Архит._материал._-_Шеина_Ч1

превращаются в обломки больших и малых размеров, либо в рыхлые землистые массы.

В связи с большей пористостью и трещиноватостью осадочные горные породы легче подвергаются всем видам коррозии, чем изверженные и метаморфические.

По внешним признакам выветривания горные породы разделяют на несколько разновидностей:

слабо выветренные – потускнение блеска и побурение минералов; средне выветренные – наличие мельчайших трещин, более значительное

бурение минералов, появление вторичных минералов, например каолинита в граните;

сильно выветренные – порода содержит много трещин, при ударе издает глухой звук и крошится на мелкую щебенку или дресну. Много побуревших минералов или минералов, превратившихся в каолинит, хлорид и др.

Для предохранения изделий из горных пород от коррозии применяют ряд

мер:

- выбирают породу, которая была бы достаточно устойчивой в течение сроков нормальной службы сооружения;

-используют конструктивную защиту – придают изделиям ровную и гладкую поверхность путем шлифования и полирования, чтобы агрессивная среда не могла задерживаться на них;

-повышают стойкость путем пропитывания поверхностного слоя на достаточную глубину составами, затрудняющими проникновение в него воды и газов. В результате на поверхности образуются труднорастворимые в воде вещества.

Эффективными средствами предохранения камня от коррозии являются следующие.

Пропитка поверхности растворами магниевых, цинковых и других со-

лей – кремнефтористоводородной кислоты или растворами этой кислоты (флюатирование) с предварительной обработкой поверхности раствором извести или без обработки (для известняков, мраморов):

2CaCO3 + MgSiF6 = 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2СО2.

Получающиеся новообразования практически нерастворимы в воде, они отлагаются в порах, уменьшают смачиваемость поверхности и препятствуют загрязнению облицовки пылью.

Покрытие органическими веществами (гидрофобизация на глубину до 1

см)

–льняным маслом и маслом грецкого ореха, фирнисами, ганозисом и др. В России в XVIII в. для сохранения каменной кладки применяли специальные составы – фирнисы. Их изготовляли из смол, добываемых из стволов слив, вишен, можжевельника и других пород дерева. Покрытые фирнисами поверхности приобретали чрезвычайную прочность. На них не действовали ни жара, ни холод, ни огонь, ни сырость.

Ганозис – это смесь из горячего пчелиного воска с маслом. Изделия, по-

крытые таким восковым лаком, прекрасно сохранились в течение многих сто-

142

летий и блестят как новые. Им пользовались древние египтяне и греки для сохранения мрамора от разрушения.

Пчелиный воск – основа ганозиса – пластичен, мягок, прочен и стоек, он не пропускает воду, не гниет, его химический состав не изменяется под действием температур, солнечной радиации. Он плотно приклеивается к поверхности и надежно защищает ее от вредных воздействий. Ганозисом можно покрывать любые памятники: из гранита, известняка, кирпича, железобетона и других материалов. На обработку 1 м² поверхности мрамора требуется около 7 г ганозиса.

ВДревнем Риме пользовались составом из снятого коровьего молока и извести. Этой полужидкой массой покрывали мрамор. Почти прозрачное покрытие защищало скульптуру от погодных влияний.

Силикатирование – пропитка растворимым стеклом и хлористым кальцием, в результате чего на поверхности камня образуются нерастворимые соединения, закрывающие поры.

Обработка поверхности камня синтетическими полимерами, главным образом кремнийорганическими.

Для обеспечения конструкционных мер защиты при проектировании архитектурных форм каменных зданий или их частей, облицованных природным камнем, необходимо предусматривать защиту камня от сильного увлажнения, обеспечить хороший отток воды, проветривание, гладкие поверхности, надежную герметизацию швов, а при строительстве – высокое качество работ.

Высокой долговечностью отличаются некоторые каменные материалы. Общеизвестно, что более 4 тысяч лет сохраняется гранитная одежда египетских пирамид; около 3,5 тысячи лет насчитывается фигурам сфинксов, высеченным из сиенита (сейчас они украшают здание Академии художеств, расположенной на набережной р. Невы в Санкт-Петербурге).

