Текст книги "Материаловедение для дизайнеров интерьеров. Том 1"

Бетон (франц. béton) – искусственный каменный материал, получаемый из рационально подобранной смеси вяжущего вещества, заполнителей, воды и специальных добавок (в некоторых случаях) после ее формования и твердения; один из основных строительных материалов. Образование структуры бетона происходит в результате схватывания и затвердевания бетонной смеси. В процессе твердения формируется капиллярно-пористая структура бетонного камня. Улучшение свойств бетона достигается упорядочением поровой структуры, улучшением прочностных контактов между частицами заполнителя, его оптимизацией по фракциям и повышением однородности бетона. До формования указанная смесь называется бетонной смесью. Бетонные заводы производят бетон как бетонную смесь, а также изделия из бетона (залитая в форму смесь, застывая, превращается в изделие заданной формы).

Бетон изобрели римляне для возведения массивных сооружений, сводов, куполов, триумфальных арок. В качестве вяжущих материалов они применяли глину, гипс, известь, асфальт. С падением Римской империи применение бетона прекратилось и возобновилось лишь в 18 в. в западноевропейских странах.

Бетоны классифицируют по виду применяемого вяжущего: на неорганических вяжущих (цементные, гипсобетоны, силикатные бетоны, кислотоупорные бетоны, жаростойкие бетоны и др. специальные бетоны) и бетоны на органических вяжущих (асфальтобетоны, пластобетоны).

Цементные бетоны в зависимости от объемной массы (в кг/м³) подразделяются на особо тяжелые (более 2500), тяжелые (от 1800 до 2500), облегченные, легкие (от 500 до 1800) и особо легкие (менее 500).

Особо тяжелые бетоны предназначены для специальных защитных сооружений (от радиоактивных воздействий); они изготовляются преимущественно на портландцементах и природных или искусственных плотных и тяжелых заполнителях (магнетит, лимонит, барит, чугунный скрап, чугунная дробь, стальные опилки и зерна, барит, обрезки арматуры).

Тяжелый бетон содержит плотные мелкие и крупные заполнители: песок, щебень, гравий.

Оптимальный рецепт тяжелого бетона:

– цемент 1 часть,

– песок кварцевый 2 части,

– щебень или гравий 4 части,

– вода 0,5 части.

Облегченный бетон – крупнопористый (беспесчаный) бетон, изготовляемый на плотном крупном заполнителе с поризованным при помощи газо– или пенообразователей цементным камнем.

Легкий бетон производится на пористых искусственных или природных заполнителях (вермикулит, керамзит, пемза, перлит, туф и др.).

Особо легкий бетон имеет ячеистую или крупнопористую структуру.

В настоящее время бетон является основным строительным материалом в капитальном строительстве благодаря уникальному набору своих качеств:

– прочность на растяжение при изгибе,

– прочность на сжатие,

– морозостойкость,

– водонепроницаемость,

– стойкость к коррозии,

– управляемая плотность,

– управляемая подвижность,

– жесткость,

– пластичность до затвердевания,

– декоративность (цвет, текстура, фактура, пластическая выразительность).

4.6.1. Железобетон

Для повышения прочностных характеристик производят железобетон – соединение бетонной смеси и арматуры (каркас, остов из металла). Арматурой могут быть стальные сетки, стержни, проволока и другие каркасы. При необходимости арматура вводится непосредственно на строительной площадке (при строительстве монолитных зданий).

Глава 5. Готовые элементы архитектурного дизайна

Кирпич – строительный, искусственный камень правильной формы, сформированный из минеральных материалов и приобретающий камнеподобные свойства (прочность, водостойкость, морозостойкость) после обжига при температуре +900 +950°С или обработки паром.

5.1.1. Свойства кирпича

Размер. Производятся: одинарный кирпич стандартного размера: 250 х 120 х 65 мм; полуторный кирпич стандартного размера: 250 х 120 х 88 мм; двойной кирпич 250 х 120 х 138 мм. В Европе стандарты другие, к тому же их намного больше. Среди самых ходовых – 200 х 100 х 50 (65) мм, 240 х 115 х 52 (71) мм. Кроме того, импортные кирпичи могут быть разноразмерными, поскольку в Европе считается, что кладка из кирпичей с нефиксированной длиной подчеркивает неповторимость здания.

