Кирпич из соломы и глины: Кирпич из глины и соломы, 5 (пять) букв

Простота подготовки опилок для арболита и незатратность – это плюс, кроме того, из арболита можно прессовать кирпичи «для себя», то есть в индивидуальных формах и нужного размера, стандартный предельный габарит блоков от 200 до 300 мм по высоте и ширине; и 500 мм по длине. При точной технологии можно делать даже панели из смеси сухих нейтрализованных опилок (примерно 90%) и цемента М500 (до 10% по массе).

Кирпич из глины пополам с соломой

Что такое саманный кирпич — сфера применения

Кирпичи из глины и соломы обладают уникальной прочностью, устойчивостью к температурным перепадам и высокими шумоизоляционными свойствами. Материал является экологически безопасным для здоровья и жизни человека. Планируя строительство дачного дома или небольшого объекта, можно сэкономить и сделать кирпичи своими руками в домашних условиях.

1. Особенности саманного кирпича
2. Состав материала
3. Самостоятельное изготовление саманного кирпича
4. Пропорции
5. Замешивание раствора
6. Формовка
7. Сушка
8. Особенности возведения зданий из сырцового кирпича
9. Распространённые ошибки

Особенности саманного кирпича

Саманные кирпичи – это экологически чистый строительный материал, изготовленный из глины и соломы. Зачастую используется для возведения жилья в сухих и тёплых регионах, так как здание из самана не сможет уберечь от сильного холода и высокой влажности.

Для получения сырья требуется глина и вода с добавлением песка. Как правило, эти компоненты находятся в относительно свободном доступе.

В СНиП II-22-81 от 2003 года указано, что сырцевой материал допускается использовать для возведения стен построек, срок службы которых не превышает 25 лет.

Состав материала

Помимо соломы и глины, в материал добавляют различные компоненты для повышения эксплуатационных свойств.

Классический состав самана:

• Вода, которая используется в качестве растворителя.
• Глина – основа смеси. Рекомендуется брать средней жирности. Если в доступности есть материал низкого качества, в неё добавляется торф или чернозём. В итоге получается земляной кирпич.
• Наполнителем служит солома из пшеницы, ржи или ячменя. Аналогом является костра, мякина, древесная стружка и т. п.
• Речной песок, который по необходимости можно заменить мелким гравием или керамзитом.

При изготовлении саманного состава современные строители часто добавляют известь или цемент для повышения влагостойкости и ускорения процесса отвердения. Чтобы увеличить пластичность материала, потребуется жидкое стекло, патока, навозная жижа или крахмал.

Самостоятельное изготовление саманного кирпича

Сырцевой кирпич – надёжный стройматериал из природного сырья. Необожжённые изделия рационально использовать для небольших сооружений или ограждения участка. Капитальные постройки рекомендуется возводить из обожжённого кирпича, т. к. он прочнее и не уступает по характеристикам фабричным изделиям.

Пропорции

Сырье должно быть чистым, без мусора

Чтобы сделать саманные кирпичи необходимо запастись большим количеством глины – на 1000 единиц потребуется 6,5 м³ сырья, которое вмещает две копны соломы. Особенности расчёта пропорций на кубометр самана:

• 1-2 части глины высокой жирности, 1 ч. песка, 16-17 кг наполнителя;
• 2-3 ч. жирной глины, 1 ч. речного песка, 13-15 кг заполнителя;
• 3-4 ч. глины низкой жирности, 1 ч. песка, до 10 кг растительных волокон.

Более точные пропорции зависят от качества компонентов. На процентное содержание песка влияет размер фракции и степень шероховатости.

Допускается брать соломы 3-4 части на 1м³ раствора, а соотношение глины и песка могут быть – 3:1, 2:1, 1:1, 1:2 или 1:3.

Замешивание раствора

Прежде чем сделать самостоятельно саман из глины, необходимо очистить материал от мусора, камней и посторонних примесей. Качество конечного продукта зависит от пластичности глины.

1. Выкопайте яму глубиной до полуметра, с отвесными стенками ровным дном. Застелите ее водонепроницаемым материалом.
2. Влейте воду на 1/3, затем постепенно добавляйте глину и песок в выбранной пропорции. Замешивание традиционно проводится босыми ногами.
3. Постепенно вводите солому, следите, чтобы она распределялась равномерно. Конечная консистенция должна быть пластичной, равномерной. Не допускайте ее пересыхания.

Если планировалось использование дополнительных компонентов, добавляйте их в небольшом количестве – до 13% от общей массы. Если изготовление саманных блоков является первым опытом, необходимо сделать тестовую партию для проверки на пригодность изделий.

Формовка

Порцию саманного раствора переложите в тачку и отнесите к месту сушки кирпича. Установите форму, смочите ее стенки водой, заполните плотно массой, убирая лишнее ровным предметом.

Аккуратно поднимите форму, освобождая от кирпича. Ее можно использовать для следующей партии.

Сушка

Сушить изделия рекомендуется на открытом воздухе под навесом, предупредив прямое воздействие солнечных лучей. Материалу необходимо обеспечить полноценную вентиляцию. В период сушки продукция потеряет до 15% от изначально массы, что обусловлено испарением воды.

Время зависит от погодных условий и занимает от 2 до 8 суток. По истечении времени необходимо проверить степень прочности кирпича – скиньте образец с высоты 1,5 метров на твёрдую землю. Отсутствие трещин свидетельствует о готовности к использованию.

Особенности возведения зданий из сырцового кирпича

Кладка осуществляется на раствор, созданный непосредственно для этого материала, но без добавления соломы. Сначала на фундамент

На несущие способности самана негативно влияют точечные нагрузки, поэтому перекрытия укладывают с перераспределением веса на стены. Соблюдая эти правила, дом, построенный из сырцового кирпича, прослужит 20-30 лет.

Из-за воздействия влаги стены крошатся и деформируются. Для нивелирования этой проблемы необходима внешняя отделка с гидроизоляцией и укладка пароизоляции внутри помещения.

Распространённые ошибки

Чем больше травы и других примесей, тем менее прочным будет кирпич

Впервые столкнувшись с задачей строительства дома из сырцового кирпича, можно допустить ошибку. Однако практически любая проблема устраняется:

1. При деформации кирпича следует добавить опилки.
2. Если после сушки выявлены трещины, это указывает на излишки влаги. В рабочем замесе следует снизить объём воды.
3. При неравномерном высыхании материала исправить ситуацию поможет разрядка кладки.
4. Вспучивание кирпича говорит о низком качестве известняка – замените глину или измельчите её.

Возведение домов и хозяйственных построек из самана всё больше приобретает популярность в южных регионах страны. Материал отличается экологичностью и прочностью, а его использование экономически обосновано. Невзирая на скептицизм профессиональных строителей, из сырцового кирпича можно сделать дачный домик, который прослужит не один десяток лет.

Глиняный кирпич с соломой

Самостоятельно может быть изготовлен кирпич из глины и соломы, называемый также саманным. Это природный материал, применяемый для постройки жилых зданий и временных конструкций в сухих и жарких климатических условиях. Состав смеси включает натуральные компоненты, которые вымешиваются до получения однородного состава, после чего из них формуются готовые изделия.

Что это такое?

Саман или кирпич из соломы — это высушенный естественным путем материал для строительства. Его не обжигают в печах для глиняных изделий. В процессе изготовления применяют такие составляющие, как глина, солома, навоз, вода и песок. Кирпич, изготовленный самостоятельно, не влияет отрицательно на окружающую среду, так как его состав полностью натурален.

Солому для изготовления самана можно заменить растениями, из которых прядут пряжу, шелухой зерновых культур после обмолота, стружкой из деревьев. Эти материалы укрепляют сырцовый кирпич.

Помещения, изготовленные из самодельного материала, в сухих и жарких местностях делают проживание комфортным. Но сырцовый кирпич из глины не подходит для строительства домов в регионах, где сырой климат и часто идут дожди, поскольку стена не обладает такими свойствами, как:

• теплопроводность;
• влагостойкость.

Вернуться к оглавлению

Характеристики кирпича из глины и соломы

Со временем мастера начали добавлять в раствор для самана цемент и известь. Эти материалы увеличивают прочность кирпича. Глина сама по себе имеет свойство быть прочной, но с помощью добавок ускоряется процесс высыхания и затвердевания. А также в состав начали добавлять такие химические вещества, как:

• жидкое стекло;
• костный клей;
• казеин;
• патока;
• навозная жижа.

Если кирпич с соломой приготовить, применяя все технологии, то он не будет крошиться, размокать. Кроме этого, такой материал с добавлением химических веществ имеет свойство противостоять повреждениям грызунами, насекомыми или огнем. К достоинствам следует отнести такие особенности, как:

• Дешевизна материала. Поскольку глину покупать не нужно, ее берут из углубления, которое роют для фундамента постройки. Песок можно взять там же.
• Кирпич из глины с добавлением соломы обладает высокой прочностью.
• Натуральность материала составляет 100%.
• Отлично подходит для звукоизоляции помещения от внешних раздражителей.
• Противостоит возгоранию.
• Стена впитывает в себя избыточную влагу.

Материал не обладает устойчивостью к морозам.

К минусам относят плохую способность выдерживать низкую температуру, невозможность использования самана без примесей в зимний период. Кирпич высыхает долго, поэтому строительство затягивается на долгое время. По этой причине работа по производству самана и применение его в строительных целях предполагается в местах с сухими климатическими условиями. При избыточном количестве влаги в воздухе он начинает крошиться.

Как сделать?

Кирпич, изготовленный своими руками с примесью сена, природный материал для строительства домов. Конструкции лучше всего возводить в местах, где преобладает сухой и жаркий климат. В основе изготовления кирпича лежит:

• глина;
• песок;
• солома;
• вода.

Вернуться к оглавлению

Формы и материалы

Перед тем как приступить к изготовлению самана, нужно приготовить форму. Для этого можно использовать доски, и изготовить заготовки самостоятельно. Формы не имеют дна, что способствует легкому изъятию изделия. Готовят их с 1, 2 или 3-мя ячейками. Сначала определяются с размером кирпича и только после этого изготовляют заготовки, предварительно сделав разметки на досках. Доски между собой соединяются с помощью саморезов. Чтобы форма легко снималась с изделия, по краям приделывают ручки.

Технология производства

Чтобы сделать раствор для самана, копают ров, где будет происходить замес. Углубление застилается материалом, который не будет впитывать влагу. После этого засыпаются компоненты для изготовления самана, наливается вода и производится замес ногами. В раствор однородной консистенции подмешивают резаную солому и продолжают месить. Готовой массой наполняют формы. Далее вынимают уже готовое изделие и оставляют для просушки.

Благодаря пористости структуры, саман создает микроклимат в помещении, благодаря чему в нем комфортно находиться.

Сушка самана

Готовые кирпичи оставляют под прямыми солнечными лучами для просыхания на протяжении недели. Время сушки зависит от температуры воздуха и погодных условий. Затем саман кладут под навес, где он до конца проветривается и высыхает. Материал лежит до тех пор, пока не начнется строительство жилого или подсобного помещения.

Применение в строительстве

Кирпич из глины используют для возведения одноэтажных домов или временных помещений. Для скрепления изделий используют глиняный раствор. Чтобы дом был прочным, внешняя часть стены возводится из керамического кирпича, а внутренняя из самана. Стены и углы помещения для лучшей прочности оббивают арматурной сеткой. При условии, что все рекомендации будут выполнены, саманный дом простоит долго.

Кирпичи из глины и соломы своими руками

Кирпич из глины и соломы – методика изготовления

Саманный кирпич, или же кирпич из глины и соломы представляет собой экологически чистый стройматериал, и его часто применяют для возведения домов в сухом и жарком климате.

База для саманного кирпича – смесь песка, глины и соломы с водой, которая тщательно перемешана до однородности. Из самана делают кирпичи и просушивают их естественным методом вначале на солнце, а после и под проветриваемым навесом. Постройка из этого кирпича не отличаются высокой тепловой проводимостью и устойчивостью к воде, но все же, находят широкое применение в регионах на юге с малым количеством осадков за счет комфортной температуры внутри постройки в летнюю жару.

Саманные кирпичи изготовить самостоятельно несложно даже без использования каких-то механизмов. Как изготовить такие кирпичи, из соломы и глины, описано в статье.

Материал изготовления саманного кирпича

Как уже было сказано выше, саманные кирпичи состоят из четырех компонентов:

• Вода.
• Солома.
• Песок.
• Глина.

Соотношение компонентов можно выяснить путем опытов, и они находятся в зависимости, по большей части, от качества глины, которую вы можете найти около строительной площадки. Именно строительная глина практически никогда не имеется в природных условиях в чистом виде и может иметь определенный процент примесей, как правило, песка. В зависимости от того, насколько жирная глина, в нее можно добавлять просеянный ручной песок в требуемом количестве.

Вы можете накопать глину там, где ее берут строители и печники. Если на участке почва глинистая, можно применять грунт, который вынут из котлована под фундамент. Подготовленная глина для саманного кирпича не должна содержать постороннего мусора, примесей и камней. Если вы будете заранее готовить огромное количество глины, то можно укладывать ее в землю, накрывать полиэтиленом и оставить отлеживаться – от такого ее качество станет только лучше.

Песок должен быть крупнозернистым, и оптимально размер зерен должен быть от 0.1 см. пылеватые пески для кирпичной выделки не годятся. Песок требуется просушить и просеять, а также убрать из него мусор, камни, корни от растений и остальные включений. Солома пригодится любая – ржаная, пшеничная, ячменная, и при том она обязательно должна быть в сухом виде, не иметь следов гнили.

В идеале применять свежую солому. Вода является последним компонентом смеси для саманных кирпичей, но не менее важный. От ее чистоты будет зависеть кирпичная прочность, потому что вода с содержанием солей кислого типа может привести к ее скорому разрушению. В идеале стоит брать свежую воду из колодца или скважины, без загрязнений и химических примесей.

Как определить компонентные пропорции? Для этого следует брать по одной части песка и глины, тщательно смешать их при добавлении воды и замесить раствор, который по консистенции похож на крутое тесто. Из раствора важно скатать шар размером с теннисный мячик и положите его на солнце, на 1 час. После этого требуется уронить его на ровную поверхность с высоты 1.5 метра. При оптимальной пропорции песка и глины шар должен сохранять форму. Если шар расплющился без появления трещин, то требуется сделать больше количество песка, а в случае, когда рассыпается, то уменьшить.

Подробности

Форма для кирпичей

Формовка саманного кирпича должна быть проведена в деревянных, пластиковых или металлических формах, которые представляют собой ящик без донышка с одной или несколькими ячейками требуемой формы. Самостоятельно проще всего сделать формы древесного типа из струганой доски с толщиной от 2.4 до 3.6 см. После определения требуемого размера кирпича, требуется сделать чертеж формы, по которому производят раскройка досок. Их нужно скрепить на саморезы в 3-4 местах на каждом стыке. Число кирпичей в форме может быть любым и зависеть от габаритов кирпичей, и при этом форма не должна быть очень тяжелой. По краям ее требуется оснащать ручками для удобства передвижения.