Многовековую историю имеют белокаменные соборы и кремли старых русских городов; ровно 200 лет в суровых условиях сохраняется мраморная облицовка Санкт-Петербургского Мраморного дворца, а облицовка готического собора в Милане из розового мелкозернистого мрамора прекрасно сохраняется вот уже более 500 лет.

9.10Камнеобрабатывающее оборудование

исопутствующие материалы

Внаши дни камнеобрабатывающее оборудование как нельзя лучше соответствует современным требованиям, кроме того, оно очень разнообразно (например, только фрезерные и шлифовальные станки разделяются на виды для промышленных – стационарных и строительных – переносных площадок).

Ручной электрический, пневматический инструмент (к сожалению, в основном зарубежных производителей) обеспечивает точность изготовления изделий из камня, высокую надежность и производительность.

Для обработки лекальных поверхностей и вырезания на камне различных узоров применяют фрезерные стационарные или передвижные станки со сменными инструментами различного назначения. Рельефные изображения на каменных изделиях можно выполнять с помощью пескоструйных аппаратов, ра-

143

ботающих на песке или других абразивных материалах, подаваемых под давлением 5...7 (рисунок 118).

Рисунок 118 – Пневматический мо-

лоток

с набором ударных наконечников: a – пневматический молоток;

б – набор сменных наконечников

Для этого на шлифованную или полированную поверхность камня перед началом обработки накладывают металлический шаблон. Шлифовка и

полировка – смежные процессы, позволяющие придать лицевой поверхности камня гладкой декоративной фактуры, выявляющей его цвет и рисунок.

В результате окантовки плите-заготовке придают заданную форму и размеры, при необходимости с помощью алмазной фрезы выполняют профильную обработку.

Современные способы фактурной обработки естественного декоративного камня позволяют наиболее полно раскрыть его богатейшие архитектурнохудожественные возможности.

Для выбора фактурной обработки камня необходимо знать природу, цвет, строение камня и место его применения.

Для обработки натурального и искусственного камня также необходим широкий спектр расходного инструмента:

Абразивный – на синтетической, магнезиальной, бакелитовой связке. Алмазный – сегменты, диски, круги, фрезы, канаты, штрипсы, сверла, ко-

ронки, velcro-черепашки, липучки-губки, бумага, профильные фрезы, ролики и др.

Твердосплавный – скарпели, закольники, «звездочки», бучарды. Современные фирмы пользуются разнообразными способами обработки

камня. Это:

Гидроабразивная обработка. Для фигурной обработки камня применяется технология гидроабразивной резки (так называемая "водорезка" или вотерджет), при которой вода под высоким давлением соединяется с песком. Получается гибкий лобзик с толщиной реза до 2 мм.

Преимущества этой установки очевидны: можно "выпиливать" отверстия в середине материала, получается меньше отходов, возможна резка любой сложности и конфигурации. Этот метод, в частности, широко используется при резке стекла под столешницы для раковин. Края у такого стекла получаются абсолютно гладкими и безопасными.

Гидроабразивной резке под силу то, что не всегда можно сделать алмазным инструментом. Именно с помощью этой технологии делают декоративные бордюры, напольные мозаики и настенные панно из камня и керамогранита.

Лазерная резка. Сфокусированный лазерный луч регулируемой мощности – идеальный инструмент для резки, обеспечивающий качествен-ную гладкую поверхность реза широкого спектра материалов. Применение точных

144

координатных столов снимает любые ограничения по геометрической сложности вырезаемых изделий. Компьютерная подготовка рабочих программ в сочетании с коротким технологическим циклом производства дает возможность с высокой точностью и в сжатые сроки вырезать даже небольшие партии деталей.

С высокой точностью изготовить небольшую партию технологически "неудобных" деталей из камня – в этом случае альтернативы лазерному способу резки нет. Современное оборудование обеспечивает раскрой любой степени сложности, а гибкое программное обеспечение и короткий технологический цикл позволяют выполнять единичные заказы даже в присутствии заказчика.

Дополнительно могут быть выполнены операции шлифовки, полировки, покраски и нанесения поверхностных покрытий методом вакуумного напыления, изготовления крепежных элементов.

