Учебное пособие 800576

Столярные плиты состоят из внутреннего щита, изготовленного из узких реек (основа), и наклеенного на щит с обеих сторон шпона в один или два слоя (лицевой и оборотные слои). Столярные плиты применяют при изготовлении дверей, перегородок, полов, а также щитовой мебели.

Паркет разделяют на штучный, паркетные доски, паркетные щиты.

Штучный паркет, изготавливаемый из бука, дуба, ясеня, состоит из отдельных планок (дощечек), имеющих на кромках и торцах шпунт и гребень для соединения между собой.

Паркетные доски состоят из двух слоев. Нижний слой (основание) состоит из фрезерованных брусков или досок, верхний слой (лицевое покрытие) – из одинаковых паркетных планок. Оба слоя прочно склеены между собой водостойким клеем. По сравнению с штучным паркетом они имеют ряд преимуществ: меньший расход древесины ценных пород, снижение трудоемкости и ускорение процесса настилки паркетного пола.

Паркетные щиты состоят из древесного основания, которое собрано из досок или брусьев и на которое наклеены паркетные планки, расположенные в шахматном порядке. Щиты соединяются между собой с помощью вкладных торцовых шпонок или в паз-гребень. Их выпускают размером 400×400 и 800×800 мм.

Фанера представляет собой листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпона. Шпон, тонкая непрерывная стружка, получают лущением или строганием распаренных бревен. Листы шпона склеивают между собой, располагая их в перпендикулярном направлении. Такая конструкция фанеры обеспечивает ей равную прочность во всех направлениях, малую растрескиваемость и коробление.

Встроительстве применяют фанеру трех видов: клееную, марок ФСФ, ФК

иФБА; декоративную (ДФ) и бакелизированную (склеенную фенолформальдегидными клеями).

По виду обработки поверхности фанера может быть нешлифованной или шлифованной с одной или двух сторон.

Древесностружечные плиты (ДСП) изготавливают путем горячего прессования специально приготовленных древесных стружек с термореактивными полимерами. Стружку получают из отходов деревообработки, фанерного и мебельного производства. Для придания плитам биостойкости в полимерно-стружечную массу добавляют антисептики. С целью уменьшения набухания плит во влажном воздухе в исходную массу вводят гидрофобизующие вещества.

Древесностружечные плиты выпускают различной средней плотности:

очень высокой (ρm = 1,0…0,81 г/см3); высокой (ρm = 0,8…0,66 г/см3); средней

(ρm = 0,65…0,51 г/см3); малой (ρm = 0,5…0,35 г/см3); очень малой (ρm < 0,35

г/см3). Плиты средней и высокой плотности применяют как конструкционный и отделочный материал. Плиты малой плотности служат в качестве тепло – и звукоизоляции.

Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготовляют путем горячего прес-

31

сования волокнистой массы, состоящей из древесных волокон, воды, наполнителей, полимера и добавок (антисептиков, антипиренов, гидрофобизующих веществ). Волокна получают из отходов деревообрабатывающих производств.

Выпускают плиты пяти видов:

- сверхтвердые, средней плотности более 950 кг/м3 и пределом прочности при изгибе Rизг > 50 МПа;

-твердые (ρm > 850 кг/м3, Rизг > 40 МПа);

-полутвердые (ρm > 400 кг/м3, Rизг > 15 МПа);

-изоляционно-отделочные (ρm = 250…350 кг/м3, Rизг > 2 МПа);

-изоляционные (ρm < 250 кг/м3, Rизг > 1,2 МПа).

Твердые плиты применяют для устройства перегородок, подшивки потолков, настилки полов, для изготовления дверных полотен и встроенной мебели. Изоляционно-отделочные плиты применяют для облицовки стен и потолков. Изоляционные древесноволокнистые плиты находят широкое применение в виде тепло- и звукоизоляционного материала.

Древесно-слоистые пластики – листы или плиты, изготовленные из лущеного шпона, пропитанного и склеенного резольным фенолформальдегидным полимером. Пластик отличается от фанеры большей средней плотностью (1,25…1,33 г/см3) и обладает высокими механическими свойствами

(Rраст = 140…200 МПа, Rизг = 150…280 МПа). Эти пластики стойки к действию масел, растворителей, моющих средств; хорошо сопротивляются истиранию.

