Архит._материал._-_Шеина_Ч1. Т. В. Шеина архитектурное материаловедение
 Скачать 23.57 Mb.
|
|
9.10 Камнеобрабатывающее оборудование и сопутствующие материалы В наши дни камнеобрабатывающее оборудование как нельзя лучше соот- ветствует 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 ос- новном зарубежных производителей) обеспечивает точность изготовления из- делий из камня, высокую надежность и производительность. Для обработки лекальных поверхностей и вырезания на камне различных узоров применяют фрезерные стационарные или передвижные станки со смен- ными инструментами различного назначения. Рельефные изображения на ка- менных изделиях можно выполнять с помощью пескоструйных аппаратов, ра- 144 ботающих на песке или других абразивных материалах, подаваемых под давле- нием 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 пе- ред 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 раз- меры, при необходимости с помощью алмазной фрезы выполняют профильную обработку. Современные способы фактурной обработки естественного декоративно- го камня позволяют наиболее полно раскрыть его богатейшие архитектурно- художественные 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 применяет- ся технология гидроабразивной резки (так называемая "водорезка" или вотер- джет), при которой вода под высоким давлением соединяется с песком. Полу- чается 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 алмаз- ным инструментом. Именно с помощью этой технологии делают декоративные бордюры, напольные мозаики и настенные панно из камня и керамогранита. Лазерная резка. Сфокусированный лазерный луч регулируемой мощ- ности – идеальный инструмент для резки, обеспечивающий качествен-ную гладкую поверхность реза широкого спектра материалов. Применение точных 145 координатных столов снимает любые ограничения по геометрической сложно- сти вырезаемых изделий. Компьютерная подготовка рабочих программ в соче- тании с коротким технологическим циклом производства дает возможность с высокой точностью и в сжатые сроки вырезать даже небольшие партии дета- лей. 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 напыле- ния, изготовления крепежных элементов. Пескоструйная обработка. Пескоструйная обработка или "пескоструй- ка"- 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 мате- риала. Один из ведущих производителей химии для камня – концерн AKEMI (Германия) представляет огромное разнообразие продукции, используемой рос- сийскими фирмами, работающими с камнем: клеи, шпатлевки на основе поли- эфирных, акриловых и эпоксидных смол, широкий спектр очистителей, сред- ства 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 формо- вания сколотых фрагментов натурального и искусственного камня. Применя- ются для внутренних работ. Прекрасно полируются и колеруются, быстро сох- нут. 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 верти- кальных 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 факту- ру. Специальные очистители для камня от грязи, цементной пленки, ржав- чины, воска, плесени, масла, жира и графита. Пропитки защищают полы, фасады, памятники и столешницы от воздей- ствия 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 есте- ственный цвет камню. Наиболее известные в России и Европе фирмы-производители природных каменных материалов: "ЭКСПЕРИ- МЕНТАЛЬНЫЙ ЗАВОД" – Россия, г. Риж; "САРДИС" – Россия, Санкт-Петербург; "Возрождение" – Россия, Самара; "ДИАМАНТ" – Россия, Самара; "Nuova Mondial Мес " – Италия; "Diabu" – Германия; "Hummel GmbH" – Германия. 146 10 Лесоматериалы Древесина – один из наиболее широко распространённых материалов, имеющих многовековой опыт применения в строительстве, архитектуре и ди- зайне. Основные преимущества древесины как материала, учитываемые при конструировании: Восстанавливаемость ресурсов. Экологическая безопасность применения. Малая плотность при относительно высокой прочности (таблица 24). Таблица 1 – Прочностные характеристики древесины Рисунок 119 – Высокая способ- ность древесины к изгибу Малая теплопроводность. Ко- эффициенты теплопроводно- 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 пе- ререзания анатомических элементов). Звукоизоляционные свойства древесины имеют большое значение при ис- пользовании в качестве звукоизоляционного строительного материала, а так- же 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 древеси- ны. 