Производство и применение искусственных камней мощения

Искусственные камни используются для укладки покрытий на пешеходных дорожках, тротуарах, посадочных площадках на маршрутах общественного транспорта и других местах, где не предусматривается постоянный движение автотранспорта.

Искусственный камень мощения (плитка, блок, брусчатка) – это бетонный элемент, который может иметь различную форму, цвет и размеры, соответствующие действующим нормативным документам. Основные параметры камней мощения оговариваются в ГОСТ 17608-91 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия» и ТУ 5746-001-33157194-97 «Камни искусственные покрытий дорог». Толщина камней мощения по действующим нормативам должна быть не менее 60 мм, площадь опорной поверхности – не более 0,05 м2, длина – не более 28 и 30 см соответственно для прямоугольных в плане и фигурных камней.

Основные технические характеристики выпускаемых плиток: прочность на сжатие – М 300–400; морозостойкость – F 200; истираемость – 0,7 г/см2. В «Руководстве по конструкциям, технологии устройства и требованиям к дорожным покрытиям из искусственных камней в Санкт-Петербурге» [см. Руководство по конструкциям, технологии устройства и требованиям к дорожным покрытиям из искусственных камней в Санкт-Петербурге. – СПб.: Мэрия СПб, 1996] (далее – Руководство) представлены возможные формы камней мощения.

Камни мощения могут быть без горизонтальной в плане связи (прямоугольные, квадратные, шестиугольные) и с горизонтальной связью – криволинейной формы (рис. 1). Камни мощения – долговечный и прочный строительный материал. Так, плитка толщиной 80 мм может применяться на въездах, рассчитанных на движение автомобилей с нагрузкой на ось до 6 тонн. Искусственные камни мощения могут быть с успехом использованы не только в дорожном строительстве, но и в благоустройстве: при устройстве ступеней лестниц, оформлении элементов малых архитектурных форм – цветочных клумб и подпорных стенок.

Искусственные камни могут выпускаться одно- или двухслойными. В последнем случае верхний слой (декоративная поверхность) изготавливается из цветного бетона. На строительном рынке города представлены камни мощения белого, серого, красного, желтого, коричневого, зеленого и других цветов. Имеются плитки, декоративная поверхность которых успешно имитирует различные природные каменные материалы, например, гранит. Сочетания цвета и формы камней мощения создают различные по дизайну рисунки дорожного покрытия.

Сборные дорожные покрытия из искусственных камней мощения, по сравнению с асфальтобетонными, имеют лучший архитектурно-эстетический вид и дизайн, а также являются экологически чистыми.

Камни мощения долговечны и многократно используются, а поэтому экономически выгодны. За счет точных геометрических размеров тротуарные плитки технологичны в работе. Дорожное покрытие из них легко разбирается и восстанавливается при прокладке и обслуживании подземных коммуникаций.

В распоряжении Премьера правительства Москвы от 22 августа 1997 года Москомархитектуре предписывалось подготовить «Схемы урбанизированных территорий АО, нуждающихся, в соответствии с градостроительной значимостью, в первоочередной замене асфальтового покрытия на экологически чистое долговечное декоративное мощение из сборных элементов».

Высокие декоративные и художественные свойства, а также другие преимущества дорожных покрытий из бетонных камней мощения обусловили их широкое применение в особо оживленных местах: пешеходных и торговых зонах, зонах парковки автотранспорта и т. д. По данным различных печатных изданий, емкость рынка камней мощения по Северо-западному региону оценивалась в 2001 году в 300–350 тыс. м2; в 2002 году – в 420–480 тыс. м2, а в 2004 году – порядка 1 млн. м2. Темпы годового прироста потребности в камнях мощения в Санкт-Петербурге и Северо-западном регионе на ближайшие два года, по оценкам специалистов, составят 15–20%. Таким образом, объемы строительства с использованием искусственных камней постоянно увеличиваются.

За последние годы в нашей стране появилось немало специализированных заводов и цехов по производству мелкоразмерных бетонных изделий. Вячеслав Засухин, руководитель секции «Строительной индустрии» Ленинградского областного союза строителей в обзоре рынка вибропрессованных бетонных изделий Санкт-Петербурга и Ленинградской области отмечает: «В настоящее время на рынке Санкт-Петербурга и Ленинградской области представлена песчано-бетонная вибропрессованная продукция двадцати производителей, функционирующих на территории распространения продукции. Более половины компаний имеет оборудование в эксплуатации менее трех лет».