Клеевые деревянные конструкции – крупноразмерные элементы (бал-

ки, арки, фермы, оболочки, своды, купола), изготовляемые путем склеивания небольших деревянных заготовок друг с другом, а иногда и с другими материалами. Клеевые деревянные конструкции, изготовляемые на высокопрочных и водостойких полимерных клеях, отличаются меньшей массой, большей прочностью, водостойкостью, стойкостью к агрессивным воздействиям, чем обычные конструкции из дерева

2.3. Основные свойства природного камня. Развитие архитектурных форм из природного камня. Современные направления в использовании природного камня в архитектуре

Природный камень – один из древнейших конструкционных и отделочных строительных материалов. При выборе камня необходимо учитывать целый комплекс его эксплуатационно-технических свойств: минералогический состав, прочность, твердость, истираемость, среднюю плотность, водопоглощение, пористость, морозостойкость, теплопроводность и др. При использовании природного камня в отделочных работах особое внимание также уделяется его структуре, текстуре, цвету, светлоте и насыщенности [10, 11].

Строительные материалы и изделия из природного камня занимают одно

32

из основных мест в ряду применяемых в архитектурно-строительной практике материалов.

Одним из первых типов целостной каменной архитектуры считают дольмены и менгиры (от бретон. tol – стол, men – камень и hir – длинный) - разновидность древних мегалических построек. Мегалиты (от греч. megas – большой, lithos – камень) – искусственные сооружения из крупных диких или грубо обработанных камней.

Простейший вид мегалических сооружений – менгиры – состоят из одного камня, вкопанного в землю вертикально. Крупнейший менгир высотой 20 м и массой около 30 т находится на территории Франции. Дольмены сложены из нескольких каменных глыб, поставленных вертикально и покрытых одной или несколькими плитами сверху (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Дольмен Poulnabrone Portal, Графство Клэр, Ирландия

Сооружение кромлехов (от бретон. crom – круг, lech – камень) свидетельствует о том, что их создатели уже овладели началом архитектурной композиции, масштабом и ритмом, знакомы с стоечно-балочной системой. Общеизвестен, например, знаменитый кромлех Стоунхендж – «Висячие камни» (рис. 2.6) на территории Великобритании у г. Солсбери, состоящий из трех возведенных в разное время сооружений на том же месте (время сооружения около 3200…1400 гг. до н.э.). Для его постройки использовались местные природные камни – вулканическая лава, вулканический туф, песчаник, известняк.

Внешнее каменное кольцо состоит из поставленных вертикально громадных песчаниковых глыб прямоугольной формы. В среднем вес такой глыбы составляет 25 тонн. На них уложены плиты-перемычки весом около 7 т. Чтобы закрепить ее наверху использовали систему шипов и пазов. Для этого на верхнем

33

конце вертикально стоящих блоков вытачивали каменные штыри, а с нижней стороны перемычки – отверстия под них.

Рис. 2.6. Кромлех Стоунхендж, Солсбери, Великобритания

Стоунхендж был главным святилищем полукочевых племен, населявших эту местность. Здесь проводились ритуальные празднества, совершались погребения, устраивались собрания. Эта постройка также использовалась для проведения точных астрономических наблюдений и служила гигантским календарем.

Древние мастера умело обрабатывали каменные глыбы, используя технику удара, а также попеременное нагревание огнем костра и охлаждение холодной водой.

Великая Китайская стена по праву считается величайшим достижением мировой цивилизации (рис. 2.7). Это сооружение единственное из рукотворных земных объектов, которое четко просматривается из космоса. Проект Китайской стены даже на бумаге был грандиозным и впечатлял размахом. Общая длина стенного укрепления должна была составить более шести тысяч километров. Стена должна была проходить от самого побережья Восточно-Китайского моря до труднодоступных отрогов Тибета. Масштабные работы по возведению стены начались в 220-х годах до нашей эры, в них участвовали миллионы людей. По проекту на расстоянии около семи метров напротив друг друга возводились две основные несущие стены толщиной чуть меньше метра из песчаника твердых пород. Образовавшийся промежуток засыпали грунтом с глиной и тщательно утрамбовывали. Ширина стены такова, что на ней свободно могут разъехаться шесть тяжеловооруженных всадников. Через равные промежутки длиной около полукилометра стена прерывается массивными сторожевыми башнями (всего около 25 000 шт.).

