покрытий. Выработалось представление о структуре щебеночной коры.
Отмеченная инж. Васильевым роль веществ, заполняющих пустоты в щебеночной коре, долгое время являлась предметом споров. Для повышения связности щебеночной коры высказывались предложения о необходимости введения в нее материалов, «образующих связь, основанную на силе химического средства». При этом значительную пользу могло бы сказать «употребление веществ известковых для заполнения пустот в измельченном виде с особую их поставкою».
Существенным отличием конструкций дорожных одежд в России был отказ от обязательного требования Дж. Мак-Адама о создании дорожной одежды из однородного по составу, крупности и прочности щебня.
Средняя полоса европейской части России, где велось строительстве щебеночных покрытий, бедна каменными материалами, так как коренные породы покрыты мощными слоями ледниковых отложений. Основным источником получения каменных материалов был сбор на полях валунов. Поэтому вскоре возникла мысль об укладке в нижний слой одежды крупного щебня слабых, но дешевых местных пород. Таким способом построен ряд шоссе в западных губерниях. Вначале, так же как и Мак-Адам, щебеночным одеждам придавали толщину 25 см (10 дюймов), но потом, убедившись, что хорошее уплотнение щебеночного слоя проездом распространяется только на глубину примерно 10 см, а глубже щебень остается в слабо уплотненном состоянии, перешли постепенно в целях уменьшения расходов к толщине 15 см в уплотненном состоянии. Это оказалось возможным в связи с меньшими нагрузками на конные повозки в России по сравнению с применявшимися в Англии. При неблагоприятных грунтовых условиях, где можно было ожидать пучин, щебеночную одежду утолщали до 9—12 дюймов, но, так как это сильно удорожало строительстве, нижнюю часть каменного слоя начали заменять песком. Так было построено шоссе Петербург — Москва.
В России идея повышения связности щебеночного покрытия начала реализовываться лишь после введения искусственного уплотнения щебеночных россыпей катками, причем на основе других принципов, чем за рубежом. Щебеночная кора из одномерного прочного щебня, несмотря на обламывание кромок щебенок, имела высокую пористость. Для заполнения пор в верхнем наиболее уплотнявшемся слое начали использовать более мелкий материал — клинец и высевки, вдавливаемые весом катка в незаполненные места между щебенками и создающие расклинивание. В России считалось обязательным использование для этой цели щебня тех же горных пород, что и для основной россыпи, поскольку применение мягких легко дробящихся пород, облегчая закатку, давало малоустойчивое, быстроразрушающееся покрытие.
Особенностью щебеночных покрытий было то, что они нуждались в повседневном надзоре и ремонте, так как от выбитой щебенки начинался быстрый рост дальнейших разрушений.
В 1870 г. было опубликовано первое предложение о методике расчета толщины дорожной одежды. Исходя из представления о передаче в щебеночном покрытий давления от частицы к частице, Е. Головачев пришел к выводу, что «давление колеса, прилагаемое к покрытию через малую прямоугольную площадку… распространяясь в слое щебня под углом естественного откоса...».
Прогресс в строительстве щебеночных покрытий по сравнению с техникой, рекомендованной Мак-Адамом, лучше всего сформулировал в 1870 г. Е. Головачев, писавший, что «… начиная с сороковых годов, когда убедились в полной необходимости изучать не только крепость щебня, но и свойства его пыли, обеспечивающей наибольшую связь между щебнем, прибавлять к щебню мелкий материал для заполнения промежутков, укатывать шоссе искусственно до полного уплотнения, чтоб сберечь то количество каменного материала, которое должно было, при прежней системе укатки шоссе проездом, обращаться в пыль и осколки, чтоб заполнить промежутки между щебенками, без чего они не могли получить должной неподвижности и устойчивости, что собственно и обеспечивает прочность щебеночной насыпи, когда для облегчения укатки введена была поливка щебня водой и для лучшего уплотнения щебеночного слоя стали в иных местах вместе со щебнем твердых пород, составляющих основу щебеночной насыпи, применять еще примесь щебня мягких известковых пород.
Расширение круга материалов, используемых в щебеночных покрытиях.
Трудности получения каменных материалов для дорожных покрытий заставили русских инженеров с первых дней развертывания дорожного строительства обратить внимание на расширение круга используемых в дорожных одеждах материалов. В нижних слоях щебеночных одежд сразу начали применять гравий, движение по которому открывали, «когда между камнями находящиеся промежутки песком или другим грязенепроизводящим материалом заполнены будут» (ЦГИАЛ, фонд 206, 1824 г., оп. 1, дело 748, л. 57).
В 1832 г. инж. Рихтер предложил использовать в дорожной одежде искусственные материалы — «кирпич-железняк, сожженный до совершенного стеклования». Это предложение было реализовано в 1847 г. инж. А. И. Дельвигом, построившим в Нижнем Новгороде опытные участки шоссе из искусственного кирпичного щебня, чугунной руды и болотной железной руды, потому что «во многих местах нет камня, в других он доходит уже до цены неимоверной». Построенные дороги без значительных повреждений пропускали обозы на Нижегородскую ярмарку с тяжелыми повозками с грузом 150—200 пудов.
В XIX в. делали ряд попыток повышения связности щебеночных покрытий с использованием вяжущих материалов. Уже в статье П. Э. Шретера, первом печатном произведений о дорогах на русском языке, упоминались большие неудобства в Петербурге, создававшиеся сильной пылимостью участка мостовой, в которой для большей плотности швы были заполнены известковым раствором.
Вскоре появились зачатки усовершенствованных дорожных покрытий. В России в 1833 г. механик Портнов предложил готовить кирпичи и плиты из твердого «смоляного цемента», который «составляется следующим образом: в один пуд растопленного пека или черной твердой смолы всыпается три пуда мелко просеянной кирпичной мелочи, которая мешается до совершенного соединения всей массы» (ЦГИАЛ, ф. 206, 1833 г., оп. 1, д. 1417).
В 1838 г. подполковник М. С. Волков описал применение асфальта при постройке тротуара на мосту через р. Рону в Лионе и попытку использования в Париже вместо естественного асфальта искусственного, приготовляемого на основе остатков от перегонки каменного угля. На основе этого опыта он предложил укреплять щебеночные покрытия путем пропитки мастикой, приготовляемой из смолы, которая, проникая в швы россыпи, должна ее связывать, давая тем возможность снизить толщину слоя щебня. По сути, это была рекомендация широко распространением перед второй мировой войной метода пропитки. В России, поскольку месторождения природных асфальтов были открыты и начали разрабатываться позднее, первые попытки устройства усовершенствованных покрытий были сделаны с каменноугольным дегтем. Капитан Буттац в 1838 г. покрыл почти 100 м тротуара около Тучкова моста и полосу на мостовой искусственным асфальтом, составленным по рецепту: 1 часть пека, 1 /10 часть смолы (каменноугольного дегтя), 4 части глины и 5 частей песка по объему, разогретую массу распределяли по утрамбованному основанию и посыпали сверху крупным песком. Для мостовой готовили прямоугольные и шестигранные шашки высотой 7,5 см и длиной 22—27 см, заливая расплавленную массу в формы, заполненные булыжным щебнем. В Одессе в 1855 г. Д. Спиридонов получил патент на устройство покрытий из булыжных камней, втопленных частично в мастику из смеси 15 частей сызранского природного асфальта, 19 частей стеариновой смолы, 5 частей извести и 45 частей гравия. Во второй половине XIX в. начали получать распространение дорожные покрытия из природных асфальтовых горных пород.
Дорожное строительство в западноевропейских странах.
В странах Западной Европы возобновление дорожного строительства первое время шло по пути подражания конструкциям римских дорог. Однако Изменившиеся хозяйственные условия — невозможность использования для дорожного строительства, как в Древнем Риме, дешевой рабочей силы и необходимость ее замены трудом только местного населения, привлекаемого к дорожным работам в порядке обязательной дорожной повинности или за плату вынуждали облегчать конструкции дорожных одежд на магистральных дорогах, оставляя местные дороги практически без какого-либо улучшения и содержания.
Первые попытки улучшения дорог были описаны в опубликованном в 1607 г. в Лондоне трактате Томаса Проктера «Полезные для всего королевства важные работы по ремонту всех дорог...». Автор отмечал: «Как показывает повседневный опыт, главная причина плохих и грязных дорог — это то, что дождевая или всякая иная вода, задерживающаяся на неправильно построенной дороге, при проездах колес проникает глубже в дорогу и все более и более размягчает и разрушает ее». Для предотвращения этого предлагалось отрывать сбоку от дороги канаву глубиной 3 фута (0,9 м) и шириной 4 фута (1,2 м), распределяя вынутую землю по ширине дороги слоем средней толщиной в один ярд (0,91 м), причем в середине на 2 фута выше, чем по краям. При этом ширина дороги должна быть достаточна для разъезда двух повозок. При слабых грунтах на дороге предлагалось устраивать одежду из гравия, камня, шлака, железной руды, обрубков дерева или вязанок хвороста, уложенных в деревянные рамы из бревен длиной 18 футов и окружностью 10—14 дюймов, скрепленных между собой деревянными нагелями. Сверху это основание следовало засыпать слоем гравия, крупного песка или щебня. На рис. 1 воспроизведен чертеж из книги Т. Проктера, показывающий конструкции рекомендуемой им дорожной одежды.
Рис.1. Конструкция массивной дорожной одежды середины XVIII в.:
1 — уплотненный грунт; 2 — гравий крупностью 25 мм; 3 — пакеляж; 4 — песчано-гравийная смесь
Существовали также и другие конструкции дорожных одежд, созданных разными авторами. Технология строительства изменялась практически каждым последующим поколением как в связи с накоплением опыта так и изменением предъявляемых требований. Вначале считали, что искусственное уплотнение трамбованием менее эффективно, чем уплотнение в течение двух-трех месяцев, однако концу столетия это мнение изменилось, и, например, И. С. Гергардт указывал, что при отсыпке насыпи из земли, вынутой из боковых канав, «никогда не должно поднимать дороги вдруг выше 4 вершков; и по сравнении земли убивать ее нужно накрепко. Сию работу повторять должно при каждой новой насыпке земли».
Х. Эксшаке в 1787 г. рекомендовал строить гравийные покрытия толщиной не менее 10 дюймов в уплотненном состоянии, укладывая гравий в два слоя. Гравий должен быть крупностью «с орех и не менее боба, не загрязненный и не пылеватый».
