CC BY
18ках его лицевой поверхности - это значит, что найдена форма данного материала. Важным критерием оценки творчества архитектора является его умение добиться в композиции зрительной узнаваемости материала по характеру формы, пластики и пропорций объема из него. Овладев азбукой этого искусства, можно выйти на следующий уровень профессиональной работы: сознательно нарушать выявленные пластические закономерности для достижения оригинальных архитектурно-художественных эффектов.
Серия аналитических упражнений, позволяющих подробно разобраться в пластике и пропорциях различных элементов и частей сооружений из различных материалов, понять их особенности вплоть до характера разрушений каждого вида (рисунок трещин, характер сколов и обломов т.п), целесообразна при абстрактной, не утилитарной композиции. Любая узнаваемая деталь часто «подсказывает», из чего она сделана (если изображаются «кудри» вверху цилиндра, он тут же становится ионической колонной из природного камня). Только абстрактная форма способна демонстрировать пластику материала. При этом необходимо учитывать величину, объем, габарит, сопоставлять максимально возможные размеры форм из различных материалов. Пластические приемы (иногда весьма остроумные) позволяют представить определенный материал куба или шара. Один из студентов изобразил расколотый шар, и по характеру трещин стало ясно, из какого материала он сделан.
Форма самого материала может заметно расширить свободу формообразования. Керамический кирпич со скошенными тычковыми и чуть выпуклыми ложковы-ми гранями, который изобрел А. Аалто, позволяет выкладывать как прямые, так и закругленные участки стен зданий. Р. Бофилл показал формообразующие возможности сборного железобетона, которые труднодоступны при работе с крупноформатными материалами.
Главная роль структуры материала при определении характера пластики не вызывает сомнений. Но и поверхность его формы обладает достаточным потенциалом, чтобы зрительно ее выявить, подчеркнуть или, наоборот, разрушить. Если структура материала обладает формообразующими возможностями, то его поверхность - фор-мовыявляющими. Понятно, что наиболее ценны материалы, участвующие в создании и формы, и поверхности, которые не требуют дополнительной отделки.
Уместно подчеркнуть, что пластика поверхности опосредованно, но существенно (в гораздо большей степени, чем пластические возможности структуры материала) зависит от характера освещения. В условиях направленного света (например, яркий солнечный свет) поверхность получает четкие полутона, линии границ собственных и падающих теней, делающие пластику ясно читаемой. Наибольшего эффекта можно достичь, используя материалы с лицевой поверхностью белого цвета с шероховатой и матовой фактурой. Именно такова поверхность материалов архитектурных объемов в беспощадно солнечных странах, как например Арабские Эмираты. Пасмурное небо, характерное для северных широт России, дающее рассеянный равнояр-кий свет, определяет применение материалов, поверхность которых имеет формовыявляющие способности без помощи классической светотени.
Как уже указывалось ранее, рассматриваемая тематика исследований неисчерпаема, но именно она позволяет в полной мере использовать возможности материальной палитры в архитектуре.
Список цитируемой литературы:
1. Айрапетов Д.П. Материал и архитектура / Д.П. Айрапе-тов. - Москва: Стройиздат, 1978. - 270 с.: ил. - (Материал в архитектуре).
2. Байер В.Е. Архитектурное материаловедение / В.Е. Байер. -Москва: Архитектура-С, 2019. - 265 с. - (Специальность «Архитектура»). - ISBN 978-5-9647-0043-2.
П.М. Жук DOI: 10.24411/9999-034A-2020-10128
P.M. Zhuk
Материаловедческий аспект гомеостата объектов архитектуры The material science aspect of the homeostat of architectural objects
Ключевые слова: интеллектуальные строительные материалы, гомеостат, отрицательная обратная связь. Keywords: intellectual building materials, homeostat, negative feedback.
Аннотация: Статья посвящена основным принципам использования интеллектуальных строительных материалов. Их функционирование в объектах архитектуры связано с самоподдержанием и саморегулированием в рамках строительной системы.
