Целью изучения строительных материалов является: получение необходимых знаний о классификации, физической сущности свойств, основах производства, номенклатуре и характеристиках строительных материалов.
Строительные материалы выполняют комплекс функций, связанных с технологией производства строительных работ, эксплуатацией, композиционным построением здания, сооружения, его стоимостью, включающей цену, затраты на применение и эксплуатацию. Работа с материалом предполагает учет действующих архитектурно-строительных норм и правил, природных (география, климат) и социальных (культурологические, национально-психологические) факторов. Не менее значимы эстетические аспекты применения материалов, определенные поверхности которых, называемые лицевыми, воспринимаются визуально в процессе эксплуатации.
Виды строительных материалов и технология их изготовления изменялись вместе с развитием производственных сил и сменой производственных отношений в человеческом обществе. Простейшие материалы и примитивные технологии заменялись более совершенными, на смену ручному изготовлению пришло машинное.
Проходили столетия, расширялся и видоизменялся ассортимент строительных материалов. Так, вместо традиционных мелкоштучных тяжелых материалов было организованно массовое производство относительно легких крупноразмерных строительных деталей и конструкций из сборного железобетона, гипса, бетонов с легкими заполнителями, ячеистых бетонов, бесцементных силикатных автоклавных бетонов. Широкое развитие получило производство разнообразных тепло- и гидроизоляционных материалов. Быстрыми темпами развивалось производство и применение в строительстве полимерных материалов различного назначения. Были созданы предприятия по выпуску теплоизоляционных материалов и легких заполнителей.
Крупномасштабное строительство, разнообразие конструктивных типов зданий и сооружений требует, чтобы сырье для производства строительных материалов было массовым, дешевым и пригодным для изготовления широкого диапазона изделий.
Таким требованиям отвечают многие виды нерудного минерального сырья, занимающего по объему запасов значительное место среди полезных ископаемых (силикаты, алюмосиликаты). Добыча нерудного строительного сырья, залегающего в основном в верхней части осадочного покрова, является технологически несложной. По сравнению с другими обрабатывающими отраслями невысок и уровень затрат на переработку этого Сырья из расчета на единицу массы готовой продукции. Однако коэффициент использования ресурсов значительно ниже оптимального. Наиболее эффективным является комплексное использование одного вида добываемого нерудного сырья для производства продукции различного назначения. Это подтверждается внедрением метода переработки нефелинового сырья в глинозем для получения алюминия, содопродуктов и цемента. Значительный эффект дает и комплексная переработка сланцев в бензин, фенолы, серу и цемент.
Промышленная отрасль производства строительных материалов — это единственная отрасль, которая не множит, а потребляет промышленные отходы (золу, шлаки, древесные и металлические отходы) для получения изделий различного назначения. При изготовлении строительных материалов используют также побочные продукты (песок, глину, щебень и др.), полученные при добыче руд и угля. Комплексное использование сырья — это безотходная технология, позволяющая осуществлять природоохранные мероприятия и многократно увеличить эффективность производства.
Историческая справка
О фасадных стенах домов, которые были построены за последние сто лет, можно сказать следующее: с точки зрения эстетики и требований к прочности они уже давно выполнили свою задачу. Да, в свое время они придавали зданию идеальный внешний вид, соответствующий его статусу. С конца XVIII столетия и до Второй мировой войны более половины домов жилых и административных зданий, построенных в Европе, имели неоштукатуренную кирпичную облицовку. Сецессион, вошедший в моду на рубеже ХIХ-ХХ столетий, привнес в архитектуру изразцовые элементы декора. Несмотря на дороговизну, их часто применяли для украшения и дополнения зданий, реже — для полной облицовки фасадов. Распространению этих декоративных элементов по всей Европе в значительной мере способствовал завод, построенный Вилмошем Жолнаи в г. Печ, а на производстве облицовочного кирпича в то время специализировались, по крайней мере, полдюжины заводов.
В конце первого десятилетия масштабной программы жилищного строительства, развернувшейся после Второй мировой войны, здания — частично или по всей поверхности -часто украшали снаружи различными видами керамики, при этом совершенно не учитывались требования строительной физики. При изготовлении облицовок из неоштукатуренного кирпича с применением мозаики из мелкой майолики и прочих облицовочных керамических элементов главная задача заключалась в том, чтобы фасадная стена была прочной
Значительное влияние на изготовление фасадов из неоштукатуренного кирпича оказывала технология строительства. На рубеже столетий ограждающие стены зданий возводили снаружи, стоя на строительных лесах; начиная с 1950-х годов несущие стены уже стали класть изнутри, а облицовки, которые закрепляли с помощью раствора, строители укладывали, стоя на простых лестничных лесах.