К концу XVIII в. при проложении трассы на местности начали применять некоторые геодезические инструменты. Астролябия с буссолью появилась в половине XVI в., уровень с воздушным пузырьком был изобретен в 1661 г. На его основе в 1680 г. был предложен нивелир. При трассировании применяли уклономеры.
Прогресс в строительстве земляного полотна и дорожных одежд.
XVIII в. характеризовался попытками точного учета свойств грунтов в строительстве. Это отмечал М. В. Ломоносов в написанном в 1757—1759 гг. трактате «О слоях земных», указывая, что «строитель внимает твердости земли во рвах для основания» [3, с. 30]. Он классифицировал грунты по составу и свойствам, деля их на чернозем, «глину разных родов», «сродной глинам ил или тину» [3, с. 25]. Учитывалась крупность грунтовых частиц — «из воды отделяющиеся земляные иловатые частицы», пески, «которые в рассуждения величины зерен разнятся бесконечное, хрящ и бечевник—« превосходящие крупностью с горох камешки» [3 с. 69].
В рассматриваемый период времени начали получать распространение мостовые, по конструкции почти не отличавшиеся от современных. Предъявлялись определенные требования к их качеству. Колотый булыжный камень должен был иметь размеры 7—8 дюймов и суживающуюся вниз клинообразную форму. Требовалось перевязка швов, «чтобы в продольном направлении не было совпадающих швов, которые колеса повозок могли бы раздвигать». В основание укладывали слои песка толщиной от 6 до 8 дюймов желательно речного и гравелистого, а не карьерного, который очень пылеват. В книге Х. Людера указывалось, что при мощении с обеих сторон дороги в грунт ставят большие камни, а дальше вкладываются все более мелкие. Для повышения прочности мостовой Х. Готье предлагал устраивать через два туаза (1,82 м) поперечные ряды («страверсы») из более крупных булыжных камней высотой 10—13 дюймов с тем, чтобы если мостовая начнет разрушаться, повреждение не распространялось за этот ряд. Мощение клетками получило повсеместное распространение.
В конце XVIII в., когда темпы дорожного строительства начали возрастать, наибольшее распространение получили дорожные одежды на основании из пакеляжа — камней, устанавливаемых широкой стороной на грунтовое или песчаное основание и расклиниваемых который в дальнейшем начали заменять щебнем «крупностью в орех из камня твердых пород», который распределяли слоем 8 см. Однако дорожные одежды на пакеляжных основаниях не удовлетворяли требованиям механизированного строительства, а опыт эксплуатации показал, что они не выдерживали движения тяжелых автомобилей, многократные проходы которых сосредоточивались на узкой полосе наката и вызывали продольные просадки покрытий.
П. Трезаге существенно уменьшил толщину дорожной одежды, снизив ее до 24—27 см по сравнению с толщиной одежд ранее строившихся дорог, которая по оси достигала 50 см. Дорожную одежду устраивали в вырытом в земляном полотне корыте, выпуклое дно которого имело средний поперечный уклон около 60%о· При связных грунтах это способствовало частичному стоку просочившейся через дорожную одежду воды, а также позволяло придать дорожной одежде постоянную толщину по всей ширине проезжей части. Не меньшее значение имела выпуклость дна корыта для более экономного расходования каменного материала. Нижний слой (основание) дорожной одежды толщиной 10 дюймов устраивали из установленных на ребро на дно корыта камней, так чтобы ни один камень не возвышался над другим. Камни трамбовали ручной трамбовкой. Поверх них укладывали слой толщиной 8—Ю см менее крупных камней, которые дробили на месте и уплотняли трамбованием. Частично проникая в промежутки между камнями, они расклинивали крупные камни. Сверху укладывали 10 см гравия.
Следующий этап развития техники дорожного строительства — переход к дорожным одеждам только из щебня, к так называемому «щебеночному шоссе», которое обычно связывают с именем шотландского дорожника Дж. Мак-Адама [5].
Метод Мак-Адама получил широкое распространение потому, что был прост, дешев и отвечал требованиям времени. Начав с 1806 г. брать подряды на дорожное строительство, Дж. Мак-Адам разработал собственную систему постройки и ремонта дорог и, приняв на себя в 1816 г. заведование трестом Бристольского округа, наибольшего в Англии, начал энергично внедрять эту систему в практику. Предложенные им методы содержания дорог оказались весьма эффективными и экономичными.
Сущность идей Мак-Адама, разбросанных по разным местам книги, сводится к следующему:
1. Прочность дороги обеспечивается грунтовым основанием. До тех пор не удастся строить дороги, не подверженные влиянию сезонных и погодных факторов, «пока не будут полностью осознаны, признаны и проведены в жизнь следующие принципы, а именно, что нагрузка от движения фактически воспринимается естественным грунтом… этот естественный грунт должен быть предварительно осушен».
2. Роль дорожной одежды сводится в основном к предохранению подстилающего грунта от размокания. «Опыт показывает, что, если вода проникает через дорогу и насыщает естественный грунт, одежда дороги… разрушается на куски». Мак-Адам полагал, что для любой нагрузки достаточна толщина одежды 10 дюймов в плотном теле.
3. Дорожная одежда должна возвышаться над поверхностью земли и не быть уложенной в отрытом в ней корыте. «Первым действием при постройке дороги должен быть отказ от отрывания корыта. Дорожная одежда не должна быть погружена ниже уровня окружающего грунта…. Это может быть достигнуто или путем устройства дрен для понижения уровня воды или, если это неосуществимо в связи с особенностями местности, грунт должен быть приподнят на несколько дюймов над уровнем воды».
4. Дорожная одежда должна быть ровной, связной и водонепроницаемой.
5. Для устройства одежды следует применять одномерный чистый щебень или гравий. «Размер камней, используемых для дороги должен быть пропорционален месту, занимаемому колесом обычных размеров на гладкой ровной поверхности. Каждая щебенка, уложенная в дорогу, которая в каком-либо измерений превысит эту величину, является вредной».
6. Прочность щебеночной коры, по мнению Дж. Мак-Адама, обеспечивается взаимной заклинкой щебенок. Поэтому дорожные одежды следует устраивать из чистого щебня. «Каждая дорога должна строиться из дробленого камня, без примеси земли, глины, мела или каких-либо других материалов, впитывающих воду и подверженных воздействию мороза. Не следует ничего добавлять к чистому щебню для придания связности. Щебень будет объединяться благодаря своей угловатости в гладкую плотную поверхность, на которую не влияют превратности погоды или смещающее воздействие колес, которые будут проходить по ней без подскакивания, не вызывая повреждений». Одежда должна быть однородной на всю толщину. «Единственное средство избежать движения камней в дороге — это использовать в ней до самого низа камни одинакового размера».
7. В период уплотнения движением каменного материала за дорогой необходим усиленный уход. «После укладки гравия на дорогу ежедневно нанимают рабочих для засыпки колей и одновременного удаления граблями с поверхности камней, слишком мягких или неправильной формы, вроде длинных кремней или слишком больших». При уплотнении щебеночной россыпи в основном проездом транспортных средств Дж. Мак-Адам отмечал, что «для первой осадки гравия с успехом можно применять тяжелый железный каток диаметром от 4 до 5 футов (1,2—1,5 м) не менее.
8. Поперечный уклон дороги должен быть не слишком крутым. «Я полагаю, что дорога, обеспечивая сток воды, должна быть возможно более плоской… Я обычно делаю дорогу в середине на З дюйма выше, чем по краям, при ширине 18 футов… Если дорога сделана плоской, едущие не будут придерживаться только ее середины, как делают при чрезмерной выпуклости». В результате многократных попыток улучшения проезда по дорогам россыпью новых материалов на них образовывались толстые слои каменной наброски. Эти слои разбирали и заменяли щебеночными покрытиями, для которых в стороне от дороги дробили удаленный с дороги крупный камень. Поэтому перестройка дорог по методу Мак-Адама, для которой не требовался новый камень, вытеснила трудоемкую и более дорогую перестройку дорог с устройством одежды по типу Т. Тельфорда. Объем выполнявшихся работ ограничивался необходимый минимумом и поэтому Дж. Мак-Адам подчеркивал, что «на каждой дороге я был вынужден изменять способ работ в зависимости от местных условий, а часто от финансирования».
История асфальтоукладчика.
Обычно в литературе искусственную укатку щебеночных одежд связывают с именем французского инженера Полонсо, применившего в 1829 г. вместо трамбования щебеночной россыпи 20-килограммовой трамбовкой, «которая уплотняла только поверхность», укатку 3-тонным катком, массу которого при последних проходах увеличивали до 4,5 т. Каток был сделан из дубовых брусьев, окованных железными обручами, диаметр вальца составлял 2,1 м, ширина— 1,6 м. Брусья имели в середине вогнутость, равную 3,2 см, предназначенную для того, чтобы при укатке формировалась цилиндрическая поверхность покрытия, а щебень не выжимался из-под катка в сторону. В боковых дисках катка были предусмотрены отверстия, через которые каток можно было заполнять песком или гравием, увеличивая его массу с 1,2 до 6 т.
Расширению применения укатки способствовало появление паровых катков. В 1859 г. был выпущен каток Лемуана, имевший три вальца, расположенные один за другим. Передний и задний вальцы были меньшего диаметра, чем средний ведущий. Каток Баллезона был двухвальцовым. Начиная с катков Эвелинга и Портера, перешли к обычной трехвальцовой схеме. Оптимальная масса катков была найдена не сразу.
В Швейцарии в 1721 г. близ г. Невшатель и в 1810 г. около г. Сейсель были открыты месторождения асфальтовых горных пород — известняков и песчаников, пропитанных битумом. Их начали разрабатывать для приготовления мастики для гидроизоляционных работ. Вскоре было замечено, что упавшие на дорогу во время перевозки куски асфальтовой породы при уплотнении проездом образуют твердый однородный слой. Это навело на мысль о постройке асфальтовых покрытий. В 1829 г. в г. Сейселе была построена пешеходная дорожка, а в 30х годах сделаны первые попытки постройки асфальтовых покрытий.
Соссени (Зоззепу) начал устраивать асфальтовые покрытия, нагревая асфальтовый известняк в котлах до температуры 150—170° С и добавляя к нему до 60% просушенного речного песка. Получаемую пластичную смесь разравнивали по прочному каменному основанию и уплотняли трамбованием. Международную известность получили первые покрытия, уложенные в Париже на площади Согласия и на террасе Зимнего Дворца в Петербурге.