Abstract: The basic principles of use of intellectual construction materials are considered in the article. Their functioning in objects of architecture is connected with self-maintenance and self-regulation within a construction system
Развитие технологий умного дома и умного города связано с внедрением в архитектурно-строительную практику неотъемлемых инженерных составляющих этих объектов - систем инженерного оборудования, кон-
струкций, строительных материалов, обладающих признаками интеллектуальных реакций на средовые воздействия. Современная методология проектирования умных зданий базируется на принципах функциониро-
вания живых организмов и экосистем в отношении их способности к самоподдержанию и саморегулированию. Как для отдельных организмов, так и для экосистем такое свойство называется гомеостазом, для строительных объектов название было несколько видоизменено и звучит как «гомеостат» [2]. В свою очередь, область гомеостаза совпадает с зоной действия так называемой отрицательной обратной связи, под которой понимается обратная связь, уменьшающая отклонения от оптимальных (стандартных) условий функционирования системы. Принцип действия обратной связи в системе «материал - среда» показан на рисунке 1 по аналогии с работой этого принципа в экосистемах по А.К. Бродскому [1]. Датчиком выступают средовые воздействия, исполнительным элементом - реакция материала, а продуктом - его состояние. Под шумами в системе подразумеваются неконтролируемые и нерегулируемые параметры, оказывающие влияние на продукт.
Для применяемых в объектах архитектуры материалов существует целый ряд особенностей саморегулирования систем. К таким особенностям стоит отнести необходимость саморегулирования по всему жизненному циклу материала (включая ранние этапы добычи сырья и производства), способность к саморегулированию без дополнительной стимуляции (использования средств автоматики), а также наличие материала во всех иных составляющих архитектурных объектов (конструкциях, инженерных системах и т.п.). Стоит подробнее пояснить некоторые из трех приведенных особенностей процессов саморегулирования для материалов.
Весь жизненный цикл строительного материала должен рассматриваться как система, обладающая способностью к самоподдержанию. Важную роль в этом отношении играет необходимость обеспечения замкнутости жизненных циклов в рамках циркуляционной экономики. При этом используется принцип «от колыбели к колыбели» (вместо ранее применявшегося подхода «от колыбели до могилы»). Если на этапе добычи сырья происходит воздействие на экосистемы, то это играет особенную роль в экологической оценке материала [5,6]. Производства в целом стремятся к снижению энергозатрат и воздействий на окружающую среду. В настоящее время существуют тенденции, связанные с использованием аддитивных технологий. При этом печать архитектурных объектов развивается по двум направлениям: небольшие объекты выполняются прямо на месте привязки; крупные объекты собираются из крупноразмерных элементов, напечатанных с использованием облегченных материалов в производственных условиях. В целом гомеостат жизненного цикла стоит рассматривать с учетом стадии разработки материалов и архитектурного проектирования, поскольку здесь закладываются интеллектуальные аспекты функционирования материалов и конструкций в объекте.
В качестве примера самостоятельных способностей материалов к саморегулированию стоит привести разработку электрохромных стекол. Этот вид стекла был запатентован в XX веке и позволял регулировать све-топрозрачность с помощью электроэнергии. На совре-
менном этапе уже часто применяют стекла, способные самостоятельно регулировать светопрозрачность в зависимости от интенсивности солнечного излучения. Например, такие стекла получаются с покрытием из оксида олова - оксида ванадия - оксида олова. Они самостоятельно меняют светопрозрачность в видимом диапазоне от 30 до 70% в зависимости от освещенности.
Присутствие материалов во всех иных системах позволяет классифицировать строительные материалы по их роли в гомеостате архитектурных объектов. Материалы могут выполнять функции для саморегулирования на уровне всего объекта (объектный уровень), на уровне конструкции или отдельной системы, а также в масштабе самого материала. В качестве дополнения может рассматриваться уровень отдельного типа помещений в здании (например, материалы, используемые для создания комфортного микроклимата, или антистатические покрытия для пола в помещениях с различным оборудованием).