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: Материал Плотность, кг/м 3 Коэффициенты кон- структивного качества при растя- жении при сжа- тии Ель 445 2,315 1,000 Лиственница 660 1,894 0,977 Дуб 690 1,567 0,833 Бук 670 1,836 0,828 Ясень 680 2,132 0,868 Береза 630 2,667 0,873 147 Анизотропность, т.е. изменение механических характеристик в зависимости от породы, места произрастания, зоны в поперечном сечении ствола (забо- лонь, ядро, сердцевина), направления волокон, наличия пороков и их распо- ложения, 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. Из- за 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/см 2 Низкое сопротивление раскалыванию. Однако это свойство имеет положи- тельные значения при заготовке колотых сортиментов. Загнивание, повреждение насекомыми и возгорание в неблагоприятных усло- виях службы. 10.1 Классификация основных пород древесины Рисунок 120 – Классификация основных пород древе- сины 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). Дуб – ядровая, кольце сосудистая порода, имеющая ярко выраженное ядро от светлого до темно-бурого цвета и узкую светло-желтую заболонь. Дуб произрастает в Европе, Азии и Африке, может достигать 45-метровой высоты и 1000-летнего возраста. Древесина дуба характеризуется высокой прочностью, упругостью и твердостью, способностью к гнутью, красивой текстурой и цветом, но дает значительную усушку и склонна к растрескиванию. Это наиболее популярный вид дерева с широким спектром Дуб Виды древесины Хвойные Лиственные Твердые Мягкие 148 использования – из него изготавливают ответственные конструкции в гидро- технических сооружениях и столярные изделия (оконные рамы и двери), фане- ру и паркет. Для дизайна интерьеров дуб является одним из излюбленных по- род дерева. Особенно ценным является мореный дуб черного или темно-серого цвета, который получается при длительном нахождении дуба под водой. Ясень – это ядровая порода, по виду и строению напоми- нает древесину дуба. Его разновидности встречаются в Европе, Малой Азии, на Кавказе, Крыму и Дальнем Востоке. Имеет тяжелую, гибкую и вязкую, но менее прочную древесину, чем древесина дуба. Древесина ясеня отличается малой склонно- стью к растрескиванию, красивой текстурой, хорошо сохраня- ется на воздухе и в воде, но легко загнивает в условиях пере- менной влажности. Бук – спело древесная порода, тяжелая и прочная, но подвержена загниванию в условиях повышенной и переменной влажности, а при высушивании – короблению и растрескива- нию, легко раскалывается. Семейство буковых состоит из де- сяти лиственных видов, которые произрастают в климатиче- ской зоне северного полушария. Граб – заболонная, спело древесная, твердая порода бе- лого цвета. Имеет древесину, похожую на бук, но более тя- желую. Используется для тех же целей, что и бук. Осина – заболонная порода, широко распространенная в наших лесах. Ее древесина с зеленым оттенком, легкая и мяг- кая, менее прочная, чем у березы. При высыхании не коро- бится и мало трескается, хорошо сопротивляется атмосфер- ным 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 фа- неры. Ольха – порода заболонная, спело древесная. Свежесрубленная древесина ольхи белого цвета, на воздухе быстро краснеет. На самом деле оль- ха принадлежит семейству березы. Около 30 ее разновидностей произрастает в климатических районах северного полушария, а также в Южной Америке и Перу. Древесина ольхи мяг- Ольха кая и легкая, однородного строения, склонная к загниванию, но хорошо сохраняется под водой. По механическим свойствам уступает березе. Применяется для подводных сооружений, в столярном произ- водстве, 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 Ясень Бук Клен 149 тяжелую древесину белого цвета с легким желтоватым или красноватым оттен- ком, твердая и прочная, но легко загнивает особенно в условиях повышенной влажности. Продолжительность жизни 100…150 лет, достигает 30-метровой высоты. Деревья семейства березо- вых встречаются в северных климатических поясах и насчиты- вают около 40 видов. Из нее изготавливают фанеру и столяр- ные изделия. Карельскую березу, имеющую свилеватое распо- ложение волокон, широко используют в дизайне. Хвойные породы. В архитектуре и дизайне используется более 2000 сортов хвойных растений, большинство из которых 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 По- лярного круга. Ель – без ядровая, спело древесная порода. Древесина белая со слабым желтоватым оттенком. Сложно обрабатывается из-за обилия сучков. Применяется в тех же областях, что и сосна. Лиственница – ядровая порода, мелкослойная, высотой до 35…50 м и диаметром 1м. Древесина ядра красновато-бурого цвета, а заболонь узкая и по окраске резко отличается от ядра. Произрастает главным образом в Сибири, на Дальнем Востоке и на Урале. Продолжительность жизни 600 лет. Древесина лиственницы плотная, твердая и прочная, мало коробится и трескается при высыхании, менее подвержена гниению, чем сосна. Поэтому лиственница особенно ценится в гидротех- ническом строительстве и мостостроении. Венеция стоит на сваях из русской лиственницы. Кедр – порода ядровая, произрастает в тех же районах, 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 строитель- стве – в виде круглого леса и пиломатериалов, для изготовле- ния облицовочной фанеры. 