В США первое асфальтовое покрытие было уложено в 1871 г. из привезенного из Европы материала. В дальнейшем начали использовать местные асфальтовые породы, содержащие больший процент битума, добавляя к ним, кроме песка, каменную муку. Для уплотнения горячей смеси использовали катки. Покрытия из трамбованного и укатанного асфальта начали получать распространение на улицах больших городов. В Париже в 1854 г. их было 800 м, в 1856 г.— 8 км, а в 1860 г.— уже 230 км. В Лондоне первое покрытие появилось в 1869 г., в Берлине — в 1877 г.
Началом систематического строительства усовершенствованных покрытий следует считать быстро распространявшуюся укладку на улицах столичных городов покрытий из «трамбованного асфальта» — щебня из природных асфальтовых пород, который разогревали в котлах и уплотняли трамбованием после разравнивания на прочном каменном основании. В 1913 г. в Европе впервые была применена заимствованная в США укатка «асфальтовой массы». Покрытия получили название «укатанного асфальта».
Появление автомобиля и совершенствование дорожных сетей.
В конце XIX в. произошло событие, внесшее революционное изменение в технику транспорта,— появление автомобиля — самоходной повозки с двигателем внутреннего сгорания. В 1885—1886 гг. немецкий инженер К. Ф. Бенц установил бензиновый двигатель на трехколесной повозке, а в 1887 г. Г. Даймлер приступил к серийному изготовлению автомобилей. Уже в 1895 г. во Франции состоялись автомобильные гонки Париж — Руан, на которых была достигнута средняя скорость 24 км/ч.
В России первые автомобили появились в 1901 г., когда в США их было уже 23 тыс. С 1908 г. легковые автомобили начал выпускать Русско-Балтийский завод в Риге, изготовивший их 460 шт. до 1916 г.— до эвакуации в связи с наступлением германских войск.
Плохие дороги не являлись препятствием для автомобилизации. Однако развитие автомобильного производства ставило в разных странах перед их конструкторами и дорожной службой различные задачи. В Западной Европе, где уже имелась густая сеть дорог с твердыми дорожными одеждами, встала задача учета при содержании дорог требований движения автомобилей с высокими скоростями. В странах с редкой дорожной сетью и преобладанием грунтовых дорог — в России и США — возникла проблема обеспечения проезда по дорогам и приспособления автомобилей к состоянию этих дорог.
Первое направление привело к развитию техники строительства усовершенствованных покрытия, второе — к появлению методов механизированного строительства грунтовых дорог как временного способа пропуска движения малой интенсивности.
Массовое производство автомобилей дало толчок дорожному строительству. В США оно развернулось в 20е годы, когда число автомобилей превысило 10,5 млн., а дороги с твердыми одеждами составляли лишь 12% от их общей протяженности.
Современный этап дорожного строительства.
До Появления автомобилей к трассе дорог предъявлялись ограниченные требования, вытекавшие из особенностей конной тяги на подъемах. Лошадь может, работая с кратковременной перегрузкой, развивать силу тяги на крюке, в 2—3 раза превышающую нормальную, которая составляет примерно 1/3 от ее веса. Поэтому, чем круче подъем, тем короче должна быть его протяженность. Строительство дорог, предназначавшихся преимущественно для автомобилей привело к нецелесообразности этого требования, однако породило ряд требований иного характера.
По мере увеличения количества автомобилей и повышения их динамических качеств возрастали требования к учету особенностей их движения в нормах на проектирование плана и продольного профиля дорог.
Уже в первый период появления автомобилей высказывался ряд предложений, которые учитывают в настоящее время при разработке технических требований к элементам трассы. В книге И. М. Иванова указывалась необходимость обеспечения видимости на кривых в плане таким образом, чтобы луч зрения водителя не выходил за пределы полотна дороги. Не упоминая о длине тормозного пути, автор отмечал, что «промежуток времени, необходимый для шоферов, чтобы заметить друг друга,— 3 сек». Это значение, близкое к рекомендуемому сейчас времени реакции водителей для автомобильных магистралей. Радиусы кривых предлагалось рассчитывать на устойчивость против опрокидывания, так как «поперечная сила стремится сдвинуть экипаж в сторону, а при резком поперечном уклоне и в особенности на закруглениях может его опрокинуть». Отмечалось, что «быстрое автомобильное движение неудобно и опасно по улицам селений. Ввиду этого признано необходимым пролагать главные дороги вне селений, обходя их стороной».
Развитие автомобилизации в странах с густой дорожной сетью при преобладании легковых автомобилей личного пользования, резкое возрастание пассажирских перевозок и широкое распространение автотуризма сделали необходимым предъявлять к автомобильным дорогам столь же высокие архитектурно-эстетические требования, как и к любому инженерному сооружений массового пользования. К началу второй мировой войны в проектировании дорог возникло новое направление, сочетающее ландшафтное проектирование, клотоидное трассирование и обеспечение пространственной плавности. Развитие скоростного автомобильного движения показало значение плавного вписывания трассы в ландшафт и для обеспечения высоких транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог.
Возникла идея поисков способов сохранения в периоды переувлажнения тех свойств грунтов, которые они имеют в сухое время года, путем укрепления грунтов — так называемой «стабилизации грунтов». По определению проф. М. М. Филатова, целью стабилизации было «сделать дорожный грунт достаточно сопротивляющимся сдвигу и стиранию». Стабилизация должна была предотвращать вредное воздействие увеличения влажности грунта, уничтожающей в нем связность. Для повышения сцепления в грунт вводили устойчивые к воздействию воды связующие материалы органического и неорганического происхождения или скелетные добавки — крупнозернистый песок, гравий или щебень, увеличивающие внутреннее трение грунта. Первые успехи стабилизации грунтов в период малых интенсивностей движения вызвали появление лозунга «грунт не как основание, а как одежда». «Предлагалось «основным материалом для дорожной одежды принять грунт — вездесущий грунт, но взять его не в естественном или механически улучшенном состоянии, а обратив его путем различных физико-химических и технологических процессов и воздействий в массу, достаточно эластичную и прочную для проезда».
Конфликт между автомобильным транспортом и дорогами периода преимущественного конного движения был кратковременным и явился стимулом дальнейшего прогресса техники дорожного строительства — массового появления усовершенствованных покрытий на основе органических вяжущих материалов.
Быстрый прогресс в расширении использования в дорожном строительстве органических вяжущих материалов связан с именем швейцарского врача Э. Гуглилминетти (1862— 1943 гг.). В течение 12 лет, начиная с 1902 года, для борьбы с пылыо на 20-километровом участке дороги Ницца — Монте-Карло при ежедневном движении почти 1000 автомобилей и большом количестве конных повозок Э. Гуглилминетти успешно применял разогретый каменноугольный деготь газового завода. Деготь использовали для ежегодного восстановления поверхностной обработки щебеночного покрытия с последующей засыпкой песком.
Опыт устройства поверхностных обработок показал, что они не только приводят к обеспыливанию покрытий, но и существенно уменьшают их износ. В результате повторных поверхностных обработок на дорогах образуется своеобразный коврик — тонкослойное асфальтовое покрытие. Первоначально розлив битума и дегтя осуществляли вручную из леек с последующим распределением по покрытию щетками. Затем появились котлы вместимостью 250—350 л на тележках, из которых вяжущее вытекало через отверстия в горизонтальной трубке. Тележку перевозили двое рабочих. Следующим этапом были распределители на конной тяге. Они имели емкости на 1200—1500 л, из которых битум подавался под давлением до 8 атм. при возможности регулирования количества подаваемого вяжущего. Распределители на автомобилях — автогудронаторы в СССР начали выпускать с 1931 г.
Положительное влияние битумов и дегтей на прочность дорожных одежд вызвало постепенное на протяжении ряда лет появление новых конструкций. Это было связано как с развитием научных исследований, так и главным образом с совершенствованием выпускаемых дорожных машин. Схематически этот процесс можно описать следующим образом.
Поверхностная обработка захватывала только верхний слой покрытия. Расположенный ниже щебень удерживался лишь силами заклинки и поэтому при износе поверхностной обработки возобновлялось быстро прогрессирующее разрушение покрытия. Задача связывания щебня на большую толщину была решена появлением метода пропитки.
Желание создать более однородный материал поверхностного слоя вызвало идею устройства покрытий из каменного материала, заранее подвергнутого обработке вяжущим. Метод зародился из простейшего просушивания щебня на железных листах и смещения с дегтем вручную.
Постепенно выяснилось, что при соответствующем подборе минералогического состава каменного материала и битума или дегтя малой вязкости период хранения «созревшей» смеси может быть значительно продлен, причем она не слеживается. Это давало возможность заготовки обработанного щебня впрок, изготовления его на заводах, в том числе и в зимнее время, и перевозки на строительство на большие расстояния, сводя процесс постройки покрытия только к распределению по подготовленному основанию и к укатке. Был запатентован ряд способов приготовления «термакадама», из которых наибольшую известность получил в начале 30х годов «сэссенский асфальт», или «дамманасфальт», названный так по имени предложившего его специалиста инж. Даммана. Этот асфальт готовили из каменного материала в виде измельченного до крупности песка доменного шлака и минимального количества жидкого битума. Для постройки щебеночных покрытий методом пропитки и устройства поверхностной обработки с использованием горячего вязкого битума требовалось обязательно, чтобы щебень находился в сухом состоянии и на щебенках не было пыли.
Следующим этапом развития техники постройки усовершенствованных дорожных покрытий явилось применение битумных и дегтевых эмульсий и разжиженных битумов, которые в СССР были впервые испытаны в 1928 и 1930 гг. Битумные и дегтевые эмульсий, состоящие примерно на 50% из воды, включали 2% эмульгатора и диспергированный битум или деготь. Они давали возможность выполнять работы при более низких положительных температурах и влажном щебне. Распадаясь при соприкосновении с поверхностью каменного материала, они оставляли прилипшую к нему битумную пленку.
Вяжущие материалы, разжиженные летучими растворителями, также легче проникали в пространства между щебенками, связывая пыль с поверхностью каменных частиц. Особенно широкое применение жидкие битумы получили при устройстве гравийных покрытий на дорогах низших категорий методом смещения на дороге, поскольку гравийные материалы, содержащие большой процент пылеватых и песчаных частиц, можно было перемещать на полотне дороги малым числом проходов грейдера или дисковой бороны только с маловязким материалом. Широкое применение такие методы находили в США и в СССР перед второй мировой войной при создании низовой сети автомобильных дорог в условиях быстрого роста автомобилизации.