Кроме обозначенных уровней стоит рассматривать основные направления и возможности участия материалов в гомеостате объекта архитектуры. Среди таких направлений стоит выделить следующие:
1) обеспечение разных видов безопасности функциональных систем объекта;
2) формирование комфортного микроклимата в помещениях объекта;
3) участие материалов в выработке энергии;
4) участие материалов в очистке атмосферного воздуха и снижении различных нагрузок на человека и окружающую среду;
5) самоочищение и самовосстановление применяемых на объекте материалов.
Рассмотрим лишь некоторые примеры по каждому из приведенных направлений. Среди возможностей обеспечения безопасности с помощью материалов можно использовать интумесцентные покрытия (с фуллереном в качестве компонента), позволяющие повысить огнестойкость металлических конструкций за счет образования термоизоляционного пенококсового слоя при пожаре [4]. Формирование комфортного микроклимата может осуществляться за счет использования в отделочных материалах помещений (гипсокартон, штукатурка или краска) материалов, изменяющих фазу, которые позволяют удерживать в помещении комфортную температуру вне зависимости от температуры атмосферного воздуха в летний период. Анализ жизненного цикла отделочных материалов с изменяющими фазу компонентами в виде гранул с воском (диаметром около 5 мкм) показал экологическую эффективность и долговечность этих компонентов [11].
Участие материалов в выработке энергии может быть связано с применением в благоустройстве материалов с пьезоэлектрическим преобразователем или с трибо-электрическим наногенератором. Технология с пьезоэлектрическим преобразователем впервые была применена на Олимпийских играх 2012 года в Лондоне. В запатентованной Лоуренсом Кембелл-Куком плитке из полимерного материала, поверхность которого на 90%
выполнена из переработанных резиновых покрышек, установлен соответствующий преобразователь механической энергии, образующейся в результате прогиба на 5 мм [10]. Материал плитки обладает хорошими упругими свойствами и высокой водонепроницаемостью, поверхность может имитировать искусственный газон; пьезоэлектрический кристалл изготавливается из специальной керамики (на базе цирконата-титаната свинца). Такая плитка выдерживает, по прогнозам, до 20 миллионов нажатий, что позволяет рассчитывать на срок службы до 5 лет. Если плитка с пьезоэлектрическим преобразователем рассчитана на преобразование кинетической энергии прогиба, когда люди наступают на нее, в том числе в танце (в помещении ночного клуба в Сан-Франциско), в электрическую энергию, то так называемый трибоэлектриче-ский наногенератор действует по принципу, похожему на возникновение статического электричества на волокнах одежды. Используя эффект образования электричества при контакте волокон с разным потенциалом привлечения электронов, исследователи из Университета Висконсина (Мэдисон, США) разработали напольное покрытие с обработанными специальным составом нановолокнами целлюлозы, которые позволяют генерировать энергию при контакте с необработанными нановолокнами.
Отдельным примером является использование различных материалов для солнечных панелей, позволяющих генерировать электроэнергию. Известные солнечные панели из аморфного, моно- и поликристаллического кремния имеют коэффициент полезного действия (КПД), который оставляет желать лучшего (как правило, КПД не превышает 25%). В связи с этим постепенно в архитектуре получают распространение солнечные элементы из таких минералов, как халькопирит и перовскит. При этом использующееся соединение меди, индия и селена лишь по своей кристаллической структуре схоже с минералом халькопиритом, а соединения структуры перовскита являются полностью искусственно выращенными. Преимуществами новых материалов из меди, индия и селена для солнечных элементов являются возможности корректировки ширины запрещенной зоны, под которой в полупроводниках понимается энергия, разделяющая зоны - валентную (с электронами) и проводимости. Кроме этого, соединения структуры халькопирита обладают максимально широкой полосой спектра поглощения, что также позволяет увеличивать КПД. В той же области (ширина запрещенной зоны и диапазон поглощаемого солнечного излучения) находятся аспекты эффективности искусственного перовскита (например, с галогенидом свинца или индия-галлия арсенидом). Например, такие соединения способны к поглощению коротковолнового излучения, что повышает эффективность элементов.