Причина популярности фасадов с облицовкой из неоштукатуренного кирпича в архитектуре Англии, Голландии, Дании и Северной Германии заключается не только в практичности, это еще и вынужденное решение, поскольку соленый, влажный морской воздух быстро разрушает штукатурку с известковыми вяжущими материалами, а поверхность из керамических элементов и камня лишь покрывается патиной (грубеет). Облицовки из не оштукатуренного кирпича очень часто встречаются и в России. А для какого-нибудь датского архитектора совершенно естественно, когда на доме делают кирпичную облицовку, даже если само строение имеет деревянный каркас или возведено из сборных элементов.
Сто лет тому назад, когда в России стены деревенских и загородных домов традиционно украшали паклей и резными петухами, предприимчивый американский фермер прибил к стенам своего дома доски под таким углом, чтобы попадающая на них вода скатывалась по обшивке. История не сохранила имени находчивого американца, зато сохранило название обшивки – более века она известна как панели сайдинга.
В середине прошлого века в Канаде стартовало производство сайдинга из винила. Аккуратные, не требующие особого ухода и при этом долговечные эти панели быстро завоевали популярность в Северной Америке, а затем и во всем мире. И сейчас каждый, кто стремится сделать свой дом привлекательным в самые краткие сроки, стремится приобрести материал данного вида.
Классификация
В настоящее время на рынке строительных материалов все чаще применяются передовые технологии и современные виды облицовочных и фасадных материалов. Разумеется, современные здания должны быть долговечными и красивыми, уютными и теплыми, пожаробезопасными и экологичными, прочными и оригинальными.
Этим условиям отвечает большое количество современных облицовочных и фасадных материалов. Рассмотрим некоторые из них.
Для украшения фасадов предусмотрены разнообразные облицовочные материалы, среди которых наиболее популярны натуральный и искусственный камень, керамогранит, а также кирпич.
Фасад, облицованный плитами из натурального камня , приобретает особую архитектурную выразительность и монументальность. Долговечность — еще одно достоинство «каменных» фасадов. Однако для наружной отделки подойдет не любая порода камня. Как правило, используют гранит и мрамор, реже — травертин, сланец, известняк, песчаник. Граниты очень прочные, твердые и плотные, обладают низким водопоглощением, высокой устойчивостью к морозу, перепадам температур, загрязнению. У них равномерный рисунок и обширная цветовая гамма: белый, серый, зеленый, красный, черный, розовый и др. В сравнении с гранитом мрамор более пористый, поэтому поглощает больше влаги, а значит, менее устойчивый к морозу и колебаниям температур. Для облицовки рекомендуется использовать только плиты из высокоплотного мрамора. Обычный его цвет — белый, но часто встречаются мраморы розовые, серые, зеленые, красноватые, черные, желтые, голубые. Возможны сочетания этих цветов. Стоит отметить, что если граниту свойственны холодные тона, то мрамору — теплые.
Размеры плит из натурального камня бывают разными — все зависит от пожеланий заказчика. Из этого материала можно выполнить любые декоративные элементы (включая панно). Самая распространенная на сегодняшний день фактура облицовочного камня — полированная, придающая фасаду строгий вид. Вместе с тем все чаще востребованы камни «рваные», со сколотыми краями или неровной лицевой поверхностью. Наверное, главным недостатком «каменных» фасадов является их высокая стоимость.
Современные технологии позволяют точно копировать любой природный камень любых размеров и цветов. Речь идет об искусственном камне — изделии из бетона с добавлением разнообразных компонентов (красителей-пигментов, пластификаторов и пр.). В сравнении с природным у искусственного камня есть ряд преимуществ. Прежде всего, он гораздо дешевле. Более того, его укладка проще: не нужны тщательные подрезка и подгонка одной плитки к другой, а значит, вы экономите деньги (и время) еще и на монтаже облицовки. Другое отличие от натурального камня: очень большой выбор цветов и фактур изделий (в среднем у серьезного производителя не менее 80 решений внешнего вида плиток). Сегодня можно приобрести даже изделия с фактурой, не встречающейся у природных камней. Также выпускаются угловые элементы, которые нельзя выполнить из натурального камня. Наконец, предусмотрено множество декоративных элементов из бетона — бордюры, карнизы, плинтусы, полуколонны, колонны, наличники и пр. Иными словами, искусственный камень подойдет сторонникам любых архитектурных направлений.
