Архитектурный бетон: особенности, преимущества и сферы использования
Разнообразие строительных материалов легко вводит в заблуждение: порой сложно разобраться, что и в каком случае лучше использовать. Но есть такие материалы, которые подойдут практически для всех видов работ. Один из них — архитектурный бетон. Его применяют при отделке стен и фасадов, для изготовления плитки, арок и украшений.
Что такое архитектурный бетон
Архитектурным или арт-бетоном называют раствор, используемый для заливки форм и декоративных работ. Он изготавливается из цемента и гипса, а также различных дополнительных компонентов, которые улучшают его характеристики и эксплуатационные свойства. Используя такой материал, можно создавать любые, даже самые необычные элементы декора, поскольку он имитирует различные текстуры, например, натуральное дерево или природный камень.
Главным отличием арт-бетона от обычного является внешний вид. Первый имеет серый оттенок, а второй может быть абсолютно любого цвета. И это еще не все:
- Готовая поверхность получается идеально ровной и гладкой, поскольку раствор имеет мелкозернистую текстуру.
- Изделия можно устанавливать или хранить под открытым небом. Они не впитывают влагу, поэтому легко выдерживают сильные осадки.
- Элементы и поверхности из архитектурного бетона хорошо переносят перепады температур, не растрескиваются и не деформируются.
- При необходимости можно добавить дополнительные ингредиенты, например, мелкие ракушки.
Материал можно назвать универсальным, поскольку он применяется во многих сферах, подходит для отделки внутри и снаружи здания.
Характеристики и состав
Прочность арт-бетона зависит от того, сколько по времени он сохнет. Так, в первые 3 дня она равна 39 Мпа, а уже спустя месяц — 59 Мпа. Белизна колеблется в пределах 68-85%. Морозоустойчивость достигает 100 циклов размораживания и заморозки.
Главный ингредиент — портландцемент вида М400 и М500. К нему добавляют кварцевый песок, который при необходимости можно заменить гранитной или мраморной крошкой. Также состав может включать в себя такие компоненты:
- Акриловая смола. Увеличивает срок эксплуатации до 10-15 лет. Делает материал пластичным, устойчивым к частой смене температурного режима и повышенной влажности.
- Глина, известь, гипс и другие минеральные вещества. Придают декоративные свойства, усиливают сопротивляемость истиранию, делают пожаробезопасным.
- Силикаты. Повышают прочность, влагоустойчивость, сопротивляемость воздействию химических веществ. Используются в тех случаях, когда проводится отделка фасада. Для оформления интерьера не подходит.
- Силикон. Улучшает пластичность и прочность. Усиливает сопротивляемость повышенной влажности, а также устойчивость к воздействию ультрафиолетового излучения.
- Краситель. Нужен для получения определенного оттенка.
Также в раствор добавляют щебень, гальку, регуляторы отверждения, добавки, усиливающие морозостойкость, фиброволокно и т. д.
Виды архитектурного бетона
Первым параметром для разделения на виды является назначение. В зависимости от него, выделяют два вида арт-бетона:
- Белый декоративный. Подходит для отделки фасадов и интерьеров, а также для изготовления декоративных элементов, например, колонн, скульптур, оград, ступеней и т. д. В процессе эксплуатации не переносит большие нагрузки.
- Белый легкий. Используется для отливки различных изделий и украшения интерьеров. Отличается прочностью и эстетичностью. Может имитировать любой другой материал, из-за чего часто применяется в процессе создания дизайнерских элементов декора.
По другой классификации выделяют еще 3 вида бетона такого типа. Первый — геометрический. Подходит для заливки опалубки разной формы. Больше других растворов близок по составу к классическому варианту.
Второй вид — декоративный. Используется для украшения поверхностей и строений из других материалов. Подходит для всех типов работ. И третий вид — скульптурный. Идеальный вариант для производства декоративных элементов разных форм и текстур. Применяется для лепки небольших изделий.
Преимущества и недостатки
Множество полезных свойств и характеристик заметно расширяют сферу использования архитектурного бетона, а также дают возможность делать из него настоящие произведения искусства. Вот некоторые из таких свойств:
- Благодаря мелкозернистой структуре поверхность можно шлифовать, сделать идеально ровной и гладкой.
- Устойчивость к ультрафиолетовым лучам. Материал не меняет цвет под воздействием солнца. Он не пересыхает, не растрескивается и не деформируется.
- Архитектурный бетон легко переносит скачки температуры, высокую влажность, ветер, механические и вибро-нагрузки.
- Не впитывает влагу, благодаря чему изделия весь период эксплуатации остаются целостными и прочными.
- Имеет высокие показатели пластичности, что значительно упрощает рабочий процесс и позволяет реализовывать даже самые необычные дизайнерские задумки.