Пескоструйная обработка. Пескоструйная обработка или "пескоструйка"- обработка сильной струей воздуха газа или жидкости со взвешенными в них песчинками или дробинками, изготовленными из абразивного материала.

Пескоструйка используется для обработки поверхностей или резки материала.

Один из ведущих производителей химии для камня – концерн AKEMI (Германия) представляет огромное разнообразие продукции, используемой российскими фирмами, работающими с камнем: клеи, шпатлевки на основе полиэфирных, акриловых и эпоксидных смол, широкий спектр очистителей, средства защиты – специальные пропитки, полироли.

Клеи, мастики, шпатлевки на основе полиэфирных и акриловых смол

предназначены для склеивания камня между собой, заделки каверн, раковин, отверстий различных диаметров, приклеивания металлических букв и формования сколотых фрагментов натурального и искусственного камня. Применяются для внутренних работ. Прекрасно полируются и колеруются, быстро сохнут.

Шпатлевки на основе эпоксидных смол предназначены для склеивания камня с камнем, со стеклом, металлом, деревом, для усиления камня, заделки каверн, мелких и крупных трещин, отверстий, при установке конструктивного бандажа, противоскользящих полос. Применяются на горизонтальных и вертикальных поверхностях. Подходят для внутренних и наружных работ, прекрасно полируются, колеруются, характеризуются хорошей адгезией к металлу и влажному камню, высокой стойкостью к воде, морозу, высокой способностью проникновения, придают поверхности камня более насыщенный цвет и фактуру.

Специальные очистители для камня от грязи, цементной пленки, ржавчины, воска, плесени, масла, жира и графита.

Пропитки защищают полы, фасады, памятники и столешницы от воздействия времени и природных условий (влаги, дождя и соли), разрушения, небрежной и неаккуратной эксплуатации (масла, жира, грязи и краски).

Полироли придают чистоту, блеск, противоскользящий эффект и естественный цвет камню.

Наиболее известные в России и Европе фирмы-производители природных каменных материалов: "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЗАВОД" – Россия, г. Риж; "САРДИС" – Россия, Санкт-Петербург; "Возрождение" – Россия, Самара; "ДИАМАНТ" – Россия, Самара; "Nuova Mondial Мес " – Италия; "Diabu" – Германия; "Hummel GmbH" – Германия.

145

10 Лесоматериалы

Древесина – один из наиболее широко распространённых материалов, имеющих многовековой опыт применения в строительстве, архитектуре и дизайне.

Основные преимущества древесины как материала, учитываемые при конструировании:

Восстанавливаемость ресурсов. Экологическая безопасность применения.

Малая плотность при относительно высокой прочности (таблица 24).

сти сосны вдоль волокон 0,39, а поперек – 0,15 ккал/м·ч·град. Хорошая обрабатываемость режущими инструментами. Возможность склеивания.

Легкая гвоздимость.

Способность хорошо окрашиваться, лакироваться, полироваться, красивая текстура (рисунок, образующийся на поверхности древесины вследствие перерезания анатомических элементов).

Звукоизоляционные свойства древесины имеют большое значение при использовании в качестве звукоизоляционного строительного материала, а также для улучшения акустики общественных зданий.

Звукоизлучающие свойства (резонанс). Древесина широко применяется для изготовления инструментов.

Стойкость к действию растворов кислот и щелочей; в связи с этим древесину хвойных пород применяют для изготовления емкостей, труб.

Способность к изгибу, что имеет существенное значение при гнутье древесины. Более высокой способностью к изгибу отличается древесина лиственных пород (рисунок 119).

Сравнительно большая износостойкость.

Свойства "предупреждать" (потрескиванием) при критических нагрузках о своем скором разрушении.

Недостатки древесины как материала, учитываемые при конструиро-

вании:

146

Анизотропность, т.е. изменение механических характеристик в зависимости от породы, места произрастания, зоны в поперечном сечении ствола (заболонь, ядро, сердцевина), направления волокон, наличия пороков и их расположения, влажности и других факторов; это затрудняет отбор материала для ответственных изделий и сооружений.