Бетонные плитки легкие (в среднем 10-11 кг на 1 кв. м) и притом очень тонкие (их минимальная толщина около 7 мм), так что их можно монтировать даже поверх пенополистирольного утеплителя. Благодаря легкости плиткам не требуется дополнительная основа. Они достаточно паропроницаемы, поэтому не препятствуют выходу пара из толщи стены. Стоит добавить: коэффициент линейного расширения/сжатия плиток при изменении температур примерно такой же, как и у несущей стены (бетонной, пенобетонной, кирпичной), что в сочетании с хорошей адгезией плиток гарантирует надежность и долговечность облицовки. Искусственный камень для наружных работ должен обладать прежде всего высокой морозостойкостью (по ГОСТу достаточно 70 циклов, но у современных производителей она составляет 100-200 циклов). Морозостойкость бетонного изделия напрямую зависит от его водопоглощения, между тем плитки содержат поры, которые способны впитывать влагу. Поэтому, как правило, после монтажа фасадные плитки обрабатываются гидрофобизатором. Это особый состав на основе силикона, покрывающий изделие пленкой, которая не пропускает воду, но пропускает пар. Морозостойкость обработанной плитки повышается до 500 циклов. Кроме того, гидрофобизатор защищает изделие от грязи и пыли.
Широкие возможности для архитекторов предоставляет керамогранит . У него схожая с обычной керамикой сырьевая смесь: белая глина, каолин, кварцевый песок, полевой шпат, красящие пигменты на основе окисей металла. Однако у керамогранита эти компоненты смешаны в иной пропорции, и процесс изготовления плиток тоже иной: во-первых, перед обжигом сырье прессуется под огромным давлением — более 450-500 кг/ кв. м, а во-вторых, плитки обжигаются при очень высокой температуре — до 1250-1300ºС. Получаемое изделие — абсолютно монолитное, без пустот, трещин, инородных включений. Среди достоинств керамогранита — исключительная прочность (ударная, на изгиб), превышающая даже многие породы натурального камня. Кроме того, у него крайне низкое водопоглощение (до 0,01-0,05%), он стоек к морозу, перепадам температур, воздействию агрессивных химических веществ. Наконец, материал не меняет со временем цвет (так как окрашен в массе) и является экологически безопасным.
Внешний вид и свойства керамогранита различаются в зависимости от типа его поверхности — глазурованной и неглазурованной. К тому же последняя имеет несколько разновидностей: матовая, полированная, полуполированная, сатинированная, структурированная. Керамогранитные плиты обычно являются частью навесного фасада, состоящего из закрепленной на стене подоблицовочной конструкции и материалов облицовки.
Кирпич — традиционный строительный и облицовочный материал. Однако сегодня он оказался «знакомым незнакомцем»: на рынке представлены изделия, имеющие одинаковый внешний вид (прямоугольные бруски), но выполненные из разных материалов. Во-первых, есть привычный нам кирпич, изготовленный из отформованной глины, обожженной при температуре от 850 до 1000(С. Он прочен, долговечен, отличается огнестойкостью, звуконепроницаемостью, способностью сохранять тепло и уравновешивать колебания температур. Для фасадных работ применяется специальный лицевой кирпич, в котором, по ГОСТу, не допускаются трещины, отколы, известковые включения, пятна, выцветы и другие дефекты. Кроме того, он должен иметь правильную геометрию. Разновидности лицевого кирпича — фактурный (с неровным рельефом — «черепашка», «кора дуба» и пр. или правильным рисунком на боковых гранях) и фасонный (полукруглый, угловой, скошенный, с выемками и других форм) для оформления окон, карнизов, сводов, колонн. Цвет кирпича может быть практически любым, особые декоративные свойства ему придают тонкослойные покрытия — ангоб и глазурь.