Стенки формы должны быть с легкостью очищаться от самана, который налипает – речь идет о растворе для формовки кирпичей. Для этого их делают гладкими, а углы тщательно подгоняют. При применении формочки без дна поверхность площадки для формовки должны быть сухой, ровной, а ее поверхность требуется засыпать слоем соломы, чтобы не было прилипания кирпича при просушке. Если погода переменчивая, и есть вероятность дождя, то площадку требуется прикрыть тентом.

Методика изготовления кирпичей из соломы и глины своими руками

Итак, технология такова:

1. Выкопайте яму для замешивания самана. При этом глубины яму нужно сделать 0.3-0.5 метров, а ее стенки должны быть практически отвесными, а дно идеально ровным. Без ям и лишних предметов, мусора, камней. Яму требуется застилать посредством водонепроницаемого материала, к примеру, тентовой или брезентовой тканью, и при этом края материала должны обязательно выходить за края ямы на 0.3-0.5 метров.
2. В яму нужно заливать воду – это примерно 13 ее глубины, а после этого постепенно засыпают песок и глину в подобранной пропорции. Замес традиционно производят ногами, разминая и перемешивая компоненты, и для лучшего перемещения слоев можно с легкостью поднимать брезентовые края. При перемешивании должен получиться жидкий раствор глиняно-песчаного типа, однородным и без комочков. Замешивать саман лучше вдвоем, и держаться за руки – так будет меньше шансов поскользнутся и упасть.
3. В готовый раствор требуется постепенно добавлять солому, смешивая ее с глиной. Если слому добавляли раньше, то она будет плавать по водной поверхности, а также плохо смешивается. Солому требуется добавлять до саманной консистенции, которая напоминает пластичное и густое тесто. В яме не должно быть лужиц воды, пересыхания раствора тоже нельзя допустить.
4. Вымешенный посредством вил или совковой лопаты саман загружают в тачку или даже в носилку и доставляют к площадке для формовки. Нужно смочить форму, установить на место просушивания кирпича и заполните готовым саманом доверху, удаляя лишнее ровным предметов, к примеру, досками.
5. Немного простукивайте стенки формы и аккуратно снимите ее, придерживая за ручки с двух сторон. Если форма огромная, делать это требуется вдвоем. Можно вручную аккуратно выдавливать кирпич сверху, если он начал прилипать к стенкам и не выходит.
6. Перед новой партией форму требуется очистить от самана, смочить водой и установить около готовых кирпичей так, чтобы осталось пространство для их обдувания воздухом.
7. Дальнейшие партии требуется сделать аналогичным образом. За 1 день бригада из 4-5 человек можно сделать около 100-200 кирпичей, и при этом объем замеса раствора должен быть таким, чтобы успевать сформировать кирпичи, не допуская его засыхания. Разведенный раствор будет терять часть прочности.
8. Кирпичные ряды просыхают естественным методом в течение 2-8 суток, и время просыхания будет зависеть от влажности и температуры. После этого их нужно складывать в штабеля под навес, где хранят до начала строительства.

А теперь поговорим непосредственно о строительстве.

Строительство из саманных кирпичей

Саманный кирпичи из соломы и глины являются экологически чистым материалом, и в домах из-за него легко дышится, не одолевает жара и повышенный уровень влажности. Такой материал дешевый и доступный всем, кто не боится испачкать ноги и руки.

Минусы такого материала заключаются в его невысокой способности к удержанию тепла и низкая устойчивость к воде, да и декоративные качества у него не лучше. при влажном климате здания из такого кирпича быстро впитывает влагу, начинает крошиться и деформироваться.

Чтобы избежать такого, внешние домовые стены требуется отделывать простым глиняным обожженным кирпичом, а внутренние защищать паровой изоляцией. В таком случае из сделанного своими руками кирпича простоит куда дольше.

Кладут кирпич из глины с добавлением соломы на раствор, который выбран для создания непосредственно самого кирпича, но правда без добавки в виде соломы. Первый ряд требуется отделять от основания посредством гидроизоляции. Стыки и углы стен требуется усиливать арматурной сеткой. Саманный кирпич не выносить точечных нагрузок, и потому балки, а еще перекрытия требуется укладывать с перераспределением нагрузки на поверхность стены. При соблюдении таких правил дом прослужит верой и правдой не один десяток лет.

Дом из самана – философия и практика, преимущества и недостатки

Те, кому доводилось бывать в старых деревенских домах, подтвердят, что там круглый год комфортная температура. При этом наши предки не знали ничего о современных кондиционерах, а просто использовали в строительстве доступный для них кирпич из глины и соломы. Сегодня этот строительный материал переживает вторую молодость. Мы расскажем, в чем его секрет, почему вдруг вспомнили про саман, что это такое и как с ним работать.

1. Характеристика материала
2. Недостатки саманного кирпича
3. Дома из самана сегодня

Характеристика материала

В эру пористой керамики и газобетона не каждый дачник знает, что это такое — саман. И ничего удивительного здесь нет. Ведь материал-то дешевый, не требующий для укладки дорогих кладочных смесей и не поддерживающий, по сути, ни одну новомодную отделочную технологию. Организуй регулярные поставки такого продукта на рынок — и многие предприятия останутся без дохода.

А между тем изготовить саман своими руками действительно можно. Наши предки для себя разработали следующую технологию:

1. Замешивали прямо в карьере увлажненную глину с соломой и конским навозом. А если быть точнее, то перетаптывали ее лошадьми. Потом наполняли получившейся массой деревянные формы и оставляли сырцы сушиться на солнце.
2. Чтобы блоки давали меньшую усадку, в рецептуру мог быть добавлен песок, гравий или керамзит.
3. В качестве пластификатора использовались жидкий навоз или молочная сыворотка, которые легко заменить на патоку или жидкое стекло.

Видео:

Получившиеся кирпичи по своим прочностным характеристикам напоминали газобетон марки D 600. То есть способны были выдерживать давление в 2,5-4,5 Мпа. А ведь в этом случае из соломы и глины реально построить дом высотой в два этажа. Для современного жилья большего и не надо.

Радуют показатели теплопроводности, которые колеблются в диапазоне от 0,1 Вт/м°С до 0,4 Вт/м°С, и в этом также напоминают современный газоблок. Вот только никаких автоклавных печей, химических реакций и заводов стоимостью в сотни тысяч долларов не надо. Все производство поместится на небольшой ровной площадке в несколько десятков квадратных метров.

Недостатки саманного кирпича

И все-таки может показаться странным: при всех своих плюсах о том, что такое саман, знают действительно единицы. Причина есть. Оказывается, помимо коммерческой непривлекательности у глиняного сырца существует несколько хронических недостатков, которые отпугивают почитателей природных материалов.

Первый из них — это влагобоязнь. Необожженная глина — тот еще гидрофоб. А потому стены дома из самана нуждаются в полном комплексе гидрозащитных мероприятий. Он состоит из следующих этапов:

1. Наружная и внутренняя штукатурка, как правило, составами на основе все той же глины.
2. Обязательный гидробарьер между цокольной частью фундамента и стеной.
3. Широкие свесы кровли, которые бы препятствовали попаданию на дом осадков.

При этом паропроницаемость конструкций обязана сохраняться, иначе спрятанная внутри стен солома запреет. А потому, работая своими руками, помните: технология строительства дома из необожженного самана не предусматривает использование модных сегодня паробарьерных пленок.

Второй, не менее важный недостаток — это уязвимость саман-кирпича перед грызунами. Мыши и даже крысы любят копать в глине свои норы в поисках оставшегося после обмолота зерна. Но и эта проблема вполне решаема.

Грамотные строители используют при производстве кирпичей массу из глины пополам с соломой из «невкусной» для грызунов ржи. И тщательно контролируют, чтобы в замес не попали злаки.

А на последующих этапах еще и подмешивают в штукатурный раствор известь. Такой природный антисептик будет защищать стены не только от бактерий и грибков, но и от насекомых.

Как видите, если подойти к делу с умом, то недостатки самана вполне реально нивелировать.

Поскольку мы уже доказали, что проблемы, связанные с использованием самана не являются критичными, более детально разберёмся с окружающими этот материал мифами.

Миф о том, что в мазанке летом сохраняется комфортная прохлада соответствует действительности.

Дело в том, что глинобитная стена отличается огромной капиллярной активностью, и та влага, которая заходит с парационным давлением в ограждающие конструкции ночью, днем активно испаряется.

В ходе этого процесса, подчиняясь законам физики, происходит охлаждение поверхности испарителя. Помещение получает прохладу.

Никакого волшебства, на поверку тут происходят все те же процессы, что и в обычном кондиционере. Так что рассказы о прохладе совсем не миф.

А вот эти мифы являются досадным заблуждением.

Правда в том, что глина — это прекрасный природный консервант. История доказывает, что даже на ивовых прутьях, вмурованных в стены мазанки, сохраняются в целостности на протяжении нескольких столетий не только ветки, но и находящаяся на них кора.

А все потому, что связка глины с соломой создает мощную капиллярную сеть, которая мгновенно распределяет любую влагу по всему объёму блока, тем самым исключая локальное переувлажнение материала. А нет переизбытка влаги — нет и гниения.

Однако ситуацию могут испортить паронепроницаемые штукатурные смеси и паромембраны. Не к месту использованные достижения строительной индустрии препятствуют испарению стеной влаги и способствуют разрушению всей несущей конструкции.

Видео:

Дома из самана сегодня

Так что же получается? Где-то существует веками проверенная технология изготовления теплого и комфортного жилья, но она остается невостребованной? Вовсе нет. В XXI веке люди все чаще стали вспоминать и развивать идеи наших предков и, конечно же, не обошли вниманием саман.

На сегодняшний день существует две принципиально различные технологии изготовления домиков из глины и ржаной соломы:

• каркасная;
• бескаркасная.

В первом случае используются практически цельные соломенные блоки с минимальной глиняной обмазкой. Они выступают в качестве утеплителя и не воспринимают конструкционные нагрузки.

Во втором варианте приходится иметь дело с глиняными «кирпичами», из которых и собираются несущие элементы здания. Процент органического наполнителя в них строго дозирован и служит не столько утеплителем, сколько армированием хрупкой по своей природе глины.

Ну и напоследок мы предлагаем посмотреть фото готовых домов из самана. Это красивые и современные коттеджи, которые не только служат надежным и теплым жильем, но и стали настоящим украшением дачного участка.

Производство кирпича из глины и соломы своими руками

Кирпич из глины обладает рядом уникальных свойств: он прочный, экологичный, устойчивый к температурным колебаниям, обладает прекрасной звукоизоляционной способностью, имеет высокую износостойкость. Если этот материал понадобился для строительства какого-то небольшого объекта, то чтобы немного сэкономить, можно сделать кирпичи самостоятельно.

Особенности и характеристики кирпичной глины

Кирпичная глина распространена повсеместно, это естественно, так как она относится к осадочным породам, и является, по сути, измельченными до порошкообразного состояния скальными породами. Места добычи ископаемого зачастую располагаются по берегам водоемов, выходы на поверхность многочисленны. В природных условиях данная разновидность имеет коричневый оттенок, его придает материалу железосодержащие соединения – оксиды феррума, которые содержатся в глине в количестве от 5 до 9%. Это, как правило, осадочные глины. Они образуются в результате нанесения водой разрушенных пластов горных пород.

В чистом своем виде кирпичная глина практически не содержит примеси. Диаметр ее частиц не превышает 0,01 мм, как правило, глина пластична. В состав всех разновидностей глин входит химически связанная вода, она удерживается в виде тончайших плёнок между частицами глинистого материала. Кирпичная глина имеет в своем составе глинозем. Кирпичи из такой глины получаются прочными, обладают огнеупорными свойствами.

В процессе обжига кирпичная глина становится красной или белой зависимо от условия процесса и типа обжигающего оборудования. Данная разновидность может выдержать нагревание до 1100 градусов. Этот сорт глины пластичный, хорошо разминается. Высокая эластичность материала обуславливает его применение в качестве сырья для производства кирпичей.

Кирпичной глине свойственны такие качества:

• пластичность,
• адсорбция,
• набухание.

При намокании характерны усадка, вспучивание, эти свойства являются определяющими при применении материала в промышленности.

Внимание! Некоторые массивы глины могут быть радиоактивны. Во многих местах через земную кору пробиваются трещины, из которых на поверхность выходит радиоактивный газ радон. Вообще-то источники радона мизерные, и он, выходя на поверхность, быстро улетучивается в атмосферу. Но если поток газа в своем пути наверх натыкается на плотный пласт глины, он начинает под ней скапливаться, а со временем радиация пропитывает глину, и та становится радиоактивной, не сильно, но вполне достаточно для того, чтобы радиационный фон был повышенным. Не все месторождения глины расположены на радоновых источниках, но таковые попадаются. Поэтому при закупке глины, а тем более при разработке какого-либо собственного «месторождения», следует раздобыть где-то счетчик Гейгера и проверить глину на наличие радиоактивности.

Готовый саманный кирпич

Преимущества и недостатки

1. Производство кирпича из глины основано на наличии местных материалов, оно практически не требует затрат и относительно легко осуществимо.
2. Кирпичи из глины можно сделать своими руками. Для постройки достаточно маленького сооружения (сарайчика или чего-то подобного), или забора, можно изготовить кирпич из глины и соломы не обожженный, а просто высушенный. Его производство займет совсем мало времени.
3. Глиняный соломенный кирпич прочный, экологичный, устойчивый к температурным колебаниям, обладает прекрасной звукоизоляционной способностью, имеет высокую износостойкость.

Как и для любого строительного материала для глиняных кирпичей присущи некоторые минусы:

1. Изделия, полученные с нарушением технологического процесса, имеют неправильную форму.
2. Кирпич из глинистого материала с примесью известняковой породы после обжига покрывается вздутиями.
3. Материал подвержен химической коррозии.

Глиняные кирпичи обладают неоспоримыми достоинствами, а также сравнительно низкой стоимостью.

Применение

Кирпичи из глины – надежный, проверенный временем строительный материал из природного сырья.

Необожженный кирпич из глины и соломы уместно применять, если хотите строить достаточно маленькое сооружение (сарайчик или что-то подобное), или забор на участке.

Для капитальных построек следует использовать обожженный кирпич. Он прочный и не хуже фабричного.

Возведение домика из саманного кирпича

Изготовление кирпичей самостоятельно

В любом строительстве достаточно большой процент затрат приходится на материалы. Можно, однако, приобрести только часть из требуемого, а что-то изготовить своими руками. Самое разумное – заняться изготовлением кирпича самостоятельно, поскольку его производство основано на наличии местных материалов, оно практически не требует затрат и относительно легко осуществимо. Конечно, это оправданно, если вы затеваете небольшую стройку, например, домик на дачном участке, или баню.

