Цемент и бумажное волокно: Материал "Papercrete" и его свойства.

Введение

Цемент и бумажные волокна

Папкрет – это строительный материал, состоящий из переработанных бумажных волокон с добавлением портландцемента или глины и/или других грунтов. Впервые запатентованный в 1928 году, он получил второе рождение в 1980-х годах. Несмотря на то, что его считают экологически чистым материалом благодаря значительному содержанию переработанного сырья, это преимущество нивелируется присутствием цемента. Материал не имеет стандартизации, поэтому для его правильного применения необходимы осторожность и опыт. Эрик Паттерсон и Майк Маккейн, которым приписывают независимое "изобретение" папкрета (который они первоначально называли "падобе" и "волокнистым цементом"), внесли значительный вклад в исследования оборудования для его производства и способов применения в строительстве.

Производство

Бумага для изготовления может быть получена из различных источников, таких как газеты, ненужная почтовая рассылка, журналы и книги. Для измельчения бумаги в массу используется измельчитель. В зависимости от типа измельчителя, бумагу можно предварительно замочить в воде.

Стандартизация и коммерческое принятие

По состоянию на 2007 год, бумажный бетон не имеет одобрения Международного совета по строительным нормам. Это ограничивает область его применения в пределах границ большинства городов США, где действуют строительные нормы. Он не используется в качестве несущей стены там, где применяются строительные нормы. Однако его прочность в модельных конструкциях была доказана, и в настоящее время строятся дома и небольшие коммерческие здания. Доказательств его долгосрочной долговечности мало или нет. В этих небольших строительных проектах бумажный бетон используется как заполнитель стен в сочетании со стальными балками или другими несущими элементами. Свое название бумажный бетон получил из-за того, что большинство составов используют смесь воды и цемента с целлюлозным волокном. Волокно обычно получают из переработанной газеты, лотерейных билетов и телефонных справочников. Смесь по виду и текстуре напоминает овсянку, ее заливают в формы и сушат на солнце, как при изготовлении саманного кирпича. Высушенный бумажный бетон имеет очень низкую прочность, но разрушается при медленном сжатии (из-за высокого содержания воздуха и, следовательно, сжимаемости), а не хрупким разрушением. Бетон и древесина (хотя сухое мягкое дерево может достигать R 2 на дюйм, высокое содержание влаги значительно снижает это значение) не отличаются хорошими изоляционными свойствами; однако, бумажный бетон также обеспечивает хорошую теплоизоляцию. Сообщается, что коэффициент теплопроводности бумажного бетона составляет от 2,0 до 3,0 на дюйм (2,54 см); стены из бумажного бетона обычно толстые. В отличие от бетона или самана, блоки из бумажного бетона легкие, менее трети веса сопоставимого по размеру саманного кирпича. Бумажный бетон устойчив к образованию плесени и может использоваться в качестве звукоизоляционного материала. Исследования бумажного бетона проводились Барри Фуллером в Аризоне и Заком Рабоном в Техасе. Фуллер руководит финансируемыми государством исследованиями бумажного бетона в инженерной школе имени Айры А. Фултона при Университете штата Аризона. Он также возглавляет подкомитет Американского общества по испытаниям и материалам, и его цель – разработать стандарты, которые приведут к признанию продукта в архитектурном сообществе и его коммерциализации, особенно для доступного жилья. Структурные испытания были проведены для нескольких составов бумажного бетона, и Фуллер утверждает, что предел прочности при сжатии бумажного бетона находится в диапазоне, в то время как