Архитектурно-дизайнерские материалы и изделия.Ч. 1: Основы архитектурного материаловедения

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
Академия архитектуры и искусств

А. Я. Пылаев, Т. Л. Пылаева

АРХИТЕКТУРНО-ДИЗАЙНЕРСКИЕ  
МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Часть 1. Основы архитектурного материаловедения

Учебник для бакалавров
направлений «Архитектура» и «Дизайн»

Ростов-на-Дону – Таганрог
Южный федеральный университет
2018

УДК 72.01(075.8)
ББК 85.118я73
        П94

Выпускается по решению кафедры строительной механики и конструкций 
Академии архитектуры и искусств Южного федерального университета  
(протокол № 5 от 9 февраля 2018 г.)

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор,  
заведующий кафедрой «Строительные материалы»  
Донского государственного технического университета В. Д. Котляр 

кандидат архитектуры, профессор, заведующий кафедрой  
«Архитектура жилых и общественных зданий» Академии архитектуры 

и искусств Южного федерального университета В. М. Молчанов 

Пылаев, А. Я. 
Архитектурно-дизайнерские 
материалы 
и 
изделия. 
Ч. 
1. 
Основы архитектурного материаловедения [Электронный ресурс] : учебник / 
А. Я. Пылаев, Т. Л. Пылаева. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2018. – Текстовое (символьное) электронное 
издание (11,1 Мб). – 1 электрон. опт. диск (CDR). – Системные требования: 
про-цессор с тактовой частотой 1,5 ГГц и выше, 1 Гб оперативной памяти, 
Windows 7 SP1, Windows 8, 8.1, Windows 10 (32- и 64-разрядные версии), 
Acrobat Reader DC, привод DVD-ROM.

ISBN 978-5-9275-2856-1 Общий 
ISBN 978-5-9275-2857-8 Часть 1

Часть первая учебника содержит информацию о многогранной взаимосвязи архитектуры и материалов, о классификации архитектурно-дизайнерских материалов, о методах оценки свойств материалов, о видах материалов и изделий и принципах технологий их производства из разного сырья, об областях применения и проблемах безопасности использования 
материалов и изделий в гражданских зданиях. 
Предназначен для студентов-бакалавров, а также магистрантов и аспирантов, обучающихся по направлениям подготовки «Архитектура» и «Дизайн»; может быть полезен архитекторам, всем специалистам в области строительных материалов, инженерно-техническим 
работникам строительных и проектных организаций.

УДК 72.01(075.8)
ББК 85.118я73
ISBN 978-5-9275-2856-1 Общий 
ISBN 978-5-9275-2857-8 Часть 1
© Южный федеральный университет, 2018
© Пылаев А. Я., Пылаева Т. Л., 2018
© Оформление. Макет. Издательство
Южного федерального университета, 2018

П94

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................... 5

Глава 1. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ............................................................ 7

1.1. Классификация архитектурно-дизайнерских  
материалов и изделий................................................................................................7
1.2. Система отслеживания качества архитектурной продукции .........................29
1.3. Методы уменьшения многообразия изделий.................................................33
Вопросы для самопроверки к главе 1..................................................................... 35

ГЛАВА 2. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ................................................ 36

2.1. Строение материалов........................................................................................36
2.2. Физические свойства .........................................................................................41
2.3. Химические и биологические свойства ........................................................... 57
2.4. Механические свойства.....................................................................................60
2.5. Технологические свойства.................................................................................76
2.6. Эстетические свойства.......................................................................................80
Вопросы для самопроверки к главе 2..................................................................... 92

ГЛАВА 3. ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ...................................................................... 94

3.1. Структура и свойства..........................................................................................94
3.2. Виды древесных изделий................................................................................101
Вопросы для самопроверки к главе 3................................................................... 109

ГЛАВА 4. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ.............................................. 110

4.1. Происхождение и свойства............................................................................. 110
4.2. Технология добычи и обработки .................................................................... 115
4.3. Виды материалов и изделий .......................................................................... 119
Вопросы для самопроверки к главе 4................................................................... 128