При производстве кирпичей большое значение придается вылежке сырья. Данная процедура позволяет усреднить состав исходного материала. Кирпичи, сделанные из такой глины, не будут иметь отклонений, будут отличаться высокой прочностью, умеренным поглощением влаги и другим важным характеристиками керамической продукции. Добавление соломы, опилок, зерновой шелухи придает материалу пористость.

Инструменты, необходимые для изготовления кирпича:

• лопата,
• пила,
• бадья для замешивания сырья,
• мастерок.

Впитав в себя определенное количество влаги, готовый качественный кирпич более не пропускает воду, это свойство обуславливает водоупорность материала.

Для начала определитесь с тем, какой именно вид кирпича вам нужно изготовить. Самые распространенные варианты – это кирпич необожженный (так называемый сырцовый кирпич, или сырец) и обожженный (красный). Разница между обоими типами кирпича заключается в том, что обожженный кирпич более крепок, не боится влаги и, следовательно, более долговечен.

Подготовка глины для изготовления кирпичей

Подготовка сырья

Прежде всего, следует очистить глинистый материал от посторонних примесей и камней. Для приготовления качественного кирпича понадобится очень пластичная глина.

1. Чтобы увеличить пластичность материала нужно дать глине хорошо выстоятся в течение 2 – 3 недель во влажном состоянии.
2. В большую ёмкость кладут измельченную глину, тщательно разминают комочки, удаляют остатки растительного происхождения. При постоянном перемешивании в сырье вливают тоненькой струйкой воду.
3. Далее оставляют влажную глину на вылеживание. После окончания указанного срока проверяют сырье на качество и пригодность.
4. Качество сырья можно проверить следующим нехитрым способом. Рекомендуют скатать из глины небольшую колбаску в 2 см и намотать в виде спирали на карандаш. Если масса не рассыпается, не пристает к карандашу, то процесс вылежки прошел успешно, такая глина годится для дальнейшей переработки.
5. Для приготовления качественных кирпичей рекомендуют использовать «постную» глину. Если такого сырья нет в наличии, можно добавить в имеющееся сырье песок или отходы переработки зерна – пшеничную шелуху.

Если делаете кирпичи впервые, рекомендуется провести несколько пробных тестов на замешивание глины до нужной консистенции.

Тестирование глины

Для того чтобы протестировать глину с целью определения ее жирности можно прибегнуть к следующему тесту:

1. Берут пол килограмма глины, вливают в неё тонкой струйкой воду, тщательно перемешивают. После размокания материал становится пластичным, начинает липнуть к рукам.
2. Размоченную глину разделите ее на две части. Из одной части сделайте небольшую лепешку, а из другой части скатайте маленький колобок. Положите их сушиться в темное место на 2 – 3 дня. По истечении указанного срока внимательно осмотрите тестовые образцы.
3. Если на лепешки появились трещинки, порвались края, значит данная глина очень жирная. В такую глину следует ввести добавки. Тестовый шарик бросьте на землю с высоты 1,5 м. Если он не разобьется, то жирность данного материала отлично подходит для производства кирпичей.
4. В «тощую» глину нужно добавлять доброкачественную, более жирную глину, подмешивая последнюю в определенных пропорциях. После каждого замеса следует проверять материал по вышеописанной технологии.

Формовка кирпича

Формовка кирпича

Первое, что потребуется – формы. В крышках, закрывающих формы, обязательно сделайте конусообразные вставки. Они необходимы для обеспечения лучшего контакта с соединяющим раствором при кладке.

Перед началом формовки емкости смачивают водой для того, чтобы готовые кирпичи с легкостью можно было достать. Подготовленный материал аккуратно утрамбовывают в формочки. При этом учитывают, что кирпич будет подсыхать, уменьшилась в объёме.

Заполнение форм

Следующий шаг – заполнение форм:

1. Сначала слегка посыпьте формы изнутри цементом, чтобы обеспечить легкое извлечение из них готовых изделий.
2. Заполнять формы нужно очень равномерно, несколько раз встряхивая, чтобы глина распространилась правильно и с одинаковой плотностью.
3. Для того чтобы повысить прочность готового изделия, моно в глиняную массу добавить резаную солому или опилки.
4. Правильно подобранная форма – половина успеха в производстве кирпичей. Для того чтобы получить кирпичи размерами 25х12х0,65 сантиметров следует взять ёмкость 26х13х0,75 см.

Сушка кирпича

Сушка кирпича

Далее потребуется сушка. Лучше всего сушите материалы под навесом, не допуская попадания на них лучей солнца. Обеспечьте материалу нормальную вентиляцию. За время сушки кирпич потеряет примерно 15% массы, освободившись от лишней воды.

Высохший кирпич из глины и соломы хорошо держит форму, которую ему придали, при этом он незначительно уменьшается в объеме, уплотняется, затвердевает и стает прочным как камень. Благодаря этим свойствам с давних пор глина считается самым широко применяемым материалом для изготовления кирпичей и прочих гончарных изделий.

В зависимости от погоды процесс займет от 6 до 15 дней. Проверить кирпич на прочность очень легко – достаточно скинуть его на твердую землю с высоты 1,5-2 метров, если он не треснет, значит, материал готов к использованию.

Обжиг

Если в планах строительство более-менее большого дома, то выбирать лучше именно обожженный кирпич. Это более трудоемкое мероприятие, но зато оно обеспечит спокойствие по поводу того, что постройка будет надежной и долговечной.

Первым этапом будет процесс производства самих глиняных брусков таким способом, как описано выше, в случае с сырцовым кирпичом, только ничего добавлять в глиняную массу не надо.

Затем переходите непосредственно к обжигу:

1. Производить обжиг или спекание можно в обычной железной бочке без дна. Лучше всего поднять ее сантиметров на 20 над землей, установив на опоры.
2. Под бочкой нужно организовать костер в небольшом углублении в земле (около полуметра). Сырые кирпичи закладываются в бочку так, чтобы обеспечить между ними зазоры. Бочка накрывается металлической крышкой. Нагревать нужно постепенно доводя до максимальной температуры.
3. В процессе производства кирпичей в печи подаётся малое количество кислорода. В бескислородной среде происходят уникальные процессы, которые меняют цвет с темного до светло-коричневого цвета. Использование разнообразных видов глин позволяет придать оттенки от фиолетового до красно-бордового.

Процесс обжига каждой партии потребует примерно 17-20 часов.

В результате получите отличный прочный кирпич, который будет не хуже фабричного. И, конечно же, сэкономите свои средства, которые понадобятся на осуществление отделки и обустройства будущего дома. Кирпичи из глины своими руками сделать совсем не сложно.

Возможные причины дефектов при изготовлении и их устранение

Ниже перечислены самые распространенные дефекты и даны указания, как их устранить:

1. Включения травы и камней в составе готового изделия говорят о плохой очистке глины. Уделите особое внимание подготовке сырья.
2. Если кирпич липнет и деформируется, необходимо ввести в состав добавки – опилки или солому. Это свидетельствует о его повышенной влажности.
3. Если в результате сушки обнаружили, что кирпичи получились с трещинами, значит, глиняная масса была перенасыщена влагой. Снизьте количество воды при замесе.
4. Изделия неравномерно сохнут в процессе сушки. Значит, сделали слишком плотную кладку, нужно ее разрядить.
5. Если готовый кирпич увеличился в объеме, начал вспучиваться, разрушаться — проблема заключается во включениях известняка, содержащихся в исходном сырье. Замените глину, или тщательнее измельчайте ее.

Страница не найдена — Строим из кирпичей

Шлакоблоки

Одним из наиболее предпочтительных материалов для строительства частного дома можно назвать и шлакоблок. Такой

Кирпичные заводы

Одно из лучших предприятий страны по производству кирпича расположено в Ростове-на-Дону. Начиная с 2008

Кладка кирпича

Когда окончена кирпичная кладка дома переходят к отделочной стадии. Это затирка швов кирпичной кладки.

Разное

Современная молодежь интересуется разным, иногда среди запросов в поисковике можно встретить даже надпись «модели

Кирпичи

Полнотелый кирпич является рядовым строительным кирпичом, из которого возводят обычно стены сооружений. Кроме этого,

Пеноблоки

Строительные нормы и правила разрешают заменить кирпич пеноблоками, и наоборот, если количество этажей здания, которое

Саман кирпич — как сделать своими руками из глины в домашних условиях

Саманный кирпич известен человеку уже более 2 тысяч лет, и сколько самых разных сооружений построено из него за этот период! Самое интересное, многие строения из этого простого строительного материала выдержали многовековые невзгоды и сохранились до наших дней. Саман изготавливается из доступных компонентов, прост в формировании и может быть сделан своими руками любым человеком в домашних условиях. Несмотря на огромный выбор самых разных стройматериалов, саманный кирпич, сформованный своими руками, и в наше время пользуется популярностью, покоряя своей простотой и дешевизной.

Особенности стройматериала

По своей сути, саманный кирпич, или саман, представляет собой строительный блок, основой которого является смесь глины с соломой, в которую вводятся определенные добавки для придания нужных свойств. Основное назначение такого строительного материала — возведение стен различных хозяйственных построек и ограждений, в южных районах с сухим климатом, особенно в сельской местности, он активно используется и при строительстве жилых домов.

Саман с очень малым содержанием соломы обладает удельным весом порядка 1850 кг/м³, но за счет добавления соломы его плотность значительно снижается. Так, удельный вес стройматериала можно довести до 550-600 кг/м³, что обеспечивает облегченность конструкции, а при этом теплоизоляционные характеристики находятся на достаточно высоком уровне. Надо отметить, что при всей кажущейся хрупкости структуры саман имеет неплохие прочностные характеристики. В частности, предел прочности на сжатие у него в зависимости от состава находится в пределах 15-55 кг/см², что соизмеримо с показателями шлакоблоков.

К основным преимуществам саманных блоков можно отнести простоту изготовления, что легко обеспечивается своими руками, низкую конечную стоимость, достаточно высокие теплоизоляционные и звукоизоляционные характеристики, огнестойкость (при пониженном содержании соломы), экологичность. В то же время можно отметить и некоторые недостатки материала, это пониженная влагостойкость и морозоустойчивость, достаточно длительное высыхание стен и медленный набор прочности. Кроме того, внутри сырца могут поселиться вредители, привлекаемые соломой: грызуны, грибки, насекомые.

Состав стройматериала

Саманный кирпич, сделанный своими руками, состоит и 4-х основных ингредиентов: глина, песок, солома и вода. Основа материала — так называемый, глинобетон, т. е. смесь глины с песком. Соотношение всех компонентов выбирается исключительно опытным путем, т. к. существенно зависит от свойств глины, в частности, ее жирности. В качестве ориентира можно привести такие распространенные пропорции:

1. При жирной глине с содержанием песчаной фракции не более 5 %: глинобетон — пропорции глины и песка выбираются 1:1 или 2:1, солома — 15-19 кг/м³.
2. При глине средней жирности (содержание песка до 15 %): соотношение глина-песок — 2:1 или 3:1, солома — 11-14 кг/м³;
3. При маложирной, тощей глине (песок до 35-49 %): соотношение глина-песок — 3:1 или 4:1, солома — 7-9 кг/м³.

При изготовлении кирпича своими руками важно правильно выбрать глину. Самый лучший вариант — красная разновидность, предпочитающая заболоченные участки. Глину рекомендуется заготовить заранее, лучше осенью, а когда она промерзнет, следует ее максимально измельчить. Закладывать на хранение материал можно в бурты площадью 1,6х2,5 м и высотой 0,9-1,2 м. Укладка глина производится слоями толщиной 25-35 см с обильным водным поливом.

Сверху бурта накладываются солома и полимерная пленка (можно рубероид). Такое хранилище надо сооружать на открытой площадке с промерзанием зимой, что обеспечивает нужную сушку материала без чрезмерного пересыхания. Весной создается парниковый эффект — убирается солома, но сохраняется полимерная пленка, под которой происходит оттаивание глины без потери пластичности.

Песок для самана подбирается с крупными зернами (более 1 мм). Он тщательно просеивается для устранения загрязнений и примесей. Солома, в принципе, подойдет и пшеничная, и ячменная, и ржаная, но она должна быть сухой и не содержать плесени. Допускается взамен соломы использовать сено, но только из трав грубого типа. Иногда применятся льняной шпагат и веревки натурального происхождения, но только без синтетических волокон.

Как определить свойство глины, которую планируется использовать при создании кирпича своими руками? Известен простой тест: из глинобетона формируется шарик, размером 6-8 см. Такой шарик бросается с высоты 0,5 м на ровную, твердую поверхность. После падения шарик сохранит форму при оптимальном соотношении глины и песка. В случае, когда он расплющивается (растекается) без растрескивания, можно добавить песка. Если шарик рассыпается, то содержание песка надо уменьшить.

Как можно регулировать свойства

При введении определенных добавок в основу саманного кирпича можно существенно изменять его параметры. Если блоки формуются своими руками, то следует учитывать такое влияние дополнительных ингредиентов:

1. Для увеличения прочности на растяжение можно добавить: костру, мякину, древесную стружку, навоз.
2. Для уменьшения усадки при высыхании: гравий, щебень, керамзит.
3. Для повышения водостойкости: цемент, известь.
4. В качестве пластификаторов используются такие добавки: жидкое стекло, казеин, костный клей, навозная жижа, патока, крахмал, молочная сыворотка.

Технологическая оснастка

При изготовлении саманного кирпича своими руками потребуется следующий инструмент:

1. Для изготовления деревянной формы: ножовка, молоток, рубанок, электродрель, шуруповерт, стамеска, линейка.
2. Для подготовки раствора и изготовления кирпича: лопата, мерное ведро, рулетка, киянка, шпатель или мастерок.
3. Дополнительно может потребоваться: тачка для перевозки сырья и раствора, строительный миксер.

Для того чтобы сделать саманный кирпич своими руками, прежде всего, необходимо позаботиться об изготовлении формовочной оснастки.

Форма для кирпичного блока может выполняться из дерева, металла или пластика. Наиболее популярен вариант, когда форма рассчитана на формование сразу 2-х кирпичей. При желании можно одновременно изготавливать и большее количество элементов.

Форма представляет собой прямоугольный короб без дна высотой стенок 21-24 см. Каждая ячейка имеет размер 43-46 см длиной и 22-24 см шириной. Наиболее простой способ изготовления такой оснастки осуществляется с помощью доски толщиной 2-3,5 см. По бокам рекомендуется сделать ручки, что поможет высвобождению готовых изделий. Важно, чтобы стенки оснастки свободно очищались от налипшей глины, а для этого надо их хорошо обработать: поверхность выполняется гладкой, углы плотно подгоняются.

Технология производства

Саманный кирпич изготавливается в следующем порядке:

1. Приготавливается яма для замеса раствора глубиной 40-60 см с ровным дном. Стенки и дно такого котлована закрываются водонепроницаемой пленкой, причем края пленки выходят на поверхность на 40-70 см.