Камни мощения производятся методом вибролитья и полусухого вибропрессования. В вибролитьевой технологии формы (жесткие полипропиленовые, гибкие резиновые или пластиковые) заполняются раствором и подаются на вибростол, где за счет вибрации происходит уплотнение раствора. Заполненные формы поступают на участок выдержки продукции.

После затвердения изделия извлекаются из форм, складируются и передаются на склад готовой продукции. Практически все операции выполняются вручную. По оценкам специалистов, вибролитая продукция занимает не более 3–5% от всего объема рынка искусственных камней Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Основной объем рынка приходится на искусственные камни, изготовляемые методом полусухого вибропрессования на крупных предприятиях с использованием современного автоматизированного зарубежного оборудования «Poyatos», «Prensoland», «Masa-Henke», «HESS».

В Санкт-Петербурге серийный выпуск вибропрессованной тротуарной плитки был освоен в 1994 году фирмой «БиК». В середине 90-х годов производство плитки было начато на ЗАО «Полар», ЗАО «Экспериментальный завод» и ЗАО «Метробетон». В 2004 году на ОАО «Ленстройдеталь» было налажено производство камней мощения на немецкой автоматизированной линии «НESS» производительностью 2000 м2 в смену.

Типовая линия по изготовлению камней методом полусухого вибропрессования полностью автоматизирована и имеет единый блок управления. Основным элементом линии является вибропресс, в который из основного бетонного узла по транспортеру непрерывно подается бетонная смесь. Смесь заполняет матрицу, и под воздействием пуассона путем давления и вибрации происходит формовка изделия. Пресс формует бетонные изделия на технологических поддонах, которые автоматически подаются из накопителя. Отформованные изделия на поддонах подаются в пропарочные камеры или на участок выдержки продукции. После завершения процесса пропарки или выдержки готовые изделия перемещаются к манипулятору. Манипулятор формирует многорядный пакет на транспортных европоддонах. Сформированный пакет подается к упаковочной машине, где происходит его обвязка, а затем – подача на склад готовой продукции. Освободившиеся технологические поддоны системой транспортеров через очиститель подаются в накопитель поддонов. Очевидны преимущества вышеописанного производственного процесса: технологичная организация производства, высокая производительность, идентичность всех изделий (они делаются в одной пресс-форме), независимость качества продукции от человеческого фактора.

За рубежом для улучшения качества бетонных поверхностей камней и придания им декоративного вида, в зависимости от поставленных архитектурных задач, дополнительно используют механическую обработку: струйную, шлифование, фрезерование, размыв. Например, при струйной обработке поверхность подвергается воздействию небольших стальных шариков и приобретает шероховатую текстуру. В результате фрезеровки в бетонных поверхностях камней образуются канавки, препятствующие скольжению обуви.

ОАО «Ленстройдеталь» с 2004 года производит искусственный камень мощения с фактурным декоративным слоем с различными цветными природными заполнителями: кварцитом, гранитным щебнем. На заключительной стадии производства цветной заполнитель освобождается от оболочки цементного камня путем воздействия факела воды под высоким давлением (размыв). Фактурная текстура плитки, получаемая в результате воздействия воды, обладает лучшими сцепными и декоративными качествами по сравнению с камнями мощения без поверхностной обработки.

Следует отметить, что сборные бетонные дорожные покрытия с давних пор привлекали внимание многих ученых и инженеров в области дорожного строительства. За рубежом дорожные покрытия из камней мощения впервые стали применять в двадцатых-тридцатых годах ХХ века в Чехословакии, Германии и Франции. Уже с 1926 года во Франции для покрытий тротуаров и автомобильных дорог стали использовать бетонные блоки в форме простых прямоугольных параллелепипедов высотой 7–10 см, длиной 22–30 см и шириной 10,5–12,5 см. В 1934 году в Чехословакии было устроено около 30 000 м2 мостовой из блоков с криволинейными выступами и впадинами. В США сборные покрытия из бетонных плит размером 30х30х10 см применяются там, где затруднена работа машин и механизмов, например в тоннелях, на узких проездах и тротуарах. По состоянию на 1986 год в стране производилось свыше 2 млн. м2 мелкоразмерных плит. В Германии в 1963 году были опубликованы нормативы на бетонную брусчатку DIN 18501. Уже в 1964 году было уложено 70 млн. штук профилированной бетонной брусчатки, что составляло около 300 км дорог шириной 7 метров.