Другой вид лицевого кирпича — клинкер . Его получают в результате высокотемпературного обжига (1200-1600(С) пластичных глин отборного качества до полного спекания, без включений и пустот. Получается исключительно прочное, низкопористое, цвето-, влаго-, морозостойкое (от 300 до 1000 циклов) и, как следствие, долговечное изделие (по словам производителей, срок его службы — более 150 лет без потери потребительских свойств). За счет отсутствия пор материал не гниет, устойчив к образованию грибка. Поскольку сырьевая масса полностью однородна, на поверхности кирпича исключены пятна-высолы. Цветовая гамма клинкера — более 100 оттенков (обычно он окрашивается в массе). Выпускаются кирпичи, на поверхности которых «перемешаны» несколько оттенков. Фактура их бывает гладкой, шероховатой, структурированной («волнообразной»), состаренной (для реконструируемых зданий или домов, стилизованных «под старину»).
Добавим, что по технологии изготовления клинкерного кирпича производятся также тонкие плитки (толщиной около 15 мм), имитирующие лицевой кирпич. Они могут монтироваться непосредственно на пенополистирольный утеплитель.
Наконец, на рынке представлены кирпичи, изготовленные из цементно-песчаной смеси по методу вибропрессования. Благодаря особым добавкам в сырьевую смесь они имеют высокие эксплуатационные характеристики. Водопоглощение у таких кирпичей в два раза ниже, чем у обычных глиняных. Во время дождя они не покрываются темными пятнами, на их поверхности не выступают высолы. По прочности бетонные кирпичи сопоставимы с гранитом, только, в отличие от него, они «дышат», пропускают пар. Объемный вес материала немногим ниже веса бетона, но разница усиливается за счет внутренних пустот кирпича, значительно облегчающих его и, соответственно, снижающих нагрузку на фундамент. Притом эти пустоты никоим образом не снижают прочность стен. Бетонные кирпичи не впитывают пыль, грязь, не выцветают со временем под воздействием солнечных лучей и атмосферных осадков (они прокрашены в массе). Цветовая гамма — более 200 оттенков, в том числе синий и зеленый цвета, а также светлые, пастельные тона. Интерес представляют и доборные элементы из того же материала, например, Г-образные профили, карнизные блоки, специальные блоки, позволяющие использовать в линии фасада нетрадиционные углы.
Сайдинг — не столько материал (как ошибочно считают многие), сколько система, технология обшивки фасада здания. В англоговорящих странах слово сайдинг (siding) определяет именно процесс облицовки фасада панелями или просто фасадные работы. Отделка сайдингом позволяет значительно улучшить внешний вид здания — благодаря обработке панелей различными лакокрасочными покрытиями. С сайдингом легко работать, он способен скрыть огромное количество дефектов на фасаде здания. Качества сайдинга не изменяются с течением времени, он не требует проведения дополнительных реставрационных работ. Сайдингу не страшны ни солнечный свет, ни влажность, ни ветер, ни снег с дождем, этот материал способен выдержать колебания температур от –50 до +50°С. Сайдинг не будет шелушиться, отслаиваться, вздуваться, расщепляться. Его не нужно перекрашивать и заменять со временем на новый, обрабатывать специальными жидкостями и средствами. По материалу изготовления и техническим характеристикам сайдинговые панели делят на виниловые, металлические и цокольные.
Фасадные термопанели на российском рынке появились относительно недавно. Между тем технология их производства была внедрена в Германии более 20 лет назад и за это время доказала свою долговечность и эффективность. Термопанель выполняет две важнейшие функции: утепление фасада и его декоративную отделку. Данная система представляет собой «сэндвич» из пенополиуретана (пенополистирола) и керамической (клинкерной) плитки.
Пенополиуретан — один из лучших в мире утеплителей, обладающий высоким сопротивлением теплопередаче. Этот полимерный изоляционный материал экологичен, не впитывает воду и, соответственно, не теряет своих качеств от влажности. Срок службы пенополиуретана — не менее 30 лет.
Выбор клинкерной керамики в качестве защитно-декоративного экрана неслучаен. Клинкер по степени стойкости к воздействиям окружающей среды превосходит большинство пород природного камня. Он характеризуется стойкостью и разнообразием естественной окраски. Клинкер — на 100% натуральный материал, так как изготавливается из сланцевой глины без применения химических добавок путем высокотемпературного обжига.