2. На треть глубины ямы заливается вода, а затем засыпаются песок и глина в нужной пропорции. Смесь тщательно перемешивается, как правило, ногами, с разминанием всех комков. В итоге перемешивания приготавливается песочно-глиняный раствор достаточно жидкой консистенции и обязательно однородный.
3. В подготовленный глиняный раствор засыпается солома, с тщательным перемешиванием. Консистенция готового раствора для самана должна быть достаточно густой, но пластичной.
4. Форма смачивается и устанавливается на ровной площадке, где будет сушиться кирпич. Раствор из ямы заливается в форму и выравнивается по поверхности.
5. Форма выдерживается в заполненном состоянии в течение времени, достаточного для засыхания раствора. Затем она берется за ручки, производится легкой постукивание по стенкам, после чего форма поднимается, что обеспечивает высвобождение сформованных блоков. Сверху на кирпич можно аккуратно надавливать рукой.
6. После высвобождения кирпичи оставляются для полной сушки на площадке, а форма тщательно очищается и подготавливается к новой заливке.
7. Сушка кирпичей происходит в течение 3-8 суток, продолжительность зависит от температуры и влажности воздуха.

Саманный кирпич и в наше время широко применяется при частном строительстве, особенно в южных районах страны. Правильное изготовление стройматериала обеспечит его надежность и долговечность

как сделать своими руками, пропорции, плюсы и минусы

На чтение 6 мин Просмотров 1.8к. Опубликовано 16.03.2021 Обновлено 03.03.2021

Кирпичи из глины и соломы обладают уникальной прочностью, устойчивостью к температурным перепадам и высокими шумоизоляционными свойствами. Материал является экологически безопасным для здоровья и жизни человека. Планируя строительство дачного дома или небольшого объекта, можно сэкономить и сделать кирпичи своими руками в домашних условиях.

Особенности саманного кирпича

Саманные кирпичи – это экологически чистый строительный материал, изготовленный из глины и соломы. Зачастую используется для возведения жилья в сухих и тёплых регионах, так как здание из самана не сможет уберечь от сильного холода и высокой влажности.

Для получения сырья требуется глина и вода с добавлением песка. Как правило, эти компоненты находятся в относительно свободном доступе.

Прочность

Экологичность

Шумоизоляция

Негорючесть

Материал впитывает избыток влаги в помещении

Хорошая теплопроводность

Высокая паропроницаемость

Низкая морозоустойчивость и влагостойкость

Для зимнего строительства нужны химические присадки

Долго высыхает и набирает прочность в умеренном климате

Подвержен плесени, привлекает грызунов

В СНиП II-22-81 от 2003 года указано, что сырцевой материал допускается использовать для возведения стен построек, срок службы которых не превышает 25 лет.

Почему бы и нет

75.41%

Ни в коем случае

6.56%

Для летнего домика вполне приемлемо

18.03%

Проголосовало: 61

Состав материала

Помимо соломы и глины, в материал добавляют различные компоненты для повышения эксплуатационных свойств.

Классический состав самана:

• Вода, которая используется в качестве растворителя.
• Глина – основа смеси. Рекомендуется брать средней жирности. Если в доступности есть материал низкого качества, в неё добавляется торф или чернозём. В итоге получается земляной кирпич.
• Наполнителем служит солома из пшеницы, ржи или ячменя. Аналогом является костра, мякина, древесная стружка и т. п.
• Речной песок, который по необходимости можно заменить мелким гравием или керамзитом.

При изготовлении саманного состава современные строители часто добавляют известь или цемент для повышения влагостойкости и ускорения процесса отвердения. Чтобы увеличить пластичность материала, потребуется жидкое стекло, патока, навозная жижа или крахмал.

Самостоятельное изготовление саманного кирпича

Сырцевой кирпич – надёжный стройматериал из природного сырья. Необожжённые изделия рационально использовать для небольших сооружений или ограждения участка. Капитальные постройки рекомендуется возводить из обожжённого кирпича, т. к. он прочнее и не уступает по характеристикам фабричным изделиям.

Пропорции

Чтобы сделать саманные кирпичи необходимо запастись большим количеством глины – на 1000 единиц потребуется 6,5 м³ сырья, которое вмещает две копны соломы. Особенности расчёта пропорций на кубометр самана:

• 1-2 части глины высокой жирности, 1 ч. песка, 16-17 кг наполнителя;
• 2-3 ч. жирной глины, 1 ч. речного песка, 13-15 кг заполнителя;
• 3-4 ч. глины низкой жирности, 1 ч. песка, до 10 кг растительных волокон.

Более точные пропорции зависят от качества компонентов. На процентное содержание песка влияет размер фракции и степень шероховатости.

Допускается брать соломы 3-4 части на 1м³ раствора, а соотношение глины и песка могут быть – 3:1, 2:1, 1:1, 1:2 или 1:3.

Замешивание раствора

Прежде чем сделать самостоятельно саман из глины, необходимо очистить материал от мусора, камней и посторонних примесей. Качество конечного продукта зависит от пластичности глины.

1. Выкопайте яму глубиной до полуметра, с отвесными стенками ровным дном. Застелите ее водонепроницаемым материалом.
2. Влейте воду на 1/3, затем постепенно добавляйте глину и песок в выбранной пропорции. Замешивание традиционно проводится босыми ногами.
3. Постепенно вводите солому, следите, чтобы она распределялась равномерно. Конечная консистенция должна быть пластичной, равномерной. Не допускайте ее пересыхания.

Если планировалось использование дополнительных компонентов, добавляйте их в небольшом количестве – до 13% от общей массы. Если изготовление саманных блоков является первым опытом, необходимо сделать тестовую партию для проверки на пригодность изделий.

Формовка

Порцию саманного раствора переложите в тачку и отнесите к месту сушки кирпича. Установите форму, смочите ее стенки водой, заполните плотно массой, убирая лишнее ровным предметом.

Аккуратно поднимите форму, освобождая от кирпича. Ее можно использовать для следующей партии.

Сушка

Сушить изделия рекомендуется на открытом воздухе под навесом, предупредив прямое воздействие солнечных лучей. Материалу необходимо обеспечить полноценную вентиляцию. В период сушки продукция потеряет до 15% от изначально массы, что обусловлено испарением воды.

Время зависит от погодных условий и занимает от 2 до 8 суток. По истечении времени необходимо проверить степень прочности кирпича – скиньте образец с высоты 1,5 метров на твёрдую землю. Отсутствие трещин свидетельствует о готовности к использованию.

Особенности возведения зданий из сырцового кирпича

Кладка осуществляется на раствор, созданный непосредственно для этого материала, но без добавления соломы. Сначала на фундамент выкладывается гидроизоляция, а затем возводится первый ряд. Стыки и углы армируются сеткой.

На несущие способности самана негативно влияют точечные нагрузки, поэтому перекрытия укладывают с перераспределением веса на стены. Соблюдая эти правила, дом, построенный из сырцового кирпича, прослужит 20-30 лет.

Из-за воздействия влаги стены крошатся и деформируются. Для нивелирования этой проблемы необходима внешняя отделка с гидроизоляцией и укладка пароизоляции внутри помещения.

Распространённые ошибки

Впервые столкнувшись с задачей строительства дома из сырцового кирпича, можно допустить ошибку. Однако практически любая проблема устраняется:

1. При деформации кирпича следует добавить опилки.
2. Если после сушки выявлены трещины, это указывает на излишки влаги. В рабочем замесе следует снизить объём воды.
3. При неравномерном высыхании материала исправить ситуацию поможет разрядка кладки.
4. Вспучивание кирпича говорит о низком качестве известняка – замените глину или измельчите её.

Возведение домов и хозяйственных построек из самана всё больше приобретает популярность в южных регионах страны. Материал отличается экологичностью и прочностью, а его использование экономически обосновано. Невзирая на скептицизм профессиональных строителей, из сырцового кирпича можно сделать дачный домик, который прослужит не один десяток лет.

Солома в глиняных кирпичах и гипсе — можем ли мы использовать ее молекулярный распад для целей датирования?

Молекулы. 2020 Март; 25 (6): 1419.

Йоханнес Тинтнер

¹ Институт физики и материаловедения, Университет природных ресурсов и наук о жизни, Peter Jordan Straße 82, 1190 Вена, Австрия; [email protected]

Кимберли Рот

¹ Институт физики и материаловедения Университета природных ресурсов и наук о жизни, Peter Jordan Straße 82, 1190 Вена, Австрия; мок[email protected]

Зузана Сырова-Анизова

³ Институт национального наследия, Валдштейнске намести 162/3, 1118 01 Прага, Чешская Республика; zc.mmavos@avorys

Ивана Жабичкова

⁴ Факультет архитектуры, Технологический университет, Поржичи 273/5, 639 00 Брно, Чешская Республика; moc.liamg@avokcibaz

Hubert Feiglstorfer

⁶ Институт социальной антропологии Австрийской академии наук, Hollandstraße 11–13, 1020 Вена, Австрия; та[email protected]

Хельга Лихтенеггер, научный редактор

Поступила в редакцию 10 февраля 2020 г .; Принята в печать 19 марта 2020 г.

Abstract

Датировка глиняных кирпичей (самана) и штукатурки — актуальная тема не только для историков строительства Паннонского региона. Глина с добавлением соломы является преобладающим строительным материалом, особенно в местной архитектуре этого региона.В статье представлен потенциал молекулярного распада этих поправок для создания инструментов прогнозирования возраста на основе инфракрасных спектроскопических измерений. Предварительные результаты выявили спектральные различия между различными частями растений, особенно стеблями, узлами и веретенами початков. На основе этих результатов представлена ​​первая модель прогнозирования, включающая 14 исторических выборок. Коэффициент детерминации для валидации составил 62,2%, среднеквадратичная ошибка (RMSE) составила 93 года.Принимая во внимание ограниченное количество образцов и высокую неоднородность материала, этот результат можно рассматривать как многообещающий результат. Соответственно, размер выборки должен быть увеличен как минимум до 100 объектов и должны быть созданы отдельные модели для различных частей завода.

Ключевые слова: глинобитное строительство, земляное строительство, народная архитектура, соломенные поправки, ИК-Фурье спектроскопия

1. Введение

Глина — один из древнейших строительных материалов в человечестве.Различные строительные технологии были разработаны в соответствии с местным сырьем и строительными традициями. Результатами строительных технологий являются, например, утрамбованные земляные стены, глинобитные стены, глиняные кирпичи, глиняные штукатурки и т. Д. Термины, используемые для самой глины, такие как земля, суглинок, грязь и т. Д., Могут варьироваться в зависимости от региона. Остатки глиняных построек, особенно в засушливых регионах, являются одними из самых старых свидетельств человеческих поселений, будь то в Андах, Центральной Азии, в засушливых районах пустыни Сахара от Мали до Эфиопии и Египта или даже в плодородных регионах от Леванте. до дельты Евфрата и Тигра [1].По сравнению с другими строительными материалами, такими как дерево или камень, научных исследований этих конструкций довольно мало. В Австрии в последние годы растет интерес к оценке традиционных знаний и экспериментальному подтверждению старых методов [2]. В течение нескольких лет использование глины пережило определенный период возрождения, поскольку ее физические свойства, которые учитывают микроклимат в помещении, становятся все более популярными. Поразительным аспектом этой разработки является низкий углеродный след материала по сравнению с железобетоном или металлом [3].

Солома используется в глиняных конструкциях различного назначения, в основном для уменьшения веса и в качестве арматуры [4]. Уменьшение усадки глины при использовании соломы — метод в археологии, обычно упоминаемый как темперирование. Химически солома состоит в основном из лигноцеллюлозных комплексов и минеральных соединений [5]. Датирование построек можно проводить разными методами. Среди естественнонаучных методов наиболее распространены дендрохронология и радиоуглеродное датирование. Помимо своей огромной силы, оба метода обладают внутренними недостатками, из-за которых объекты нельзя датировать.Важными недостатками глиняных конструкций являются отсутствие достаточного количества строительной древесины или рисунков годичных колец, которые не соответствуют ни одной опорной кривой [6,7]. Были зарегистрированы молекулярные изменения органических материалов с сопоставимой химической структурой [8,9]. Идея использовать молекулярные изменения для различения разных возрастов также обсуждалась для древесного угля [10], поскольку инструменты датирования древесины, основанные на молекулярном распаде, уже были разработаны [11]. Эти модели послужили поводом для представленного исследования, поскольку молекулярный состав соломы и древесины содержит одни и те же основные компоненты [12].Инфракрасная спектроскопия — подходящий метод для описания молекулярных изменений. Дешевая и быстрая обработка позволяет выполнять огромное количество измерений. Следовательно, даже огромные наборы образцов могут быть оценены с помощью значительного количества повторений, охватывающих неоднородность материала. Это стандартный метод исследования процессов старения органического вещества в окружающей среде [13].

Целью данной работы было доказать, может ли молекулярный распад соломы в глиняных кирпичах и штукатурках, измеренный с помощью (FTIR) инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, использоваться для целей датирования.В качестве предвестника этого доказательства нам пришлось проверить однородность различных частей строу по их спектральным отпечаткам.

2. Результаты

2.1. Спектральная картина различных частей соломы

Сначала представлены результаты подготовительного исследования. Спектры FTIR различных частей растений показали систематические различия в разных спектральных областях () (более подробную информацию см. В дополнительных материалах). Лузга, веретено и лопасти имеют значительно более острые максимумы полос в области валентных колебаний СН между 3000 и 2800 см ^-1 , происходящие в основном из метильных и метиленовых групп [14].Узлы и, в меньшей степени, стебли имеют сравнительно резкую полосу в области отпечатка пальца в диапазоне от 1580 до 1600 см ^-1 . Это можно отнести к асимметричным колебаниям при растяжении карбоксилатов [15,16]. Еще более вероятно, что это могло произойти из-за большего количества лигнина в узлах [17]. Полоса также может быть отнесена к колебаниям ароматического скелетного кольца, преимущественно сирингиловых спиртов [14], типичного основного мономера лигнина в лигнине трав [18].

Инфракрасные спектры различных частей растений соломы пшеницы (8 репл.каждый). Спектры смещены по вертикальной оси; последовательность легенды соответствует смещенной последовательности спектров. Показаны широкие полосы функциональных групп ОН и СН, а также область отпечатка пальца.

Для оценки еще меньших различий был проведен анализ главных компонент (PCA); результаты представлены в. а дисплеи в оценках отображают различные части растения, расположенные в соответствии с их химическими отпечатками пальцев. В основном компоненте (ПК) 1 лопасти смещены вправо.ПК 2 разделяет узлы на нижнюю часть и шелуху, ушные веретена и ости на верхнюю часть. b представляет графики нагрузок, которые объясняют закономерность, видимую на графике оценок. В PC 1 преобладают полосы метила и метилена (2918 и 2848 см ^-1 ), как уже видно на рис. Кроме того, виден максимум при 1049 см ^-1 , который может быть отнесен к валентным колебаниям C-O в основном из C3-O3H [19], особенно в целлюлозе. В ПК 2 преобладает минимум 1578 см ^-1 , относящийся к ароматическому кольцу лигнина [14].Было обнаружено, что вариабельность внутри разных частей растения меньше, чем между ними.

