Архитектурный бетон

Универсальность бетона связана с разнообразием его характеристик. Он не только прочен, экономически эффективен, экологически безопасен, но еще и имеет высокий потенциал как материал для создания арт-объектов.

Способность бетона принимать любую заданную форму делает его очень удобным материалом для создания различных декоративных объектов.

Что касается цвета и текстуры поверхности изделий из бетона, они красивы сами по себе, но также могут быть изменены путем применения различных видов обработки — шлифования, полирования, пропиток, окрашивания, протравливания. Пигменты и текстурирующие добавки могут вводиться в составы бетонных смесей и при замешивании, чтобы получить интересные эстетические эффекты.

Федеральный закон 169–ФЗ «Об архитектурной деятельности в Российской Федерации», относит к архитектурным объектам здания, сооружения, включающие их комплексы и их интерьеры, а также объекты благоустройства, садово-паркового и ландшафтного искусства, которые созданы на основе архитектурного проекта, то есть, документации, которая содержит архитектурные решения, учитывающие все предъявляемые к ним требования.

Сооружениями называют технические постройки, в которых отсутствуют либо не имеют главного значения помещения, предназначенные для проживания или работы людей (например, мосты, плотины, доменные печи).

Здания — это надземные постройки, которые имеют внутренние помещения для проживания или деятельности людей.

Конструкции зданий и сооружений должны соответствовать своему функциональному назначению и удовлетворять техническим, функциональным, экономическим и архитектурным требованиям, что достигается выбором материалов и технологий производства.

Классификация бетонов

Бетонные изделия, даже если они имеют чисто декоративные функции, очень прочны, долговечны, устойчивы к любым атмосферным воздействиям и не требуют какого-либо специального ухода.

Бетон, который применяется для создания декоративных объектов, называется архитектурным.

ГОСТ 25192–2012 Межгосударственный стандарт «Бетоны. Классификация и общие технические требования» распространяется на все виды бетонов, кроме бетонов на битумных вяжущих.

Этот стандарт классифицирует бетоны на виды, регламентирует требования к составу бетонных смесей, характеристикам ее компонентов и к бетонам, предназначенным для различных сфер строительства.

Согласно ГОСТ 25192–2012, бетоны классифицируются следующим образом.

По основному назначению на:

1. конструкционные;
2. теплоизоляционные;
3. конструкционно-теплоизоляционные;
4. специальные.

По типу вяжущего на:

1. цементные;
2. гипсовые;
3. известковые;
4. шлаковые;
5. специальные (например, на полимерном вяжущем).

По типу заполнителей — на плотных, пористых или специальных заполнителях.

По типу структуры — плотной, поризованной, крупнопористой, ячеистой структуры

По условиям твердения, твердеющие:

1. без обработки;
2. с тепловой обработкой;
3. с тепловой обработкой в условиях давления выше атмосферного (автоклавное твердение).

По прочности на сжатие:

1. средней прочности (классы до В 50);
2. высокой прочности (классы от В 55 и выше).

По скорости твердения — быстро- и медленнотвердеющие.

По средней плотности (в кг/м³), в зависимости от марки по средней плотности D, на:

1. особо легкие (ниже D800);
2. легкие (D800– D2000);
3. тяжелые (D2000– D2500);
4. особо тяжелые (выше D2500).

По морозостойкости на марки:

1. низкой морозостойкости (до F50);
2. средней морозостойкости (более F50, до F300);
3. высокой морозостойкости (более F300).

По водонепроницаемости на марки:

1. низкой водонепроницаемости (менее W4);
2. средней водонепроницаемости от W4 до W12);
3. высокой водонепроницаемости (выше W12).

Получение бетонов с заданными характеристиками осуществляется подбором состава, пропорций компонентов, технологии замешивания раствора, укладки, обработки, а также введением в состав бетонной смеси тех или иных добавок.

Методы подбора состава бетонной смеси регламентируются ГОСТ 27006–2019. «Бетоны. Правила подбора состава».

Что такое архитектурный бетон

ГОСТ 25192–2012 относит к архитектурным бетоны декоративные, то есть те, которые решают декоративно-прикладные задачи помимо того, что несут конструктивную нагрузку.