Марка. В зависимости от предела прочности при сжатии его подразделяют на марки 75, 100, 125, 150, 200, 250 и 300.

Морозостойкость. В условиях нашего изменчивого климата морозостойкость кирпичей – одна из важнейших характеристик. Измеряется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания водонасыщенного изделия: чем больше циклов оно способно преодолеть, не изменив своих потребительских свойств, тем дольше прослужит. Морозостойкость во многом зависит от степени водопоглощения материала: влага, замерзая и оттаивая при перепадах температур, разрушает его структуру. Чем меньше влаги находится в порах керамики, тем лучше. По нормам водопоглощение кирпича должно быть не менее 6 % и не более 16 %. В технической документации морозостойкость обозначается буквой «F», а следующая за ней цифра говорит о количестве циклов, которые кирпич может выдержать. В Центральном регионе рекомендуется применять строительный кирпич с морозостойкостью не ниже 15–25 циклов, лицевой – не ниже 50 циклов.

Цвет. Если для строительного кирпича цвет не принципиален, то для лицевого это один из главных параметров. Современный керамический кирпич может быть практически любым, от белого до черного, и даже неоднородного цвета (например «плавающего» от темного оттенка к светлому, от коричневого к синему, от желтого к синему и т. д.). Цвет кирпичей зависит прежде всего от технологии обжига, а также от состава, качества и цвета глины-сырца. Надо отметить, что на Западе много цветной глины, что и определяет большее эстетическое разнообразие импортных кирпичей. У нас же в средней полосе чаще всего добывают глину, которая после обжига становится красной. Реже встречается белая глина – кирпич из нее имеет абрикосовый, желтый или белый цвет.

Для расширения цветовой гаммы производители смешивают глины нескольких видов, добавляют в сырьевую смесь красители. Почти любой оттенок можно получить с помощью ангоба и глазури. Ангоб – это тонкий декоративный слой из белой или цветной глины, который перед обжигом наносится на отформованное изделие. Глазурь – цветной стекловидный слой на поверхности кирпича, имеющий характерный блеск. Глазурь получается следующим образом: специально подобранной минеральной смесью покрывают уже обожженный кирпич, после чего изделие вновь помещают в печь (технология двухслойного формования). Благодаря двойному обжигу уменьшается водопоглощение кирпича, а значит, повышается его стойкость к воздействиям атмосферы. Среди новых разработок в области «декорирования» кирпича – металлополимерное покрытие, позволяющее создать на поверхности изделия неожиданные сочетания цветов, рисунки, надписи.

Пустотность. Бывают кирпичи полнотелые, пустотелые (эффективные) и пустотелые поризованные (сверхэффективные, «теплая керамика»). У полнотелых, как следует из названия, отверстий нет. Их чаще всего применяют там, где нужно выдерживать распределенные нагрузки – фундамент, цоколь. Но можно выложить ими и наружную стену. Однако чтобы обеспечить нормативную теплопроводность, стены из них должны быть достаточно толстыми (около 2 м). Пустотелые же кирпичи имеют сквозные отверстия (различной формы), благодаря которым они теплее (чем больше пустот, тем меньше теплопроводность материала). А значит, стены можно делать тоньше (1,1–1,3 м). Кроме того, пустотелые кирпичи легче, поэтому нагрузка на фундамент меньше. Лицевой кирпич почти всегда является пустотелым.

Самый «теплый» кирпич – поризованный. В нем, как и в изделии предыдущего типа, имеются сквозные отверстия, однако структура самого материала принципиально иная. В глину добавляют особые органические или минеральные компоненты, которые выгорают при обжиге, образуя мельчайшие замкнутые поры. В результате, сохранив все достоинства обычной керамики, поризованный кирпич существенно улучшил ее теплозащиту: если у пустотелого кирпича самый высокий коэффициент теплопроводности – как правило, 0,280 – 0,4 Вт/м °С, то у поризованного – 0,18 – 0,22 Вт/м °С. Причем на прочность поры совершенно не влияют. Более того, изделие становится легче, что позволяет увеличить его размеры (они могут достигать 510 х 250 х 219 мм). Благодаря этому, во-первых, стены возводятся значительно быстрее, чем из обычного кирпича, во-вторых, они становятся тоньше (51 см), в-третьих, упрощается кладка, поскольку длина поризованного кирпича соответствует толщине несущей стены, в-четвертых, не требуется дополнительной теплоизоляции. На боковых гранях таких камней имеются пазы и гребни, устраняющие необходимость в вертикальных растворных швах. Это улучшает теплозащиту стен, так как уменьшается количество «мостиков холода», и в то же время ощутимо снижает расход раствора. Фасады наружных стен могут покрываться лицевым кирпичом или штукатуриться.