Рост интенсивности движения и появление на дорогах тяжелых автомобилей потребовали дальнейшего повышения прочности дорожных покрытий по сравнению со щебеночными покрытиями, обработанными вяжущими материалами. В дорожном строительстве начали получать распространение асфальтовый и цементный бетоны. Асфальтобетон возник как развитие щебеночных покрытий из материалов, обрабатываемых вяжущими в специальных установках. Коренным отличием асфальтобетона от щебня, обработанного вяжущим, явилось обязательное наличие в его составе тонкого минерального порошка крупностью менее 0,1 мм. На первом этапе проектирования составов асфальтобетона ему предписывалась роль заполнения пор между песчаными частицами, откуда и родилось его первоначальное наименование «заполнитель», впоследствии замененное термином «минеральный порошок». В зависимости от соотношения минерального порошка и вяжущего покрытие оказывалось слишком хрупким или слишком пластичным, особенно в жаркую погоду, когда на нем оставались следы от колес и возникали сдвиги при торможении. Одежды с малым содержанием вяжущего быстро разрушались.
Задачи дорожного строительства.
Во всех странах задачи дорожного строительства включают пять основных направлений: создание сети опорных автомобильных магистралей; строительстве дорог во вновь осваиваемых промышленных и сельскохозяйственных районах; строительстве сети внутрихозяйственных дорог в сельских районах; реконструкция и совершенствование дорог существующей сети; городское дорожное строительстве.
Поскольку автомобильные магистрали являются наиболее дорогим типом дорог их сеть создается последовательно путем постройки четырехполосной проезжей части с разделительной полосой на наиболее загруженных участках маршрутов в первую очередь вблизи больших городов. На перегонах строится двухполосная дорога с тем, чтобы при дальнейшем росте интенсивности движения пристраивать к ней вторую проезжую часть.
Для последнего 20-летия характерна устойчивая тенденция к поискам путей уменьшения стоимости дорожного строительства, вызванная как вздорожанием материалов и энергий, так и уменьшением ассигнований на дорожное хозяйство. Выход ищут в снижении нормативов на элементы трассы и поперечного профиля дорог, а также в некотором понижении расчетного уровня обслуживания и надежности дорожных одежд — в сокращений планируемых межремонтных сроков. Находят применение широкий круг отходов промышленности— шлаки, горелые сланцы отвалов каменноугольных шахт, мел из расположенных поблизости выемок, камень и кирпич из разбираемых зданий, золы уноса и др. В ФРГ широко используют для возведения земляного полотна золошлаки от печей, в которых сжигают в городах бытовые отбросы.
Поскольку прочность водонасыщенного грунта возрастает по мере отжатия воды темпы возведения насыпей на слабых основаниях увязывают с нарастанием сопротивления сдвигу, ускоряя удаление воды вертикальным дренированием или путем электроосмоса. Широкое использование в конструкциях земляного полотна начал находить геотекстиль — нетканый материал из отходов промышленности синтетических материалов. Основные цели его применения в земляном полотне — предотвращение проникания грунта насыпей в подстилающий слабый грунт, выравнивание напряжений по поверхности контакта подошвы насыпи с грунтом основания, отвод выжимаемой воды из основания и стабилизация водного режима верхней части земляного полотна, устраиваемой по принципу «грунта в обойме» — уплотненного слоя грунта оптимальной влажности, замкнутого со всех сторон в слоях водо- и паронепроницаемого геотекстиля.
Характерно снижение интереса к совершенствованию теории расчета дорожных одежд. Большое влияние на это оказали проведенные в США с 1958 по 1960 г. Ассоциацией сотрудников дорожных управлений штатов обширные испытания в штате Иллинойс опытных участков разных дорожных одежд проездами автопоездов до полного разрушения. В результате этих испытаний накоплены обширные материалы о работоспособности различных их конструкций. В решениях XVIII Международного дорожного конгресса 1984 г. в Сиднее отмечалось, что методы расчета дорожных одежд с теоретической точки зрения достигли совершенства, но эффективность их использования в большей степени зависит от точности, с которой могут быть определены расчетные параметры грунтов и материалов конструктивных слоев дорожных одежд. Пропагандировавшийся в 50х годах метод «комплексного проектирования» дорожных одежд и земляного полотна, при котором считали возможным низкий модуль деформации грунтов земляного полотна компенсировать соответствующим увеличением прочности дорожной одежды [7], в ряде стран сменился требованием от строителей гарантированной прочности земляного полотна, при которой на всем протяжении дороги можно использовать типовые конструкции дорожных одежд. Возможность этого обеспечивается существенным повышением требований к степени уплотнения грунтов в земляном полотне по сравнению с довоенными и эффективной системой контроля за уплотнением при производстве земляных работ.
Поскольку тонкие слои покрытия работают в более тяжелых условиях, чем толстые, в битумы вводят добавки для повышения их тепловой и сдвигоустойчивости — резиновую крошку из размельченных старых шин и различного рода полимерные добавки. В ЧССР и Австрии в битум добавляют 20—30% серы, в ФРГ в целях экономии битума расширяется использование битумнодегтевых вяжущих. Вновь начал проявляться интерес к использованию битуминозных горных пород. Наблюдается увеличение использования для укрепления щебеночных материалов и грунтов в нижних несущих слоях дорожных одежд как неорганических вяжущих материалов — цемента и извести, так и обладающих вяжущими свойствами промышленных отходов — шлаков.
Широко развивается повторное употребление материалов перестраиваемых дорожных одежд, например, щебня от дробления бетона старых дорожных покрытий. Ведутся попытки использования искусственных каменных материалов — укладка в нижний слой одежд керамзита, обработанного битумом (Польша), и искусственного щебня из обожженной до спекания глины — керамдора. Временное возрастание цен на битум заставило изменить отношение к старому асфальтобетону. Применяют самую различную технологию его повторного использования — от полного удаления старых покрытий с их переработкой на заводах для последующей укладки в покрытие до частичного разрыхления верхнего слоя на неполную толщину, добавления к нему нового материала и укладки на старое место при ремонтных работах и утолщении. Разрыхление выполняют как с предварительным разогреванием, так и в холодном состоянии. Для компенсации ухудшения свойств битума за период службы в старом покрытий добавляют маловязкий битум.
В верхних слоях покрытий получает распространение сильнопористый «дренирующий» асфальтобетон, который, обладая хорошей шероховатостью, обеспечивает высокий коэффициент сцепления с шинами, предотвращая аквапланирование быстрым отводом из зоны контакта с покрытием водяной пленки, вдавливаемой в поры покрытия.
Эффективным средством правильного использования транспортными средствами проезжей части дороги становится четкое выделение полос движения. Обычные линии разметки недостаточно эффективны ночью. В 1937 г. были запатентованы световозвращающие шарики, которые начали вводить в разметочную краску, но из-за высокой стоимости и технологических трудностей такая разметка получила малое распространение. В 20-х годах пытались обозначать линии разметки вделанными в покрытия бетонными блоками и алюминиевыми марками. Из-за трудоемкости и ненадежности их закрепления в покрытии метод временно был отвергнут. Длительное время основным средством обозначения полос разметки в ночное время были монтируемые в покрытие марки со стеклянными отражающими линзами «кошачьи глаза», усовершенствованные модели которых, имеющие резиновую прокладку, которая утапливаются при наезде колеса в покрытие и обладают свойством самоочищения от грязи. Могут быть названы следующие первоочередные задачи совершенствования всей системы дорожного хозяйства, стоящие перед дорожным хозяйством России:
1. Дальнейшее развитие принципов научного планирования начертания сети автомобильных дорог как составной части единой транспортной системы России. В настоящее время на значительной части страны дорожная сеть редка, а транспортноэксплуатационные ее качества недостаточно высоки. Это дает возможность создания сети минимально необходимой протяженности, наилучшим образом сочетающей интересы развития промышленности, сельского хозяйства, пассажирских перевозок и т. д. Сеть должна предусматривать возможности ее стадийного расширения.
2. Более глубокий учет природных условий России в проектных решениях, технологии строительства и методах эксплуатации. Необходим более дифференцированный учет местных условий, в том числе особенностей микроклимата придорожной полосы, обусловленных постройкой дороги, ее экспозицией по отношению к странам света, гидрогеологическими условиями и т. д.
3. Совершенствование технологии проектно-изыскательских работ на основе максимального использования в качестве исходных материалов для проектирования аэрофото и аэрокосмических снимков. Широкие возможности специальных методов съемок — ультрафиолетовой, инфракрасной, сверхвысокочастотной радиометрии, лазерной локации позволяют оценить влажность поверхностных слоев грунта, уровень грунтовых вод, степень засоления и другие характеристики, важные для выбора трассы.
4. Повышение роли технико-экономических обоснований принимаемых в проектах решений, развитие принципов вариантного проектирования в целях оптимизации проектных решений, снижения стоимости строительства и повышения транспортно-эксплуатационных качеств дороги при возможно более полном и точном комплексном учете факторов, лишь косвенно учитываемых в настоящее время,— влияние постройки дороги на социально-экономическое развитие обслуживаемой дорогой зоны, повышение безопасности движения, условия эксплуатации дороги, воздействие ее постройки на окружающую среду, степень удовлетворения ландшафтно-архитектурных требований и др.
5. Автоматизация проектирования дорог на основе комплексной системы, начиная с технико-экономических обоснований, уточнения технических нормативов на элементы трассы применительно к перспективному составу движения, трассирования по математической модели местности и кончая графическим оформлением всех чертежей.
6. Учет в проектных решениях требований экономии энергетических и сырьевых ресурсов как при автомобильных перевозках по дороге, так и в процессе ее строительства и эксплуатации.
7. Совершенствование технических нормативов на элементы трассы дороги и особенно на их взаимные сочетания. Более глубокий учет психофизиологических особенностей восприятия водителями дорожных условий и всей обстановки движения, а также требований удобства пассажирских и грузовых перевозок и создания оптимальных условий работы водителей.
8. Переход от проектирования дорог на движение одиночных автомобилей с высокими расчетными скоростями к проектированию дорог с учетом движения по ним плотных потоков автомобилей, что особенно актуально в связи с тем, что еще на ряд лет сохранится опережающее развитие автомобилестроения по сравнению с приростом протяженности дорожной сети. Обеспечение не только возможности проезда транспортных потоков, но и оптимальная организация их движения самим проложением дороги.
9. Направленное регулирование круглогодичной стабильности вводно-теплового режима земляного полотна. Предотвращение возможности осеннее-весеннего снижения прочности грунтов, на которое сейчас вынужденно ориентируется проектирование дорожных одежд, путем сохранения грунтового основания в сухом состоянии созданием водо и теплоизолирующих прослоек из синтетических материалов (геотекстиль).
