Введение

Создание зданий, сооружений и скульптур из камня

Каменное строительство или каменное дело – это создание зданий, сооружений и скульптур, в котором камень используется как основной материал. Каменщичество – это ремесло обработки и укладки камней, часто с использованием раствора, в том числе древнего известкового, для возведения стен и создания покрытий. Основные инструменты, методы и навыки каменщика-банщика существуют как профессия на протяжении тысячелетий. Это одно из древнейших занятий и профессий в истории человечества. Многие долговечные древние убежища, храмы, памятники, артефакты, укрепления, дороги, мосты и целые города были построены из камня. Знаменитые образцы каменного строительства включают Гёбекли-Тепе, египетские пирамиды, Тадж-Махал, стену инков в Куско, статуи острова Пасхи, Ангкор-Ват, Боробудур, Тиуанако, Теночтитлан, Персеполис, Парфенон, Стоунхендж, Великую китайскую стену, пирамиды Мезоамерики, собор в Шартре и Стари-Мост. Несмотря на традиционную важность камня, в современную эпоху его использование сократилось в пользу кирпича и железобетона. Это произошло, несмотря на преимущества камня перед бетоном, а именно: (1) многие виды камня прочнее бетона на сжатие; (2) для производства камня требуется значительно меньше энергии, что приводит к меньшим выбросам углекислого газа по сравнению с производством кирпича или бетона; и (3) камень широко считается эстетически привлекательным, в то время как бетон часто красят или облицовывают. Современное каменное строительство находится в процессе переосмысления, внедряя автоматизацию, современные методы несущего каменного строительства, инновационные технологии армирования и интеграцию с другими экологически устойчивыми материалами, такими как дерево.