ГЛАВА 5. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ............................................................. 129

5.1. Структура и свойства........................................................................................129
5.2. Технологии изготовления керамических изделий ........................................129
5.3. Виды материалов и изделий .......................................................................... 135
Вопросы для самопроверки к главе 5................................................................... 143

ГЛАВА 6. ИЗДЕЛИЯ ИЗ СТЕКЛА И МИНЕРАЛЬНЫХ  
РАСПЛАВОВ................................................................................................................................. 145

6.1. Структура и свойства........................................................................................145

6.2. Технология изготовления.................................................................................146
6.3. Виды материалов и изделий .......................................................................... 151
Вопросы для самопроверки к главе 6................................................................... 156

ГЛАВА 7. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ........................................................... 157

7.1. Виды и свойства металлов и сплавов............................................................ 157
7.2. Технология изготовления.................................................................................158
7.3. Изделия из металлов.......................................................................................161
7.4. Применение металлопроката......................................................................... 166
Вопросы для самопроверки к главе 7................................................................... 170

ГЛАВА 8. ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ  
МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ.............................................................................. 171

8.1. Минеральные вяжущие материалы............................................................... 171
8.2. Бетонные изделия и конструкции .................................................................. 183
8.3. Асбестоцементные изделия............................................................................ 212
8.4. Автоклавные изделия ......................................................................................218
8.5. Гипсовые и магнезиальные изделия.............................................................. 222
8.6. Строительные растворы ..................................................................................228
Вопросы для самопроверки к главе 8................................................................... 231

ГЛАВА 9. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ................................................................ 233

9.1. Виды полимерных материалов и их свойства ..............................................233
9.2. Способы изготовления изделий ..................................................................... 237
9.3. Области применения.......................................................................................238
Вопросы для самопроверки к главе 9................................................................... 255

ГЛАВА 10. БИТУМНЫЕ И ДЕГТЕВЫЕ  
ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ....................................................................................... 256

10.1. Битумные и дегтевые вяжущие.................................................................... 256
10.2. Асфальтовые и дегтевые бетоны и растворы..............................................258
10.3. Кровельные, гидроизоляционные  
и герметизирующие материалы............................................................................ 259
Вопросы для самопроверки к главе 10................................................................. 270

ГЛАВА 11. БЕЗОПАСНОСТЬ АРХИТЕКТУРНО-ДИЗАЙНЕРСКИХ МАТЕРИАЛОВ ...................... 271

11.1. Экологическая оценка качества материалов...............................................271
11.2. Гигиеническая безопасность......................................................................... 272
11.3. Радиационная безопасность......................................................................... 277
11.4. Пожарная безопасность ................................................................................281
11.5. Маркировка экологической безопасности ..................................................284
Вопросы для самопроверки к главе 11................................................................. 293

ЛИТЕРАТУРА................................................................................................................................ 294