10. Разработка методов обеспечения безопасности движения и повышения пропускной способности (реконструкция) участков дороги, переставших удовлетворять требованиям возросшего движения.
Список литературы.
1. Кудрявцев А.С. «К истории шоссе Трезаге: Тезисы ». АН СССР, 1936г.
2. Кудрявцев А.С. «Техника шоссейных дорог. Очерки истории техники России». М.: Наука 1975г.
3. Ломоносов М.В. «О слоях земных». М.: Госгеолисдат ,1949 г.
4. В.Ф. Бабков «Развитие техники дорожного строительства», Транспорт, 1988 г.
5. В.Ф. Бабков «Мак-Адам и его система строительства и ремонта дорог», Тр. МАДИ 1979г.
6. В.Ф. Бабков «Ландшафтное проектирование автомобильных дорог», М.: Транспорт 1980г.
7. Иванов Н.Н. «Внедрение дорожных достижений в практику дорожного строительства». Дорстрой, 1949 г., №6.
.
www.ronl.ru
Строительство – отрасль жизнедеятельности человека, появившаяся, одновременно с появлением человека. Этапы развития архитектурной мысли и технологий строительства растянулись в истории человечества на тысячелетия. Начиная от первого шалаша, состоящего из листьев и деревянных палок и заканчивая капитальным строительством с использованием современных технологий и композиционных материалов, человечество решало проблему создания независимости и защиты от окружающей среды.
Первые технологии строительства, если их можно назвать технологиями заключались в правильности укладки листьев пальм и других веток растений таким образом, что бы они не пропускали осадки и ветер, и таким образом, сохраняли человеческое тепло. Позднее, первые дома из глины, песка и воды напоминали строения, которые любят лепить дети, сидя в песочнице, только более крупных размеров.
Для работы с камнем были необходимы стальные инструменты. И их появление, безусловно, было прорывом, позволившим древним людям создавать свои первые рукотворные пещеры. То была уже не просто защита от осадков, а эффективная защита. Камни, уложенные друг на друга, и скрепленные смесью, который был первым прототипом материала, сегодня известного как раствор кладочный, позволяют с высоким уровнем эффективности защищать человека не только от снега или дождя, но и служить оборонительными сооружениями от атак воинствующих племен.
С изобретением стальных инструментов, человек получал первое подобие таких материалов как щебень, он смог дробить камень, мешать его с песком, глиной и водой, что позволяло придавать практически любые формы строительным материалам, которые после затвердевания набирали прочность. То были первые попытки изобретения бетона.
С развитием цивилизаций, зарождением государств и империй, строительство дворцов и монументальных строений стало для человека признаком могущества, влиятельности и величия власти. И каждый вождь, царь, император и другие правители использовали все возможные ресурсы для возведения, поражающих взор, зданий и сооружений. Это переросло в некое «дело чести», что явилось толчком к развитию архитектуры как искусства и науки строительства.
Первое, известное упоминание про производство бетона датируется временами Древнего Рима. Он существовал и ранее, поскольку Рим заимствовал данную технологию (сегодня точно не определить у кого), и на его основе возводил великолепные сооружения, некоторые из которых и сегодня можно увидеть в этом городе. Как ни странно, но технология производства бетона была забыта человечеством практически на целую тысячу лет. И лишь в 19 веке она была открыта вновь с изобретением Портланд-цемента, и взята на вооружениями всеми строителями мира.
Сегодня, капитальное строительство уже невозможно представить себе без использования железобетонных конструкций, в которых бетон является одной из главных компонент. На его основе возводятся все здания и сооружения, требующие высокой прочности и долговечности. И таким образом технологии капитального строительства на основе железобетонных конструкций являются самыми передовыми и перспективными.
Но человечество не стоит на месте, и развитие технологий строительства приводит к созданию новых, более легких, более теплых, и более дешевых композиционных материалов, которые позволяют в кратчайшие сроки возводить дома и другие сооружения. Но когда речь заходит о, скажем, строительстве небоскреба, дамбы, и других многотонных конструкциях без железобетона не обойтись.
А что дальше? Можем ли мы сегодня предугадать развитие технологии строительства и, соответственно, строительных материалов?
Пробуя найти ответ на этот совсем не праздный вопрос, наверно стоит обратить внимание на самые прочные материалы, такие как металлокерамика и твердые горные породы. Обе технологии, основанные на использовании данных материалов пока еще слишком дороги для столь массового использования, и поэтому этот вопрос остается вопросом времени.
А то, что человечество шагнет дальше и уйдет от использования железобетона – однозначно, потому ни смотря на все положительные стороны данного строительного материала, у него имеется один существенный отрицательный момент: коэффициент полезного действия железобетона достаточно мал, это значит, что основная нагрузка, которую несут железобетонные конструкции, и под которой со временем они разрушаются является их собственная масса.
www.tehnokraft.ru
Методическая разработкавнеурочного мероприятияПо предмету «Технология отделочных работ»Тема: «История развития строительства»Разработала: преподаватель
Локтева С.Е
Тайшет 2013 г.
Данное мероприятие проводится с целью расширения кругозора обучающихся, повышения мотивации к обучению, повышения престижа профессии.Человек научился строить много тысяч лет назад. Его уже не удовлетворяли пещеры, которые давала ему сама природа, и он стал улучшать их – расширять и углублять. Спасаясь от хищников, человек строил дома – гнезда высоко на деревьях, возводил хижины, сплетенные как корзины, из гибких ветвей, на высоких сваях, забитых в дно озер.
Строительное искусство совершенствовалось тысячелетиями. Человек учился строить все более прочные, удобные и самые разнообразные здания – жилые дома и храмы, замки и крепости.
Слово «архитектор» происходит от древнегреческого «Архитектон» что означает главный строитель.Наиболее древние памятники греческой архитектуры – относятся к началу 1 тысячелетия до н. э. Древнегреческая архитектура Античного периода (6-4 вв до н. э.)
Наиболее ценным памятником храмовой архитектуры явл. Пантеон, или «Храм всех богов» в начале 2 в. Н.э. Здание Пантеона было построено с применением бетона, в котором имелся каркас из кирпичных арок. Купол выполнен из бетона с заполнителем пемзой.
В древнем Риме начинают широко использовать бетон. Бетон, изготовленный на известковом вяжущем, был высокопрочным и водостойким. В состав бетона входили пуццолановые добавки (молотый вулканический пепел и щебень)
Каждой эпохе соответствует свой архитектурный стиль
В 10-12 вв господствовал Романский стиль
^ художественный стиль, господствовавший в Западной Европе (а также затронувший некоторые страны Восточной Европы) в 10—12 вв. (в ряде мест — и в 13 в.), один из важнейших этапов развития средневекового европейского искусства.
Р. с. впитал многочисленные элементы раннехристианского искусства, меровингского искусства, культуры «каролингского возрождения» (а, кроме того, искусства античности, эпохи переселения народов, Византии и мусульманского Ближнего Востока). В отличие от предшествующих ему тенденций средневекового искусства, носивших локальный характер, Р. с. явился первой художественной системой средневековья, охватившей большинство европейских стран. Главными покровителями искусств в большинстве государств были монастырские ордена, а строителями, рабочими, живописцами, переписчиками и декораторами рукописей — монахи; лишь в конце 11 в. появились бродячие артели каменотёсов-мирян (строителей и скульпторов).
Отдельные романские здания и комплексы (церкви, монастыри, замки) нередко создавались среди сельского ландшафта и, размещаясь на холме или на возвышенном берегу реки, господствовали над округой как земное подобие «града божьего» или наглядное выражение могущества сюзерена. Романские здания прекрасно гармонируют с природным окружением, их компактные формы и ясные силуэты как бы повторяют и обогащают естественный рельеф, а местный камень, чаще всего служивший материалом, органично сочетается с почвой и зеленью.
Церковь монастыря Мария Лях ФРГ 1093 – 1156 г.
Наружный облик построек Р. с. исполнен спокойной и торжественно-суровой силы. В создании этого впечатления немалую роль играли массивные стены, тяжеловесность и толщина которых подчёркивались узкими проёмами окон и ступенчато углублёнными порталами, а также башни, которые становятся в Р. с. одним из важнейших элементов архитектурных композиций.
Собор св. Петра и св. Павла в Крушвице (Польша) 12 век
Романское здание представляло собой систему простых стереометрических объёмов (кубов, параллелепипедов, призм, цилиндров), поверхность которых расчленялась лопатками, аркатурными фризами и галереями, ритмизирующими массив стены, но не нарушающими его монолитной целостности. Каждая из главных частей храма представляла собой отдельную пространственную ячейку, как внутри, так и снаружи четко обособленную от остальных, что во многом было обусловлено требованиями церковной иерархии.
В интерьере мерные, медлительные ритмы разделяющих нефы аркад и подпружных арок, на значительном расстоянии друг от друга прорезавших каменную массу свода, рождали ощущение незыблемой устойчивости божественного мироустройства; это впечатление усиливалось самими сводами (преимущественно цилиндрическими, крестовыми, крестово-рёберными, реже — куполами), приходящими в Р. с. на смену плоским деревянным перекрытиям. 
Собор в Ле – Пюи Франция 11-12 в Сводчатое перекрытие центрального нефа.
Церковь Сен – Сернен в Тулузе 1096 – 1250 г.
Баптистерий в Парме начат в 1196 г.
Церковь «Сент – Этьен в Нивере Франция 1063 – 97 г.
Палаццо Ла Дзиза в Палермо 12 век
«Пятидесятница» Тимпан церкви Ла Мадлен в Везле Франция около 1130 г
Готика (от итал. gotico, буквально — готский, от названия германского племени готов), готический стиль, художественный стиль, явившийся заключительным этапом в развитии средневекового искусства стран Западной, Центральной и частично Восточной Европы (между серединой12 и 15—16 вв.). Термин «Г.» был введён итальянскими гуманистами эпохи Возрождения как уничижительное обозначение всего средневекового искусства, считавшегося «варварским». С начала 19 в., когда для искусства 10—12 вв. был принят термин «романский стиль», были ограничены хронологические рамки Г., в которой, в свою очередь, были выделены ранняя, зрелая (высокая) и поздняя фазы.