Дисциплины каменного масонства

Каменоломщик расщепляет или разрезает камень в карьере и извлекает полученные блоки. Разрезанные или расщепленные куски собирают и транспортируют от места добычи для дальнейшей обработки. Каменщик-пильщик разрезает эти каменные блоки на размерные камни с помощью пил, до требуемых габаритов. Блок, заказанный для конкретной детали, называется шестисторонним запиленным (SSS). Каменщик-пильщик аналогичен банкирскому каменщику (см. ниже) тем, что работает с необработанными кусками камня и придает им форму в соответствии с определенными стандартами, используя шаблоны и постельный раствор. Банкирский каменщик использует различные ручные и электроинструменты для резки, обработки и придания формы камню. Он может изготавливать как камни с простыми скосами, так и окна с трассировкой, детализированные профили и классическую архитектурную каменную кладку. При работе с камнем из запиленного блока каменщик следит за тем, чтобы камень был уложен правильной стороной, чтобы готовое изделие в здании имело ту же ориентацию, что и при его изготовлении на земле. Однако иногда некоторые камни необходимо ориентировать определенным образом для конкретного применения, например, замковые камни, пилястры, карнизы и подоконники. Размер и форма камня обычно определяются строителями или другими участниками проекта, и банкирский каменщик работает в соответствии с техническим заданием или набором чертежей, предоставленных для проекта. После того, как камень изготовлен в соответствии с требуемыми спецификациями, его транспортируют на строительную площадку или в другое место для использования в здании или другом сооружении. Каменщик-монтажник специализируется на креплении камней к зданиям, используя такелажные работы, а также традиционные известковые растворы и затирки. Иногда используются современные цементы, мастики и эпоксидные смолы, обычно для специализированных применений, таких как каменная облицовка. Также применяются металлические крепежные элементы – от простых шпилек и скоб до специализированных крепежей одноразового применения. Высокая точность, необходимая в этой работе, делает ее высококвалифицированной. Этот тип каменщиков специализируется на монтаже камней на зданиях. Каменщик-монтажник отвечает за выезд на объект для установки и укладки готового камня или облицовки. Он может использовать для этого растворы, минометом и такелажные работы, а также одноразовые специализированные крепежи, простые скобы и шпильки, а также каменную облицовку с использованием эпоксидных смол, мастик и современных цементов. Каменщик-мемориалист или монументальный каменщик вырезает надгробия и надписи. Системы с перемычками. Одна из древнейших форм каменного строительства использует перемычку (балку), уложенную на каменные столбы или колонны. Этот метод предшествовал Стоунхенджу, а усовершенствованные версии использовали египтяне, персы, греки и римляне. Каменная облицовка используется в качестве защитного и декоративного покрытия для внутренних или наружных стен и поверхностей. Толщина облицовки обычно составляет 25,4 мм и вес должен быть менее 73 кг на квадратный метр, чтобы не требовались дополнительные несущие конструкции. Сначала возводится несущая стена, а затем на ее поверхность наносятся тонкие плоские камни, скрепленные раствором. Металлические пластины в несущей стене закладываются между камнями для связывания всей конструкции и предотвращения отслоения каменной кладки от стены. Массивный предварительно нарезанный камень. Также известен как "префабрикованный камень", "массивный камень", "камень заданного размера" или "pré taille". Основная статья: Массивный предварительно нарезанный камень. Камень для опалубки. "Pierre banchée" во французском языке. Использует каменные плиты или блоки в качестве опалубки для заливки бетона. Они остаются на месте после затвердевания бетона. Это обратный процесс по сравнению с каменной облицовкой, когда каменные плиты прикрепляются к бетону после удаления временной опалубки. Разработан Фернаном Пуйоном для ускорения строительства. Камень для опалубки отличается от циклопического бетона тем, что первый использует прямоугольные плиты, а второй – валуны и/или булыжник. Камень с предварительным напряжением. Высокопрочный композитный строительный материал, состоящий из камня, удерживаемого в сжатии с помощью натяжных элементов. Натяжные элементы могут быть присоединены к внешней стороне камня, но чаще всего используются канаты, пропущенные внутри через отверстия, образованные при сверлении. Камень с последующим напряжением. Эксперименты показали, что с помощью эпоксидного соединителя можно предварительно напрячь камень, удерживая трос под напряжением во время введения жидкого эпоксидного соединения и его затвердевания. Циклопический бетон. Этот метод сочетает в себе циклопическую кладку и кладку из щебня: валуны и/или щебень помещаются в форму (или в канаву), а сверху заливается бетон для связывания камней вместе, после чего форма удаляется. Вариации этого включают "пустынную кладку" Фрэнка Ллойда Райта и циклопические бетонные блоки Института жилищного строительства Балеарских островов, которые отливаются в больших плитах и точно разрезаются для использования в системе массивного предварительно нарезанного камня. Кладка из камня с использованием скользящей опалубки – это разновидность циклопической бетонной каменной кладки, которая использует опалубку для удержания камней и раствора, сохраняя стены прямыми. Короткие формы высотой до двух футов устанавливаются с обеих сторон стены в качестве направляющей для каменной кладки. Камни помещаются внутрь форм хорошей стороной к опалубке. За камнями заливается бетон. Добавляется арматура для прочности, чтобы создать стену, которая примерно на половину состоит из железобетона и на половину из каменной кладки. Стена может быть облицована камнем с одной или обеих сторон. Цифровая стереотомия. Используя CAD и компьютерные модели нагрузок, современные дизайнеры могут вырезать сложные своды, арки и другие конструкции из точно нарезанных блоков. Предшественниками этой дисциплины являются криволинейные своды, а также плоские своды, использующие концентрическую плоскую арочную кладку и плоский свод "Абелье". Используя цифровое проектирование и обработку, такие сжимаемые конструкции можно придавать сложную форму. Лидерами в этой области являются Джузеппе Фаллакара и Филипп Блок. Каменный экзоскелет с перемычками. В современную эпоху конструкция с перемычками и столбами была адаптирована для использования в качестве каменного экзоскелета в дизайне здания 15 Clerkenwell Close. Метод каменного экзоскелета является вариантом метода массивного предварительно нарезанного камня: концы столбов и перемычек точно вырезаются на заводе перед сборкой с помощью крана. В настоящее время ведется строительство как минимум еще двух высотных зданий с каменным экзоскелетом с перемычками, одно в Лондоне, а другое в Бристоле. Кирпичи из камня. Небольшие каменные блоки, которые каменоломня разрезает под размер кирпича, чтобы их можно было использовать в стандартных процессах кирпичной кладки. Стоимость сопоставима со стоимостью композитных глиняных кирпичей, но с значительно меньшими выбросами углерода.

