Структурная глиняная плитка описывает категорию строительных материалов из обожженной глины, используемых для строительства кровли, стен и полов в структурных и неструктурных целях, особенно в огнестойких приложениях. Также называемый строительной плиткой, структурной терракотой, пустотелой плиткой, плиткой сальтильо и глиняным блоком, материал представляет собой экструдированную глиняную форму со значительной глубиной, что позволяет укладывать его так же, как и другие глиняные или бетонные кладки. В Северной Америке он в основном использовался в конце 19-го и начале 20-го веков, достигнув пика популярности на рубеже веков и снизившись примерно в 1950-х годах. Структурная глиняная плитка приобрела популярность в конце девятнадцатого века, потому что ее можно было построить быстрее, она была легче и требовала более простой плоской опалубки, чем более ранние конструкции кирпичных сводов.
Каждый блок обычно изготавливается из глины или терракоты с полыми полостями или ячейками внутри. Цвета терракоты меняются от серого (сырая, влажная глина) до оранжевого, красного, желтого и кремового. Это происходит из-за эффекта процесса обжига, который затвердевает глину, чтобы ее можно было использовать в структурных целях. Материал обычно используется в арках пола, огнестойкости, перегородках и обрешетке. Он продолжает использоваться в Европе для строительства огнестойких стен и перегородок. В Северной Америке этот материал в значительной степени был заменен бетонными каменными блоками.
История, происхождение и развитие
До 1850-х-1870-х гг.
Глиняная плитка в разных вариантах использовалась на протяжении тысяч лет. Римляне были одними из первых, кто использовал глиняную плитку в строительстве, создавая глиняные горшки для облегчения нагрузки сводов. Однако первое зафиксированное структурное использование терракотовых форм было в Италии шестого века в куполе церкви Сан-Витале в Равенне. Глиняные горшки, облицованные гипсом, облегчали нагрузку купола аналогично более раннему римскому строительству.
1850-1870-е годы
Первое зарегистрированное использование структурной глиняной плитки в Соединенных Штатах было в 1853 году. Фредерик А. Петерсон спроектировал глиняные овалы ручной формы, которые он поместил между двутавровыми балками и покрыл цементом для создания пола. Петерсон дебютировал со своим методом в здании Cooper Union в Нью-Йорке. Однако метод Петерсона не производился массово и не копировался до 1870-х годов. В 1871 году Бальтазар Крейшер и Джордж Х. Джонсон запатентовали новый метод, похожий на метод Петерсона, основанный на более ранних прецедентах, включая прецеденты британского архитектора Джозефа Баннетта в 1858 году, а также на проектах Петерсона. Каждый из этих методов возник из-за растущей потребности в огнестойкости зданий после крупных пожаров по всей территории Соединенных Штатов в течение последней четверти девятнадцатого века.
До широкого использования структурной глиняной плитки, кирпичное и каменное строительство доминировали в методах огнезащиты. Однако кирпичное и каменное строительство, особенно своды, было тяжелым, требовало много времени для возведения и строительства дорогостоящей индивидуальной опалубки. Структурная глиняная плитка предлагала более легкую, быструю и простую альтернативу. Система блокировки угловых глиняных плиток, которые были соединены вместе с замковым камнем, стала популярной в начале 1870-х годов после того, как проекты Винсента Гарсина были массово произведены для создания плоских сегментированных арок. Эта плоская сегментированная арка, разработанная Гарсином, была впервые использована в Соединенных Штатах в почтовом отделении Нью-Йорка, здании Кендалла в Чикаго и здании Singer Manufacturing в Сент-Луисе, став самым плодовитым применением пустотелой глиняной плитки до конца столетия.
1880-е-1900-е годы
С ростом популярности структурная глиняная плитка стала одним из самых популярных материалов для огнезащиты железных и стальных конструкций. Однако ее огнезащитная способность не была полностью реализована, пока Питер Боннетт Уайт не изобрел «башмак для плитки» в 1881 году. «Башмак для плитки» покрывал открытую сторону металлических балок, полностью изолируя их от огня.
1910-е-1950-е годы
Строительство плоских арок стало популярным с ростом числа зданий, использующих в своей конструкции стальные и железные элементы конструкции. Новые требования строительных норм к огнестойкости способствовали использованию и распространению структурной глиняной плитки в небоскребах и других крупных зданиях. После 1910 года производители начали испытывать и разрабатывать более прочные и сложные системы структурной глиняной плитки, которые лучше работали при сжатии. Более высокая прочность на сжатие, обнаруженная в основном в изобретении концевой нажимной арки, позволила использовать материал в более длинных пролетах пола. Однако по мере того, как железобетон становился все более популярным как более дешевая и менее сложная альтернатива, использование структурной глиняной плитки в полах и кровле сокращалось. Все чаще глиняная плитка использовалась внутри бетонного пола, чтобы сделать его легче, или в качестве центрирования/опалубки для бетонных конструкций.
С появлением железобетонных полов и металлических настилов структурная глиняная плитка потеряла популярность для использования в горизонтальных приложениях. Хотя использование структурной глиняной плитки в напольных покрытиях и кровлях сократилось, ее использование в стенах пользовалось популярностью вплоть до 1950-х годов. Блоки настенной плитки продолжают производиться, но специальные плиточные блоки часто требуют индивидуальных заказов. Арки из глиняной плитки больше не производятся, и из-за нехватки квалифицированных мастеров для укладки арок их никогда не заменяют.
Горизонтальное применение
Типы арок для плиточного пола
Конструкция арки бокового давления
Конструкция арки с боковым давлением, первый метод, используемый в ароках перекрытия из плитки, состоит из полых плиток, уложенных параллельно двутавровым балкам.