По определению ГОСТ 25192–2012, декоративным называют бетон, который получают с применением различных приемов для достижения эстетических свойств изделия — текстурирования, гравировки, полировки, окрашивания, применением топпингов и пр. Декоративные бетоны по назначению относятся к специальным.

Область применения архитектурного бетона

Из архитектурного бетона изготавливают малые архитектурные формы:

1. ограды,
2. лестницы,
3. фонтаны,
4. скульптуры,
5. ландшафтные светильники,
6. рекламные стены и стенды,
7. садово-парковые сооружения (беседки, ротонды, вазоны),
8. парковые скамьи,
9. объекты мемориальной архитектуры,
10. игровые комплексы,
11. киоски,
12. торговые автоматы.

Также он применяется для декоративной отделки и облицовки фасадов и внутренних помещений зданий и сооружений.

Виды архитектурного бетона

Объекты, которые изготавливают из архитектурного бетона, можно объединить по принципу эстетических требований, которые к ним предъявляются. Но их можно разделить на группы, в зависимости от функционального назначения.

Некоторые из них имеют только декоративные функции (например, скульптуры), другие сочетают декоративные функции с конструктивными. Поэтому и бетоны для них применяют различных видов:

1. Бетоны с преобладанием конструктивных характеристик. Условно их называют геометрическими. Применяются для создания монолитных сооружений, таких как стены конструкций. Они могут иметь различные, иногда сложные формы. Изготавливают их с применением опалубки.
2. Бетоны с преобладанием декоративных характеристик. Их также называют декоративными. Применяются такие бетоны для отделки и декорирования поверхностей.
3. Скульптурные бетоны, сочетающие конструктивные и декоративные характеристики. Применяются для создания скульптур, барельефов, имитации природного камня.

Чем архитектурный бетон отличается от обычных бетонов

Основное отличие архитектурного бетона — его высокие художественные качества. Благодаря особому составу смеси, технологии изготовления и дополнительной обработки изделий, он может имитировать самые разные материалы — натуральный необработанный камень, кирпичную кладку, древесину, металл, состаренные материалы (например, кору деревьев или рассохшуюся древесину).

С другой стороны, из архитектурного бетона можно успешно изготавливать эффектные орнаментированные изделия.

Архитектурный бетон может быть окрашен как в готовом изделии, так и в массе. Для этого применяют минеральные пигменты и анилиновые красители. Последние позволяют получать очень чистые и яркие оттенки, особенно, если бетонную смесь готовят на основе белого цемента.

Вторая отличительная особенность — относительная легкость по сравнению с другими строительными материалами, например, чугуном, сталью, натуральным камнем. Поэтому их замена изделиями из архитектурного бетона позволяет снизить нагрузку на фундамент.

При этом все изделия из архитектурного бетона прочны и долговечны.

Технологии работы с архитектурным бетоном

Чтобы получить изделие необходимой формы, декоративный бетон обрабатывают с применением особых технологий.

Монолитные изделия

Как и обычному бетону, архитектурному можно придавать требуемую форму, укладывая его в опалубку.

При необходимости применяют армирование. После твердения бетона опалубку снимают. Поверхность изделия может быть дополнительно обработана.

Штамповка с применением трафаретов

В этом случае обрабатывается влажная поверхность свежеуложенного бетона. На нее наносят краситель в виде порошка, который придает поверхности те или иные заданные оттенки и выполняет дополнительную функцию – предотвращает прилипание трафарета.

Затем на поверхность накладывают гибкий трафарет и обрабатывают ручной трамбовкой.

Таким образом можно получить поверхность, которая имитирует кирпичную или каменную кладку, барельеф или резной орнамент по камню, металлу, древесине. Этот способ обработки позволяет создавать самые разные декоративные эффекты и при этом он относительно прост в применении.

Распространенный пример такого использования штампованного архитектурного бетона — имитация брусчатки на бетонных дорожках или площадках, которую можно устроить на приусадебном участке своими руками. Она также называется штамповкой по стяжке

Скульптура

С бетоном можно работать, как с глиной и шамотом, создавая скульптуры свободной формы и настоящие художественные произведения.