Участие материалов и покрытий в очистке атмосферного воздуха связано с возможностями фотокаталитического процесса с применением диоксида титана, когда путем адсорбции окислов азота и их преобразования в менее опасные нитраты происходит очистка воздуха от вредных компонентов. Хемосорбция вредных компонентов, которые в связи с этим не выделяются в окружа-
ющую среду, может осуществляться при использовании специальных типов грунтовок. Шумовые воздействия на окружающую среду от автотранспорта могут существенно снижаться путем использования специальных дорожных покрытий [7]. Самоочищение происходит за счет применения диоксида титана, частицы которого при фотокатализе образуют частокол, препятствующий смачиванию поверхности. Самовосстановление бетона за счет деятельности бацилл в гранулах после растворения их оболочки при попадании воды разработано в Нидерландах и является перспективной технологией интеллектуальных материалов.
Самовосстановление бетона с помощью деятельности живых организмов (в частности, бактерий) - это прекрасный пример интеллектуального подхода к ремонтопригодности материалов, но есть примеры умных материалов, которые сами себя изготавливают на стройке. В обоснование гомеостатической природы этих процессов можно констатировать, что здесь не обходится без активного участия живых организмов. Речь идет о достаточно прочных кирпичах, которые формируются из растительных отходов (шелуха пшеницы и риса, древесина и картон), в результате жизнедеятельности грибов видов Ganoderma Lucidum, Pleurotus Ostreatus, Lentinula edodes и др. Пока ограничен размер изделий, но технология имеет широкие перспективы и требует строгого соблюдения экологических требований [8]. При этом появились первые архитектурные формы, построенные с применением изготовленных таким образом кирпичей (органическая башня Hi-Fi от The Creator Project, архитектор David Benjamin) [9]. Также с помощью микроорганизмов производятся кирпичи, основным сырьем для которых являются песок, человеческая моча и колонии бактерий, продуктом жизнедеятельности которых является фермент уреаза [3]. За счет расщепления мочевины и карбонатного осаждения происходит связывание компонентов в изделиях любой формы. Процесс «роста» кирпичей продолжается около недели, запах, связанный с выделением аммиака исчезает буквально через несколько дней. Эксплуатационно-технические характеристики материала вполне сопоставимы с кирпичами из природного известняка.
Заданный (стандартный) уровень
_i_^
Датчик
(воздействия среды)
И сп о л н ите л ьн ы й э л е мент (реакция материала)
Источник энергии
Рис. 1. Принцип отрицательной обратной связи в системе «строительный материал - среда»
Таким образом, принцип гомеостата активно применяется во многих направлениях, которые позволяют создавать объекты архитектуры. Материаловедческий аспект при этом является одним из важнейших. Поэтому на этапе архитектурного проектирования стоит учитывать возможности материалов и функциональных систем объекта к саморегулированию для обеспечения таких же характеристик всему объекту. При этом формализация выбора материала по комплексу свойств не является универсальным решением, поскольку только архитектор способен учитывать максимальное количество факторов. Принятие решения о выборе материала архитектором должно происходить с учетом всех особенностей объекта и иметь в качестве цели обеспечение гомеостата.
Список цитируемой литературы:
1. Бродский А.К. Краткий курс общей экологии: учебное пособие / А.К. Бродский. - 3-е издание. - Санкт-Петербург: ДЕАН, 1999. - 219 с.: ил. - ISBN 5-88977-037-3.
2. Волков А.А. Методология проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями: гомеостат строительных объектов: специальность 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации»: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Волков Андрей Анатольевич; Московский государственный строительный университет. - Москва, 2003.
3. Воробьева Ю. Африканские студенты создали первые в мире кирпичи из человеческой мочи / Ю. Воробьева. - Текст: электронный // Вести.Ру: [сайт]. - Опубликовано 29 октября 2018 г. - URL: https://www.vesti.ru/doc.html?id=3077118 (дата обращения: 26.04.2020).