ВВЕДЕНИЕ

Архитектурная среда – это совокупность зданий и сооружений, элементов 

обустройства городских пространств и ландшафта, выполняющих определенные 
материальные, физиологические, потребительские, социальные, эстетические и 
экономические функции, в которой протекает деятельность человека. Материалы, 
изделия и конструкции выполняют важную роль в создании архитектуры, являются средством, формирующим архитектонику зданий и сооружений, их фасады 
и интерьеры, элементы благоустройства городской среды и других компонентов.
Повышение качества изделий из природных и искусственных материалов 
является одной из причин эволюционного преобразования архитектуры: совершенствования традиционной формы, зарождения инновационных форм 
и конструкционных систем.
В настоящее время, при весьма разнообразной материальной базе, здания и сооружения можно строить из взаимозаменяемых материалов и изделий. При этом 
условия жизни и работы человека в таких зданиях могут быть одинаковыми с эксплуатационно-технической точки зрения. Но в зависимости от свойств материалов и изделий эстетическое восприятие архитектурной среды, экономичность эксплуатации, безопасность зданий и сооружений будут заметно различаться. 
Цель учебника «Архитектурно-дизайнерские материалы и изделия» – получение необходимых знаний о многогранной взаимосвязи архитектуры и 
материалов, о видах архитектурно-дизайнерских материалов и изделий, их 
классификации и свойствах, принципах технологий изготовления и использования, области применения в архитектурной и дизайнерской практике, а 
также об экологичности и пожаробезопасности материалов, способах защиты архитектурных конструкций от вредных воздействий окружающей среды.
Учебник составлен в двух частях: часть первая – «Основы архитектурного материаловедения»; часть вторая – «Материалы и изделия архитектурной среды».
Первая часть содержит: классификацию архитектурных материалов; методы 
оценки свойств материалов; виды и свойства материалов и изделий, принципы 
технологий их производства из разного сырья, области применения; вопросы 
безопасности использования материалов и изделий в гражданских зданиях. Для 
удобства познания предмета изложение материала данной части учебника построено по сырьевому признаку изготовления архитектурно-дизайнерских материалов и изделий. По этому признаку все естественные и искусственные материалы 
и изделия разделяют на древесные (лесные), природные каменные, керамические, 

Введение

из минеральных расплавов и на основе минеральных вяжущих, металлические, 
природные и синтетические полимерные, а также композиционные (деревополимерные, металлокерамические, металлополимерные, полимерцементные и т. п.). 
Такой подход к изложению содержания курса позволяет выявить характерные 
для изучаемых групп материалов структуры и свойства, технологии производства 
и пути совершенствования качества архитектурных изделий.
Вторая часть учебника содержит: данные о конструктивности зданий и 
их отдельных частей; основные требования, предъявляемые к материалам 
и изделиям, используемым в несущих и ограждающих конструкциях (покрытия фасадов и интерьеров зданий, виды и свойства облицовочных материалов, специальные отделочные материалы и изделия, применяемые для 
обеспечения комфортных условий в помещениях, обустройства городских 
пространств и элементов ландшафта, для защиты конструкций от вредных 
воздействий среды). Даны примеры использования материалов и изделий в 
архитектурно-дизайнерской практике. Изложение материала данной части 
учебника построено по признаку назначения и областей применения материалов и изделий как наиболее удобного для использования в творческой 
работе архитектора и дизайнера, поскольку позволяет сопоставлять качества 
взаимозаменяемых вариантов материалов и изделий разного вещественного 
состава одного назначения и выбрать из возможных решений наиболее рациональное. Без знаний, изложенных в первой части настоящего учебника, 
принять квалифицированное решение затруднительно.
Учебник содержит базовые знания о материальной основе архитектуры, 
необходимые при освоении дисциплин «Архитектурное проектирование», 
«Дизайнерское проектирование», «Архитектурная физика», «Основы строительного производства», «Архитектурные конструкции». Он может быть использован в качестве справочного материала при архитектурном и дизайнерском курсовом, дипломном проектировании зданий и сооружений.
В настоящем издании учебника «Архитектурно-дизайнерские материалы 
и изделия» представлена часть первая – «Основы архитектурного материаловедения», преимущественно предназначенная для бакалавров.
Учебник подготовлен в соответствии с новыми образовательными стандартами высшего образования Южного федерального университета, ООП 
и учебными планами направлений подготовки 07.03.01 «Архитектура», 
07.03.03 «Дизайн архитектурной среды», 07.03.02 «Реконструкция и реставрация архитектурного наследия», 54.03.01 «Дизайн» (профиль подготовки – 
дизайн интерьера), обеспечивающими подготовку специалистов с уровнем 
образования «бакалавр». 

Глава 1. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Здания имеют многообразные конструктивные решения, отдельные части 
зданий и их конструктивные элементы выполняют определенные функции. 
Конструкции одного назначения могут изготавливаться из разных материалов и изделий. Между видами архитектурно-дизайнерских материалов и изделиями имеются большие различия в вещественном составе, внутреннем 
строении и свойствах, физических состояниях, геометрической форме и размерах, но они как элементы единого материального мира имеют общие признаки, по которым их можно систематизировать.