Сначала создается железобетонный каркас необходимой формы. Его обтягивают сеткой, поверх которой наносят архитектурный бетон. В данном случае применяют бетоны на полимерной основе. По достижении раствором необходимой консистенции, его обрабатывают, применяя инструменты и приемы, характерные для скульптуры.

Обработка поверхности готовых изделий из архитектурного бетона

Различные методы обработки поверхности позволяют получать все широчайшее многообразие художественных эффектов, а также выполняют защитную функцию для изделий, которые эксплуатируются на открытом воздухе или в условиях повышенной влажности.

Самый простой способ — это гидрофобизирующие пропитки.

Например, комплексное влагоотталкивающее средство CemAquaStop производства компании CEMMIX образует тонкую водоотталкивающую полимерную пленку, устраняя водопоглощение и намокание, исключая рост грибка и плесени, предотвращая появление высолов. Применяется на поверхностях из бетона, кирпича, керамики и других минеральных пористых поверхностях.

Поверхности изделий могут быть отшлифованы и дополнительно отполированы, чтобы получить гладкую глянцевую текстуру, например, для имитации гранита. Пескоструйная обработка, наоборот, позволяет получить неровную естественную поверхность. Также бетон может быть обработан огнем или протравлен кислотой для получения нужного дизайнеру эффекта.

Поверхность может быть подвергнута гравировке при помощи специального инструмента для резки по камню.

Также применяются такие виды обработка, как окрашивание акриловыми красками и покрытие лаком.

Состав и характеристики архитектурного бетона

В состав бетонных смесей входят следующие основные компоненты — цемент, крупные и/или мелкие заполнители, вода.

Это базовый состав любой бетонной смеси. Также в раствор могут включать различные добавки, модифицирующие свойства бетона.

Все многообразие видов бетона получают, подбирая компоненты и их пропорции.

Рецептуры архитектурного бетона у каждого мастера или организации свои. И они, как правило, содержатся в секрете. Но секретом не являются стандартные бетонные смеси и пропорции, необходимые для того, чтобы получить материал с заданными характеристиками. Все остальные модификации служат для придания каких-либо определенных дополнительных качеств.

Основой рецептуры бетонной смеси могут выступать смеси для изготовления бетонных плит. Состав регламентируется ГОСТ 17608–91 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия». Он распространяется на тротуарные плиты из тяжелого и мелкозернистого бетона.

Согласно стандарту, для изготовления плит класс бетона по прочности на сжатие принимается В22,5, В25, В30 или В35 в соответствии с проектом.

В состав бетонной смеси входят:

1. Портландцемент бездобавочный, марки не ниже 32,5 содержащий в цементном клинкере не более 5 % оксида магния (MgO) и не более 8 % трехкальциевого алюмината (3CaО*Al₂О₃) либо портландцемент с минеральными добавками не более 5 % по ГОСТ 10178.
2. Крупный заполнитель — щебень из гравия, естественного камня либо шлака. Наибольший размер зерен выбирается в зависимости от размеров конструкции (в данном случае — от толщины плит) и поставленных задач. В архитектурных бетонах часто в качестве крупных заполнителей применяют материалы, которые добавляют текстуру, в том числе, полимерные заполнители или дробленый натуральный камень — гранит, мрамор, кварцит, слюду. Также может применяться цветное стекло, битая керамика и другие материалы, которые позволяют воплощать задуманные декоративные эффекты.
3. Мелкий заполнитель — пески природные, обогащенные и фракционированные, дробленые обогащенные пески. Для архитектурного бетона также применяют кварцевый песок. Модуль крупности — не менее 2,0 для тяжелого, не менее 2,2 — для мелкозернистого.
4. Вода по ГОСТ 23732. Водоцементное соотношение не должно превышать 0,4.

Рецептура может применяться как основа для создания авторских архитектурных бетонов. При этом применяются методы подбора состава бетона, изложенные в ГОСТ 27006–2019 «Бетоны. Правила подбора состава».