5.1.2. Виды кирпича

Кирпичи различаются по исходному сырью, по способу изготовления и назначению. Различают силикатный кирпич (известково-песчаный), получаемый автоклавным способом, и глиняный (керамический) обожженный (обыкновенный и лицевой).

Силикатный кирпич и камни для стен – кирпич, изготовленный из песка, извести и небольшой доли добавок. Отформованный кирпич подвергается автоклавной обработке – воздействию насыщенного водяного пара при температуре +170+200° C и давлении пара 8—12 атмосфер. Силикатный кирпич менее стоек к влаге, чем керамический, и разлагается под действием высокой температуры. Категорически запрещено применять его при закладке фундамента, класть печи, камины, трубы, цоколи и т. д.

Силикатный кирпич и камни используются для кладки несущих стен, их облицовки, и облицовки стен из других материалов, а также для реконструкции жилых и общественных зданий. Кирпич строительный пустотелый изготовляют со сквозными (дырчатыми) или несквозными (пятистенный) пустотами, расположенными перпендикулярно постелям. Кирпич одинарный имеет размеры 250x120х65 или 250х120x88 мм, а полуторный – 250x120x103 мм.

Керамический обыкновенный кирпич – кирпич, полученный путем обжига в печи легкоплавких глин и суглинков в чистом виде или с добавками песка, древесных опилок, золы и др. Обычно он имеет форму правильного параллелепипеда. Хороший кирпич должен иметь матовую поверхность, и при ударе давать звонкий звук. Требуется, чтобы на изломе он был однородным пористым и легким. Кирпич считается бракованным, если в нем есть внутренние пустоты и трещины на внешней стороне. Вес кирпича в готовом, высушенном, состоянии не должен превышать 4,3 кг.

По своему назначению керамический кирпич подразделяется на рядовой, лицевой и печной.

Рядовой кирпич используют в основном как стеновой материал.

Лицевой (облицовочный) кирпич применяют главным образом для отделки фасадов и интерьеров зданий. Изготовляют его из светло– и красножгущихся глин. В последнем случае часто на лицевую сторону изделия наносят слой из светложгущихся глин или покрывают ееглазурями, ангобами и др.

Среди видов облицовочного кирпича – декоративный (правильной формы с ровной глянцевой поверхностью внешних стенок), фактурный (с рельефным рисунком на лицевой поверхности), фасонный (профильный, фигурный для кладки арок, столбов, колонн и пр.), глазурованный (покрытый глазурью), ангобированный (цветной матовый) кирпич. Выпускают полнотелый (сплошной), многощелевой, дырчатый кирпич, а также пустотелые укрупненные керамические камни, обладающий повышенными теплозащитными свойствами (теплоизоляционный).

Специальное назначение имеет кирпич глиняный лекальный, применяющийся для кладки и футеровки дымовых труб, и кирпич для дорожных одежд (коинкер строительный), используемый для мощения.

Декоративный кирпич – для специальных архитектурных элементов, бывает разных форм и размеров.

Огнеупорный кирпич – белый, ровный кирпич, изготовленный из тугоплавкой глины, обладающий большой прочностью и повышенной огнестойкостью, используемый в печах для облицовки внутренней поверхности топливника печей и каминов.

Печной кирпич, как это ясно из названия, используется для изготовления печей и каминов. Такой кирпич бывает разных размеров, также он может быть рельефным. Для изготовления топочной части каминов используется шамотный кирпич. Он изготавливается из огнеупорной глины, поэтому может выдержать температуру более +1000C. Шамотный кирпич можно узнать по зернистой структуре и песочно-желтому цвету.