Изменение размеров и формы в результате усушки, разбухания, коробления, особенно под воздействием изменения температуры и влажности воздуха. Изза неравномерного удаления влаги возникают напряжения, которые приводят к растрескиванию материала.

Разбухание – отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединения в емкостях и деревянных трубах. При закреплении набухших деталей из древесины возникает давление разбухания в пределах 8…32 кгс/см2.

Низкое сопротивление раскалыванию. Однако это свойство имеет положительные значения при заготовке колотых сортиментов.

Загнивание, повреждение насекомыми и возгорание в неблагоприятных условиях службы.

10.1 Классификация основных пород древесины

Виды древесины

Рисунок 120 – Классификация основных пород древесины

Лиственные породы. Стволы у лиственных пород менее правильной формы и более сбежистые. В архитектуре и дизайне широкое распространение получили следующие породы древесина: дуб, ясень, бук, береза, осина, ольха и липа (рисунок 120).

растрескиванию. Это наиболее популярный вид дерева с широким спектром

147

использования – из него изготавливают ответственные конструкции в гидротехнических сооружениях и столярные изделия (оконные рамы и двери), фанеру и паркет. Для дизайна интерьеров дуб является одним из излюбленных пород дерева. Особенно ценным является мореный дуб черного или темно-серого цвета, который получается при длительном нахождении дуба под водой.

лого цвета. Имеет древесину, похожую на бук, но более тяжелую. Используется для тех же целей, что и бук.

Осина – заболонная порода, широко распространенная в наших лесах. Ее древесина с зеленым оттенком, легкая и мягкая, менее прочная, чем у березы. При высыхании не коробится и мало трескается, хорошо сопротивляется атмосферным осадкам.

Граб Используется для изготовления древесных плит, гонта и фанеры. Клен насчитывает более 110 видов деревьев и кустарников. Это один из

самых многочисленных семейств. Древесина клена плотная и тяжелая, физико-механические показатели выше, чем у дуба. Используется как отделочный материал и для производства фанеры.

загниванию, но хорошо сохраняется под водой. По механическим свойствам уступает березе. Применяется для подводных сооружений, в столярном производстве, для изготовления фанеры и гонта (тонкие дощечки для кровли).

Береза – это рассеяннососудистая порода, в которой мелкие и крупные сосуды распределены равномерно по всему объему. Порода заболонная, имеет

148

тяжелую древесину белого цвета с легким желтоватым или красноватым оттенком, твердая и прочная, но легко загнивает особенно в условиях

принадлежит разнообразным видам елей, пихт, сосен, туй и можжевельников. Ботанический подкласс хвойных пород весьма велик и насчитывает 7 семейств и около 60 родов, объединяющих более 560 видов. Растения эти встречаются по всему миру, произрастая как в тропиках, так и за границей Полярного круга.

что и лиственница. Имеет ядро светло-бурого цвета и широкую заболонь, мало отличающуюся по цвету от ядра. Продолжительность жизни от 200 до 700 лет.

Древесина лиственницы легкая и мягкая, по прочности близка к ели, хорошо обрабатывается во всех направлениях. Кедр применяется в столярном производстве, а в строительстве – в виде круглого леса и пиломатериалов, для изготовле-

ния облицовочной фанеры.

Кедр

10.2 Строение и состав древесины

Дерево состоит из ствола, кроны и корней. Корни предназначены для укрепления дерева в грунте, для всасывания влаги и растворенных в ней минеральных веществ и подачи их к стволу. Ствол удерживает крону и служит для перемещения воды и питательных веществ от корней через ветви к листьям, а от листьев обратно к корням. Верхняя наиболее тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя утолщенная – комлем.

149

Главную часть дерева и его основную массу (50…90 %) составляет ствол (корни – 5…25 %, ветки – 5…20 %), являющийся основным сырьем в производстве всех видов древесных строительным материалов.

Изучают разрезы ствола дерева по трем направлениям: поперечному, проходящему перпендикулярно оси ствола; радиальному, проходящему вдоль ствола, через его ось, и тангенциальному, проходящему вдоль ствола по хорде поперечного сечения (рисунок 121).