1.1. Классификация архитектурно-дизайнерских  
материалов и изделий

1.1.1. Виды классификаций материалов и изделий

Современный архитектор, дизайнер и реставратор использует в своей проектной практике множество различных материалов и изделий, которые с каж-
дым годом пополняются новыми. Архитектурные материалы и изделия для 
удобства ориентации в их многочисленной среде классифицируют, т. е. разделяют на отдельные группы (классы) по единому системообразующему признаку. Классификация1 всегда имеет определенную цель и служит решению 
конкретных научно-технических задач.
Строительные материалы и изделия классифицируют на группы по различным признакам: видам продукции (штучные, рулонные, мастичные и 
т. д.); применяемому основному сырью (керамические, на основе минеральных вяжущих, полимерные и т. д.); способам производства (прессованные, 

1 Классификация (от лат. classis – разряд, класс и facio – делаю, раскладываю) – система соподчиненных понятий, используемых как средство для установления связей между этими понятиями или классами объектов, определяющая место объекта в системе, которое 
указывает на свойства этого объекта. Структура классификационных систем подобна 
дереву, стволу которого соответствуют наиболее общие понятия, а ветвям и листьям – 
частные.

Глава 1. Систематизация материалов и изделий

вальцево-каландровые, экструзионные и т. д.); назначению (конструкционные, конструкционно-отделочные, декоративно-отделочные); конкретным 
областям применения (стеновые, кровельные, теплоизоляционные и т. д.); 
происхождению (естественные, или природные, и искусственные, минерального и органического происхождения) и т. п. 
Деление строительных материалов на группы производят не только по 
общим, но и по отдельным частным признакам. Например, по степени изотропности: изотропные – материалы, какое-либо свойство которых одинаково в разных направлениях (большинство металлов и сплавов, отдельные 
виды строительных пластмасс); анизотропные – с различными в разных направлениях свойствами (древесина, железобетон, слоистые стеклопластики). 
Внутри одного вида строительные материалы классифицируют, как правило, 
по средней плотности. Например, различают бетоны особо тяжелые, тяжелые, облегченные, легкие и особо легкие. Разделяют по огнестойкости, морозостойкости, механическим свойствам (хрупкие, пластичные) и другим 
свойствам. 
Строительные материалы и изделия могут различаться по способу их промышленного производства. В настоящее время для изготовления обширной 
номенклатуры этих материалов и изделий используют множество технологических приемов с применением сложнейших автоматизированных машин, 
агрегатов, многоступенчатых технологических линий. Лишь незначительная 
часть материалов и изделий изготавливается простым перемешиванием дозированных компонентов в обычных атмосферных условиях; для получения 
большинства других требуется как минимум повышенная температура или 
давление либо одновременное воздействие того и другого. Процесс переработки сырья в конечный продукт нередко связан со сложными физическими 
и химическими процессами, значительными структурными изменениями и 
преобразованием молекулярного строения вещества. Для контроля технологических процессов и качества выпускаемой продукции широко используются современные физико-химические методы, автоматизированные и точные 
контрольно-измерительные приборы. Полная классификация по технологическому признаку слишком громоздка и сложна.
Природные строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли или путем переработки лесных массивов в «деловой лес». 
Этим материалам придают определенную форму и рациональные размеры, 
но не изменяют их внутреннего строения, вещественного состава. Чаще других из природных используются древесные и каменные материалы и изделия. 
Кроме них, в сравнительно небольших количествах в готовом виде или при 