Цветной бетон

Для изготовления цветных бетонных плит применяются неорганические пигменты (в % от массы цемента):

1. Красный (Редоксайд по ТУ 6–10–667 — 5 %, Сурик железный по ГОСТ 8135 — 8 %, Железоокисный по ТУ МХП 1911 — 5 %);
2. Желтый (Железоокисный по ТУ МХП 1927 — 5 %);
3. Зеленый (Окись хрома по ГОСТ 2912 — 8 %);
4. Черный (руда марганцевая при содержании окиси магния не менее 90 % — 10 %).

Для получения синего цвета — органический пигмент Фталоцианиновый по ГОСТ 6220 — 0,5 %.

Для получения белого цвета пигменты не используют; применяют белый цемент.

Чтобы получить различные оттенки цветов, смешивают основные цвета в различных пропорциях:

1. желтый и синий дают зеленые оттенки от желто-зеленого до изумрудного;
2. красный и желтый в смесях позволяют получить все оттенки оранжевых;
3. красный и синий дают все пурпурные, фиолетовые и синие оттенки;
4. снижение количества пигментов при использовании белого цемента позволяет получать пастельные тона — голубые, сиреневые, персиковые, розовые, нежно-зеленые, серые (при использовании черного пигмента);
5. добавление черного пигмента позволяет получить более темные оттенки, а при добавлении в оранжевый дает коричневые оттенки различной степени интенсивности;
6. добавление черного пигмента к пастельным тонам позволяет получить более сложные приглушенные, «пыльные» оттенки.

Модифицирующие добавки для архитектурного бетона

Архитектурный бетон должен, прежде всего, иметь высокую подвижность и не расслаиваться. Оба эти качества образуют понятие удобоукладываемости.

Механизм образования твердой кристаллической структуры бетона связан с реакциями гидратации, которые запускаются после смешивания цемента с водой. Для протекания этих реакций требуется строго определенное количество воды, а именно 0,3 от массы цемента. При использовании такого количества воды раствор получается чрезмерно густым и неудобным в работе — жестким.

В таблице представлены марки по удобоукладываемости.

Подвижные смеси подразделяются на марки по подвижности от П1 до П5, где П1 — марка низкой подвижности, а П5 — высокоподвижные, «литьевые» смеси. Подвижная смесь растекается сама собой, не нуждается в уплотнении виброобработкой после укладки.

Очевидно, что жесткость смеси снижается, а подвижность — повышается при увеличении количества воды в замесе. Но такое решение имеет два минуса:

1. Смесь может расслаиваться, что снижает ее удобоукладываемость.
2. Из-за оставшейся в непрореагировавшем состоянии избыточной воды, прочность бетона в готовом виде снижается. Так происходит из-за того, что эта вода занимает определенный объем в изделии, а потом просто высыхает, оставляя капилляры и поры в бетоне. Чем больше в его структуре сообщающихся капилляров, и чем больше их диаметр, тем менее прочное изделие мы получаем.

Для скульптурного бетона также важна тикстропность, чтобы материал не оползал.

Поэтому в архитектурном бетоне обязательно применяются модифицирующие добавки. Их применение регламентируется ГОСТ 24211–2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия».

В соответствии со стандартом, добавками называют органические либо неорганические вещества, которые вводят в бетонные и растворные смеси во время их приготовления для регулирования строительно-технологических свойств или сообщения им новых характеристик.

Выделяют добавки следующих видов:

1. Регулирующие свойства растворных смесей — пластифицирующие и суперпластифицирующие, редуцирующие и суперводоредуцирующие, стабилизирующие, регулирующие сохранение подвижности, увеличивающие газосодержание.
2. Регулирующие свойства бетона — регулирующие кинетику твердения (ускорители и замедлители твердения), повышающие прочность, снижающие проницаемость бетонов, повышающие защиту стальной арматуры, повышающие коррозионную стойкость, увеличивающие морозостойкость, расширяющие.
3. Придающие бетонам и растворам специальные характеристики — противоморозные для холодного и теплого бетона и гидрофобизирующие.
4. Активные и инертные минеральные добавки.

Пластификаторы

Для повышения удобоукладываемости бетонных смесей, предотвращения расслаивания, снижения количества воды в составе с одновременным повышением подвижности растворов применяют пластифицирующие и суперпластифицирующие добавки, которые также обычно имеют водоредуцирующие свойства.