Анализ главных компонентов (PCA) различных частей растений соломы пшеницы n = 51; График оценок ( a ) и график нагрузок ( b ) первых двух ПК, максимумы и минимумы, обсуждаемые в тексте, отмечены ошибкой и указаны положения.

По мере того, как различия в спектральной картине стали очевидными, разные части растений были разделены в исторических образцах.

2.2. Минеральная матрица исторических образцов

Описание условий консервации основано на исследовании минеральных соединений гипсового и сырцового материала (). Минеральный состав представляет собой ожидаемый материал в регионе Богемии и Венского бассейна, включая Моравию и Нижнюю Австрию [20]. Во всех образцах кварц можно найти в больших количествах или даже в преобладающем количестве. Кроме того, слюда и полевой шпат встречаются в малых или больших количествах. Венский бассейн содержит значительные количества кальцита и доломита, отраженные во всех соответствующих образцах.Глинистые минералы обнаружены во всех образцах, но только в образцах из Моравии и Нижней Австрии в малых и больших количествах. Набухающие глинистые минералы встречаются только в образцах из Лысовиц и Кучерова.

Таблица 1

Результаты (XRD) рентгеновской дифрактометрии, кварц, кальций: кальцит, доло: доломит, fsp: полевой шпат, sm-v: набухающие глинистые минералы: смектит и вермикулит, каол: каолинит, хлорид: хлорит, амфибол, гипсы: гипс; *** доминант, ** большое количество, * небольшое количество, следы.

2.3. Молекулярные изменения во времени

Из-за ограниченного количества объектов спектры всех частей растений были объединены в набор данных для подготовительной модели, чтобы предсказать возраст образца по его спектральной структуре. Результаты регрессии методом частичных наименьших квадратов (PLS) находятся в. Модель устанавливает коэффициент детерминации для проверки 62,2%. Среднеквадратичная ошибка составляет 93 года. Это значение относится к одному образцу.Для практических целей объектом также могут быть образцы с репликами. Эти реплики сузят интервал прогнозирования оценки возраста объекта. b отображает оценки первых двух факторов. Становится очевидным, что разные части растения ведут себя немного по-разному. Эта изменчивость является частью общей изменчивости модели. График нагрузок в c показывает, какие спектральные области наиболее релевантны для прогнозирования модели. Они указывают, какие молекулярные группы доминируют в эффектах старения, которые используются в нашей модели.Доминирующие максимумы находятся на 1730 см ⁻¹ и 1230 см ⁻¹ . Эти две полосы уже были признаны наиболее важными в тафономии дерева и коры в доисторической соляной шахте в Гальштате, Верхняя Австрия. Они были отнесены к ацетильным группам гемицеллюлоз [8,9]. Ацетильные группы можно рассматривать как одну из самых слабых частей молекул. Для древесины разрушение этой молекулярной группы во время старения наблюдалось несколько раз [8,11,13,21,22]. Метиленовые группы (максимумы полос 2920 и 2850 см ^-1 ) играют лишь второстепенную роль в молекулярных изменениях во времени.На эту группу обычно влияет биологическая деградация органических веществ [23].

Результаты регрессии методом частичных наименьших квадратов (PLS) n = 53. ( a ) Даны прогнозируемый и контрольный возраст, идеальное соответствие и доверительные интервалы α = 0,05, ( b ) график оценок первого график нагрузок двух факторов PLS-модели ( c ) для коэффициента регрессии модели.

3. Обсуждение

Результаты указывают на несколько важных задач, которые необходимо принять во внимание при планировании надежной и широко применимой модели прогнозирования возраста на основе молекулярного распада.Изучение различных частей соломы продемонстрировало значительные различия в химическом составе этих материалов. Эти результаты совпадают с литературными данными, доказывающими разные соотношения основных соединений лигноцеллюлозного комплекса в разных частях растения [17]. Следует предположить, что в ходе продолжающихся работ разные части завода будут выделены в отдельные модели.

Помимо нескольких других потенциальных недостатков, необходимо подчеркнуть, что датировка нескольких объектов, включенных в набор данных, довольно неопределенна.Глядя на a, можно увидеть, что данные объекта Kučerov, Moravia – 1875 довольно сильно отличаются от того, что мы ожидали бы от них в соответствии со спектральными характеристиками (отмечены на графике эллипсом). Их снятие и пересчет модели дает RMSE 85 лет и r ² 67%. Даже если бы не было доказательств, не было бы смысла вынимать объект из набора данных (мы должны помнить, что небольшое количество выборок увеличивает вероятность неверных дат в нашей Y-матрице).Возможными причинами могут быть неправильное описание истории строительства или просто переработка материала из более старого объекта. Покрытие всего диапазона изменчивости может быть достигнуто только за счет значительного увеличения количества объектов. Таким образом, риск получения сомнительных результатов датирования распространяется на более широкий диапазон. Мы предлагаем включить как минимум 100 объектов в модель, которая может быть применена на практике.

Другой фактор влияния, который следует принимать во внимание, — это неорганическое вещество конструкций.Известно, что глинистые минералы хорошо сохраняют органический материал. Помимо глиняных штукатурок, солому можно ожидать и в известковых штукатурках. Высокий pH выше 13 может привести к различным молекулярным изменениям, что приведет к созданию отдельных моделей. Текущая неоднородность минеральных соединений, видимая в результатах минеральных анализов, довольно низкая, но на данном этапе нельзя в обязательном порядке исключить влияние. Для исследования зависимости эффектов старения необходимо гораздо больше образцов с различным минеральным составом окружающей глины.Мы ожидаем, что эти эффекты играют второстепенную роль и, следовательно, будут потеряны в общей ошибке прогноза. Особенно сильное влияние на микробную активность оказывают глинистые минералы [24,25]. Это важный фактор, чтобы солома пережила глиняную архитектуру. Мы предполагаем, что глиняные конструкции содержат чрезмерное количество глины, чтобы сильно снизить активность микробов. Аналитическое доказательство будет важной задачей на будущее.

Делаем вывод, что представленная модель является многообещающим первым результатом.Это демонстрирует высокий потенциал молекулярного распада соломенных добавок для целей датирования.

4. Материалы и методы

4.1. Материалы

Для подготовительного исследования была взята свежая пшеничная солома и были отделены различные части надземной биомассы: стебель, лопатка, шелуха, узлы, веретено колосов и ость. Были измерены восемь повторов каждой части растения.

Образцы исторических зданий были отобраны в Чешской Республике (справочные материалы и недавние постройки происходят из Австрии ().Образцы кирпича и гипса происходили из разных предметов. Объект относится к определенной фазе строительства здания. В двух зданиях были выбраны две фазы строительства (Кучеров и одно здание в Чисте), а во Врачовицах — три. Образцы из Нидерсульца в Нижней Австрии использовались в качестве справочного материала и были взяты из стен, построенных в ходе студенческой университетской программы из глиняных кирпичей. Кроме того, образцы из Лысовице и Кучерова были взяты из сырцового кирпича, тогда как все другие образцы были взяты из глиняной штукатурки.Образец «Врачовице, 1926» был татами. Датирование богемских объектов выполнено с помощью дендрохронологии и уже опубликовано [26,27]. Хронологическое описание моравских объектов основано на исторических данных. Это касается объектов с максимальным возрастом около 200 лет. Недавняя справочная пшеничная солома была взята из конюшни. Ссылка Reed также была включена в набор данных.

Таблица 2

Примерное описание для модели прогноза, приведены расположение зданий и годы строительства, NO = узлы, EA = веретено, CU = стебель.

4.2. Методы

4.2.1. Подготовка образца

Для подготовительного исследования различные части пшеничной соломы были отделены, промыты водой в ультразвуковой ванне, высушены при 105 ° C и измельчены в ультрацентробежной мельнице до размера частиц менее 20 мкм. По результатам этого подготовительного исследования стебли, узлы и ушные веретена были разделены, поскольку они были обнаружены в большинстве образцов (лезвия, шелуха и ости либо не были обнаружены, либо были обнаружены в незначительном количестве в большинстве образцов).Вместо ультрацентробежной мельницы (которая достигает более высоких температур) была использована более мягкая вибрационная дисковая мельница. Время измельчения было установлено в соответствии с количеством образца в диапазоне от 120 с для около 600 мг до 30 с для около 50 мг.

Около 5 г неорганических соединений кирпичей и штукатурки были размолоты вручную с помощью ступки и пестика.

4.2.2. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) и статистическая оценка Спектры FTIR

были записаны в режиме ослабленного полного отражения (ATR) в средней инфракрасной области (4000–400 см, ⁻¹ ) с оптическим кристаллом Bruker ^® . Микропробоотборник Helios FTIR (Tensor 27).Это устройство позволяет проводить точечные измерения с пространственным разрешением 250 микрометров. Было записано 32 скана при спектральном разрешении 4 см ^-1 . Спектры были нормализованы по вектору с использованием программного обеспечения OPUS ^© (версия 7.2). Для подготовительного исследования было взято восемь повторов на каждую часть растения, а для основного набора образцов было усреднено пять повторов на образец. Анализ главных компонентов (PCA) и регрессия методом частичных наименьших квадратов (PLS) были выполнены с использованием The Unscrambler X 10.1 (© Камо). Модель регрессии была выполнена с пятью факторами. Эти факторы включают информацию о спектральном диапазоне, но с разными нагрузками. Следовательно, разные факторы могут давать разную химическую информацию. Все факторы объединены в окончательной модели. Алгоритм PLS на основе данных решает, сколько факторов следует включить. Спектральный диапазон сосредоточен на областях с преобладающими полосами органического вещества соломы, включая 3700–2440 см ^–1 и 1820–890 см ^–1 .Следовательно, любое влияние оставшихся неорганических соединений ограничено. Модель прошла 10-кратную перекрестную проверку.

4.2.3. Рентгеновская дифрактометрия

Оценка минеральных соединений проводилась с помощью рентгеновской дифрактометрии (XRD). Использовали дифрактометр Panalytical ^® X’Pert Pro MPD с автоматической расходящейся щелью, трубку Cu LFF (45 кВ, 40 мА) с детектором X’Celerator. Время измерения составляло 25 с с шагом 0,017 °. Дифрактограммы записывали от 5 ° до 70 ° (2θ).Полуколичественный минеральный состав валовых проб был оценен с использованием уточнения Ритвельда с помощью программного обеспечения Panalytical © X’Pert HighScore Plus.

Благодарности

Мы благодарим всех владельцев зданий за разрешение на взятие проб, особенно музей в Нидерсульце и Иржи Сырови за помощь в отборе проб. Кроме того, мы благодарим Эну Смидт и Барбару Хинтерстойссер за ценные обсуждения. Это исследование не получало какого-либо специального гранта от финансирующих агентств в государственном, коммерческом или некоммерческом секторах.

Вклад авторов

J.T .: концептуализация, методология, проверка, написание и руководство K.R., администрация. К.Р .: формальный анализ, расследование, обработка данных и написание. F.O. и K.W .: расследование, письмо. З.С.-А. и I.Ž .: администрирование, расследование и обзор. R.M. и H.F. расследование, обзор. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Финансирование открытого доступа предоставлено Венским издательским фондом открытого доступа BOKU.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сноски

Наличие образца: Авторы не могут предоставить образцы соединений.

Ссылки

соломы в глиняных кирпичах и штукатурках — можем ли мы использовать ее молекулярный распад для целей датирования?

Молекулы. 2020 Март; 25 (6): 1419.

Йоханнес Тинтнер

¹ Институт физики и материаловедения, Университет природных ресурсов и наук о жизни, Peter Jordan Straße 82, 1190 Вена, Австрия; мок[email protected]

Кимберли Рот

¹ Институт физики и материаловедения, Университет природных ресурсов и наук о жизни, Peter Jordan Straße 82, 1190 Вена, Австрия; [email protected]

Зузана Сырова-Анизова

³ Институт национального наследия, Валдштейнске намести 162/3, 1118 01 Прага, Чешская Республика; zc.mmavos@avorys

Ивана Жабичкова

⁴ Факультет архитектуры, Технологический университет, Поржичи 273/5, 639 00 Брно, Чешская Республика; мок.liamg @ avokcibaz

Hubert Feiglstorfer

⁶ Институт социальной антропологии Австрийской академии наук, Hollandstraße 11–13, 1020 Вена, Австрия; [email protected]

Хельга Лихтенеггер, академический редактор

Поступила в редакцию 10 февраля 2020 г .; Принято 19 марта 2020 г.

Abstract

Датировка глиняных кирпичей (самана) и штукатурки — актуальная тема не только для историков строительства Паннонского региона.Глина с добавлением соломы является преобладающим строительным материалом, особенно в местной архитектуре этого региона. В статье представлен потенциал молекулярного распада этих поправок для создания инструментов прогнозирования возраста на основе инфракрасных спектроскопических измерений. Предварительные результаты выявили спектральные различия между различными частями растений, особенно стеблями, узлами и веретенами початков. На основе этих результатов представлена ​​первая модель прогнозирования, включающая 14 исторических выборок. Коэффициент детерминации при валидации достиг 62.2% среднеквадратичная ошибка (RMSE) составила 93 года. Принимая во внимание ограниченное количество образцов и высокую неоднородность материала, этот результат можно рассматривать как многообещающий результат. Соответственно, размер выборки должен быть увеличен как минимум до 100 объектов и должны быть созданы отдельные модели для различных частей завода.

Ключевые слова: глинобитное строительство, земляное строительство, народная архитектура, соломенные поправки, ИК-Фурье спектроскопия

1. Введение

Глина — один из древнейших строительных материалов в человечестве.Различные строительные технологии были разработаны в соответствии с местным сырьем и строительными традициями. Результатами строительных технологий являются, например, утрамбованные земляные стены, глинобитные стены, глиняные кирпичи, глиняные штукатурки и т. Д. Термины, используемые для самой глины, такие как земля, суглинок, грязь и т. Д., Могут варьироваться в зависимости от региона. Остатки глиняных построек, особенно в засушливых регионах, являются одними из самых старых свидетельств человеческих поселений, будь то в Андах, Центральной Азии, в засушливых районах пустыни Сахара от Мали до Эфиопии и Египта или даже в плодородных регионах от Леванте. до дельты Евфрата и Тигра [1].По сравнению с другими строительными материалами, такими как дерево или камень, научных исследований этих конструкций довольно мало. В Австрии в последние годы растет интерес к оценке традиционных знаний и экспериментальному подтверждению старых методов [2]. В течение нескольких лет использование глины пережило определенный период возрождения, поскольку ее физические свойства, которые учитывают микроклимат в помещении, становятся все более популярными. Поразительным аспектом этой разработки является низкий углеродный след материала по сравнению с железобетоном или металлом [3].