Массивный камень, предварительно обрезанный

Массивный камень, также известный как "префабрикованный" или "камни заданных размеров", – это современный метод строительства с использованием несущего камня. Префабрикованный камень – это метод строительства DFMA, использующий крупные каменные блоки, вырезанные машинным способом с точно заданными размерами, для быстрой сборки зданий, в которых камень является основным или единственным несущим материалом. Массивное строительство из префабрикованного камня было первоначально разработано Фернаном Пуйоном в послевоенный период, который называл этот метод "pierre de taille" или "pré taille". Это стало возможным благодаря инновациям Пуйона и Поля Марсеру, инженера-каменщика с карьера в Фонвье, которые адаптировали высокоточные пилы из деревообрабатывающей промышленности для добычи и распиловки камня. Ключевая особенность массивного префабрикованного камня (MP) заключается в том, что каменные блоки вырезаются с высокой точностью в соответствии с архитектурным планом, что позволяет быстро монтировать их с помощью крана.

Типы массивных каменных конструкций

Массивные предварительно обработанные камни-кладки. Блоки, точно вырезанные с четырех-шести сторон, используемые для возведения стен, перемычек над окнами и дверями, а также в плоских арках. Массивные предварительно обработанные столбы и перемычки. Камни, добытые в карьере, с точно обработанными торцами для сборки в конструкции типа "столб и перемычка". Массивные циклопические бетонные блоки. Разработанные компанией IBAVI на Майорке, грубые камни помещаются в форму и пропитываются бетоном. Бетон распиливается на массивные камни-кладки для сборки с помощью крана. Позволяет повторно использовать грубый камень из традиционной каменной кладки.

Преимущества массивного строительства из заранее вырезанного камня

Каменная конструкция MP имеет преимущества перед традиционной кладкой и бетоном. Скорость возведения. Использование точно вырезанных и пронумерованных блоков, в сочетании с монтажом с помощью крана, значительно сокращает время строительства по сравнению с традиционными методами каменной кладки. Эстетика. По сравнению с бетоном и другими материалами, массивные предварительно обработанные каменные конструкции создают визуально впечатляющие и уникальные здания, демонстрирующие естественную красоту камня. Экологические преимущества. Использование материала с меньшим объемом встроенного углерода способствует более устойчивому строительному процессу, минимизируя воздействие на окружающую среду. Снижение выбросов углерода: несущие каменные конструкции выделяют примерно в 10 раз меньше углерода, чем сопоставимые бетонные здания. Учитывая, что 80% энергии вырабатывается не из сети, а из ископаемого топлива, и строительство отвечает за 8% выбросов углерода, замена производства бетона, использующего уголь, на производство камня с меньшими энергозатратами может оказать существенное влияние на достижение целей по нулевым выбросам. Возможность повторного использования. Когда здание отслужило свой срок, массивные прямоугольные блоки легко повторно используются в новом строительстве. Камень обладает высокой прочностью на сжатие, что делает его идеальным для сжимающих конструкций, таких как каменные арки. Однако, он имеет относительно низкую прочность на изгиб (по сравнению со сталью или деревом), поэтому не может безопасно использоваться в больших пролетах при растяжении без дополнительной поддержки.