4. Еремина Т.Ю. Особенности и принципы построения рецептур огнезащитных вспучивающихся композиций на основе эпоксидных смол / Т.Ю. Еремина, М.В. Гравит, Ю.Н. Дмитриева // Пожаровзрывобезопасность. - 2012. - № 7. - С. 52-56.
5. Жук П.М. Подходы к оценке экологической эффективности применения теплоизоляционных материалов / П.М. Жук, Т. Лютцкендорф. - Текст: электронный // Architecture and Modern Information Technologies. - 2017. - № 3 (40). -С. 243-251. - URL: https://marhi.ru/AMIT/2017/3kvart17/18_ zhuk-lutzkendorf/index.php (дата обращения: 23.04.2020).
6. Князева В.П. Экологические основы выбора материалов в архитектурном проектировании: Учебное пособие / В.П. Князева. - 2-е изд. - Москва: Архитектура-С, 2015. - 296 с. - (Специальность «Архитектура»).
7. AirClean Pflaster. Saubere Luft für urbane Räume - AirClean das aktive Betonpflaster. - URL: https://www.braun-steine.de/ produkte/stadt-und-objekt/airclean/airclean-pflaster (date of access: 23.04.2020). - Images. Text: electronic.
8. Ecovative Design: [official website]. - URL: https://ecovativedesign. com/ https://pavegen.com/(date of access: 23.04.2020). - Images. Text: electronic.
9. Hy-Fi: The Living's Local, Sustainable, 10,000 Brick Mushroom Tower At MoMA PS1. - URL: https://www.vice.com/en_us/article/ aenevj/hy-fi-the-livings-local-sustainable-10000-brick-mushroom-tower-at-moma-ps1 (date of access: 23.04.2020). - Text: electronic.
10. Pavegen: [official website]. - URL: https://pavegen.com/ (date of access: 23.04.2020). - Images. Text: electronic.
11. Zhuk, P. Lifecycle analysis of finishing products enhanced with phase changing materials / P. Zhuk // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2019. - Volume 323: Sustainable Built Environment D-A-CH Conference 2019 (SBE16 Graz), 11-14 September 2019, Graz, Austria. - URL: https:// doi.org/10.1088/1755-1315/323/1/0121354 (date of access: 23.04.2020).
Н.С. Кавер, В.П. Князева DOI: 10.24411/9999-034A-2020-10129
N.S. Kaver, V.P. Knyzeva
О реставрации штукатурных растворов на памятниках архитектуры About restoration of plaster mortar on architectural monuments
Ключевые слова: штукатурный раствор, разрушение, реставрация, санирующие штукатурки. Keywords: plaster mortar, destruction, restoration, sanitizing plasters.
Аннотация: В статье рассмотрены вопросы разрушения штукатурных растворов, а также способы и материалы для реставрации.
Abstract: Issues of the destruction of plaster mortars, as well as methods and materials for restoration are considered in the article.
Штукатурные растворы на фасадах исторических зданий служат для создания защитного слоя и декоративной отделки. На протяжении веков эти материалы несколько видоизменялись по составу и свойствам, внешнему виду. В архитектуре Средних веков мы встречаем в основном обмазочные известковые, цемяночные растворы «под рукавицу» сохраняющие естественную неровность кладки. В архитектуре барокко, классицизме поверхность поля стены приобретает большую гладкость и окрашивается красочными составами. Оконные, дверные порталы, карнизы богато декорируются рельефными элементами. Появляются сграффито, терразитовые штукатурки -
многокомпонентные составы на известково-цементном вяжущем с мраморной крошкой, слюдой.
Многообразие перечисленных вариантов штукату-рок на исторических зданиях требует индивидуальных подходов к выбору материалов и технологий реставрационных работ для обеспечения сохранности культурной ценности памятника, являясь актуальной задачей устойчивой реставрации [2, с.1].
С течением времени под действием климатических и техногенных факторов, ухудшением экологической ситуации штукатурные слои разрушаются. Наиболее характерные виды деструкции - это появление трещин