Солома используется в глиняных конструкциях различного назначения, в основном для уменьшения веса и в качестве арматуры [4]. Уменьшение усадки глины при использовании соломы — метод в археологии, обычно упоминаемый как темперирование. Химически солома состоит в основном из лигноцеллюлозных комплексов и минеральных соединений [5]. Датирование построек можно проводить разными методами. Среди естественнонаучных методов наиболее распространены дендрохронология и радиоуглеродное датирование. Помимо своей огромной силы, оба метода обладают внутренними недостатками, из-за которых объекты нельзя датировать.Важными недостатками глиняных конструкций являются отсутствие достаточного количества строительной древесины или рисунков годичных колец, которые не соответствуют ни одной опорной кривой [6,7]. Были зарегистрированы молекулярные изменения органических материалов с сопоставимой химической структурой [8,9]. Идея использовать молекулярные изменения для различения разных возрастов также обсуждалась для древесного угля [10], поскольку инструменты датирования древесины, основанные на молекулярном распаде, уже были разработаны [11]. Эти модели послужили поводом для представленного исследования, поскольку молекулярный состав соломы и древесины содержит одни и те же основные компоненты [12].Инфракрасная спектроскопия — подходящий метод для описания молекулярных изменений. Дешевая и быстрая обработка позволяет выполнять огромное количество измерений. Следовательно, даже огромные наборы образцов могут быть оценены с помощью значительного количества повторений, охватывающих неоднородность материала. Это стандартный метод исследования процессов старения органического вещества в окружающей среде [13].

Целью данной работы было доказать, может ли молекулярный распад соломы в глиняных кирпичах и штукатурках, измеренный с помощью (FTIR) инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, использоваться для целей датирования.В качестве предвестника этого доказательства нам пришлось проверить однородность различных частей строу по их спектральным отпечаткам.

2. Результаты

2.1. Спектральная картина различных частей соломы

Сначала представлены результаты подготовительного исследования. Спектры FTIR различных частей растений показали систематические различия в разных спектральных областях () (более подробную информацию см. В дополнительных материалах). Лузга, веретено и лопасти имеют значительно более острые максимумы полос в области валентных колебаний СН между 3000 и 2800 см ^-1 , происходящие в основном из метильных и метиленовых групп [14].Узлы и, в меньшей степени, стебли имеют сравнительно резкую полосу в области отпечатка пальца в диапазоне от 1580 до 1600 см ^-1 . Это можно отнести к асимметричным колебаниям при растяжении карбоксилатов [15,16]. Еще более вероятно, что это могло произойти из-за большего количества лигнина в узлах [17]. Полоса также может быть отнесена к колебаниям ароматического скелетного кольца, преимущественно сирингиловых спиртов [14], типичного основного мономера лигнина в лигнине трав [18].

Инфракрасные спектры различных частей растений соломы пшеницы (8 репл.каждый). Спектры смещены по вертикальной оси; последовательность легенды соответствует смещенной последовательности спектров. Показаны широкие полосы функциональных групп ОН и СН, а также область отпечатка пальца.

Для оценки еще меньших различий был проведен анализ главных компонент (PCA); результаты представлены в. а дисплеи в оценках отображают различные части растения, расположенные в соответствии с их химическими отпечатками пальцев. В основном компоненте (ПК) 1 лопасти смещены вправо.ПК 2 разделяет узлы на нижнюю часть и шелуху, ушные веретена и ости на верхнюю часть. b представляет графики нагрузок, которые объясняют закономерность, видимую на графике оценок. В PC 1 преобладают полосы метила и метилена (2918 и 2848 см ^-1 ), как уже видно на рис. Кроме того, виден максимум при 1049 см ^-1 , который может быть отнесен к валентным колебаниям C-O в основном из C3-O3H [19], особенно в целлюлозе. В ПК 2 преобладает минимум 1578 см ^-1 , относящийся к ароматическому кольцу лигнина [14].Было обнаружено, что вариабельность внутри разных частей растения меньше, чем между ними.

Анализ главных компонентов (PCA) различных частей растений соломы пшеницы n = 51; График оценок ( a ) и график нагрузок ( b ) первых двух ПК, максимумы и минимумы, обсуждаемые в тексте, отмечены ошибкой и указаны положения.

По мере того, как различия в спектральной картине стали очевидными, разные части растений были разделены в исторических образцах.

2.2. Минеральная матрица исторических образцов

Описание условий консервации основано на исследовании минеральных соединений гипсового и сырцового материала (). Минеральный состав представляет собой ожидаемый материал в регионе Богемии и Венского бассейна, включая Моравию и Нижнюю Австрию [20]. Во всех образцах кварц можно найти в больших количествах или даже в преобладающем количестве. Кроме того, слюда и полевой шпат встречаются в малых или больших количествах. Венский бассейн содержит значительные количества кальцита и доломита, отраженные во всех соответствующих образцах.Глинистые минералы обнаружены во всех образцах, но только в образцах из Моравии и Нижней Австрии в малых и больших количествах. Набухающие глинистые минералы встречаются только в образцах из Лысовиц и Кучерова.

Таблица 1

Результаты (XRD) рентгеновской дифрактометрии, кварц, кальций: кальцит, доло: доломит, fsp: полевой шпат, sm-v: набухающие глинистые минералы: смектит и вермикулит, каол: каолинит, хлорид: хлорит, амфибол, гипсы: гипс; *** доминант, ** большое количество, * небольшое количество, следы.

2.3. Молекулярные изменения во времени

Из-за ограниченного количества объектов спектры всех частей растений были объединены в набор данных для подготовительной модели, чтобы предсказать возраст образца по его спектральной структуре. Результаты регрессии методом частичных наименьших квадратов (PLS) находятся в. Модель устанавливает коэффициент детерминации для проверки 62,2%. Среднеквадратичная ошибка составляет 93 года. Это значение относится к одному образцу.Для практических целей объектом также могут быть образцы с репликами. Эти реплики сузят интервал прогнозирования оценки возраста объекта. b отображает оценки первых двух факторов. Становится очевидным, что разные части растения ведут себя немного по-разному. Эта изменчивость является частью общей изменчивости модели. График нагрузок в c показывает, какие спектральные области наиболее релевантны для прогнозирования модели. Они указывают, какие молекулярные группы доминируют в эффектах старения, которые используются в нашей модели.Доминирующие максимумы находятся на 1730 см ⁻¹ и 1230 см ⁻¹ . Эти две полосы уже были признаны наиболее важными в тафономии дерева и коры в доисторической соляной шахте в Гальштате, Верхняя Австрия. Они были отнесены к ацетильным группам гемицеллюлоз [8,9]. Ацетильные группы можно рассматривать как одну из самых слабых частей молекул. Для древесины разрушение этой молекулярной группы во время старения наблюдалось несколько раз [8,11,13,21,22]. Метиленовые группы (максимумы полос 2920 и 2850 см ^-1 ) играют лишь второстепенную роль в молекулярных изменениях во времени.На эту группу обычно влияет биологическая деградация органических веществ [23].

Результаты регрессии методом частичных наименьших квадратов (PLS) n = 53. ( a ) Даны прогнозируемый и контрольный возраст, идеальное соответствие и доверительные интервалы α = 0,05, ( b ) график оценок первого график нагрузок двух факторов PLS-модели ( c ) для коэффициента регрессии модели.

3. Обсуждение

Результаты указывают на несколько важных задач, которые необходимо принять во внимание при планировании надежной и широко применимой модели прогнозирования возраста на основе молекулярного распада.Изучение различных частей соломы продемонстрировало значительные различия в химическом составе этих материалов. Эти результаты совпадают с литературными данными, доказывающими разные соотношения основных соединений лигноцеллюлозного комплекса в разных частях растения [17]. Следует предположить, что в ходе продолжающихся работ разные части завода будут выделены в отдельные модели.

Помимо нескольких других потенциальных недостатков, необходимо подчеркнуть, что датировка нескольких объектов, включенных в набор данных, довольно неопределенна.Глядя на a, можно увидеть, что данные объекта Kučerov, Moravia – 1875 довольно сильно отличаются от того, что мы ожидали бы от них в соответствии со спектральными характеристиками (отмечены на графике эллипсом). Их снятие и пересчет модели дает RMSE 85 лет и r ² 67%. Даже если бы не было доказательств, не было бы смысла вынимать объект из набора данных (мы должны помнить, что небольшое количество выборок увеличивает вероятность неверных дат в нашей Y-матрице).Возможными причинами могут быть неправильное описание истории строительства или просто переработка материала из более старого объекта. Покрытие всего диапазона изменчивости может быть достигнуто только за счет значительного увеличения количества объектов. Таким образом, риск получения сомнительных результатов датирования распространяется на более широкий диапазон. Мы предлагаем включить как минимум 100 объектов в модель, которая может быть применена на практике.

Другой фактор влияния, который следует принимать во внимание, — это неорганическое вещество конструкций.Известно, что глинистые минералы хорошо сохраняют органический материал. Помимо глиняных штукатурок, солому можно ожидать и в известковых штукатурках. Высокий pH выше 13 может привести к различным молекулярным изменениям, что приведет к созданию отдельных моделей. Текущая неоднородность минеральных соединений, видимая в результатах минеральных анализов, довольно низкая, но на данном этапе нельзя в обязательном порядке исключить влияние. Для исследования зависимости эффектов старения необходимо гораздо больше образцов с различным минеральным составом окружающей глины.Мы ожидаем, что эти эффекты играют второстепенную роль и, следовательно, будут потеряны в общей ошибке прогноза. Особенно сильное влияние на микробную активность оказывают глинистые минералы [24,25]. Это важный фактор, чтобы солома пережила глиняную архитектуру. Мы предполагаем, что глиняные конструкции содержат чрезмерное количество глины, чтобы сильно снизить активность микробов. Аналитическое доказательство будет важной задачей на будущее.

Делаем вывод, что представленная модель является многообещающим первым результатом.Это демонстрирует высокий потенциал молекулярного распада соломенных добавок для целей датирования.

4. Материалы и методы

4.1. Материалы

Для подготовительного исследования была взята свежая пшеничная солома и были отделены различные части надземной биомассы: стебель, лопатка, шелуха, узлы, веретено колосов и ость. Были измерены восемь повторов каждой части растения.

Образцы исторических зданий были отобраны в Чешской Республике (справочные материалы и недавние постройки происходят из Австрии ().Образцы кирпича и гипса происходили из разных предметов. Объект относится к определенной фазе строительства здания. В двух зданиях были выбраны две фазы строительства (Кучеров и одно здание в Чисте), а во Врачовицах — три. Образцы из Нидерсульца в Нижней Австрии использовались в качестве справочного материала и были взяты из стен, построенных в ходе студенческой университетской программы из глиняных кирпичей. Кроме того, образцы из Лысовице и Кучерова были взяты из сырцового кирпича, тогда как все другие образцы были взяты из глиняной штукатурки.Образец «Врачовице, 1926» был татами. Датирование богемских объектов выполнено с помощью дендрохронологии и уже опубликовано [26,27]. Хронологическое описание моравских объектов основано на исторических данных. Это касается объектов с максимальным возрастом около 200 лет. Недавняя справочная пшеничная солома была взята из конюшни. Ссылка Reed также была включена в набор данных.

Таблица 2

Примерное описание для модели прогноза, приведены расположение зданий и годы строительства, NO = узлы, EA = веретено, CU = стебель.

4.2. Методы

4.2.1. Подготовка образца

Для подготовительного исследования различные части пшеничной соломы были отделены, промыты водой в ультразвуковой ванне, высушены при 105 ° C и измельчены в ультрацентробежной мельнице до размера частиц менее 20 мкм. По результатам этого подготовительного исследования стебли, узлы и ушные веретена были разделены, поскольку они были обнаружены в большинстве образцов (лезвия, шелуха и ости либо не были обнаружены, либо были обнаружены в незначительном количестве в большинстве образцов).Вместо ультрацентробежной мельницы (которая достигает более высоких температур) была использована более мягкая вибрационная дисковая мельница. Время измельчения было установлено в соответствии с количеством образца в диапазоне от 120 с для около 600 мг до 30 с для около 50 мг.

Около 5 г неорганических соединений кирпичей и штукатурки были размолоты вручную с помощью ступки и пестика.

4.2.2. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) и статистическая оценка Спектры FTIR

были записаны в режиме ослабленного полного отражения (ATR) в средней инфракрасной области (4000–400 см, ⁻¹ ) с оптическим кристаллом Bruker ^® . Микропробоотборник Helios FTIR (Tensor 27).Это устройство позволяет проводить точечные измерения с пространственным разрешением 250 микрометров. Было записано 32 скана при спектральном разрешении 4 см ^-1 . Спектры были нормализованы по вектору с использованием программного обеспечения OPUS ^© (версия 7.2). Для подготовительного исследования было взято восемь повторов на каждую часть растения, а для основного набора образцов было усреднено пять повторов на образец. Анализ главных компонентов (PCA) и регрессия методом частичных наименьших квадратов (PLS) были выполнены с использованием The Unscrambler X 10.1 (© Камо). Модель регрессии была выполнена с пятью факторами. Эти факторы включают информацию о спектральном диапазоне, но с разными нагрузками. Следовательно, разные факторы могут давать разную химическую информацию. Все факторы объединены в окончательной модели. Алгоритм PLS на основе данных решает, сколько факторов следует включить. Спектральный диапазон сосредоточен на областях с преобладающими полосами органического вещества соломы, включая 3700–2440 см ^–1 и 1820–890 см ^–1 .Следовательно, любое влияние оставшихся неорганических соединений ограничено. Модель прошла 10-кратную перекрестную проверку.

4.2.3. Рентгеновская дифрактометрия

Оценка минеральных соединений проводилась с помощью рентгеновской дифрактометрии (XRD). Использовали дифрактометр Panalytical ^® X’Pert Pro MPD с автоматической расходящейся щелью, трубку Cu LFF (45 кВ, 40 мА) с детектором X’Celerator. Время измерения составляло 25 с с шагом 0,017 °. Дифрактограммы записывали от 5 ° до 70 ° (2θ).Полуколичественный минеральный состав валовых проб был оценен с использованием уточнения Ритвельда с помощью программного обеспечения Panalytical © X’Pert HighScore Plus.

Благодарности

Мы благодарим всех владельцев зданий за разрешение на взятие проб, особенно музей в Нидерсульце и Иржи Сырови за помощь в отборе проб. Кроме того, мы благодарим Эну Смидт и Барбару Хинтерстойссер за ценные обсуждения. Это исследование не получало какого-либо специального гранта от финансирующих агентств в государственном, коммерческом или некоммерческом секторах.

Вклад авторов

J.T .: концептуализация, методология, проверка, написание и руководство K.R., администрация. К.Р .: формальный анализ, расследование, обработка данных и написание. F.O. и K.W .: расследование, письмо. З.С.-А. и I.Ž .: администрирование, расследование и обзор. R.M. и H.F. расследование, обзор. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Финансирование открытого доступа предоставлено Венским издательским фондом открытого доступа BOKU.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сноски

Наличие образца: Авторы не могут предоставить образцы соединений.

Ссылки

соломы в глиняных кирпичах и штукатурках — можем ли мы использовать ее молекулярный распад для целей датирования?

