Ылғалды топырақтан құрылыс материалы

Кіріспе

Ылғалды топырақтың құрылыс материалы

Түйілген жер – жер, саз, әк немесе қиыршық тас сияқты нығыздалған табиғи шикізаттарды пайдалана отырып, іргетас, еден және қабырғалар салудың бір әдісі. Бұл ежелгі әдіс, бірақ соңғы кезде тұрақты құрылыс әдісі ретінде қайта жаңғыртылды. Француз тіліндегі "pisé" атауымен ол көбінесе кішкентай, қалыптарда жасалған мүсіндерге арналған материал ретінде де қолданылады. Ол әсіресе Орталық Азия және Тибет өнерінде, кейде Қытайда жиі қолданылған. Түйілген жерден салынған құрылыстар Антарктиданы қоспағанда, барлық континенттерде, қоңыржай, ылғалды, жартылай шөлді, таулы және тропикалық аймақтар сияқты әртүрлі ортада кездеседі. Құрылысқа жарамды топырақтың болуы және жергілікті климат жағдайларына сәйкес келетін құрылыс жобасы – оның тиімді қолданылуына әсер ететін екі фактор. Француз тіліндегі "pisé de terre" немесе "terre pisé" термині 19 ғасырда, әсіресе архитектурада ағылшын тілінде кейде қолданылған.

Құрылыс процесі

Құйма топырақ жасау үшін құм, қиыршық тас, саз, күл және қажет болса, тұрақтандырғыш заттардың дұрыс пропорциядағы қоспасын ылғалды күйде қалыпқа (сырттан тірелетін қаңқаға немесе қалыпқа) тығыздау қажет. Тарихи тұрғыдан, оны тұрақтандыру үшін әк немесе жануар қан сияқты қосымша заттар қолданылған. Топырақ қоспасы қалыпқа белгілі бір тереңдікке құйылады, содан кейін бастапқы көлемінің шамамен 50%-ына дейін тығыздалады. Топырақ қабаттар бойынша қайталап тығыздалады, осылай қабырға қалыптың жоғарғы жағына дейін біртіндеп тұрғызылады. Бұрын соққылау жұмысы қолмен ұзын таяқшамен жасалған, бірақ қазіргі заманғы құрылыс жүйелерінде пневматикалық соққыш қолданылады. Қабырға толық салынып біткеннен кейін, қалыпты дереу алып тастауға болады, ол жеткілікті түрде берік болады. Егер сым щеткамен өңдеу, ою немесе қалыптағы бедер салу сияқты беттік әрлеулер жасалмақ болса, бұл қажет, себебі шамамен бір сағаттан кейін қабырғалар өңдеуге тым қатты болады. Құйма топырақтың қысымға төзімділігі қатаю кезінде артады. Цементпен тұрақтандырылған құйма топырақ кем дегенде 28 күн бойы күйінде қалдырылады. Қазіргі заманғы құйма топырақ үйлерінің қабырғалары әдетте стандартты іргетас немесе темір бетон плитаға орнатылады. Бүкіл қабырғаны салу үшін уақытша қаңқа, яғни "қалып" қолданылады, ол әдетте ағаштан немесе фанерадан жасалады және қабырғаның әр бөлігінің қажетті пішіні мен өлшемдері үшін қалып ретінде қызмет етеді. Қалып берік болуы және жақсы бекітілуі керек, сондай-ақ екі қарама-қарсы беттері үлкен қысым күштерінен туындаған бүгілу немесе деформацияны болдырмау үшін бір-біріне жақын бекітілуі керек. Қалып құйма топырақ қабырғаларын салуда маңызды рөл атқарады. Тарихи тұрғыдан, қабырғаларды салу үшін арқанмен байланған ағаш тақтайлар қолданылған. Қазіргі заманғы құрылысшылар қалыпты жасау үшін фанера және/немесе болат пайдаланады.