34

Рис. 2.7. Великая Китайская стена

Процесс постепенного перехода от дерева к камню как основному строительному материалу в разных странах происходил в различные периоды времени. В Древней Греции это происходило около VII…VI в. до н.э. Однако попытки строить из камня так же, как из дерева, потерпели крах – здания рушились, как только пролет конструкции превышал его шестикратную высоту. Это обусловлено тем, что прочность природного камня на изгиб (растяжение) в десятки раз меньше его прочности на сжатие .

Впервые сложившаяся еще в Древнем Египте каменная стоечно-балочная система (храм Сфинкса в Гизе, начало III тыс. до н.э.), получившая повсеместное применение благодаря конструктивной простоте, достигла окончательного характера в древнегреческой архитектуре. Каменные конструкции греческих храмов часто выполняли из двух и даже трех параллельно уложенных блоков. Причем для увеличения сопротивления изгибу каменные блоки клали «на ребро», то есть высота их была больше ширины. Нередко в одном и том же храме применяли и каменные и деревянные балки.

Лучше других камней на изгиб работают мелкозернистые граниты и мрамор, но и их прочность слишком мала и нестабильна. В ранних храмах малые пролеты зрительно компенсировались приземистостью колонны и расширяющимися кверху капителями. В главном храме Афинского Акрополя Парфеноне (447…436 гг. до н.э.) свободный пролет большинства балок не превышает 2,5 м, хотя кажутся они длиннее (рис. 2.8). Максимальный размер балки в Пропилеях достигал 5,43 м, а в храме Артемиды в Эфесе – 6,12 м [1, 2].

Для гранита со средней плотностью 2600…2700 кг/м3 предел прочности при сжатии равен 100…300 МПа (1000…3000 кгс/см2), а при растяжении – около 1/40…1/60 от величины предела прочности при сжатии.

35

Рис. 2.8. Парфенон, Афины, Греция

Несмотря на некоторые недостатки, природный камень широко использовался архитекторами и строителями на протяжении многих веков. Известно, что четыре из семи Чудес Света – египетские пирамиды, уже упомянутый храм Артемиды в Эфесе, мавзолей в Галикарнасе и Александрийский маяк на острове Фарос – были сделаны из камня.

Противоречия каменной кладки в работе на сжатие и растяжение, мешавшие преодолеть максимальный пролет в 4 м, были разрешены изобретением свода, в котором природный камень работает в основном на сжатие. Долгое время считалось, что своды изобрели этруски – древние жители Италии, до сих пор сохранились римские мосты, возведенные руками этрусков, обнаружены даже целые погребальные города со сводчатыми склепами.

Ярким примером применения каменных блоков в строительстве арок является акведук Пон-дю-Гар – Гарский мост (рис. 2.9), построенный римлянами в I в. до н.э. во времена правления императора Августа. Мост переброшен через реку Гар, текущую на юге современной Франции. Акведук был частью целой инженерной системы длиной 48 км, по которой вода из источника текла в город Ним. Перепад высот в начале пути воды у источника и в конце пути в Ниме составляет 17 м. Сооружение состоит из трех ярусов, нижний ярус – из 6 арок, только одна из которых является несущей, второй ярус – из 11 арок. Вода текла по самому высокому ярусу, включающему 35 арок. Гарский мост идеальный образец кладки из тесаного камня. Тщательно подогнанные каменные блоки были уложены без известкового раствора. Самый большой из них весит 6 т. Высота акведука составляет 47 м, его общая длина – 275 м. До сих пор акведук используется как переправа через реку [9, 12].