Молекулы. 2020 Март; 25 (6): 1419.

Йоханнес Тинтнер

¹ Институт физики и материаловедения, Университет природных ресурсов и наук о жизни, Peter Jordan Straße 82, 1190 Вена, Австрия; мок[email protected]

Кимберли Рот

¹ Институт физики и материаловедения, Университет природных ресурсов и наук о жизни, Peter Jordan Straße 82, 1190 Вена, Австрия; [email protected]

Зузана Сырова-Анизова

³ Институт национального наследия, Валдштейнске намести 162/3, 1118 01 Прага, Чешская Республика; zc.mmavos@avorys

Ивана Жабичкова

⁴ Факультет архитектуры, Технологический университет, Поржичи 273/5, 639 00 Брно, Чешская Республика; мок.liamg @ avokcibaz

Hubert Feiglstorfer

⁶ Институт социальной антропологии Австрийской академии наук, Hollandstraße 11–13, 1020 Вена, Австрия; [email protected]

Хельга Лихтенеггер, академический редактор

Поступила в редакцию 10 февраля 2020 г .; Принято 19 марта 2020 г.

Abstract

Датировка глиняных кирпичей (самана) и штукатурки — актуальная тема не только для историков строительства Паннонского региона.Глина с добавлением соломы является преобладающим строительным материалом, особенно в местной архитектуре этого региона. В статье представлен потенциал молекулярного распада этих поправок для создания инструментов прогнозирования возраста на основе инфракрасных спектроскопических измерений. Предварительные результаты выявили спектральные различия между различными частями растений, особенно стеблями, узлами и веретенами початков. На основе этих результатов представлена ​​первая модель прогнозирования, включающая 14 исторических выборок. Коэффициент детерминации при валидации достиг 62.2% среднеквадратичная ошибка (RMSE) составила 93 года. Принимая во внимание ограниченное количество образцов и высокую неоднородность материала, этот результат можно рассматривать как многообещающий результат. Соответственно, размер выборки должен быть увеличен как минимум до 100 объектов и должны быть созданы отдельные модели для различных частей завода.

Ключевые слова: глинобитное строительство, земляное строительство, народная архитектура, соломенные поправки, ИК-Фурье спектроскопия

1. Введение

Глина — один из древнейших строительных материалов в человечестве.Различные строительные технологии были разработаны в соответствии с местным сырьем и строительными традициями. Результатами строительных технологий являются, например, утрамбованные земляные стены, глинобитные стены, глиняные кирпичи, глиняные штукатурки и т. Д. Термины, используемые для самой глины, такие как земля, суглинок, грязь и т. Д., Могут варьироваться в зависимости от региона. Остатки глиняных построек, особенно в засушливых регионах, являются одними из самых старых свидетельств человеческих поселений, будь то в Андах, Центральной Азии, в засушливых районах пустыни Сахара от Мали до Эфиопии и Египта или даже в плодородных регионах от Леванте. до дельты Евфрата и Тигра [1].По сравнению с другими строительными материалами, такими как дерево или камень, научных исследований этих конструкций довольно мало. В Австрии в последние годы растет интерес к оценке традиционных знаний и экспериментальному подтверждению старых методов [2]. В течение нескольких лет использование глины пережило определенный период возрождения, поскольку ее физические свойства, которые учитывают микроклимат в помещении, становятся все более популярными. Поразительным аспектом этой разработки является низкий углеродный след материала по сравнению с железобетоном или металлом [3].

Солома используется в глиняных конструкциях различного назначения, в основном для уменьшения веса и в качестве арматуры [4]. Уменьшение усадки глины при использовании соломы — метод в археологии, обычно упоминаемый как темперирование. Химически солома состоит в основном из лигноцеллюлозных комплексов и минеральных соединений [5]. Датирование построек можно проводить разными методами. Среди естественнонаучных методов наиболее распространены дендрохронология и радиоуглеродное датирование. Помимо своей огромной силы, оба метода обладают внутренними недостатками, из-за которых объекты нельзя датировать.Важными недостатками глиняных конструкций являются отсутствие достаточного количества строительной древесины или рисунков годичных колец, которые не соответствуют ни одной опорной кривой [6,7]. Были зарегистрированы молекулярные изменения органических материалов с сопоставимой химической структурой [8,9]. Идея использовать молекулярные изменения для различения разных возрастов также обсуждалась для древесного угля [10], поскольку инструменты датирования древесины, основанные на молекулярном распаде, уже были разработаны [11]. Эти модели послужили поводом для представленного исследования, поскольку молекулярный состав соломы и древесины содержит одни и те же основные компоненты [12].Инфракрасная спектроскопия — подходящий метод для описания молекулярных изменений. Дешевая и быстрая обработка позволяет выполнять огромное количество измерений. Следовательно, даже огромные наборы образцов могут быть оценены с помощью значительного количества повторений, охватывающих неоднородность материала. Это стандартный метод исследования процессов старения органического вещества в окружающей среде [13].

Целью данной работы было доказать, может ли молекулярный распад соломы в глиняных кирпичах и штукатурках, измеренный с помощью (FTIR) инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, использоваться для целей датирования.В качестве предвестника этого доказательства нам пришлось проверить однородность различных частей строу по их спектральным отпечаткам.

2. Результаты

2.1. Спектральная картина различных частей соломы

Сначала представлены результаты подготовительного исследования. Спектры FTIR различных частей растений показали систематические различия в разных спектральных областях () (более подробную информацию см. В дополнительных материалах). Лузга, веретено и лопасти имеют значительно более острые максимумы полос в области валентных колебаний СН между 3000 и 2800 см ^-1 , происходящие в основном из метильных и метиленовых групп [14].Узлы и, в меньшей степени, стебли имеют сравнительно резкую полосу в области отпечатка пальца в диапазоне от 1580 до 1600 см ^-1 . Это можно отнести к асимметричным колебаниям при растяжении карбоксилатов [15,16]. Еще более вероятно, что это могло произойти из-за большего количества лигнина в узлах [17]. Полоса также может быть отнесена к колебаниям ароматического скелетного кольца, преимущественно сирингиловых спиртов [14], типичного основного мономера лигнина в лигнине трав [18].

Инфракрасные спектры различных частей растений соломы пшеницы (8 репл.каждый). Спектры смещены по вертикальной оси; последовательность легенды соответствует смещенной последовательности спектров. Показаны широкие полосы функциональных групп ОН и СН, а также область отпечатка пальца.

Для оценки еще меньших различий был проведен анализ главных компонент (PCA); результаты представлены в. а дисплеи в оценках отображают различные части растения, расположенные в соответствии с их химическими отпечатками пальцев. В основном компоненте (ПК) 1 лопасти смещены вправо.ПК 2 разделяет узлы на нижнюю часть и шелуху, ушные веретена и ости на верхнюю часть. b представляет графики нагрузок, которые объясняют закономерность, видимую на графике оценок. В PC 1 преобладают полосы метила и метилена (2918 и 2848 см ^-1 ), как уже видно на рис. Кроме того, виден максимум при 1049 см ^-1 , который может быть отнесен к валентным колебаниям C-O в основном из C3-O3H [19], особенно в целлюлозе. В ПК 2 преобладает минимум 1578 см ^-1 , относящийся к ароматическому кольцу лигнина [14].Было обнаружено, что вариабельность внутри разных частей растения меньше, чем между ними.

Анализ главных компонентов (PCA) различных частей растений соломы пшеницы n = 51; График оценок ( a ) и график нагрузок ( b ) первых двух ПК, максимумы и минимумы, обсуждаемые в тексте, отмечены ошибкой и указаны положения.

По мере того, как различия в спектральной картине стали очевидными, разные части растений были разделены в исторических образцах.

2.2. Минеральная матрица исторических образцов

Описание условий консервации основано на исследовании минеральных соединений гипсового и сырцового материала (). Минеральный состав представляет собой ожидаемый материал в регионе Богемии и Венского бассейна, включая Моравию и Нижнюю Австрию [20]. Во всех образцах кварц можно найти в больших количествах или даже в преобладающем количестве. Кроме того, слюда и полевой шпат встречаются в малых или больших количествах. Венский бассейн содержит значительные количества кальцита и доломита, отраженные во всех соответствующих образцах.Глинистые минералы обнаружены во всех образцах, но только в образцах из Моравии и Нижней Австрии в малых и больших количествах. Набухающие глинистые минералы встречаются только в образцах из Лысовиц и Кучерова.

Таблица 1

Результаты (XRD) рентгеновской дифрактометрии, кварц, кальций: кальцит, доло: доломит, fsp: полевой шпат, sm-v: набухающие глинистые минералы: смектит и вермикулит, каол: каолинит, хлорид: хлорит, амфибол, гипсы: гипс; *** доминант, ** большое количество, * небольшое количество, следы.

2.3. Молекулярные изменения во времени

Из-за ограниченного количества объектов спектры всех частей растений были объединены в набор данных для подготовительной модели, чтобы предсказать возраст образца по его спектральной структуре. Результаты регрессии методом частичных наименьших квадратов (PLS) находятся в. Модель устанавливает коэффициент детерминации для проверки 62,2%. Среднеквадратичная ошибка составляет 93 года. Это значение относится к одному образцу.Для практических целей объектом также могут быть образцы с репликами. Эти реплики сузят интервал прогнозирования оценки возраста объекта. b отображает оценки первых двух факторов. Становится очевидным, что разные части растения ведут себя немного по-разному. Эта изменчивость является частью общей изменчивости модели. График нагрузок в c показывает, какие спектральные области наиболее релевантны для прогнозирования модели. Они указывают, какие молекулярные группы доминируют в эффектах старения, которые используются в нашей модели.Доминирующие максимумы находятся на 1730 см ⁻¹ и 1230 см ⁻¹ . Эти две полосы уже были признаны наиболее важными в тафономии дерева и коры в доисторической соляной шахте в Гальштате, Верхняя Австрия. Они были отнесены к ацетильным группам гемицеллюлоз [8,9]. Ацетильные группы можно рассматривать как одну из самых слабых частей молекул. Для древесины разрушение этой молекулярной группы во время старения наблюдалось несколько раз [8,11,13,21,22]. Метиленовые группы (максимумы полос 2920 и 2850 см ^-1 ) играют лишь второстепенную роль в молекулярных изменениях во времени.На эту группу обычно влияет биологическая деградация органических веществ [23].

Результаты регрессии методом частичных наименьших квадратов (PLS) n = 53. ( a ) Даны прогнозируемый и контрольный возраст, идеальное соответствие и доверительные интервалы α = 0,05, ( b ) график оценок первого график нагрузок двух факторов PLS-модели ( c ) для коэффициента регрессии модели.

3. Обсуждение

Результаты указывают на несколько важных задач, которые необходимо принять во внимание при планировании надежной и широко применимой модели прогнозирования возраста на основе молекулярного распада.Изучение различных частей соломы продемонстрировало значительные различия в химическом составе этих материалов. Эти результаты совпадают с литературными данными, доказывающими разные соотношения основных соединений лигноцеллюлозного комплекса в разных частях растения [17]. Следует предположить, что в ходе продолжающихся работ разные части завода будут выделены в отдельные модели.

Помимо нескольких других потенциальных недостатков, необходимо подчеркнуть, что датировка нескольких объектов, включенных в набор данных, довольно неопределенна.Глядя на a, можно увидеть, что данные объекта Kučerov, Moravia – 1875 довольно сильно отличаются от того, что мы ожидали бы от них в соответствии со спектральными характеристиками (отмечены на графике эллипсом). Их снятие и пересчет модели дает RMSE 85 лет и r ² 67%. Даже если бы не было доказательств, не было бы смысла вынимать объект из набора данных (мы должны помнить, что небольшое количество выборок увеличивает вероятность неверных дат в нашей Y-матрице).Возможными причинами могут быть неправильное описание истории строительства или просто переработка материала из более старого объекта. Покрытие всего диапазона изменчивости может быть достигнуто только за счет значительного увеличения количества объектов. Таким образом, риск получения сомнительных результатов датирования распространяется на более широкий диапазон. Мы предлагаем включить как минимум 100 объектов в модель, которая может быть применена на практике.

Другой фактор влияния, который следует принимать во внимание, — это неорганическое вещество конструкций.Известно, что глинистые минералы хорошо сохраняют органический материал. Помимо глиняных штукатурок, солому можно ожидать и в известковых штукатурках. Высокий pH выше 13 может привести к различным молекулярным изменениям, что приведет к созданию отдельных моделей. Текущая неоднородность минеральных соединений, видимая в результатах минеральных анализов, довольно низкая, но на данном этапе нельзя в обязательном порядке исключить влияние. Для исследования зависимости эффектов старения необходимо гораздо больше образцов с различным минеральным составом окружающей глины.Мы ожидаем, что эти эффекты играют второстепенную роль и, следовательно, будут потеряны в общей ошибке прогноза. Особенно сильное влияние на микробную активность оказывают глинистые минералы [24,25]. Это важный фактор, чтобы солома пережила глиняную архитектуру. Мы предполагаем, что глиняные конструкции содержат чрезмерное количество глины, чтобы сильно снизить активность микробов. Аналитическое доказательство будет важной задачей на будущее.

Делаем вывод, что представленная модель является многообещающим первым результатом.Это демонстрирует высокий потенциал молекулярного распада соломенных добавок для целей датирования.

4. Материалы и методы

4.1. Материалы

Для подготовительного исследования была взята свежая пшеничная солома и были отделены различные части надземной биомассы: стебель, лопатка, шелуха, узлы, веретено колосов и ость. Были измерены восемь повторов каждой части растения.

Образцы исторических зданий были отобраны в Чешской Республике (справочные материалы и недавние постройки происходят из Австрии ().Образцы кирпича и гипса происходили из разных предметов. Объект относится к определенной фазе строительства здания. В двух зданиях были выбраны две фазы строительства (Кучеров и одно здание в Чисте), а во Врачовицах — три. Образцы из Нидерсульца в Нижней Австрии использовались в качестве справочного материала и были взяты из стен, построенных в ходе студенческой университетской программы из глиняных кирпичей. Кроме того, образцы из Лысовице и Кучерова были взяты из сырцового кирпича, тогда как все другие образцы были взяты из глиняной штукатурки.Образец «Врачовице, 1926» был татами. Датирование богемских объектов выполнено с помощью дендрохронологии и уже опубликовано [26,27]. Хронологическое описание моравских объектов основано на исторических данных. Это касается объектов с максимальным возрастом около 200 лет. Недавняя справочная пшеничная солома была взята из конюшни. Ссылка Reed также была включена в набор данных.

Таблица 2

Примерное описание для модели прогноза, приведены расположение зданий и годы строительства, NO = узлы, EA = веретено, CU = стебель.