другие, такие как Келли Харт, утверждают. Для сравнения, предел прочности при сжатии бетона варьируется от в зависимости от области применения. Более полезным показателем свойств бумажного бетона является его жесткость, то есть степень сжатия под нагрузкой. Его жесткость во много раз меньше, чем у бетона, но достаточна для поддержки нагрузок на крышу в некоторых малоэтажных зданиях. Высушенный, готовый к использованию бумажный бетон имеет шероховатую поверхность. Это увеличивает его площадь поверхности и обеспечивает прочное соединение между блоками. Также проводились испытания на прочность при растяжении. Фуллер отметил, что один блок бумажного бетона эквивалентен сотням страниц бумаги – почти как каталог. Бумажный бетон обладает очень хорошей прочностью на сдвиг. Боковая нагрузка включает в себя воздействие ветра на всю площадь внешней стены, например. Поскольку стены из бумажного бетона обычно имеют минимальную толщину и обычно укрепляются арматурой, они могут быть прочными при боковой нагрузке. Зак Рабон основал Mason Greenstar в Мейсоне, штат Техас, с целью производства и продажи коммерчески жизнеспособного блока из бумажного бетона. Его продукт, Blox Building System, является единственным массово производимым коммерческим блоком из бумажного бетона на рынке. Он построил с его помощью несколько жилых зданий. Блок Mason Greenstar был разработан в результате поездки отца Рабона, Кента Рабона, в Марафон, штат Техас. Старший Рабон познакомился с Клайдом Т. Карри, владельцем Eve's Garden Organic Bed & Breakfast и Экологического ресурсного центра. Карри был одним из первых сторонников бумажного бетона и воспользовался отсутствием строительных норм в небольшом горном сообществе Маратон. Карри построил четыре комнаты в гостевом доме частично или полностью из бумажного бетона и в настоящее время строит еще две, а также библиотеку и вестибюль, полностью из бумажного бетона. Способность бумажного бетона к формованию обеспечивает значительную гибкость в проектируемой форме конструкций. Купольные потолки/крыши могут быть построены из этого материала. Наряду с работой Фуллера в Университете штата Аризона, заведение Карри стало ресурсным центром для людей, интересующихся бумажным бетоном, и там периодически проводятся семинары. Рабоны имели предыдущий опыт в качестве застройщиков и являются владельцами завода по производству товарного цемента в Мейсоне. Они инвестировали в исследования и испытания своего продукта в течение нескольких лет. Однако они считают свой продукт запатентованной формулой. Они подали заявку на отдельный патент, хотя патент на бумажный бетон уже был подан в 1928 году. Блок, разработанный Mason Greenstar, известен своей равномерной усадкой (все блоки из бумажного бетона проходят длительный период сушки, который включает в себя некоторую усадку), что придает ему более четкие края. Фуллер отметил, что в тестах, которые он проводил на блоке Рабона, он превзошел другие составы. Утверждается, что бумажный бетон имеет преимущество в виде проекта, который требует небольших начальных затрат. Утверждается, что материалы дешевы и широко доступны. Оборудование, подходящее для строительства малого масштаба, легко спроектировать и построить. При правильном смешивании и сушке стену из бумажного бетона можно оставить открытой для воздействия окружающей среды. В естественном состоянии это серая, волокнистая стена. Для более традиционного вида на нее можно нанести штукатурку. Модель дома из бумажного бетона была построена в Lyle Center for Regenerative Studies. Эта модель является образцом домов, которые будут построены для устойчивого сообщества в Тихуане студентами Калифорнийского политехнического университета в Помоне.