Клинкерный кирпич иногда выделяют в совершенно отдельный вид, а иногда причисляют к облицовочному кирпичу. Этот вид кирпича производится из глины ценных пород и обжигается при очень высокой температуре (около +1100° C). Благодаря этому клинкерный кирпич практически такой же твердый, плотный и прочный, как природный камень. Ему не страшны давление, интенсивный износ, атмосферные воздействия. Это самый долговечный и морозоустойчивый вид кирпича.

Кислотоупорный кирпич – стойкий к химическому воздействию кислот.

Вплоть до нового времени широчайшее распространение имел во многих странах необожженный кирпич-сырец, часто с добавлением в глину резаной соломы.

Художественно-выразительные возможности кирпича используются и в 20 веке. В современной кирпичной архитектуре используются выразительность кладки лицевого кирпича, сочетание глиняного и силикатного кирпича.

Современное производство кирпича значительно механизировано. После первичного дробления глины и ее очистки от камней она в смеси с водой (или паром) поступает в глиномялку, затем пластичное глиняное тесто перетирается и направляется в ленточный вакуум-пресс, непрерывно выдавливающий брус с поперечным сечением, соответствующим форме и размерам кирпича. Брус автоматически режется струнным аппаратом на отдельные кирпичи, которые укладываются на полки, а полки – на вагонетки, поступающие в туннельную сушилку. Высушенный кирпич-сырец перегружают вручную или автоматом на печные вагонетки, которые поступают в туннельные печи, где происходит обжиг.

Плюсы: наиболее экологичен, паро– и воздухопроницаем («дышит»).

Недостатки: гигроскопичность, большой вес, занимает большую площадь (кирпич выкладывают плашмя).

Блоки бывают:

– бетонные,

– силикатные,

– из ячеистого бетона,

– пенобетонные,

– керамзитобетонные,

– шлакоблоки,

– полистиролбетонные,

– теплоэффективные,

– пеностеклянные.

Бетонные блоки. Делают из бетона: смесь песка, цемента, щебня и воды. Как правило с добавлением металлической арматуры. В основном применяют для строительства фундамента. Очень прочные и жесткие. Размер 390х190х190 см.

Силикатные блоки изготавливаются из силикатного бетона (вместо цемента кремнеземно-известковый наполнитель) при повышенной влажности и температуре (автоклав). По виду заполнителя бывают мелко– и крупнозернистые.

Блоки из ячеистого бетона (газосиликатные). Газосиликатные блоки – это ячеистый конструкционно-теплоизоляционный материал, получаемый из смеси извести и молотого кварцевого песка, а также небольшой доли цемента, в процессе вспучивания предварительно приготовленного шлама (теста) при помощи газообразователей и дальнейшего отвердения материала (в различных условиях – при автоклавной обработке или пропаривании). Другими словами, газосиликатный блок – это легкий пористый материал. Размеры: 600—625х200—250–300—375х100—150–200—300-400—500 мм.

Пенобетонные блоки (цемент, песок, вода и пенообразователи). Смесь затвердевает в естественных условиях. Средние размеры: 588х200х300 мм. Плотность бетона определяет назначение блоков. Чем выше плотность, том больше прочность и меньше теплоизоляционность. Ячеистый бетон паропроницаем и гигроскопичен, похож на пемзу. Легко пилится, легче кирпича, дешевле примерно в 2 раза. Плохо реставрируется. Размеры: 600х300х100—150–200—250-400 мм.

Керамзитобетонные блоки (цемент, песок, вода и керамзит – ломтики обожженной глины, застывшей, как пена). Имеют фактурную поверхность. Из них можно возводить несущие стены, перегородки и хозпостройки. В 2,5 раза легче кирпича, негорючие, хорошая тепло– и звукоизоляция, паропроницаемы, экологичны («биоблоки»). Выпускаются полнотелые и пустотелые (с двумя или четырьмя щелями в зависимости от размера блока). Недостатки: ниже прочность и пластичность по сравнению с железобетоном. Размеры: 390х190х80—90-140—190 мм.

Шлакоблок – это строительный камень, полученный методом вибропрессования или естественной усадки в форме или формах их шлакобетонного раствора, обычно размерами в пределах 200х200х400 мм и менее, состоящий из наполнителя – шлака. В качестве вяжущего используется цемент. Производить шлакоблок можно как в промышленных, так и в домашних условиях.