36

Рис. 2.9. Акведук Пон-дю-Гар, Франция

На сегодняшний день Роквиллский мост является самым длинным мостом в мире, возведенным из камня. Этот уникальный мост воздвигнут в 1901 г. через реку Саскуэханну в штате Пенсильвания (США) между городами Филадельфия и Питсбург. В качестве строительного материала был избран местный камень-песчаник, добывавшийся в карьерах на западе штата. Всего на строительство моста ушло 196 000 т камня. Роквиллский мост состоит из 48 арочных пролетов, каждый из которых имеет длину 21 м. Общая длина моста 1161 м.

Однако, по свидетельству Посидония, каменные своды изобрели не этруски, а древнегреческий философ Демокрит. Авторство Демокрита оспаривал Сенека, считавший, что еще до Демокрита должны были быть мосты и ворота, верхние части которых заканчивались сводами.

Все это свидетельствует о том, что величайшее достижение строительной техники и древнего зодчества родилось не внезапно, а скорее всего почти одновременно во многих местах. Путь к аркам и сводам лежит от древней конструкции «карточного домика» – двух прислоненных друг к другу каменных плит до сочетания трех блоков, замыкающих пролет.

Возникавшие новые инженерно-технические проблемы арочных и сводчатых конструкций (толщина опор, геометрическая форма, увеличение пролета, способ кладки) решали, по-видимому, ценой терпеливых поисков, а порой и строительных катастроф. Часть же этих проблем удалось решить много позже в результате применения в строительстве металла и бетона.

В течение многих столетий, вплоть до развития керамики и стекла, природный камень был основным материалом, используемым для кладки стен. Затем его стали применять как долговечный и декоративно-отделочный материал для наружной и внутренней облицовки, а также покрытий полов, мощения до-

37

рог, в качестве крупного заполнителя в бетонах и др. Однако разработка более дешевых и легких искусственных материалов, возрастающие объемы потребностей строительных материалов привели к тому, что природный камень стал сдавать свои позиции.

Новая технология скоростного сверхтонкого пиления облицовочного камня, почти полная утилизация отходов камнеобрабатывающих предприятий вернули этому материалу его достойное место в палитре современного архитектора и строителя.

В настоящее время природные каменные материалы широко применяют в архитектурно-строительной практике:

-для получения нерудных материалов (щебень, гравий, бутовый камень, песок и др.). Данный материал в основном используется для производства строительных бетонов и растворов, дорожного цементобетона, асфальтобетона и др.;

-для изготовления штучных камней и блоков правильной геометрической формы (бутовый камень, шашка для мощения дорог, брусчатка, бортовые камни, плиты парапетные и карнизные, плиты тротуарные, стеновые камни и блоки);

-для изготовления облицовочных декоративных изделий со специаль-

но обработанной поверхностью (плиты, плитки, фасонные и профильные элементы для наружной и внутренней отделки).

2.4. Использование керамических изделий в архитектурно-строительной практике

Керамика (термин «керамика» происходит от греческого слова κέραµος – глина) – самый древний искусственный строительный материал. Первые глиняные изделия – фигурки людей, животных – известны еще в эпоху палеолита. Около V тыс. до н.э. в разных частях земли независимо друг от друга люди начали применять обжиг глиняных изделий с целью придания им водостойкости и прочности. Так делали, например, сосуды для варки и хранения пищи. применять глазурованный кирпич и черепицу начали более 3000 лет назад.

Одним из первых примеров применения керамики в строительстве являются глинобитные жилища трипольской культуры (IV…III тыс. до н. э.), которые обжигали снаружи кострами и иногда расписывали.

Несмотря на то, что керамика имеет многовековую историю применения в различных областях, в том числе и в строительной практике, она и сегодня не утратила своих ведущих позиций по значимости и объемам производства среди других строительных материалов. Это объясняется следующим: из керамики можно получать широкую номенклатуру изделий с любыми заданными свойствами; наличием больших запасов повсеместно распространенного сырья; сравнительно простотой технологией; высокой долговечностью и экологической безвредностью керамических материалов.

38

Керамический кирпич является самым древним искусственным строительным материалом. Идея создания полноценной замены природному камню родилась на заре человечества. В период неолита, нового каменного века, человечество изменило образ жизни с кочевого на оседлый. Появившиеся крестьяне стали разводить скот, заниматься земледелием, строить небольшие поселения. Для этого использовалась глина, из которой вручную формовались кирпичи и сушились под солнцем.