История каменного мастерства

Камнеделие – одна из древнейших профессий в истории цивилизации. Во время неолитической революции и одомашнивания животных люди научились использовать огонь для получения извести, штукатурки и строительного раствора. Они использовали эти материалы для возведения жилищ из глины, соломы или камня, и так родилась каменная кладка. Древние народы в значительной степени полагались на каменщиков при строительстве самых впечатляющих и долговечных памятников своей цивилизации. Египтяне возводили свои пирамиды, цивилизации Центральной Америки – ступенчатые пирамиды, персы – дворцы, греки – храмы, а римляне – общественные сооружения и чудеса (см. Римская архитектура). Жители цивилизации долины Инда, например, в Дхолавире, создавали целые города, отличавшиеся каменной архитектурой. Среди известных древних каменщиков – Софрониск, отец Сократа, который был резчиком по камню. Строительство замков было целой индустрией для средневековых каменщиков. После падения Западной Римской империи строительство из обработанного камня в большей части Западной Европы сократилось, что привело к увеличению строительства из дерева. Камнеобработка пережила возрождение в IX и X веках в Европе, а к XII веку религиозный подъем способствовал строительству тысяч величественных церквей и соборов из камня по всей Западной Европе. Навыки средневековых каменщиков были востребованы, и члены гильдии разделились на три класса: подмастерья, подсобные рабочие и мастера-каменщики. Подмастерья обучались у мастеров в обмен на свой труд, подсобные рабочие были квалифицированными мастерами, получавшими оплату за день, а мастера-каменщики считались свободными людьми, которые могли путешествовать по своему усмотрению для работы над проектами заказчиков и работать как самозанятые мастера, обучая подмастерьев. В эпоху Возрождения в гильдию каменщиков принимали членов, не являвшихся каменщиками, и она в конечном итоге превратилась в общество масонов – братские организации, которые сохраняют традиционную культуру каменщиков, но обычно не участвуют в современных строительных проектах. Средневековый каменщик часто вырезал на своем блоке личный символ, чтобы отличить свою работу от работы других каменщиков. Это также служило простой системой контроля качества. В эпоху Возрождения каменщичество вернулось к величию и изысканности классической эпохи. Расцвет гуманистической философии вдохновил людей на создание удивительных произведений искусства. Центром эпохи Возрождения стала Италия, где итальянские города-государства, такие как Флоренция, возвели величественные сооружения, включая Флорентийский собор, Фонтан Нептуна и Библиотеку Лауренциана, спроектированную и построенную Микеланджело Буонарроти, знаменитым скульптором эпохи Возрождения. Когда европейцы заселили Америку, они привезли с собой методы каменной кладки из своих родных стран. Поселенцы использовали доступные материалы, и в некоторых районах камень был предпочтительным материалом. Первоначально строительство имитировало европейское, но со временем уступило место уникальной архитектуре. В XX веке каменщичество претерпело самые радикальные изменения в способах выполнения работ. До первой половины века большинство тяжелых работ выполнялось с помощью тягловых животных или мускульной силы человека. С появлением двигателя внутреннего сгорания многие сложные аспекты профессии стали проще и легче. Краны и вилочные погрузчики облегчили перемещение и укладку тяжелых камней. Моторизованные бетономешалки значительно сэкономили время и энергию. Инструменты, работающие на сжатом воздухе, сделали обработку камня менее трудоемкой. Агрессивные пилы, работающие на бензине и электричестве, могут резать камень гораздо быстрее и точнее, чем только долотом. Долота с твердосплавными наконечниками выдерживают гораздо большие нагрузки, чем стальные и железные долота, изготовленные кузнецами прошлого.

Инструменты

Каменщики используют широкий спектр инструментов для обработки и придания формы каменным блокам (ашлеру) и плитам для изготовления готовых изделий. Основными инструментами для обработки камня являются молоток, зубила и металлическая линейка. С их помощью можно создать ровную поверхность – основу всего каменного мастерства. Зубила бывают разных размеров и форм, в зависимости от их назначения, и имеют множество различных названий в зависимости от местности. Существуют различные зубила для разных материалов и размеров обрабатываемых заготовок, для удаления больших объемов материала и для финишной обработки камня. Дробильное зубило используется для выравнивания грубо обработанных камней. Сегодня раствор обычно смешивают с помощью бетономешалок, которые обычно используют вращающийся барабан или вращающиеся лопасти для смешивания. Мастерок используется для нанесения раствора между и вокруг камней при их установке. Заполнение швов (стыков) раствором называется затиркой швов. Затирка швов в небольших стыках может выполняться с помощью инструментов для затирки, мастерков для затирки и краевых мастерков, среди прочих инструментов. Молот каменщика имеет длинную тонкую головку и называется бочковым молотком. Он используется вместе с зубилом или раскалывателем для различных целей.

Для производства щебня, обломков или клиновидных камней каменщики могут использовать кузнечный молот (молот-крюк) вместо молотка и зубила или щипцов. Каменщики используют левис вместе с краном или блочной системой для подъема строительных камней на место. В настоящее время широко используются электроинструменты, такие как пневматические зубила, абразивные шлифовальные машины и угловые шлифовальные машины: они экономят время и деньги, но являются опасными и требуют такого же мастерства, как и ручные инструменты, которые они дополняют. Однако многие основные инструменты каменщика практически не изменились на протяжении огромного периода времени, даже тысячелетий; например, при сравнении современных зубил с зубилами, найденными в пирамидах Гизы, общие размеры и формы практически не изменились.