As of 2007, papercrete lacks approval from the International Code Council. This limits its range of use within the city limits of most incorporated United States cities where building codes apply. It is not used as a load bearing wall where building codes apply. However, its strength in model structures has been proven, and homes and small commercial buildings are being constructed. There is little or no evidence of its long term durability. In these small building projects, papercrete is being used as an in fill wall in conjunction with structural steel beams or other load bearing elements. Papercrete gets its name from the fact that most formulas use a mixture of water and cement with cellulose fiber. The fiber is usually acquired from recycled newspaper, lottery tickets and phone books. The mixture has the appearance and texture of oatmeal and is poured into forms and dried in the sun, much like the process for making adobe. Dried papercrete has very low strength, but fails by slow compression (due to the large air content and hence compressibility) rather than in a brittle manner. Concrete and wood (though dry soft wood can be as high as R 2 per inch, high moisture content reduces this value markedly) are not known for their insulating qualities; however, papercrete also provides good insulation. Papercrete's R value is reported to be within 2.0 and 3.0 per inch (2.54 cm); papercrete walls are typically thick. Unlike concrete or adobe, papercrete blocks are lightweight, less than a third of the weight of a comparably sized adobe brick. Papercrete is mold resistant and has utility as a sound proofing material. Research tests into papercrete were carried out by Barry Fuller in Arizona and Zach Rabon in Texas. Fuller directs government funded research on papercrete through the Arizona State University Ira A. Fulton School of Engineering. He is also head of a subcommittee for the American Society for Testing and Materials, and it is his goal to set standards that will lead to acceptance of the product within the architectural community and commercialization of the product, especially for affordable housing. Structural tests have been completed on several papercrete formulas and Fuller claims the compressive strength of papercrete to be in the range, while others like Kelly Hart claim For comparison, the compressive strength of concrete ranges from depending on the application. A more useful measure of papercrete's properties is its stiffness, that is, the extent to which it compresses under load. Its stiffness is many times less than that of concrete, but sufficient for the support of roof loads in some low height buildings. Dried, ready to use papercrete has a rough surface. This increases its surface area and provides a very strong bond from one block to the next. Papercrete was also tested for its tensile strength. Fuller noted that a papercrete block was the equivalent of hundred of pages of paper almost like a catalog. Papercrete has very good shear strength as a block. Lateral load involves sideways force the wind load on the entire area of an outside wall for example. Because papercrete walls are usually a minimum of thick, and usually pinned with rebar, they may be strong laterally. Zach Rabon founded Mason Greenstar in Mason, Texas for the purpose of producing and selling a commercially viable papercrete block. His product, Blox Building System, is the only mass produced commercial papercrete block in the market. He has built several residential structures with it. The Mason Greenstar block had its genesis in a journey Rabon's father, Kent Rabon, made to Marathon, Texas. The elder Rabon made the acquaintance of Clyde T. Curry, the proprietor of Eve's Garden Organic Bed & Breakfast and Ecology Resource Center. Curry was an early proponent of papercrete and benefited from the lack of building regulations in the small mountain community of Marathon. Curry built four of the rooms at the bed and breakfast either partially or entirely out of papercrete and is in the process of building two more, in addition to a library and reception area, entirely out of papercrete. Papercrete's ready moldability provides considerable flexibility in the designed shape of structures. Domed ceilings/roofs may be commonly constructed with this material. Along with Fuller's work at Arizona State University, Curry's establishment has become a resource center for people interested in papercrete, and workshops are intermittently held there. The Rabons had prior experience as homebuilders and are owners of a ready mix cement plant in Mason. They invested in research and testing on their product for several years. However, they consider their product a proprietary formula. They filed for a separate patent even though a patent for papercrete had already been filed in 1928. The block developed by Mason Greenstar is known for its uniform shrinkage (all papercrete blocks go through a lengthy dry time that involves some shrinkage), giving it a sharper edge. Fuller has remarked that in tests he has performed on the Rabon block, it has outperformed other formulas. Papercrete is claimed to have benefit of being a project that involves little cost to start. The materials are claimed to be cheap and widely available. Machinery suitable for small scale construction is simple to design and construct. When properly mixed and dried, the papercrete wall can be left exposed to the elements. In its natural state, it is a grey, fibrous looking wall. For a more conventional look, stucco can be applied directly to it. A study model home made of papercrete has been built at the Lyle Center for Regenerative Studies. This study model is a sample of homes to be built for a sustainable community in Tijuana by students of California State Polytechnic University, Pomona.

Подобные материалы

Различные смеси на основе земли и бумаги продаются под разными названиями. Смесь, в которой глина используется в качестве связующего вместо портландцемента, часто называют "гибридным адобе", "Фидобе" или "Падобе".