Полистиролбетонные блоки. Получают введением в цемент крошек пенопласта (до 90 % объема) и специальных веществ. Преимущества: легко пилится, на 25 % прочнее пенобетона, держит тепло лучше всех бетонов и дерева, устойчив к низким температурам, маслам, растворителям, легче всех других материалов. Чаще применяются как теплоизоляция полов, кровель, ограждающих конструкций, возведения внутренних перегородок. Выпускается блоками, листами или большими блоками. Нарезается строителями. Размеры: 300х92—138—380х588. Также выпускается пазогребневый блок 80х300х600 мм.

Теплоэффективные блоки – трехслойные или четырехслойные строительные конструкционные блоки с термовкладышем из пенополистирола ППС-25. Строение блока: легкий бетон (например, керамзитобетон), вкладыши из полистирола (обычного или вспененного – пенопласта) и декоративное покрытие. Размер 400х200х300 мм или 400х200х400 мм, вес 20–26 кг. Могут быть рядовыми и угловыми или для перекрытия проемов. Помимо рядового, выпускаются для дверных и оконных проемов, углов внутренних и наружных, карнизов, перемычек, фронтонов. Они дороже, чем другие блоки, предназначены для возведения внешних несущих стен. От привычных традиционных материалов отличаются экологической чистотой, высокой прочностью и особенно звуко– и термоизоляцией. Одним из отличительных свойств вышеназванных строительных блоков является полная декоративная готовность фасада.

Пеностекло (вспененное стекло, ячеистое стекло) – теплоизоляционный материал, представляющий собой вспененную стекломассу. Химический состав пеностекла на 100 % совпадает с химическим составом классического стекла. Наружная поверхность пеностекла состоит из множества пор (ячеек), так как для придания блоку заданных размеров при его механической обработке пузырьки стекла, из которых оно состоит, разрезаются. Внутри пузырьки герметичны и не имеют с соседними пузырьками общих отверстий или пор. Замкнутость пор и обеспечивает термоизолирующие свойства материала, его паропроницаемость равна нулю. Пеностекло долговечно, не горит, не выделяет летучей пыли и токсических соединений.

Изделия из пеностекла могут быть плоскими и фасонными (цилиндры, сегменты и др.). Пеностекло выпускается в основном в виде блоков и плит, а также гранулированное. Блоки имеют размерную линейку: длина 600 мм, ширина 450 мм, толщина 40—180 мм (шаг 10 мм). Плиты: 1200х600 мм, толщина 40—180 мм (шаг 10 мм). Гранулированное пеностекло (гравий, щебень, песок) применяется в строительстве для утепления и звукоизоляции стен и полов в различных зданиях и сооружениях в виде засыпки.

Гипсолит – строительный материал, смесь гипса с минеральными или органическими веществами. Его свойства: легковесен, слабо проводит тепло, диэлектрик, устойчив к гнили и насекомым, отлично регулирует влажность в помещениях, не деформируется при колебаниях температуры и влажности, легко монтируется, легко пилится и обрабатывается. Гипсолитовые плиты очень распространенный материал в архитектурном дизайне. Гипсолитовые плиты выпускаются с пазами и гребнями на торцевых сторонах, поэтому чаще называются пазогребневыми плитами. Распространенные размеры плит: 667х500х80 мм; 667х500х100 мм; 900х300х80 мм. Вес около 23 кг 1 штука.

Применяются для возведения самонесущих перегородок, утепления стен и т. п. Принимает краски на любой основе за исключением щелочных (т. е. на основе извести и жидкого стекла). Возможна оклейка обоями, полимерными покрытиями, облицовка плиткой. Иногда можно обойтись без оштукатуривания стен, так как поверхность плит ровная.

Пазогребневые плиты могут быть полнотелыми и пустотелыми, а также влагостойкими (покрываются водоотталкивающим составом). Монтаж перегородок производится с использованием монтажного гипсового клея или заполнителя швов. Для заделки примыкания плит к потолку, борозд и т. п. используется монтажный клей или его композиция со штукатурной смесью типа Ротбанд.