Компания CEMMIX выпускает спектр таких добавок для различных видов работ.

Суперпластифицирующая и суперводоредуцирующая добавка CemPlast снижает водопотребность смеси на 20 % и более и позволяет повышать подвижность смеси с П1 по П5 при введении в раствор в количестве от 0,6 до 1,2л на 100 кг цемента.

При этом отсутствует расслаивание смеси, повышается ее «живучесть», ранняя прочность повышается на 10–25 %, а марочная — на 10–20 %. Исключается образование усадочных трещин, долговечность изделия возрастает в 2–3 раза. При этом возможно без снижения прочности изделия снизить расход цемента на 10 %.

Гидрофобизатор

Многие объекты, изготовленные из архитектурного бетона, эксплуатируются в условиях высокой влажности. Это конструкции под открытым небом или декор для бассейнов и фонтанов. В этом случае требуется выбор материалов, изначально мало восприимчивых к намоканию.

Для бетона вода при постоянном воздействии является агрессивной средой и может вызывать его коррозию. Это связано с пористой структурой бетона, которая может впитывать влагу. Постоянная влажность также может стать причиной роста нежелательных микроорганизмов на поверхности бетонных изделий, например, грибка, плесени, лишайников, что, несомненно, портит их внешний вид, а ведь задачи архитектурного бетона, прежде всего — художественные.

Добавление в раствор добавки-гидрофобизатора позволяет успешно и надежно решить эту проблему без каких-либо дорогостоящих мероприятий.

Гидрофобизатор CemAqua защищает все виды бетона от намокания и влагонасыщения, сохраняя воздухопроницаемость. Обеспечивает водо- и грязеотталкивающий эффект, предотвращает появление высолов на поверхности изделия. Имеет свойства пластификатора и позволяет экономить до 10 % цемента без снижения прочности.

Кроме того, применение гидрофобизатора CemAqua повышает морозостойкость изделий.

Добавку вводят в раствор из расчета 1–2 л на 100 кг цемента.

Ускоритель твердения

Комплексный ускоритель твердения CemFix имеет также свойства пластификатора. Повышая подвижность растворов и позволяя экономить до 10 % цемента в смеси, добавка существенно сокращает сроки твердения бетона; увеличивает раннюю прочность на 20–40 %, а марочную — на 10–20 %. Как пластификатор, повышает подвижность смеси с П1 до П5.

Расход добавки — 1 л на 100 кг цемента.

Эти свойства добавки CemFix позволяют повысить оборот опалубки и увеличить темпы строительных работ. А касаемо архитектурных бетонов — повысить удобство работы, например, со скульптурным бетоном, регулируя время его схватывания.

Базальтовая и полипропиленовая фибра CEMMIX

Короткие отрезки полипропиленового или базальтового волокна — это эффективная добавка для объемного армирования бетона, который в этом случае получает название «фибробетон».

Для бетона, при всей его высокой прочности, характерна определенная хрупкость при воздействии ударных и раскалывающих нагрузок. Применение фибры повышает ударную вязкость бетона, и при воздействии таких нагрузок на изделие, оно не раскалывается.

Фибру добавляют в раствор непосредственно при смешивании, что позволят снизить усадочные явления, получить более прочный и долговечный бетон, а в случае применения базальтовой фибры, повышается также огнестойкость изделия.

Что немаловажно, в отличие от металлической арматуры, фибра совершенно не увеличивает вес изделия.

Расход фибры — 0,9–3 кг на 100 кг цемента.

Важно!

Добавки и фибра CEMMIX совместимы со всеми видами цементов отечественного производства, а также друг с другом. При необходимости применить в растворе несколько видов добавок, их общее количество должно быть распределено между добавками в соответствии с желаемыми эффектами.

Применение модифицирующих добавок позволяет вывести искусство применения арт-бетона на новый уровень, повышая удобство работы, а также прочность и долговечность изделий. Добавки и пропитки для бетона CEMMIX — это высокоэффективные современные материалы для строительства, ремонта и творчества. Купить продукцию CEMMIX можно в строительных сетях и на маркетплейсах, а также оптом по выгодным ценам.