1.Ранняя Готика 2.Зрелая Готика 3. Поздняя Готика 4. Перпендикулярная Готика
Франция «Собор Франция собор Англия Англия собор в
Парижской богоматери» в Реймсе Аббатство Гисборо Уинчестере
В идеологии и культуре времени Г. сохранялись феодально-церковные основы; Г. развивалась, как и романский стиль, в областях, где господствовала католическая церковь, и под её эгидой. Ведущим типом в эпоху Г. стал собор как высший образец синтеза архитектуры, скульптуры и живописи (представленной в Г. преимущественно витражами). Огромное, несоизмеримое с человеком пространство собора, устремление к небу его башен и сводов, подчинение статуй динамическим архитектурным ритмам, ирреальное свечение витражей оказывали сильнейшее эмоциональное воздействие на верующих.
Хор Собора в Кельне 1248 – 1322 г.
Ратуша в Штральзунде (ГДР) 1278 -1315
Начали интенсивно развиваться градостроительство и гражданская архитектура (жилые дома, ратуши, гильдейские дома, торговые ряды, склады, городские башни-«бефруа» и т. д.). Складывались городские архитектурные ансамбли, в которые включались культовые и светские здания, укрепления, мосты, колодцы.
Мост Валентре Франция начало 14 века. Валентре в каоле
Главная городская площадь обстраивалась домами с аркадами, торговыми и складскими помещениями в нижних этажах. Обычно от площади расходились радиальные улицы; узкие фасады 2—5-этажных жилых домов с высокими фронтонами выстраивались вдоль улиц и набережных. Совершенствовалось фортификационное строительство: города окружались мощными стенами, проездные башни богато украшались; замки королей и феодалов постепенно теряли неприступный облик, превращались в сложные комплексы крепостных, дворцовых и культовых сооружений. В центре города, господствуя над его застройкой, находился собор или замок.
Возникшая в эпоху Г. смелая и сложная каркасная конструкция собора позволила преодолеть инертность и массивность романских построек, облегчить стены и своды, создать динамическое единство пространственных ячеек и намного увеличить интерьер.
Южная «Масляная» Башня собора в Руане 1485 – 1509 г.
Фасад собора в Страсбурге начало 1277 г. Возрождение, Ренессанс (франц. Renaissance, итал. Rinascimento), в истории культуры стран Западной и Центральной Европы эпоха, переходная от средневековой культуры к культуре нового времени (приблизительные хронологические границы В.: в Италии — 14—16 вв., в других странах — конец 15—16 вв.).
Культура В. не была простым возвращением к античной. Она её развивала и интерпретировала по-новому, исходя из новых исторических условий. Не меньшее значение, чем античное влияние, имели в культуре В. связи с национальной традицией. Огромную роль в распространении античного наследия и новых, гуманистических взглядов сыграло изобретение (середина 15 в.) и распространение в странах Европы книгопечатания.
Культура В. отразила в себе специфику переходной эпохи. Старое и новое нередко причудливо переплеталось в ней, представляя своеобразный, качественно новый сплав.
Дворец Медичи – Рикорди во Флоренции внутренний двор 1444 – 60 г.
Площадь Гроте – Маркт в Антверпене 1561 – 65 г. 
«Золотая лестница» в соборе в Бургосе Испания 1519 – 23 г.
Лестница замка в Блуа Франция около 1519 г.
«Мадонна» с младенцем и двумя ангелами около 1465 г. Флоренция
Барокко (предположительно: от португ. perola barroca — жемчужина причудливой формы) главенствующий стиль в европейском искусстве конца 16 — середины 18 вв.
В архитектуре, изобразительном и декоративном искусстве Б. было одним из основных стилевых направлений с конца 16 до середины 18 вв. Тесно связанное с монархией, аристократией и церковью, искусство Б. было призвано прославлять и пропагандировать их могущество. Для искусства Б. характерны грандиозность, пышность и динамика, патетическая приподнятость, интенсивность чувства, пристрастие к эффектным зрелищам, совмещению иллюзорного и реального, сильным контрастам масштабов и ритмов, материалов и фактур, света и тени.
Церковь Санта Мария де Окотлан Мексика 1745 60 г.
Алтарная композиция Транспаретнте в соборе в Толедо Испания 1732 г.
Виды искусства образуют торжественное монументально-декоративное единство, поражающее воображение своим размахом. Городской ансамбль, улица, площадь, парк, усадьба стали пониматься как организованное развивающееся в пространстве целое, многообразно раскрывающееся перед зрителем при его движении. Дворцы и церкви Б. благодаря роскошной, причудливой пластике фасадов, беспокойной игре светотени, слитности как бы текучих форм, сложным криволинейным планам и очертаниям приобретают живописность и динамичность, словно вливаясь в окружающее пространство. В парадных интерьерах архитектура сливается с многоцветной скульптурой, лепкой, резьбой; зеркала и росписи иллюзорно расширяют пространство, а плафонная живопись создаёт иллюзию разверзшихся сводов.
Андреевский собор в г. Киеве 1748 – 67 г.
Алтарная часть церкви св. Микулаша в Праге 1737 – 51 г.
В России развитие искусства Б., отразившего рост и укрепление дворянской абсолютной монархии, падает на 1-ю половину 18 в. Русская архитектура Б., достигшая величественного размаха в городских и усадебных ансамблях Петербурга, Петергофа, Царского Села и др., отличается торжественной ясностью и цельностью композиции зданий и архитектурных комплексов. В 1-й половине 18 в. Б. повсеместно эволюционирует к грациозной лёгкости стиля рококо, сосуществует и переплетается с ним, а с 1760-х гг. вытесняется классицизмом.
Классицизм (от лат. classicus — образцовый), художественный стиль и эстетическое направление в европейской литературе и искусстве 17 — начала 19 вв.,
Во французском зодчестве этой эпохи складываются новые архитектурные типы: изыскано-интимный особняк, лаконически-монументальное общественное сооружение. Важнейшим интернациональным центром К. 18—начала 19 вв. становится Рим, где господствует направление, нередко сочетающее величавое благородство форм с абстрактной и холодной идеализацией.
Застава Ла – Виллет в Париже 1785 – 89 г.
Для немецкого классицистического зодчества 18—начала 19 вв. характерен строгий и рациональный стиль построек.
В английском классицистическом зодчестве 18—начала 19 вв. первоначально преобладает палладианство, тесно связанное с расцветом паркового строительства. Постройки братьев Адам, отмеченные особым изяществом декоративной отделки.
Русский К. возник в середине 18 в. и превратился в господствующий стиль в последней трети 18—1-й трети 19 вв. Процесс формирования нации, подъём государственности и небывалый для России расцвет светской культуры. Были историко-идеологической почвой, питавшей патриотический пафос русского К.
В эпоху русского ампира (1-я треть 19 в.), отражающего идеи политического триумфа и мощи России, осуществляются, особо грандиозные градостроительные мероприятия формируются, ансамбли центров Костромы, Полтавы, Твери, Ярославля и других городов. Величественные ансамбли и отдельные здания (преимущественно в Петербурге) создают А. Н. Воронихин, А. Д. Захаров, Ж. Тома де Томон, К. И. Росси, В. П. Стасов; в Москве строительство ведется Д. И. Жилярди, О. И. Бове, А. Г. Григорьевым (особенно характерным для Москвы становится тип небольшого особняка с уютным интерьером). Тонким своеобразием и поэтичностью отличаются городские особняки и сельские усадьбы русского К., где классицистические формы и декор находят органическое воплощение в дереве.
Актовый зал Московского университета 1817 19 в.
«Модерн», стиль «модерн» (франц. moderne — новейший, современный), одно из названий стилевого направления в европейском и американском искусстве конца 19 — начала 20 вв. «М.» явился первым относительно цельным стилем художественного оформления различных сфер буржуазного быта.
Архитектура «М.» была первым шагом в архитектурном развитии 20 в.. Она искала единства конструктивного и художественного начал. Применяла каркасные конструкции, разнообразные, в том числе новые, строительные и отделочные материалы (железобетон, стекло, кованый металл, необработанный камень, изразцы, фанера, холст). Свободно размещая в пространстве здания с различно оформленными фасадами, архитекторы «М.» восставали против симметрии и регулярных норм градостроительства. Богатейшие возможности формообразования, предоставленные новой техникой, они использовали для создания подчёркнуто индивидуализированного образного строя; здание и его конструктивные элементы получали декоративное и символически-образное осмысление. Наряду со стремлением к необычным живописным эффектам, динамикой и текучей пластичностью масс, уподоблением архитектурных форм органическим природным явлениям (постройки А. Гауди в Испании, В. Орта и Х. К. ван де Велде в Бельгии, Ф. О. Шехтеля в России) существовала и рационалистическая тенденция: тяготение к геометрической правильности больших, спокойных плоскостей, к строгости, порой даже пуризму (ряд построек И. Хофмана, И. Ольбриха в Австрии, Ч. Р. Макинтоша в Шотландии, поздние работы Шехтеля). Некоторые архитекторы начала 20 в. предвосхищали во многом функционализм, стремились выявить каркасную структуру здания, подчеркнуть тектонику масс и объёмов (ряд построек О. Вагнера в Австрии, П. Беренса в Германии, О. и Г. Перре во Франции).
Основным средством выражения в стиле «М.» является орнамент, который не только украшает произведение, но и формирует его композиционную структуру. В интерьерах бельгийских. архитекторов изящные линейные плетения, подвижные растительные узоры рассыпаны по стенам, полу и потолку, концентрируются в местах их сопряжения, объединяют архитектурные плоскости, активизируют пространство. Бесконечно текущие, то плавно, то взволнованно извивающиеся, чувственно-сочные линии декора несут духовно-эмоциональный и символический смысл, сочетая изобразительное с отвлечённым, живое с неживым, одухотворённое с вещным.
У мастеров венского «М.» — И. Хофмана, И. Ольбриха, — в работах шотл. группы «Четверо» во главе с Ч. Р. Макинтошем строго геометричный орнамент варьирует мотивы круга и квадрата. Несмотря на провозглашенный отказ от подражания историческим стилям, художники «М.» использовали линейный строй япон. гравюры, стилизованные растительные узоры Эгейского искусства и готики, элементы декоративных композиций барокко, рококо, ампир.
Ограда станции метрополитена в Париже около 1910 г.
shkolnie.ru
Наука о материалах имеет глубочайшую историю развития. Истоком ее служат первые истинные познания материалов в древности.
Условно можно выделить три основных по своей продолжительности не равных этапа в ее истории. Возникновение науки и каждый этап ее развития всегда были обусловлены производством, практикой. В свою очередь, развитие производства являлось следствием возрастающих потребностей в материалах у общества.