В Нидерландах только в 1976 году было изготовлено 15,8 млн. м2 бетонных тротуарных плит и блоков с размерами в плане 211х105 и 211х69 мм и толщиной 70...120 мм. Во Франции в 1967 году в строительные организации поступило 14 млн. м2 плит, а в 1978 году выпуск плит достиг 44 млн. м2 . В 1990 году в Великобритании были выпущены нормы на проектирование и строительство дорожных покрытий из кирпича и бетонных блоков.

В России, в Санкт-Петербурге, еще в ХVIII веке появились булыжные мостовые. В 1714 году Петр I издал указ, в котором велел доставлять в город «дикий камень». Как раз в это время в городе началось строительство булыжных мостовых. 11 ноября 1816 года император Александр I утвердил «Постановление о тротуарах». Тротуары устраивались «из гранитных камней или плит» шириной два аршина (около 1,5 метра) по обеим сторонам улиц. В конце двадцатых ХIХ столетия годов была найдена новая технология мощения дорог – деревянными шашками. Цементно-бетонные плиты начали использовать для строительства тротуаров в конце ХIХ и начале ХХ века. Однако в дальнейшем в дорожном строительстве и благоустройстве в основном использовались крупноразмерные железобетонные плиты.

С середины девяностых годов ХХ века мелкоштучные бетонные покрытия переживают второе рождение. В Санкт-Петербурге в 1997 году с использованием камней мощения выполнено благоустройство нескольких торговых зон, дворов на улице Маяковского, начаты работы по созданию пешеходной зоны на Малой Конюшенной улице. Позднее выполнено мощение площади перед Храмом Спаса-на-Крови (1997 год), тротуаров у здания Российской Национальной библиотеки на Московском проспекте (1998 год), дворов на Малой Садовой улице (1998 год). В 1996–1998 годах были открыты пешеходные зоны в историческом центре на Малой Конюшенной и Малой Садовой улицах, пешеходная зона «Дворы Капеллы», а также выполнено мощение тротуаров Литейного и Владимирского проспектов. Позднее была осуществлена реконструкция Среднеохтинского проспекта (мощение 7075 м2), Заневской площади и Заневского проспекта (мощение 26371 м м2). В этом же году была открыта самая большая в России пешеходная зона на Большой Московской улице (мощение 15 000 м2).

Дорожная одежда с покрытием из искусственных камней мощения – это многослойная конструкция, воспринимающая внешнюю нагрузку и передающая ее на подстилающий грунт. Как правило, она состоит из покрытия, несущего и (при необходимости) дополнительного слоя основания, а также грунта земляного полотна (рис. 2).

Покрытие – непосредственно воспринимает воздействие от автомобильного, пешеходного движения, а также от атмосферных факторов. Покрытие включает: собственно покрытие из искусственных камней высотой сечения 60–140 мм; заполнение швов между искусственными камнями 3–5 мм; выравнивающий (монтажный) слой толщиной 3–5 см в уплотненном состоянии. Выравнивающий слой предназначен для устранения неровностей основания.

Особенность дорожного покрытия из искусственных камней мощения – большое количество швов. Швы обеспечивают проектное положение искусственных камней мощения в покрытии, передают часть усилий с нагруженного элемента на смежные. Через швы в основание дорожной одежды проникает вода, что приводит к деформации покрытия при отрицательных температурах («расползание» камней мощения в покрытии и, как следствие, выпадение отдельных элементов). В дорожном покрытии из искусственных камней мощения заклинка осуществляется материалом заполнителя швов, который может быть различным (песок, пескоцемент, гидроизолирующий материал, цементный раствор). Срок службы дорожного покрытия из искусственных камней мощения во многом зависит от надежной работы швов.

Возможно и устройство покрытий из камней мощения с так называемыми «зелеными» (дренирующими) швами. В этом случае швы увеличенной ширины (до 35 мм), заполняются плодородной смесью, куда высаживают декоративные травы, легко переносящие вытаптывание. Также увеличенные швы между камнями могут быть заполнены галькой, отсевом гранитного щебня и другими декоративными материалами. Для устройства покрытий с «зелеными» и дренирующими швами выпускаются специальные камни мощения, по виду напоминающие решетки или соты. Они могут быть использованы для устройства автомобильных стоянок, пешеходных дорожек и укрепления земляных насыпей.