Сипаттамалары

Жердің сығылу беріктігі топырақ түріне, бөлшектердің мөлшерінің таралуына, тығыздалу деңгейіне, қоспаның ылғалдылығына және қолданылатын тұрақтандырғыштың түрі мен мөлшеріне байланысты анықталады. Сапалы дайындалған цементпен тұрақтандырылған жер қабырғаларының сығылу беріктігі әртүрлі болуы мүмкін. Дегенмен, цемент мөлшерін арттыру қабырғалардың өткізгіштігіне әсер етуі мүмкін. Шындығында, дұрыс салынған жер қабырғалары мыңдаған жылдар бойы сақталады, бұл әлемдегі көптеген ежелгі құрылыстардың бүгінгі күнге дейін тұрғанынан көрініп тұр. Жер сілкінісі жиі болатын аймақтарда жер қабырғалары арматурамен күшейтіледі. Төмен балшық мөлшері бар топырақ қоспасына цемент қосу жер ғимараттарының жүк көтергіштігін арттырады. 1925 жылы АҚШ Ауыл шаруашылығы департаменті жер қабырғаларының ұзақ қызмет ететінін және оларды стандартты каркасты үйлерге қарағанда үштен екі есе арзан салуға болатынын атап өтті. Жер қабырғаларын салу үшін кемінде бір білікті маман сапаны бақылау үшін қажет. Қалған жұмысшылар білікті немесе жартылай білікті болуы мүмкін. Жер қабырғаларының маңызды артықшылығы – жоғары жылу сыйымдылығы: кірпіш немесе бетон сияқты, ол күндіз жылуды сіңіріп, түнде бөліп шығарады. Бұл күнделікті температураның өзгеруін теңдестіреді және кондиционерлеу және жылыту қажеттілігін азайтады. Суық климатта жер қабырғаларын ішкі және сыртқы қабаттарына стирофома немесе қатты шыны талшықты панельдер сияқты жылу оқшаулағыштарды енгізу арқылы оқшаулауға болады. Байлаушы заттың түрі мен мөлшеріне қарай, оны қатты жаңбырдан қорғау және бу өткізбейтін материалдармен оқшаулау қажет. Қыш құрамы бар жер қабырғалары ішкі кеңістікке ашық болса, ылғалдылықты тиімді реттей алады. Осылайша ылғалдылық 40%-тан 60%-ға дейін реттеледі. Жер қабырғаларының материалдық массасы мен қыш құрамы бетон ғимараттарына қарағанда оның «тыныс алуына» мүмкіндік береді. Бұл конденсация проблемаларын болдырмайды және жылудың жоғалуын азайтады. Жер қабырғаларының түсі мен текстурасы табиғи жерге ұқсас. Кейбір адамдар цементпен қапталған қабырғалар сияқты ылғалды өткізбейтін жабындарды қолданбайды, себебі олар қабырғаның ылғалды сіңіру қабілетін жояды, ал бұл оның беріктігін сақтау үшін қажет. Ақауларды топырақ қоспасын гипс ретінде пайдаланып, тегістеп жөндеуге болады. Қалыңдығы аймаққа және құрылыс нормаларына байланысты кең ауқымда өзгереді. Жүктеме көтермейтін қабырғалар үшін ол минималды болса, жүктеме көтеретін қабырғалар үшін максималды болуы мүмкін. Жер қабырғаларының қалыңдығы мен тығыздығы оларды дыбыс оқшаулау үшін қолайлы етеді. Сонымен қатар, олар өртке төзімді, термитке қарсы тұрақты және улы емес.

The compressive strength of rammed earth is dictated by factors such as soil type, particle size distribution, amount of compaction, moisture content of the mix and type/amount of stabiliser used. Well produced cement stabilised rammed earth walls can be anywhere between Higher compressive strength might require more cement. But addition of more cement can affect the permeability of the walls. Indeed, properly constructed rammed earth endures for thousands of years, as many ancient structures that are still standing around the world demonstrate. Rammed earth walls are reinforced with rebars in areas of high seismic activity. Adding cement to soil mixtures low in clay can also increase the load bearing capacity of rammed earth edifices. The United States Department of Agriculture observed in 1925 that rammed earth structures endure indefinitely and can be constructed for less than two thirds of the cost of standard frame houses. Rammed earth works require at least one skilled person for quality control. All other workers can be unskilled or semi skilled. One significant benefit of rammed earth is its high thermal mass: like brick or concrete, it absorbs heat during the day and releases heat at night. This action moderates daily temperature variations and reduces the need for air conditioning and heating. In colder climates, rammed earth walls can be insulated by inserting insulation such as styrofoam or rigid fibreglass panels within internal and external layers of rammed earth. Depending on the type and content of binder, it must also be protected from heavy rain and insulated with vapour barriers. Rammed earth can effectively regulate humidity if unclad walls containing clay are exposed to an internal space. Humidity is regulated between 40% and 60%. The material mass and clay content of rammed earth allows an edifice to breathe more than concrete edifices. This avoids problems of condensation and prevents significant loss of heat. Rammed earth walls have the colour and texture of natural earth. Moisture impermeable finishes, such as cement render, are not used by some people because they impair the ability of a wall to desorb moisture, which quality is necessary to preserve its strength. Blemishes can be repaired using the soil mixture as a plaster and sanded smooth. The thickness varies widely based on region and code. It can be as little as for non load bearing walls and up to for load bearing walls. The thickness and density of rammed earth walls make them suitable for soundproofing. They are also inherently fireproof, resistant to termite damage, and non toxic.