Конструкция арки конечного давления
Конструкция торцевой арки давления состоит из пустотелых плит, уложенных перпендикулярно двутавровым балкам. Этот метод стал популярным после того, как было обнаружено, что он на пятьдесят процентов эффективнее арок бокового давления.
Книжная плитка
Популярным применением структурной глиняной черепицы была книжная плитка, плоская полая черепица, которая использовалась в кровельных системах. Книжная плитка также использовалась в фальшполах, чтобы обеспечить возможность прокладки сантехники и других систем в зданиях.
Композитная конструкция
В конце 1890-х годов самая популярная система арок из плиточного пола сочетала в себе конструкцию с боковым и торцевым давлением. Однако с ростом популярности бетонного строительства композитное строительство начало использовать оба метода в сочетании с железобетоном. Более поздние системы использовали глиняную плитку и железобетон для замены арок из плиточного пола в 1930-х годах.
Вертикальное применение
Наиболее популярной и устойчивой формой структурной глиняной плитки является ее использование в вертикальных приложениях в качестве структурного элемента. В вертикальном приложении структурные глиняные плиточные блоки используются как в колоннах, так и в несущих стенах. Аналогичным образом структурные глиняные плиточные блоки часто использовались в качестве подложки для наружных стен, часто заполняя пустоты за архитектурным орнаментом, камнем или кирпичной кладкой. В раннем стальном строительстве глиняные плиточные блоки исторически использовались в качестве заполнения между структурными элементами, что обеспечивало столь необходимую боковую поддержку. В некоторых случаях целые стены — как правило, в одноэтажных зданиях, редко выше — создавались из структурной глиняной плитки, как правило, толщиной в несколько полос. Ячейки этих блоков могли быть как незаполненными, так и заполненными армированием и затиркой.
Типы специализации
Структурная глазурованная облицовочная плитка
Структурная глазурованная облицовочная плитка, пожалуй, является наиболее распространенной и плодовитой формой глиняных плиточных блоков. Структурная глазурованная облицовочная плитка широко используется в учреждениях, где требуется прочная, легко очищаемая поверхность. Материал обычно встречается в школах, исправительных учреждениях, бассейнах и подобных учреждениях. Было разработано большое разнообразие форм, позволяющих строить углы, крышки, основания стен и другие элементы с использованием стандартных размеров. SGFT нельзя легко разрезать без повреждения глазурованной поверхности, поэтому доступно несколько десятков специальных форм, позволяющих приспособиться к большинству ситуаций. SGFT имеет обожженную глазурованную поверхность, которая может быть изготовлена в цветах, похожих на те, которые доступны для стандартной керамической плитки. SGFT был заменен в некоторых приложениях глазурованными каменными блоками, композитом из бетонной кладки и плиткоподобного поверхностного покрытия.
Специализированные виды структурной глиняной плитки производились с остеклованной или глазурованной изогнутой поверхностью для использования в строительстве фермерских силосов. Другие формы, называемые «телефонной плиткой», использовались в качестве подземных многоячеистых каналов для телефонных кабелей.
Производство и классификация
Производство
Структурная глиняная плитка по-прежнему производится в соответствии с историческими процессами: глину замешивают до соответствующей консистенции, прессуют в формы и обжигают в больших печах. Для каждого типа и формы структурной глиняной плитки используются различные формы и формы.
Классификация
Структурная глиняная черепица подразделяется на три сорта: твердая, полупористая и пористая. Каждая классификация различается по продолжительности обжига плитки в процессе производства, и каждая классификация используется для разных целей.
Твердая черепица обладает наибольшей структурной прочностью из трех категорий и в основном используется там, где она подвергается воздействию стихий. Его твердость устойчива к влаге, так как он менее пористый, чем другие классификации. Однако твердая плитка менее пожаробезопасна, так как склонна к растрескиванию при высокой температуре.
Полупористая плитка имеет среднюю прочность и устойчива к влаге.
Пористая плитка изготавливается путем смешивания глины с соломой, опилками или другими материалами, которые выгорают в процессе производства, что делает ее более пористой и легкой, а также снижает структурные статические нагрузки. Пористая плитка была предпочтительна среди строителей для огнестойкости, поскольку она хорошо вела себя при высокой температуре.
Плитка классифицируется на несущие и не несущие категории. Несущая плитка описывается в соответствии со стандартом ASTM C34, подразделяясь на класс LBX, для зон, подверженных воздействию погодных условий, и LB, для защищенных применений. Ненесущая плитка описывается в соответствии со стандартом ASTM C56 в одном классе, NB. Она используется для внутренних перегородок и может быть уложена с ячейками, проходящими горизонтально или вертикально. Плитка может быть ребристой для приема штукатурной отделки или гладкой. Были доступны специальные формы для крепления и установки вокруг профилей из конструкционной стали, обеспечивая огнестойкое ограждение для несущих стальных элементов.
Конструкционная глиняная плитка производится в различных стандартных размерах, включая толщину 4 дюйма (10 см), 6 дюймов (15 см), 8 дюймов (20 см), 10 дюймов (25 см) и 12 дюймов (30 см), и обычно имеет размеры лицевой поверхности 12 дюймов (30 см) x 12 дюймов (30 см) или 12 дюймов (30 см) x 8 дюймов (20 см). Плитка также производилась в серии градуированных клиновидных форм для установки между стальными элементами в качестве огнестойкой плоской арочной конструкции пола, которая должна быть покрыта бетонной износостойкой поверхностью сверху. В других случаях конструкционная глиняная плитка использовалась в качестве материала постоянной формы для уменьшения объема и веса конструкционных бетонных плит пола.