- При необходимости можно менять не только цвет, но и характеристики. Для этого достаточно добавить нужный компонент.
- Архитектурный бетон — экологичный и безопасный материал.
- Имитирует любые другие материалы, например, дерево и природный камень.
- Нет особых требований касательно ухода и эксплуатации. Не нужно покупать особые средства или обращаться за помощью к специалистам.
- Высокие показатели пожаростойкости.
- Если нужно, в раствор можно ввести армирующие добавки, повышающие прочность готового изделия.
Приятными бонусами являются тепло-/звукоизоляционные свойства и доступная цена.
Минусов всего два. Во-первых, в некоторые составы добавляют химические растворы, за счет чего снижается экологичность. Во-вторых, готовые конструкции имеют немалый вес, поэтому они не подходят для отделки стен из дерева и других легких материалов.
Особенности изготовления
«Рецепт» приготовления архитектурного бетона практически не отличается от обычного раствора. Основа состоит из:
- портландцемент марки М400 или М-500 — 1 часть;
- кварцевый песок — 3 части;
- чистая вода — 3 части.
Ингредиенты тщательно перемешивают. Для того, чтобы проверить, можно ли начинать работу, нужно сжать небольшое количество раствора в руке на пару секунд. Если потекла жидкость, необходимо добавить немного песка. Если материал раскрошился в руке, стоит долить воды.
Чтобы получился архитектурный бетон, добавьте дополнительные компоненты. Один из важнейших — пигмент. Оттенок можно выбрать любой. Главное, чтобы он подходил к интерьеру или другим отделочным материалам, однако чаще всего предпочтение отдают пастельным, нежным тонам.
Для получения нужного результата можно смешать между собой несколько пигментов. Однако стоит помнить, что объем красителя не должен превышать 5% от общего объема раствора. Это для получения ярких, насыщенных оттенков. Для обычных цветов этот показатель равен 2-3%.
Что еще можно добавить в архитектурный бетон? Пластификаторы, повышающие прочность, фиброволокна (обычно полипропиленовое), присадки для увеличения морозостойкости (если отделке подлежит фасад). Для получения интересной фактуры можно добавить немного щебня или мраморной крошки.
Сферы применения арт-бетона
Архитектурный бетон подходит для отделки фасадов и интерьеров, а также для создания интересных декоративных элементов.
Дорожки
Делают 2 способами:
- Заливают раствор в обозначенных границах сплошным слоем. После, используя штампы, наносят рисунок.
- Отдельно изготавливают плитки нужного размера и формы, а потом укладывают их.
Оформление дорожки начинается с разметки. Потом удаляют слой грунта примерно на 10 см и устанавливают опалубку с армирующей сеткой. Следующий этап — укладка щебня и заливка раствора. В конце остается только нанести рисунок.
Заборы, скульптуры
Архитектурный бетон используется для изготовления отдельных частей для забора — столбов и плит. Поверхность чаще всего украшают штамповкой.
Для изготовления скульптур сначала собирают каркас из арматуры. После его обматывают сеткой и только потом сверху наносят раствор. С помощью арт-бетона можно вылепить даже самые маленькие детали. Последний этап изготовления — окрашивание в нужный цвет.
Фасады и интерьеры
Из арт-бетона делают красивейшие барельефы для украшения зданий снаружи. Также с его помощью имитируют отделку природным камнем. Из него отливают такие детали, как колонны, арки, статуи и другие элементы декора.
В случае с интерьерами в использовании архитектурного бетона фантазию можно не ограничивать. Он пригодится для таких целей:
- бесшовное покрытие стен, перегородок, колонн, перекрытий;
- облицовка под натуральный камень;
- заливка форм для изготовления лепных элементов и деталей для мебели;
- оформление арок и ниш, а также лестниц.
Если в раствор добавить влагостойкие присадки, можно будет выполнить отделку ванных комнат и других помещений с повышенным уровнем влажности.
Придомовая территория
Что можно сделать из архитектурного бетона для украшения двора? Вот некоторые варианты:
- клумбы, вазоны для цветов;
- фонтаны и мостики для небольших водоемов;
- фигурки любимых сказочных героев;
- оригинальные светильники;
- плитка для дорожек;
- бордюры;
- столики, скамейки и даже диваны.
Все эти изделия можно заказать в специальных мастерских или сделать самостоятельно. Материал долго остается пластичным, поэтому создать что-то интересное смогут даже новички в этом деле.
Нюансы в работе с архитектурным бетоном
Состав нужно готовить непосредственно перед началом процесса. Можно сделать его своими руками, добавив в основную массу красители и другие нужные вещества. Как вариант — купить готовую смесь в строительном магазине.