1.1. Классификация архитектурно-дизайнерских материалов и изделий

простой обработке используют в строительстве: битум и асфальт, озокерит, 
казеин, кир и др., некоторые продукты растительного происхождения (солома, камыш, костра, торф, лузга и др.), продукты животного мира (шерсть, 
коллаген и др.). 
Искусственные строительные материалы и изделия производят в основном из природных сырьевых материалов, реже используют бытовые, промышленные и сельскохозяйственные отходы или сырье, получаемое искусственным путем. Они могут отличаться от исходного природного сырья как 
по строению, так и по химическому составу, что связано с коренной его переработкой в заводских условиях с использованием для этой цели специального 
оборудования и энергии. Многообразный ассортимент материалов и изделий 
получают при заводской переработке органического (дерево, нефть, газ и др.) 
и неорганического (минералы, камень, руды, шлаки и др.) сырья.
Материалы и изделия по новизне и редкости использования можно подразделить на три группы: инновационные, традиционные и уникальные. 
К группе инновационных (англ. innovation) материалов и изделий определенного назначения можно отнести усовершенствованный продукт, получивший реализацию на рынке в результате инновационной деятельности, т. е. 
использования нововведений в области техники и технологии, основанных 
на достижениях науки и передового опыта, либо путем нового или усовершенствованного технологического процесса его практического применения. 
В результате многолетнего накопления человечеством опыта работы с таким 
продуктом о нем многое становится известно: как материал поведет себя в 
тех или иных условиях, как правильно прикрепить его и как следить и ухаживать за ним, – и он переходит в группу «традиционных». 
Традиционный материал (изделие) – общепринятый, лишенный уникальности вследствие длительного использования и получивший широкое практическое применение. А если выпуск таких материалов (изделий) остается 
ограниченным по объективным условиям, то они переходят в группу «уникальных». 
Уникальный материал или изделие – единственный в своем роде продукт, 
неповторимый по качеству, редкий по применению, хотя его использование 
давно известно. Объективными условиями становления материалов и изделий уникальными могут служить: ограниченная сырьевая база, сложность и 
трудоемкость технологии изготовления, очень высокая стоимость, штучное 
ручное изготовление и другие условия. Как правило, первые три фактора имеют свойство со временем изменяться. Это обстоятельство обусловливается 
тем, что первоначальная стоимость материала и изделия бывает, как правило, 

Глава 1. Систематизация материалов и изделий

слишком большой по причинам высокой себестоимости, из-за первых двух 
факторов и большого потребительского спроса. Со временем при удешевлении производства и усилении конкуренции на рынке их стоимость падает, 
увеличивается спрос, они находят широкое применение, переходят в группу 
традиционных.
Развитие физических, химических и технологических наук является основой для создания новых эффективных архитектурных материалов и изделий 
заданного назначения. Инновационные материалы и изделия могут быть также получены из естественного камня, древесины и других традиционных материалов и изделий. Например, в свое время были получены новые ступени 
лестниц из древесины (в настоящее время традиционные), которые в результате применения ламинирования поверхности или (и) клееной древесины 
разных пород позволили уменьшить их толщину, повысить эстетичность, износостойкость, прочность и (или) экономичность. Другой пример: в результате совершенствования технологии распиливания природного камня были 
получены облицовочные плитки толщиной 5–8 мм, а не 3–5 см. Техническая 
и экономическая эффективность таких плиток очевидна.
При всякой классификации между соседними группами материалов отсутствует четко выраженная граница. Нередко некоторые материалы в равной степени можно отнести к разным группам. По этой причине сложно проводить классификацию многокомпонентных композиционных материалов, 
слоистых изделий и деталей конструкций.
Ниже рассмотрим удобные для архитекторов, дизайнеров и других проектировщиков зданий следующие классификации материалов и изделий: по 
происхождению, по виду, по средней плотности, по конструктивности и по 
функциональности.

1.1.2. Классификация по происхождению

По происхождению и по технологическому признаку наиболее удобно 
классифицировать материалы и изделия для производственных и исследовательских целей. В основу такой классификации положены различия в видах 
основного сырья и в технологических процессах (способах производства). 
Все естественные и искусственные материалы и изделия классифицируют 
по видам сырья, из которых их изготавливают: органические – древесные, 
битумные и полимерные; неорганические – естественные каменные, керамические, стекло и из минеральных расплавов, минеральные вяжущие и изделия 
на их основе, металлические; композиционные – деревополимерные, металло