Первый этап охватывает наиболее длительный период. При необходимости в нем можно выделить более дробные подпериоды, например древнейшие и древние времена, средние и поздние века. Имеется достаточно оснований утверждать, что исходным моментом для становления науки о материалах явилось получение керамики путем сознательного изменения структуры глины при ее нагревании и обжиге.
Исследования раскопок показывают, что предки улучшали качество изделий вначале подбором глин, затем с помощью изменения режима .нагревания и обжига на открытом огне, а позже — в специальных примитивных печах. Со временем чрезмерную пористость изделий научились уменьшать глазурованием.
О течением значительного времени человечество познало самородные, а затем и рудные металлы, крепость и жесткость которых были известны уже с 8-го тысячелетия до н.э. Холоднокованая самородная медь была вытеснена медью, выплавленной из руд, которые встречались в природе чаще и в больших количествах. В дальнейшем к меди стали добавлять другие металлы, так что в 3-м тысячелетии до н.э. научились изготовлять и использовать бронзу как сплав меди с оловом, а также обрабатывать благородные металлы, уже широко известные к тому времени. Масштабы использования металлов возрастали, и человечество вступило из бронзового века в железный, поскольку железные руды оказались доступнее медных. В 1-м тысячелетии до н.э. преобладало железо, которое научились соединять с углеродом при кузнечной обработке в присутствии древесного угля. Пока точно не установлено, когда началось применение термической обработки стали, но все же известно, что в IXиVIIIвв. до н.э. жители Луристана (территория западного Ирана) использовали ее в быту и технике.
Сознательное создание новых керамических и металлических материалов и изделий было обусловлено определенным прогрессом производства. Возрастала необходимость в более глубоком понимании свойств материалов, особенно прочности, ковкости и других качественных характеристик, а также способов возможного изменения их. К этому времени развились мореплавание, ирригация, постройка пирамид, храмов, укрепление грунтовых дорог и т.д. Пополнились новыми сведениями и фактами теоретические представления о материалах.
Первыми и наиболее правдоподобными суждениями о сущности качества материалов и о слагающих частицах вещества были суждения древнегреческих философов Демокрита (около 460 или 470 до н.э.) и Эпикура (341—270 до н.э.). Их учения об атомизме возникли под влиянием наблюдений за состоянием и свойствами природных камней, керамики, бронзы и стали. Примерно к тому же времени, относится и философия древнегреческого ученого Аристотеля, который установил 18 качеств у материалов: плавкость—неплавкость, вязкость—хрупкость, горючесть—негорючесть и т.п. Три известных состояния вещества (твердое, жидкое и газообразное) и отношение их к энергии выражалось Аристотелем четырьмя элементами: землей, водой, воздухом и огнем, что с позиций физики являлось определенным достижением. Римский философ Тит Лукреций Кар (99—55 до н.э.) в дидактической поэме «О природе вещей» излагал свои суждения о природе свойств материалов: «...что, наконец, представляется нам затверделым и плотным, то состоять из начал крючковатых должно непременно, сцепленных между собой наподобие веток сплетенных. В этом разряде вещей, занимая в нем первое место, будут алмазы стоять, что ударов совсем не боятся, далее — твердый кремень и железа могучего крепость, так же как стойкая медь, что звенит при ударах в засовы...»1.
Для древнего периода науки весьма характерна нерасчлененность ее по отдельным видам строительных материалов. В значительной мере в ней прослеживается общая взаимосвязь между качеством материалов и их атомистическим составом, хотя, естественно, до подлинных научных химических знаний о составе и свойствах было еще весьма далеко. Теория строилась в основном на догадках, интуициях, хотя были и удивительные решения, например в IIIв. до н.э. уже умели придавать строительным растворам гидравлические свойства, т.е. способность к их твердению в водной среде с помощью природных добавок. Этим же специалисты занимаются до сих пор.
К первому периоду относится и средневековье с характерной для него алхимией. Именно в этот период Парацельс заменяет четыре элемента Аристотеля тремя своими — солью, серой и ртутью, что можно расценить как интуитивное предсказание роли межатомных связей в формировании свойств веществ. К этому периоду относится и учение Декарта (1596—1650) о том, что природа представляет собой непрерывную совокупность материальных частиц, что движение материального мира вечно и сводится к перемещению мельчайших частиц — атомов. Перемещение атомов или, как их тогда называли, корпускул, составляло основу корпускулярной теории строения вещества, что было значительным достижением в области познания составов, внутренних взаимодействий и свойств веществ. Исследования, связанные с изучением внутреннего строения (структуры) материалов, развивались медленнее, хотя у философов античного периода, как отмечалось выше, были и теории, и некоторые опытные данные. Среди наиболее выдающихся работ следует назвать публикацию Реомюра (1683—1757) о структуре (в современной терминологии — о микроструктуре) железа и ее изменениях. Опыты завершились получением нового материала — ковкого чугуна. В первых книгах по материаловедению Бирингуччо (1480—1539) и Агриколы (1494—1555) суммировались эмпирические сведения о сущности операций, выполняемых в литейном и кузнечном производствах, о плавлении руд и характере металлургического производства. Следует отметить, что к периоду средневековья относится также учреждение в Москве в 1584 г. «Каменного приказа» о камне, кирпиче и извести в связи с применением их в строительстве, который сыграл положительную роль.
Большой вклад в развитие науки о материалах был внесен гениальными русскими учеными М.В. Ломоносовым и Д.И. Менделеевым.
М.В. Ломоносов (1711—1765) заложил основы передовой русской философии и науки, особенно в области химии, физики, геологии. Он явился основоположником курса физической химии и химической атомистики, обосновывающей атомно-молекулярное строение вещества. В 1752 г. им было написано «Введение в истинную физическую химию». Касаясь распространенной в тот период корпускулярной теории, М.В. Ломоносов отмечал, что корпускулы — это мельчайшие частицы, ввел представление о молекулах и их отличии от атомов, а относительно еще более распространенного тогда учения о флогистоне, выделяющемся, якобы, при прокаливании металлов и горении веществ, то он не только отверг такое учение о таинственном «веществе огня», но и дал научное объяснение химическим явлениям, протекающим при таких воздействиях огня. Кроме того, М.В. Ломоносов впервые написал книгу на русском языке по металлургии, разработал составы цветных стекол и способ изготовления мозаичных панно из них, высказал гипотезу о происхождении янтаря и др.
Д.И. Менделеев (1834—1907) открыл важнейшую закономерность природы — периодический закон, в соответствии с которым свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины их атомной массы. Он опубликовал книгу «Основы химии»; в ней описано, в частности, атомно-молекулярное строение вещества. Д.И. Менделееву принадлежит и публикация по основам стекольного производства.
Для первого этапа становления и развития строительного материаловедения, который, как отмечалось, начался с глубокой древности и продолжался до начала второй половины XIXв., характерно сравнительно ограниченное количество разновидностей материалов и опытных данных по их качественным характеристикам. Однако великие ученые и философы тех времен с помощью интуиции и логики, гипотез и теорий, а несколько позже — с привлечением новых знаний в физике и открытий в химии и физической химии (последняя свое поступательное развитие начала с работ М.В. Ломоносова) сумели дать достаточно полное представление о составе веществ, внутренних взаимодействиях мельчайших частиц и свойствах. Были установлены некоторые общие зависимости свойств веществ, особенно механических, от их состава. Менее изученной оставалась зависимость свойств от структуры, хотя еще в 1665 г. английский ученый Роберт Гук выявил у металлов типичную кристаллическую структуру, т.е. за 200 лет до открытия микроструктуры стали под микроскопом английским ученым Генри Сорби.
Второй этап развития строительного материаловедения условно начался со второй половиныXIXв. и закончился в первой половинеXXв. Важнейшим показателем этого этапа явилось массовое производство различных строительных материалов и изделий, непосредственно связанное с интенсификацией строительства промышленных и жилых зданий, общим прогрессом промышленных отраслей, электрификацией, введением новых гидротехнических сооружений и т.п. Характерным является также конкретное изучение составов и качества производимых материалов, изыскание наилучших видов сырья и технологических способов его переработки, методов оценки свойств строительных материалов со стандартизацией необходимых критериев совершенствования практики изготовления продукции на всех стадиях технологии.
Второй этап отличается сравнительно быстрым ростом производства новых материалов, ранее отсутствовавших в номенклатуре. Достижения науки о материалах в нашей стране исходят от основоположников крупнейших научных школ Ф.Ю.Левинсона-Лессинга, Е.С. Федорова, В.А. Обручева, А.И.Ферсмана, Н.А. Белелюбского, занимавшихся исследованием минералов и месторождений природных каменных материалов (горных пород). В результате строительное материаловедение обогатилось данными петрографии и минералогии при характеристике минерального сырья, используемого после механической переработки либо в сочетании с химической переработкой в виде готовой продукции — природного камня штучного и в рыхлом состоянии, керамики, вяжущих веществ, стекла и др. С той же целью начали применять побочные продукты производств — шлаки, эолы, древесные отходы и пр.
В номенклатуре материалов, кроме применявшихся на первом этапе камня немолотого или грубо околотого, меди, бронзы, железа и стали, керамики, стекла, отдельных вяжущих, например гипса, извести, появились новые цементы, и начался массовый выпуск портландцемента, открытого Е. Челиевым в начале XIXв. В разработке новых для того времени минеральных вяжущих веществ участвовали А.Р. Шуляченко, И.Г. Малюга, А.А. Байков, В.А. Кинд, В.Н. Юнг, Н.Н. Лямин и другие ученые. Улучшилось качество и издревле известных извести и гипса. Так, И.В. Смирнов предложил использовать в строительстве молотую негашеную известь, в то время как в течение двух тысячелетий известь применялась после ее гашения водой; И.А. Передерни предложил высокопрочный гипс; А.В. Волженский при участии А.В. Ферронской — гипсоцементное пуццолановое вяжущее; П.П. Будников — ангидритовый цемент и др.
Быстро развивалось производство цементных бетонов различного назначения; сформировалась специальная наука о бетонах — бетоноведение. В 1895 г. И.Г. Малюга издал первый в нашей стране труд «Состав и способы приготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости». Он впервые вывел формулу прочности бетона и сформулировал так называемый закон водо-цементного отношения. Несколько раньше французский ученый Фере предложил формулу прочности цементного камня (и бетона). В 1918 г. была установлена прочность бетона Абрамсом (США), уточненная Н.М. Беляевым, что послужило исходной позицией для разработки метода подбора (проектирования) состава плотного и высокопрочного бетона. Появилась и формула прочности Боломея (Швейцария), уточненная Б.Г. Скрамтаевым применительно к отечественным исходным компонентам.