Дальше действовать нужно так:
- Подготовить поверхность Она должна быть ровной, сухой и чистой. Рекомендуется убрать остатки прошлых отделочных материалов, плохо держащуюся штукатурку. Также нужно устранить трещины и сколы, заделав их обычной цементной смесью. Если есть пятна от жира, протереть их обезжиривающими составами. После пройтись по поверхности наждачкой и нанести два слоя грунтовки.
- Нанести первый слой бетона, разровнять, используя шпатель. Как только он высохнет, нанести второй, на котором будет рисунок. При желании можно сделать небрежные мазки, углубления и т. д. Оставить сохнуть на сутки. Важные условия — температура 22 °C и влажность не более 70%. Если использовался не цветной бетон, окрасить его любым подходящим способом: напыление, штамповка, трафареты.
- Если речь идет об изделиях, то сначала нужно подготовить формы. Бетон заливают в них и во избежание образования пустот тщательно уплотняют. Сохнуть он будет примерно 48 часов. Только по истечению указанного периода времени можно выполнять шлифовку, полировку, устранение неровностей. После идет формовка. Ее делают путем тиснения валиками и штампами, вибропрессования и простого прессования.
Выбирая пигмент для окрашивания архитектурного бетона, нужно принимать во внимание стилевую направленность и дизайнерскую задумку. Каждый стиль подразумевает использование «своих» цветов и оттенков:
- прованс — розовый, голубой, молочный, бежевый;
- экостиль — все оттенки зеленого, коричневый, оливковый;
- минимализм — черный, белый, серый;
- классика — серый, белый и коричневый;
- хай-тек — черный, белый, металлик;
- футуризм — салатовый, ярко-красный, цвет фуксии;
- кантри — песочный, коричневый, желтый.
Также каждому стилю соответствует своя фактура покрытия. Так, например, для прованса это натуральное дерево, а для хай-тека — металл и камень.
Способы формирования изделий из арт-бетона
Чаще всего применяется три технологии. Каждая из них имеет свои особенности и нюансы:
- Тиснение. Применяется при оформлении стен или в процессе производства плитки для дорожек. Для работы понадобятся специальные гибкие формы или валики с выпуклым рисунком. Сначала на основание наносят толстый слой арт-бетона, а после выдавливают на нем рисунки.
- Вибропрессование. Эта технология нашла свое применение на производствах, где декоративные изделия изготавливают большими партиями. Бетон разливают в матрицы, которые подвергаются прессованию с вибрацией. Результат — заготовки повышенной плотности и, соответственно, прочности. Это достигается за счет удаления абсолютно всех пузырьков воздуха.
- Прессование. Для повышения плотности материал укладывают в формы и создают нагрузку на него.
Практически все технологии подразумевают использование специального оборудования, например, прессов, вибростендов и т. д.
Работа с арт-бетоном своими руками
В бетон, приготовленный по классическому рецепту, добавляют присадки, пластификаторы и краситель. Также понадобится фиброволокно. Его можно купить в строительных магазинах (обычно продается в пакетиках объемом 150 г). На 1м3 раствора понадобится примерно 6 пакетиков.
Готовый состав нужно разложить в заранее подготовленные формы и утрамбовать, используя металлический прут, кусок арматуры или любое другое подручное средство. Если есть время и возможность, можно сделать самый простой вибростенд. Конструкция представляет собой площадку и закрепленный на ней двигатель. После оставьте формы для застывания на пару дней. Полную прочность изделие приобретет почти через месяц.
Формы можно купить в магазинах или изготовить самостоятельно по схемам, соединяя детали болтами.
После того, как заготовка подсохнет, можно начинать обработку. Она включает в себя несколько этапов:
- Шлифовка. Если есть какие-то углубления или выбоины, их заполняют шпаклевкой.
- Полировка. Поверхность изделия становится идеально гладкой и ровной.
- Пескоструйная обработка. Проводится, если нужно придать поверхности шероховатость. Красиво смотрится сочетание таких участков с глянцевыми.
- Гравировка. Изделие можно украсить орнаментами и надписями.
- Дополнительное декорирование. Если в арт-бетоне не было пигмента, проводится окрашивание. Иногда наносится позолота, укладывается мозаика и т. д.
В конце наносится финишное покрытие. Оно защищает поверхность от повреждений.
Архитектурный бетон по праву считается универсальным строительным и отделочным материалом. Он подходит для внутренней и наружной отделки стен и фасадов, а также для декорирования и создания украшений, например, статуэток, арок и колонн. Он прост в уходе и в работе. Несложные по форме и дизайну изделия можно изготовить самостоятельно в домашних условиях.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