Основание – часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на нижележащие дополнительные слои или грунт земляного полотна. Основание может быть выполнено из различных материалов: щебня; пескоцементной смеси; щебня, укрепленного цементом или расклинцованного пескоцементной смесью. Дополнительный слой основания, в зависимости от решаемых задач, может выполнять морозозащитную, дренирующую и теплоизолирующую функции. Он выполняется из дренирующих, не подверженных пучению материалов (песок, шлак и др.).

Для перехвата и отвода поверхностных вод, проникающих в конструкцию через швы между камнями, а также для устранения возможного взаимного перемешивания материалов слоев дорожной одежды применяются разделительные прослойки: геотекстили, плотные низкомарочные асфальтобетоны и смеси битума с минеральными материалами. Эти прослойки располагаются как между монтажным слоем и основанием, так и между слоями основания и грунтом.

Выбор материалов для устройства слоев дорожной одежды, размещение их в конструкции, назначение морозозащитных и теплозащитных мер определяется на стадии проекта в результате расчета, принимающего во внимание рельеф местности, тип грунта и уровень грунтовых вод. Исследованиями установлено, что для повышения несущей способности дорожной одежды при проектировании предпочтительно назначать искусственные камни криволинейной в плане формы (рис. 1) с размерами в плане не менее 0,12х0,12 м [см. Костиков Ю. Б. Влияние параметров покрытия из искусственных камней мощения на прочность дорожной одежды.: Дис. к.т.н. – СПб: СПбГАСУ, 2004].

Технологический процесс устройства тротуарного покрытия из брусчатки в основном состоит из следующих этапов: устройство слоев основания с уплотнением; устройство монтажного пескоцементного слоя; укладка тротуарного камня; уплотнение; заделка швов – прометание (рис. 2). Большая доля ручного труда, задействованного при мощении, снижает темпы строительства и увеличивает его стоимость. Трудности вызывает укладка элементов блочного покрытия в местах примыкания к решеткам и колодцам подземных сооружений, а также необходимость заблаговременной увязки формы и размеров блоков с конкретным местом мощения. В виду того, что дорожные покрытия из искусственных камней мощения за счет небольших размеров элементов –высокодеформативные покрытия, следует обеспечить повышенные требования к конструктивным слоям дорожной одежды. Прочность слоев основания должна быть повышена за счет расклинцовки, армирования георешетками или других мероприятий. При строительстве важно обеспечить надежное закрепление крайних рядов и непрерывность примыкания камней друг к другу, а также качественное заполнение швов.

При благоприятных погодных условиях и правильной организации труда один рабочий за смену может вручную уложить около 30 м2. покрытия. На практике эта цифра снижается до 15–20 м2. Существуют машины для механизированной укладки камней мощения в покрытие, производительностью 1000 м2 в смену («ROBOTEC», «Optimas»). Машины имеют сменное навесное оборудование для заполнения и затирки швов, установки бортового камня и планировки основания. Такие машины особенно эффективны при мощении больших территорий, где не требуется создание художественных рисунков дорожного покрытия: площадей, складских терминалов и т. п. Более подробно остановимся на вопросах, связанных с декоративными и потребительскими свойствами искусственных камней, а также на сопутствующих изделиях для мощения.

В литературе по ландшафтному дизайну для дорожных покрытий предлагается использовать естественные пастельные цвета (кремовые, коричневые, сероватые). Рекомендуется избегать дорожных покрытий кричащих расцветок, если только они, конечно, не вписываются в общий дизайн территории. Однако сплошным одноцветным дорожным покрытием из камней, уложенных вплотную друг к другу, сегодня трудно удивить. Гораздо интереснее выглядит покрытие из разноцветных плиток. В этом случае следует иметь в виду следующие рекомендации, данные в Руководстве. «Внешний вид покрытия определяется размерами и формой камней, размерами и формой швов, цветом и текстурой поверхности камней. Однако из-за острого, в общем случае, угла обозрения размеры камней трудноразличимы, а текстура просматривается только при влажном покрытии. В сухую погоду цветовые различия и контрастность между цветом камня и его текстурой слаборазличимы. Для обеспечения контрастных эффектов при любой погоде рекомендуется использовать чередование искусственных камней, особенно цветных, с различной обработкой поверхности; чередование камней различной геометрической формы; применение белых и черных камней».