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 мине- ральных 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 Береза Ель Лиственница Кедр 150 Главную часть дерева и его основную массу (50…90 %) составляет ствол (корни – 5…25 %, ветки – 5…20 %), являющийся основным сырьем в произ- водстве 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 ча- сти: кора, луб, камбий, заболонь, ядро и сердцевина. Кора защищает дерево от механических воздействий, перепадов темпера- тур 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 , состоя- щий 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 развиваю- щимися 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. Образо- вавшиеся в течение вегетационного периода слои, состоящие из ранней и позд- ней 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 законсерви- рованную вышеперечисленными веществами, называют у некоторых пород яд- ром, а у других – спелой древесиной . Часть более молодой древесины ствола, 151 расположенной ближе к коре, в которой имеются еще живые клетки, обеспечи- вающие перемещение питательных веществ от корней к кроне, называют забо- лонью . Эта часть древесины имеет большую влажность, относительно легко за- гнивает, непрочная, обладает большой усушкой и склонностью к короблению. Породы, у которых центральная часть ствола отличается от заболони бо- лее темной окраской и меньшей влажностью, называют ядровыми (сосна, лист- венница, 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 раз- личия 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 обра- зует 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 конструк- ций. Нежелательна сердцевина и в столярных изделиях, так как она постепенно выкрашивается. В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи , которые слу- жат 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 широ- ких лент. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании. Микроструктура древесины наблюдается при сильном увеличении. Мик- роскопическое 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 – окайм- ленная пора; 7 – лучевая трахеида; 8 – сосу- ды; 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). 152 Рисунок 124 – Схематическое изображение клеток, из которых состоит древесина: 1 – трахеида со щелевыми окаймленными пора- ми; 2 – трахеида с окаймленными порами; 3 – трахе- ида со спиральным утолщением; 4 – спиральный со- суд; 5 – пористый сосуд; 6 – перегородчатый либри- форм; 7 – либриформ со щелевидными порами Рисунок 125 – Динамика развития пори- стого сосуда: 1 – пористый сосуд, пронизывающий дре- весину, начинает развиваться из меристемных клеток; 2 – затем они вырастают; 3 – на утол- щающихся стенках намечаются породы; 4 – по- перечные горизонтальные перегородки между клетками начинают исчезать; 5 – образуется по- ристый сосуд Проводящие клетки – сосуды у лиственных пород и трахеиды – у хвой- ных, сообщающиеся между собой с помощью микроскопических отверстий. Сосуды представляют собой тонкостенные трубочки, расположенные вдоль ствола, диаметром 0,04…0,3 мм. В растущем дереве по сосудам передвигаются влага и питательные вещества от корней к ветвям и листьям. По распределению сосудов в поперечном сечении лиственные породы разделяют на кольце сосудистые (дуб, вяз и ясень) и рассеянно сосудистые (бук, граб, ольха, береза и осина). Механическая или опорная ткань древесины придает ей высокую прочность. В древесине хвойных пород опорную ткань образуют трахеиды. Опорная ткань лиственных пород состоит из веретенообразных толстостенных клеток, называ- емых «древесными волокнами». Запасающие клетки находятся большей частью в сердцевидных лучах и служат для хранения и передачи питательных веществ живым клеткам в гори- зонтальном направлении. Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, т.е. только из клеточных оболочек. |