Блок-хаус — это вид стеновых деревянных панелей, имеющий полукруглую форму. Блок-хаус, являющийся имитацией оцилиндрованного бревна, применяют для наружной и внутренней отделки дома: стен, потолков, фронтонов, балконов и т. д. Его используют как при каркасном, так и при брусовом строительстве домов. Внутренняя сторона блок-хауза выполнена как у вагонки, а наружная имитирует венцы сруба. Издалека дом с такой отделкой трудно отличить от бревенчатого или брусчатого. Одним из преимуществ блок-хауза является устойчивость к растрескиванию, он способен выдерживать большие перепады температур.
Сырьевые материалы
Прежде чем перейти к описанию свойств материала, носящего название «сайдинг», необходимо дать ему определение. Слово «сайдинг» является заимствованным. В английском языке, точнее в американском английском, слово «siding» определяет технологию зашивки фасада неким навесным материалом. Дело в том, что традиционные американские строительные технологии подразумевают каркасно-зашивной метод строительства. При таком методе сначала возводился несущий каркас, который затем обшивался неким фасадным материалом. Чаще всего деревом, точнее, досками. Доски при этом нашивались внахлест, елочкой. Таким образом, из-за отсутствия ветрового шва не требовалась дополнительная ветрозащита и защита от атмосферных осадков. Именно эта технология, т.е. процесс обшивки фасада, и носит название «siding», а материал, используемый для этого, называется, естественно, традиционным деревянным сайдингом.
Поливинилхлорид (ПВХ) нашел широчайшее применение во всех областях человеческого существования. Великолепная стойкость, технологичность, химическая инертность привели к широкому распространению этого материала, в том числе и в строительстве. Оконные и дверные профили, фурнитура, сантехоборудование, всевозможные пленки и покрытия и, наконец, панели для обшивки фасадов, получившие название «vinil siding» (виниловый сайдинг).
Появился виниловый сайдинг в конце шестидесятых — начале семидесятых годов двадцатого века. С этого момента и идет отсчет истории винилового сайдинга — сегодня одного из популярнейших строительных материалов на американском континенте.
Виниловый сайдинг представляет собой отформованные из поливинилхлорида панели толщиной около одного миллиметра, имитирующие дощатую обшивку внахлест. Фактура поверхности чаще всего имитирует дерево. Краситель вносится в массу материала до формования. Форма панелей немного отличается у разных производителей и в различных сериях у одного и того же производителя. Длина панелей чаще всего около 300 — 400 см, ширина всего от 20 до 25 см.
С одной стороны панели имеют ряд отверстий для прошивки гвоздями и выступ замковой части, обеспечивающий крепление панелей друг к другу. С другой стороны панель загнута вовнутрь, этот загиб и является ответной частью замка. Панели монтируются внахлест, замковая часть верхней входит в зацепление с выступом на нижней. Затем панель крепится к основанию гвоздями или саморезами.
Для изготовления навесных фасадов широко используют сталь и алюминий. Так как поверхность металла покрывают полимерной пленкой или окрашивают, внешне металлический и полимерный сайдинг мало отличаются друг от друга. Однако по сравнению с виниловой вагонкой стальные и алюминиевые панели более долговечны (срок службы составляет 20–50 лет), прочны, термо- и огнестойки. Именно поэтому металлическим сайдингом отделывают здания, в которых расположены различные производства или службы, связанные с повышенной опасностью, например автозаправочные станции. Из-за высокой стоимости в частном строительстве стальной и алюминиевый сайдинг применяется достаточно редко.
Недавно в продаже появились деревянный и цементный сайдинг. При производстве деревянных панелей используют модифицированные древесные волокна, красители и связующие вещества. К сожалению, этот материал горюч и менее устойчив к воздействию неблагоприятных внешних факторов, чем, скажем, виниловый сайдинг. Гарантийный срок службы деревянных навесных фасадов составляет 15–20 лет. Цементный сайдинг изготавливают из цементной смеси, усиленной целлюлозным волокном, при этом его поверхность отделывают под дерево либо покрывают акриловой краской. Цементный сайдинг прочен, устойчив к температурным воздействиям и химически инертен; срок его службы – 50 лет. Цементно–целлюлозные панели весят в три–четыре раза больше, чем ПВХ-панели, поэтому для их монтажа необходима более массивная обрешетка.