Прародителем современного кирпича был кирпич сырцовый, до сих пор являющийся распространенным строительным материалом в южных районах Азии и Африки. Глина, вода, солома, солнце – вот основные составляющие саманного кирпича. Преимущества саманных кирпичей вполне очевидны: они дешевы, для их производства не требуется практически никаких специальных знаний. Для того чтобы сделать из высушенного кирпича прочный кладочный кирпич, необходимо обжечь глину при температуре 950…1150 0С. Режим обжига имеет большое значение: если температура слишком высокая, то он сплавляется в бесформенную стеклообразную массу, если она слишком низкая, то обожженный кирпич имеет низкую прочность и рассыпается. Поэтому производство обожженных кирпичей требует специального мастерства и сопровождается большими экономическими затратами (возведение печей, расходы на топливо и др.).

Необожженные глиняные кирпичи имеют низкую прочность, размокают от дождя. Обожженные кирпичи прочны и водостойки. Благодаря прочности и твердости они стали в античные времена символом вечности и победы людей над временем. Обожженный кирпич считался ценным и изысканным материалом, который можно было использовать только для строительства храмов и дворцов - местопребывания богов и резиденций царей.

В Древнем Египте и Вавилоне впервые стали применять кирпич как конструкционный материал (сначала сырцовый, затем – обожженный), так же как и цветную глазурь для посуды (около XV в. до н. э.). В Месопотамии формовались и обжигались первые кирпичи.

Для кладки высушенных на воздухе или обожженных кирпичей требовался раствор, в качестве которого часто использовалась глина, смешанная с соломой или навозом домашних животных. В древних культурах в качестве раствора использовались гипс, известь и битум. Битум, составная часть нефти, собирающейся на поверхности земли в виде луж, использовался в качестве уплотнительной массы, которая после высыхания становилась водоотталкивающей. Известь изготавливалась из известняка путем обжига при температуре около 1000 0С, смешивалась с водой, образовывая клейкую массу, идеальную для приготовления раствора и штукатурки. Известковая штукатурка появилась приблизительно в одно время с обожженным кирпичом. Гипсовый раствор получали путем обжига гипса. Причем для его обжига достаточной была температура 125 0С, которую дает простой огонь.

Производство глазурованной строительной керамики и кирпичных плиток

39

для мощения издавна развивалось и у народов Востока. В Византии обожженный кирпич многие века был основным строительным материалом. Кладка выполнялась на известковом растворе, в который добавляли толченую кирпичную крошку. Иногда ряды кирпича чередовались с рядами из природного камня.

В Древней Греции и в Древнем Риме изготавливали черепицу, водопроводные керамические трубы, терракотовые архитектурные детали. Кроме того, в Древнем Риме было широко развито производство кирпича для кладки арочных и сводчатых конструкций, мостов, акведуков. Так, кирпич, наряду с природным камнем, использовали при постройке Колизея (рис. 2.10) в I в. н.э.

Рис. 2.10. Колизей, Рим, Италия

Неточные размеры и формы кирпичей были их большим недостатком. Поэтому кладка велась с использованием толстых слоев раствора, имевшего значительно меньшую прочность, чем сами кирпичи. Изобретение прессформы – первая великая техническая инновация при производстве кирпича и значительный прогресс в строительной практике. Самые древние изображения форм для производства кирпича находятся в гробнице Рехмира в Фивах (Луксор), который занимал пост визиря во время правления Тутмоса III в Египте в

1450 г. до н. э..

Между изобретением кирпича ручной лепки и его производством в формах существовала промежуточная ступень, когда глина лепилась руками, а края выравнивались дощечками. Такие кирпичи, не были прямоугольными и ровными, хотя и имели гладкие края. Они обнаружены в Южной Месопотамии и датируются 6300 г. до н. э.

Средневековые зодчие Европы продвинулись значительно дальше своих «древних» предшественников. Они использовали не только конструкционные возможности кирпича, но и декоративные. Наряду с узорной кладкой широкое применение получило ее сочетание с терракотовыми и майоликовыми деталя-

40