Қоршаған ортаға әсер ету және тұрақтылық

Топырақтан үй салу технологиясы, цемент пен басқа да химиялық заттарды көп пайдаланатын басқа құрылыс техникаларына қарағанда, тұрақты және экологиялық таза. Топырақтан салынған ғимараттар жергілікті материалдарды қолданатындықтан, олардың энергиялық шығыны төмен және қалдықтар азырақ болады. Қолданылатын топырақтар әдетте терең қабаттардан алынады, ал егістік топырағы ауыл шаруашылығы үшін сақталады. Қоршау үшін қазылған топырақ пайдаланыла алса, тасымалдау шығындары мен энергия тұтынуы ең аз болады. Топырақтан салу – қазіргі кезде қолжетімді және коммерциялық тұрғыда пайдалануға болатын, қатты ғимараттар салуға арналған ең аз зиянды құрылыс материалы және технологиясы болып табылады. Топырақтан салудың өндіріске тигізетін әсері төмен болуы мүмкін, бұл цемент мөлшеріне және жергілікті материалдардың қолданылуына байланысты; көбінесе ол "топырақ" емес, құрылыс тастары болып табылады. Топырақтан салынған ғимараттардың жалпы энергия тиімділігіне үлес қосады: топырақтың тығыздығы, қалыңдығы және жылу өткізгіштігі оны күн энергиясын пайдалану арқылы жылыту үшін өте қолайлы материал етеді. Қалың қабырға арқылы жылуды өткізуге шамамен 12 сағат уақыт қажет. Теориялық тұрғыдан алғанда, парниктік газдар шығарылымы төмен болғанымен, тасымалдау және цемент өндірісі қазіргі заманғы топырақтан салу құрылысының жалпы шығарындыларын айтарлықтай арттыруы мүмкін. Ең қарапайым дәстүрлі топырақтан салу технологиясы парниктік газдар шығарылымын өте аз мөлшерде тудырады, бірақ жаңартылған және өңделген топырақтан салу технологиясы елеулі шығарындыларға әкелуі мүмкін.

Тарих

Неолит дәуіріндегі археологиялық қазбаларда, құнарлы жарты ай аймағында б.з.д. 9-шы – 7-ші мыңжылдықтарға, ал Қытайдағы Яншао және Лонгшан мәдениеттерінде б.з.д. 5000 жылға дейін салынған жермен тығыздалған құрылыс нығмаларының іздері табылды. Б.з.д. 2000 жылға қарай, Қытайда қабырғалар мен негіздерді салу үшін жермен тығыздалған сәулеттік техника (夯土 Hāng tǔ) кеңінен қолданыла бастады.

АҚШ және Канада

1800 жылдары С. В. Джонсонның "Ауыл шаруашылығы" кітабы арқасында Америка Құрама Штаттарында жерді қағу (ұрып-соғу) әдісі кеңінен танымал болды. Бұл техника Бороу Хаус плантациясын және Оңтүстік Каролина штатының Стейтбург қаласындағы Киелі Крест шіркеуін салу үшін қолданылды, екеуі де Ұлттық тарихи ескерткіштер тізіміне енген. Канададағы жермен қағу арқылы салынған ғимараттардың көрнекті мысалы – Онтариодағы Шанти-Бэйдегі Сент-Томас англикан шіркеуі, ол 1838-1841 жылдар аралығында салынған. 1920 жылдардан 1940 жылдарға дейін АҚШ-та жермен қағу құрылысы зерттелді. Оңтүстік Дакота штатының колледжі жермен қағу арқылы салынған жүзге жуық сынақ қабырғаларды зерттеді және салды. Колледж 30 жылдан астам бойы топырақтағы коллоидтарға қатысты бояулар мен жабын материалдарын қолдануды зерттеді. 1943 жылы Оңтүстік Каролина штатының Клемсон ауыл шаруашылығы колледжі "Жермен қағу құрылысы" атты анықтамалықта жермен қағу туралы зерттеулерінің нәтижелерін жариялады. 1936 жылы Алабама штатының Гардендейл қаласына жақын жерде АҚШ Ауыл шаруашылығы министрлігі архитектор Томас Хиббенмен бірлесіп эксперименталды жермен қағу арқылы салынған ғимараттарды салды. Үйлер қолжетімді бағада сатылып, тұрғындарға бау-бақша және мал өсіруге арналған жер учаскелерімен бірге ұсынылды. Жоба табысы төмен отбасыларды баспанамен қамтамасыз етуде сәтті болды. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін заманауи құрылыс материалдарының бағасы төмендегеннен кейін жермен қағуға деген қызығушылық азайды. Жермен қағу арқылы салынған ғимараттар нашар сапалы деп есептеледі және көптеген мердігерлер, инженерлер мен шеберлер оған қарсы шығады.

ХХ ғасырдағы Қытай

Дацин мұнай кен орнын қарқынды түрде салу және Дациннің дамуы кезінде қабырғалы жер құрылысы практикалық және идеологиялық тұрғыдан маңызды болды. "Дацин рухы" – ұлттық мақсаттарға деген берілгендік, өзін-өзі қамтамасыз ету және қарапайым өмір салты, сондай-ақ қалалық және ауылдық жерлерді біріктіре пайдалануды білдірді. Дациннің қалалық-ауылдық ландшафты Карл Маркс сипаттаған идеалды коммунистік қоғамды бейнелейтін болды, себебі ол (1) қала мен ауыл арасындағы, (2) жұмысшылар мен шаруалар арасындағы және (3) жеңіл және зиялы еңбек арасындағы айырмашылықты жойды. Бұл саясат "Алдымен зауыт салынып, содан кейін тұрғын үйлер" деген ұранмен бекітілді.