Обучение

Традиционно средневековые каменщики проходили семилетнее подмастерье. Схожая система действует и по сей день. Современное обучение длится три года. Оно сочетает в себе практическое обучение непосредственно на объекте, опыт мастеров и занятия в колледже, где ученики получают всестороннее представление о строительстве, обработке камня и теоретических аспектах каменной кладки. В некоторых регионах колледжи предлагают курсы, которые обучают не только практическим навыкам, но и смежным областям, таким как черчение и чтение чертежей или реставрация зданий. Электронные образовательные ресурсы для каменщиков дополняют традиционные методы обучения. Практические мастер-классы – также хороший способ изучить каменное дело. Те, кто желает стать каменщиком, не должны бояться высоты, обладать хорошей координацией движений, быть умеренно физически подготовленными и иметь базовые математические навыки. Большинство этих качеств можно развить в процессе обучения. Современный каменщик проходит комплексную подготовку как в классе, так и на практике. Практический опыт дополняется глубоким знанием каждого вида камня, его свойств, оптимального применения, а также способов обработки и закрепления камня в кладке. Каменщик может обладать навыками и компетенциями для выполнения одной или нескольких специализаций в каменном деле. В некоторых регионах наблюдается тенденция к специализации, в других – к универсальности. Сегодняшние каменщики проходят весьма всестороннее обучение, которое проводится как на рабочем месте, так и в учебном классе. Одних только практических навыков недостаточно. Необходимо также знать различные виды камня, их оптимальное применение, способы обработки и закрепления в кладке.

Виды камней

Каменщики используют все виды природного камня: магматические, метаморфические и осадочные породы; при этом некоторые также используют искусственный камень.

Магнитные камни

Гранит – один из самых твердых камней, и для его обработки требуются настолько отличные техники от тех, что используются для осадочных пород, что это фактически отдельное ремесло. При большом упорстве из гранита можно и вырезали простые профили, например, во многих церквях Корнуолла и в городе Абердин. Однако, как правило, его используют для целей, требующих прочности и долговечности, таких как бордюрный камень, столешницы, напольные покрытия и волнорезы. Магматические породы варьируются от очень мягких, таких как пемза и шлак, до несколько более твердых, таких как туф, и до самых твердых пород, таких как гранит и базальт.

Метаморфный

Мрамор – это тонкий, легко обрабатываемый камень, который встречается в различных цветах, но преимущественно белый. Традиционно его использовали для создания скульптур и облицовки многих византийских и итальянских зданий эпохи Возрождения. Выдающиеся греческие скульпторы, такие как Антенор (VI век до н.э.), Фидий и Критий (V век до н.э.), Пракситель (IV век до н.э.) и другие, в основном использовали мрамор с островов Парос и Тасос, а также самый белый и яркий из всех (хотя и не самый ценный) – пентеликонский мрамор. Их работам предшествовали труды более ранних скульпторов из Месопотамии и Египта, но греки не имели себе равных в пластичности и реалистичном изображении, будь то боги (Аполлон, Афродита, Гермес, Зевс и др.) или люди (Пифагор, Сократ, Платон, Фрина и др.). Считается, что знаменитый Афинский Акрополь построен из пентеликонского мрамора. Традиционным центром мраморной промышленности является район Каррары в Италии, где в больших количествах добывают яркий, тонкий и беловатый мрамор. Сланцевый камень – популярный выбор для памятников и надписей, поскольку его мелкая зернистость и твердость позволяют создавать четкие детали. Благодаря способности расщепляться на тонкие плиты, он также широко используется в качестве кровельного материала.

Осадочные

Многие из самых известных зданий в мире были построены из осадочных пород, от Даремского собора до собора Святого Петра в Риме. Существует два основных типа осадочных пород, используемых в каменных работах: известняки и песчаники. Примеры известняков включают Батский камень и Портлендский камень. Йоркстон и Сиднейский песчаник – наиболее часто используемые виды песчаника.