Макроструктура древесины. Строение древесины типично для родов, а иногда и для видов древесных растений.

Рисунок 121 – Основные части ствола и его главные разрезы:

П – поперечный; Р – радиальный;

Т – тангенциальный

На поперечном (торцевом) разрезе ствола дерева достаточно четко различаются его основные части: кора, луб, камбий, заболонь, ядро и сердцевина.

Кора защищает дерево от механических воздействий, перепадов температур и внешних влияний среды. Она состоит из наружной кожицы, пробкового слоя под ней и внутреннего слоя – луба, по которому из кроны вниз поступают необходимые для развития питательные вещества. Он состоит из ситовидных трубок и лубяных волокон.

Под слоем луба у растущего дерева находится камбиальный слой, состоящий из живых клеток, размножающихся делением. Ежегодно в вегетационный период камбий делится на две клетки, откладывая их большую часть в сторону ствола, а меньшую – в сторону луба. Весной камбий образует широкие клетки с тонкой оболочкой, так называемую весеннюю (раннюю) светлую древесину. Во второй половине вегетационного периода, когда дерево нагружено развивающимися побегами и листьями, камбий образует толстостенные, мелкие, сплюс-

нутые клетки – летнюю (позднюю) древесину темного цвета, которые выполняют

механические функции и составляют главную часть летней древесины. Образовавшиеся в течение вегетационного периода слои, состоящие из ранней и поздней древесины, называются годичными кольцами.

В процессе роста дерева, стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав, одеревеневают и пропитываются у хвойных пород – смолой, а у лиственных – дубильными веществами (рисунок

122).

Рисунок 122 – Смола хвойных пород

Эту часть ствола, состоящую из мертвых клеток и законсервированную вышеперечисленными веществами, называют у некоторых пород ядром, а у других – спелой древесиной. Часть более молодой древесины ствола,

150

расположенной ближе к коре, в которой имеются еще живые клетки, обеспечивающие перемещение питательных веществ от корней к кроне, называют заболонью. Эта часть древесины имеет большую влажность, относительно легко загнивает, непрочная, обладает большой усушкой и склонностью к короблению.

Породы, у которых центральная часть ствола отличается от заболони более темной окраской и меньшей влажностью, называют ядровыми (сосна, лиственница, дуб, кедр). Породы, у которых центральная часть ствола отличается от заболони только меньшей влажностью, называют спело древесными (ель, пихта, бук и липа). Древесные породы, у которых нельзя заметить значительные различия между центральной частью и наружной частью ствола, носят название заболонные (береза, клен, ольха и осина).

Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Она совместно с древесной тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. Эта часть ствола дерева загнивает в первую очередь и имеет малую прочность. Поэтому сердцевина не допускается в тонких досках и брусьях, предназначенных для растянутых и изгибаемых элементов конструкций. Нежелательна сердцевина и в столярных изделиях, так как она постепенно выкрашивается.

В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении и создания запаса питательных веществ на зимнее время. У хвойных пород они обычно очень узки и видны только под микроскопом. Древесина лиственных пород (дуба) обладает сердцевинными лучами, имеющими вид довольно широких лент. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.

Микроструктура древесины наблюдается при сильном увеличении. Микроскопическое строение древесины различных пород весьма разнообразно. Это видно на примере микроструктуры хвойных пород (сосна), твердолиственных пород (дуб) и мягко лиственных (бере-

за) пород (рисунок 123).

Рисунок 123 – Микроструктура березы:

1– годичный слой; 2 – сердцевинные лучи; 3

– вертикальный смоляной ход; 4 – ранняя трахеида; 5 – поздняя трахеида; 6 – окаймленная пора; 7 – лучевая трахеида; 8 – сосуды; 9 – крупный сосуд; 10 – мелкий сосуд; 11

– широкий сердцевидный луч; 12 – узкие сердцевидные лучи; 13 – лифриформ; 14 – лестничная перфорация

Одинаковые по форме и функциям группы клеток объединяются в ткани, имеющие различное назначение в жиз-

ни древесины: проводящие, запасающие и механические (рисунки 124, 125).

151