Ранее отмечалось, что на строительном рынке Санкт-Петербурга появился новый вид искусственных камней мощения – камни с декоративной фактурной поверхностью с включением в нее природных цветных заполнителей: кварцита габродиабаза, гранита и других материалов. За счет фактурной поверхности камней рисунок дорожного покрытия из них получается более четким, ярким и выразительным. Это дает возможность ландшафтным архитекторам и дизайнерам разрабатывать индивидуальные интересные проекты мощения.

При оформлении дорожек искусственный камень мощения часто сочетают с булыжниками, галькой, деревянными элементами, клинкерным дорожным кирпичом. Комбинация этих материалов в дорожном покрытии разрушает привычное однообразие, однако к выбору компонентов следует подходить со вкусом, учитывая эстетический эффект их взаимодействия.

Следует обратить внимание на широкий спектр сопутствующих изделий для мощения. Это, прежде всего, элементы водосборной системы (лотки открытые и закрытые с чугунными, стальными и пластмассовыми решетками, трапы), встраиваемые специальные дорожные светильники и даже самосветящиеся камни мощения. Технические характеристики и декоративное оформление всех этих элементов отечественного и зарубежного производства позволяет органично и функционально использовать их при устройстве мощения. С целью ограждения пешеходных дорожек от газонов или клумб используют декоративные садовые бордюры из пластмассы или металла, а для укрепления краев въездов для автотранспорта служат бетонные бортовые камни различных размеров и цветов.

Дорожные покрытия из искусственных камней мощения требуют более тщательного содержания и ухода, чем традиционные асфальтобетонные. Во избежание разрушения декоративного слоя камня и его лицевой поверхности не рекомендуется использовать для уборки инструменты с металлической рабочей частью или поверхностью. В зимний период при уборке покрытия нельзя использовать средства, содержащие техническую соль. В течение всего времени эксплуатации покрытия следует следить за заполнением швов. Швы должны быть заполнены на всю высоту материалом заполнителя. Для уборки плиточных покрытий Комитетом по благоустройству и дорожному хозяйству Администрации Санкт-Петербурга за рубежом были закуплены уличные пылесосы.

Многие вопросы эксплуатации можно решить еще на стадии проектирования. Например, пешеходная зона на Малой Садовой улице – единственная, оборудованная системой подогрева дорожного покрытия. При работе системы снег и лед тают, а талая вода стекает в коллекторы. В результате не требуется организация уборки тротуаров и вывоза снега. Отсутствие механического воздействия на дорожное покрытие позволяет увеличить срок его службы. Положительный эффект также достигается за счет снижения травматизма и аварийности.

Многих проектировщиков, строителей и заказчиков беспокоят выступающие высолы на лицевой поверхности камня. В Руководстве отмечается: «В течение первого (иногда и второго) года эксплуатации возможно выветривание поверхности бетонных искусственных камней, подвергающихся воздействию влаги с переменной интенсивностью и входящего в состав воздуха углекислого газа. При этом на поверхности камней выделяются продукты их взаимодействия с химическими соединениями, входящими в состав бетона; появляются обесцвеченные области (пятна). Данное явление допустимо, поскольку не влияет на прочностные свойства бетона. Способов борьбы с выветриванием на стадии эксплуатации практически не существует. Устранение налета (пятен) может быть осуществлено путем промывания слабым раствором кислоты или специальными чистящими средствами».

В заключении хочется еще раз подчеркнуть, что искусственный камень мощения обладает технологическими, гигиеническими и эстетическими качествами, является архитектурным элементом современного градостроительства. Техническое и эксплуатационное состояние дорог во многом характеризует культуру и экономическое развитие страны. М. В. Романенко отмечает: «Объемы производства бетонной плитки возрастают с каждым годом. Оценено, что ежегодное всемирное производство бетонной плитки в настоящее время составляет приблизительно 400 млн. м2. К сожалению, в России объемы производства мощеных покрытий пока слишком малы по сравнению с объемами их производства в странах Европейского союза. Однако наша страна обладает огромным рыночным потенциалом, и ежегодно использование этого вида мощения возрастает» [см. Романенко М. В. Выбор эффективных тротуарных плит// Современные направления технологии строительного производства: Статьи и тез. докл./ C-ПбВИТУ. – СПб, 2004. – Вып. 7. стр. 91–97].