Аналогичный процесс обновления и интенсификации производства с одновременным развитием соответствующих наук на этом этапе произошел и в отношении многих других материалов. Так, например, на основе извести и портландцемента осуществлялся массовый выпуск разновидностей смешанных цементов и вяжущих веществ. Последующие исследования Н.М. Беляева, И.П. Александри-на, Б.Г. Скрамтаева, Н.С. Завриева и других ученых способствовали существенному повышению качества бетона с уточнением ранее полученных зависимостей его прочности (Абрамсом, Боломеем). К этому же времени Н.А. Попов разработал научные основы технологии легких бетонов и строительных растворов, объемы применения которых быстро возрастали, особенно в жилищном строительстве. Были предложены новые разновидности искусственных заполнителей для легких бетонов — керамические, шлаковые и др.
В конце XIXв. формируется технология изготовления железобетона и получает развитие наука о железобетоне. Этот высокопрочный материал был предложен французскими учеными Ламбо и Ко-валье, садовником Монье (1850—1870). В России А. Шиллер, а затем в 1881 г. Н.А. Белелюбский провели успешные испытания конструкций из железобетона, а в 1911 г. были изданы первые технические условия и нормы для железобетонных конструкций и сооружений. Особого внимания заслужили безбалочные железобетонные междуэтажные перекрытия, разработанные в Москве А.Ф. Лолей-том (1905). В концеXIXв., после успешных исследований, внедрен в строительство предварительно напряженный железобетон. В 1886 г. П. Джексон, Деринг, Мандель, Фрейсине взяли патент на его применение и развили этот метод. Массовое производство преднапряженных конструкций началось несколько позже, а в нашей стране — на третьем этапе развития строительного материаловедения. К этому периоду относится внедрение и сборного железобетона. Развивались научные концепции производства многих других строительных материалов. Уровень познания поднялся так, что в цементной, полимерной, стекольной и некоторых других отраслях разрыв во времени между окончанием научной разработки и внедрением ее в производство становился весьма малым, т.е. наука превращалась в непосредственную производительную силу.
В нашей стране, как и в других развитых странах, создавались отраслевые научные институты — НИИЦемент, НИИЖелезобетон, НИИСтройполимер, НИИАсбестоцемент, НИИКерамика, НИИ-Минерального сырья и др. Периодически собирались национальные и международные конгрессы по проблемам дальнейшего совершенствования технологий и повышения качества традиционных и новых материалов. В них остро нуждалось жилищное, промышленное, гражданское, дорожное, гидротехническое, сельскохозяйственное и другие виды строительства. Развитие практики на этом этапе в строительном материаловедении было в известной мере гипертрофировано по сравнению с теорией. Раскрытие теоретических принципов и общих закономерностей сдерживалось необходимостью быстрейшего решения проблемы интенсификации производства строительных материалов и изделий для удовлетворения острой нужды в них в этот трудный период времени.
Гипертрофирование практики выразилось, в частности, в том, что фундаментальная наука о материалах именовалась как «Строительные материалы» с достаточно подробным описанием в них производимых материалов и изделий, но, как правило, вне связи между собой. Под этим названием издавались учебники для студентов высших и средних специальных учебных заведений. Одним из первых массовым тиражом в 1896 г. вышел в свет учебник В.В. Эвальда, переиздававшийся затем 14 раз под названием «Строительные материалы, их изготовление, свойства и испытания». Далее следовали аналогичные учебники «Строительные материалы», подготовленные В.А. Киндом и С.Д. Окороковым (1934 г.), Б.Г. Скрамтаевым, Н.А. Поповым и др. (1950 г.), В.А. Воробьевым (1952 г.), А.Г. Комаром (1967 г.), а также другими авторами с неоднократным их переизданием. Несомненно, эта учебно-методическая литература сыграла и продолжает играть свою роль главнейших систематизированных пособий в изучении научной практики производства строительных материалов и изделий, научных основ их качества и широкого применения в строительстве.
Третий этап охватывает период со второй половины XXв. до настоящего времени. Он характеризуется, во-первых, процессом дальнейшего расширения производства строительных материалов и углублением соответствующих им специализированных наук и, во-вторых, — интеграцией научных знаний о строительных материалах и изделиях в их сложной совокупности. Расширение производства материалов вызывалось по-прежнему необходимостью восстановления жилищного и промышленного фонда после второй мировой войны. Строительство было переведено на индустриальные способы, в частности, путем заводского изготовления изделий из железобетона, конвейеризации производства сборного бетона и железобетона. Если в 1950 г. в нашей стране было изготовлено 1,3 млн. м3сборного железобетона в виде панелей и блоков, то в 1960 г. — 30,2 млн. м3, в 1970 г. — 84,6 млн. м3, в 1980 г. -122 млн. м3, в 1985 г. 151,0 млн. м3, из которых почти 30 млн. м3- предварительно напряженных сборных железобетонных конструкций. Увеличивались объемы выпуска изделий и конструкций из легких и ячеистых бетонов (в 1985 г. — 25 млн. м3).
Соответственно быстро возрастала мощность цементной промышленности. Если в 1950 г. выпуск цемента составил 10,2 млн. т., то в 1960 г. — 45,5, в 1970 г. — 96, в 1980 г. — 125, а в 1985 г.— 131 млн. т. Количество разновидностей цементов составило 30. Высокий уровень развития этой промышленности был также и во многих других странах.
Керамическое производство стало высокомеханизированной и автоматизированной отраслью в промышленности строительных материалов. Во второй половине XXв. годовая производительность одной технологической линии составляла на заводах до 30 млн. шт. стандартного кирпича. Были внедрены поточно-конвейерные линии с годовой производительностью до 1 млн. м2облицовочных керамических плиток и до 800 тыс. м2плиток для полов.
В стекрльной промышленности выпуск листового стекла также быстро увеличивался: в 1950 г. — 77, в 1960 г. — 147, в 1970 г. — 231, в 1980 г. — 245 млн. м2. Действовали механизированные линии по изготовлению стеклопрофилита.
Ежегодно нарастал объем выпуска полимерных материалов повышенной термостойкости, прочности и негорючести, долговечности и стабильности, многих других строительных материалов и изделий. Рост производства сопровождался развитием и специализированных наук, их прогрессом. Существенный вклад в развитие .специализированных направлений науки о строительных материалах и изделиях, а также в совершенствование их производства и повышение качества в нашей стране внесли П.П. Будников, П.И. Бо-женов, Ю.М. Бутт, И.И. Верней, Ю.М. Баженов, А.В. Волженский, И.Н. Ахвердов, В.А. Воробьев, Г.И.Горчаков, В.Д. Глуховский, И.А. Иванов, Г.И. Книгина, В.Г.Микульский, В.В. Михайлов, В.М. Москвин, Л.М. Перелыгин, И.А. Рыбьев, П.В. Сахаров, П.Н. Соколов, В.В.Тимашев, А.Я. Тихонов, И.М. Френкель, А.Е. Шейкин, С.В. Шестоперов, М.И. Хигерович, В.М. Хрулев, В.И. Харчевников и др. Большой научный и практический вклад на современном этапе строительного материаловедения внесли многие зарубежные специалисты.
Процесс специализации наук о строительных материалах продолжался. Возникли стыковые области познания комплексных материалов, например полимерцементных, силикатополимерных, шлакокерамических и многих других. Это существенно обогащало практику строительного материаловедения, отрасли промышленности строительных материалов и изделий.
Третий этап строительного материаловедения характеризовался не только развитием практики, но и теории, систематизацией теоретических знаний о материалах в их сложной совокупности и взаимосвязи. Были установлены общие закономерности в свойствах искусственных и природных материалов оптимальной структуры, общие научные принципы в технологиях различных материалов, общие методы оптимизации их структуры, обобщенные критерии (качественные и количественные) прогрессивных технологий и др.
Первые обобщения в науке о материалах выразились в разработке Д.С. Белянкиным (1876—1953) технической петрографии с получением огнеупоров, абразивов и некоторых других искусственных камней. Новым импульсом развития материаловедческой науки на третьем этапе стала физико-химическая механика — пограничная наука между физической химией и механикой, разработанная П А Ребиндером при участии большой группы ученых (в том числе вузов), отмеченных АН СССР, — Н.А. Попова, А.Н. Попова, Г.И. Логтинова, МЛ. Воларовича, Н.Н. Иванова, И.А. Рыбьева, К.Ф. Жигача, Д.М. Толстого, Г. Д. Диброва, Б.В. Веденеева, Е.Е. Сигаловой, Л.А. Казаровицкого, Л.П. Орентлихер и др. В этой области науки показаны основы управления технологическими процессами получения различных строительных и конструкционных материалов с заданными свойствами, высокой надежностью и долговечностью. Определены условия эффективного дробления и тонкого измельчения, резания и механической обработки твердых тел с учетом воздействия окружающей среды. Направленностью к обобщениям и интеграции в науке о материалах отличаются исследования О.П. Мчедлова-Петросяна, П.И. Боженова, А.В. Нехорошева, П.Г. Комохова, В.И. Соломатова, В.И. Харчевникова и др.
С начала второй половины XXв. возникла и получила последующее развитие теория искусственных строительных конгломератов как «важнейший компонент современного строительного материаловедения»1. Она была разработана И.А. Рыбьевым и его научной школой. В ней изложены: сущность теоретической технологии; научные принципы формирования оптимальных структур, при которых материалы становятся подобными между собой экстремальными значениями структурочувствительных свойств; общие и притом объективные (т.е. встречающиеся в природе, например у горных пород, древесины) закономерности изменения свойств (закон створа, закон конгруэнции, закон прочности и некоторых других свойств) в математических выражениях; основные аспекты долговечности материалов; теория методов (методология) научного исследования и технического контроля качества и т.п. (см. ниже 1.3).
Третий компонент, присутствующий в науках в виде основ .мировоззрения, имеется, естественно, и в данной науке о материалах. Здесь он отличается от других компонентов (практики и теории) не только своей философской направленностью, выражающейся в научно-абстрактных законах этой фундаментальной строительной науки, но и специфическими тенденциями ее развития: углубление дифференцированных знаний о каждом строительном материале и синтез научных знаний о материалах в их сложном и систематизированном единстве. В этом единстве обеих тенденций заключена одна из эффективных внутренних сил поступательного развития строительного материаловедения с разработкой и доказательством новых гипотез и закономерностей, с прогнозированием будущих успехов в практике и теории.
studfiles.net