4.2. Методы

4.2.1. Подготовка образца

Для подготовительного исследования различные части пшеничной соломы были отделены, промыты водой в ультразвуковой ванне, высушены при 105 ° C и измельчены в ультрацентробежной мельнице до размера частиц менее 20 мкм. По результатам этого подготовительного исследования стебли, узлы и ушные веретена были разделены, поскольку они были обнаружены в большинстве образцов (лезвия, шелуха и ости либо не были обнаружены, либо были обнаружены в незначительном количестве в большинстве образцов).Вместо ультрацентробежной мельницы (которая достигает более высоких температур) была использована более мягкая вибрационная дисковая мельница. Время измельчения было установлено в соответствии с количеством образца в диапазоне от 120 с для около 600 мг до 30 с для около 50 мг.

Около 5 г неорганических соединений кирпичей и штукатурки были размолоты вручную с помощью ступки и пестика.

4.2.2. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) и статистическая оценка Спектры FTIR

были записаны в режиме ослабленного полного отражения (ATR) в средней инфракрасной области (4000–400 см, ⁻¹ ) с оптическим кристаллом Bruker ^® . Микропробоотборник Helios FTIR (Tensor 27).Это устройство позволяет проводить точечные измерения с пространственным разрешением 250 микрометров. Было записано 32 скана при спектральном разрешении 4 см ^-1 . Спектры были нормализованы по вектору с использованием программного обеспечения OPUS ^© (версия 7.2). Для подготовительного исследования было взято восемь повторов на каждую часть растения, а для основного набора образцов было усреднено пять повторов на образец. Анализ главных компонентов (PCA) и регрессия методом частичных наименьших квадратов (PLS) были выполнены с использованием The Unscrambler X 10.1 (© Камо). Модель регрессии была выполнена с пятью факторами. Эти факторы включают информацию о спектральном диапазоне, но с разными нагрузками. Следовательно, разные факторы могут давать разную химическую информацию. Все факторы объединены в окончательной модели. Алгоритм PLS на основе данных решает, сколько факторов следует включить. Спектральный диапазон сосредоточен на областях с преобладающими полосами органического вещества соломы, включая 3700–2440 см ^–1 и 1820–890 см ^–1 .Следовательно, любое влияние оставшихся неорганических соединений ограничено. Модель прошла 10-кратную перекрестную проверку.

4.2.3. Рентгеновская дифрактометрия

Оценка минеральных соединений проводилась с помощью рентгеновской дифрактометрии (XRD). Использовали дифрактометр Panalytical ^® X’Pert Pro MPD с автоматической расходящейся щелью, трубку Cu LFF (45 кВ, 40 мА) с детектором X’Celerator. Время измерения составляло 25 с с шагом 0,017 °. Дифрактограммы записывали от 5 ° до 70 ° (2θ).Полуколичественный минеральный состав валовых проб был оценен с использованием уточнения Ритвельда с помощью программного обеспечения Panalytical © X’Pert HighScore Plus.

Благодарности

Мы благодарим всех владельцев зданий за разрешение на взятие проб, особенно музей в Нидерсульце и Иржи Сырови за помощь в отборе проб. Кроме того, мы благодарим Эну Смидт и Барбару Хинтерстойссер за ценные обсуждения. Это исследование не получало какого-либо специального гранта от финансирующих агентств в государственном, коммерческом или некоммерческом секторах.

Вклад авторов

J.T .: концептуализация, методология, проверка, написание и руководство K.R., администрация. К.Р .: формальный анализ, расследование, обработка данных и написание. F.O. и K.W .: расследование, письмо. З.С.-А. и I.Ž .: администрирование, расследование и обзор. R.M. и H.F. расследование, обзор. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Финансирование открытого доступа предоставлено Венским издательским фондом открытого доступа BOKU.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сноски

Наличие образца: Авторы не могут предоставить образцы соединений.

Ссылки

соломы в глиняных кирпичах и штукатурках — можем ли мы использовать ее молекулярный распад для целей датирования?

Молекулы. 2020 Март; 25 (6): 1419.

Йоханнес Тинтнер

¹ Институт физики и материаловедения, Университет природных ресурсов и наук о жизни, Peter Jordan Straße 82, 1190 Вена, Австрия; мок[email protected]

Кимберли Рот

¹ Институт физики и материаловедения, Университет природных ресурсов и наук о жизни, Peter Jordan Straße 82, 1190 Вена, Австрия; [email protected]

Зузана Сырова-Анизова

³ Институт национального наследия, Валдштейнске намести 162/3, 1118 01 Прага, Чешская Республика; zc.mmavos@avorys

Ивана Жабичкова

⁴ Факультет архитектуры, Технологический университет, Поржичи 273/5, 639 00 Брно, Чешская Республика; мок.liamg @ avokcibaz

Hubert Feiglstorfer

⁶ Институт социальной антропологии Австрийской академии наук, Hollandstraße 11–13, 1020 Вена, Австрия; [email protected]

Хельга Лихтенеггер, академический редактор

Поступила в редакцию 10 февраля 2020 г .; Принято 19 марта 2020 г.

Abstract

Датировка глиняных кирпичей (самана) и штукатурки — актуальная тема не только для историков строительства Паннонского региона.Глина с добавлением соломы является преобладающим строительным материалом, особенно в местной архитектуре этого региона. В статье представлен потенциал молекулярного распада этих поправок для создания инструментов прогнозирования возраста на основе инфракрасных спектроскопических измерений. Предварительные результаты выявили спектральные различия между различными частями растений, особенно стеблями, узлами и веретенами початков. На основе этих результатов представлена ​​первая модель прогнозирования, включающая 14 исторических выборок. Коэффициент детерминации при валидации достиг 62.2% среднеквадратичная ошибка (RMSE) составила 93 года. Принимая во внимание ограниченное количество образцов и высокую неоднородность материала, этот результат можно рассматривать как многообещающий результат. Соответственно, размер выборки должен быть увеличен как минимум до 100 объектов и должны быть созданы отдельные модели для различных частей завода.

Ключевые слова: глинобитное строительство, земляное строительство, народная архитектура, соломенные поправки, ИК-Фурье спектроскопия

1. Введение

Глина — один из древнейших строительных материалов в человечестве.Различные строительные технологии были разработаны в соответствии с местным сырьем и строительными традициями. Результатами строительных технологий являются, например, утрамбованные земляные стены, глинобитные стены, глиняные кирпичи, глиняные штукатурки и т. Д. Термины, используемые для самой глины, такие как земля, суглинок, грязь и т. Д., Могут варьироваться в зависимости от региона. Остатки глиняных построек, особенно в засушливых регионах, являются одними из самых старых свидетельств человеческих поселений, будь то в Андах, Центральной Азии, в засушливых районах пустыни Сахара от Мали до Эфиопии и Египта или даже в плодородных регионах от Леванте. до дельты Евфрата и Тигра [1].По сравнению с другими строительными материалами, такими как дерево или камень, научных исследований этих конструкций довольно мало. В Австрии в последние годы растет интерес к оценке традиционных знаний и экспериментальному подтверждению старых методов [2]. В течение нескольких лет использование глины пережило определенный период возрождения, поскольку ее физические свойства, которые учитывают микроклимат в помещении, становятся все более популярными. Поразительным аспектом этой разработки является низкий углеродный след материала по сравнению с железобетоном или металлом [3].

Солома используется в глиняных конструкциях различного назначения, в основном для уменьшения веса и в качестве арматуры [4]. Уменьшение усадки глины при использовании соломы — метод в археологии, обычно упоминаемый как темперирование. Химически солома состоит в основном из лигноцеллюлозных комплексов и минеральных соединений [5]. Датирование построек можно проводить разными методами. Среди естественнонаучных методов наиболее распространены дендрохронология и радиоуглеродное датирование. Помимо своей огромной силы, оба метода обладают внутренними недостатками, из-за которых объекты нельзя датировать.Важными недостатками глиняных конструкций являются отсутствие достаточного количества строительной древесины или рисунков годичных колец, которые не соответствуют ни одной опорной кривой [6,7]. Были зарегистрированы молекулярные изменения органических материалов с сопоставимой химической структурой [8,9]. Идея использовать молекулярные изменения для различения разных возрастов также обсуждалась для древесного угля [10], поскольку инструменты датирования древесины, основанные на молекулярном распаде, уже были разработаны [11]. Эти модели послужили поводом для представленного исследования, поскольку молекулярный состав соломы и древесины содержит одни и те же основные компоненты [12].Инфракрасная спектроскопия — подходящий метод для описания молекулярных изменений. Дешевая и быстрая обработка позволяет выполнять огромное количество измерений. Следовательно, даже огромные наборы образцов могут быть оценены с помощью значительного количества повторений, охватывающих неоднородность материала. Это стандартный метод исследования процессов старения органического вещества в окружающей среде [13].

Целью данной работы было доказать, может ли молекулярный распад соломы в глиняных кирпичах и штукатурках, измеренный с помощью (FTIR) инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, использоваться для целей датирования.В качестве предвестника этого доказательства нам пришлось проверить однородность различных частей строу по их спектральным отпечаткам.

2. Результаты

2.1. Спектральная картина различных частей соломы

Сначала представлены результаты подготовительного исследования. Спектры FTIR различных частей растений показали систематические различия в разных спектральных областях () (более подробную информацию см. В дополнительных материалах). Лузга, веретено и лопасти имеют значительно более острые максимумы полос в области валентных колебаний СН между 3000 и 2800 см ^-1 , происходящие в основном из метильных и метиленовых групп [14].Узлы и, в меньшей степени, стебли имеют сравнительно резкую полосу в области отпечатка пальца в диапазоне от 1580 до 1600 см ^-1 . Это можно отнести к асимметричным колебаниям при растяжении карбоксилатов [15,16]. Еще более вероятно, что это могло произойти из-за большего количества лигнина в узлах [17]. Полоса также может быть отнесена к колебаниям ароматического скелетного кольца, преимущественно сирингиловых спиртов [14], типичного основного мономера лигнина в лигнине трав [18].

Инфракрасные спектры различных частей растений соломы пшеницы (8 репл.каждый). Спектры смещены по вертикальной оси; последовательность легенды соответствует смещенной последовательности спектров. Показаны широкие полосы функциональных групп ОН и СН, а также область отпечатка пальца.

Для оценки еще меньших различий был проведен анализ главных компонент (PCA); результаты представлены в. а дисплеи в оценках отображают различные части растения, расположенные в соответствии с их химическими отпечатками пальцев. В основном компоненте (ПК) 1 лопасти смещены вправо.ПК 2 разделяет узлы на нижнюю часть и шелуху, ушные веретена и ости на верхнюю часть. b представляет графики нагрузок, которые объясняют закономерность, видимую на графике оценок. В PC 1 преобладают полосы метила и метилена (2918 и 2848 см ^-1 ), как уже видно на рис. Кроме того, виден максимум при 1049 см ^-1 , который может быть отнесен к валентным колебаниям C-O в основном из C3-O3H [19], особенно в целлюлозе. В ПК 2 преобладает минимум 1578 см ^-1 , относящийся к ароматическому кольцу лигнина [14].Было обнаружено, что вариабельность внутри разных частей растения меньше, чем между ними.

Анализ главных компонентов (PCA) различных частей растений соломы пшеницы n = 51; График оценок ( a ) и график нагрузок ( b ) первых двух ПК, максимумы и минимумы, обсуждаемые в тексте, отмечены ошибкой и указаны положения.

По мере того, как различия в спектральной картине стали очевидными, разные части растений были разделены в исторических образцах.

2.2. Минеральная матрица исторических образцов

Описание условий консервации основано на исследовании минеральных соединений гипсового и сырцового материала (). Минеральный состав представляет собой ожидаемый материал в регионе Богемии и Венского бассейна, включая Моравию и Нижнюю Австрию [20]. Во всех образцах кварц можно найти в больших количествах или даже в преобладающем количестве. Кроме того, слюда и полевой шпат встречаются в малых или больших количествах. Венский бассейн содержит значительные количества кальцита и доломита, отраженные во всех соответствующих образцах.Глинистые минералы обнаружены во всех образцах, но только в образцах из Моравии и Нижней Австрии в малых и больших количествах. Набухающие глинистые минералы встречаются только в образцах из Лысовиц и Кучерова.

Таблица 1

Результаты (XRD) рентгеновской дифрактометрии, кварц, кальций: кальцит, доло: доломит, fsp: полевой шпат, sm-v: набухающие глинистые минералы: смектит и вермикулит, каол: каолинит, хлорид: хлорит, амфибол, гипсы: гипс; *** доминант, ** большое количество, * небольшое количество, следы.

2.3. Молекулярные изменения во времени

Из-за ограниченного количества объектов спектры всех частей растений были объединены в набор данных для подготовительной модели, чтобы предсказать возраст образца по его спектральной структуре. Результаты регрессии методом частичных наименьших квадратов (PLS) находятся в. Модель устанавливает коэффициент детерминации для проверки 62,2%. Среднеквадратичная ошибка составляет 93 года. Это значение относится к одному образцу.Для практических целей объектом также могут быть образцы с репликами. Эти реплики сузят интервал прогнозирования оценки возраста объекта. b отображает оценки первых двух факторов. Становится очевидным, что разные части растения ведут себя немного по-разному. Эта изменчивость является частью общей изменчивости модели. График нагрузок в c показывает, какие спектральные области наиболее релевантны для прогнозирования модели. Они указывают, какие молекулярные группы доминируют в эффектах старения, которые используются в нашей модели.Доминирующие максимумы находятся на 1730 см ⁻¹ и 1230 см ⁻¹ . Эти две полосы уже были признаны наиболее важными в тафономии дерева и коры в доисторической соляной шахте в Гальштате, Верхняя Австрия. Они были отнесены к ацетильным группам гемицеллюлоз [8,9]. Ацетильные группы можно рассматривать как одну из самых слабых частей молекул. Для древесины разрушение этой молекулярной группы во время старения наблюдалось несколько раз [8,11,13,21,22]. Метиленовые группы (максимумы полос 2920 и 2850 см ^-1 ) играют лишь второстепенную роль в молекулярных изменениях во времени.На эту группу обычно влияет биологическая деградация органических веществ [23].

Результаты регрессии методом частичных наименьших квадратов (PLS) n = 53. ( a ) Даны прогнозируемый и контрольный возраст, идеальное соответствие и доверительные интервалы α = 0,05, ( b ) график оценок первого график нагрузок двух факторов PLS-модели ( c ) для коэффициента регрессии модели.

3. Обсуждение

Результаты указывают на несколько важных задач, которые необходимо принять во внимание при планировании надежной и широко применимой модели прогнозирования возраста на основе молекулярного распада.Изучение различных частей соломы продемонстрировало значительные различия в химическом составе этих материалов. Эти результаты совпадают с литературными данными, доказывающими разные соотношения основных соединений лигноцеллюлозного комплекса в разных частях растения [17]. Следует предположить, что в ходе продолжающихся работ разные части завода будут выделены в отдельные модели.

Помимо нескольких других потенциальных недостатков, необходимо подчеркнуть, что датировка нескольких объектов, включенных в набор данных, довольно неопределенна.Глядя на a, можно увидеть, что данные объекта Kučerov, Moravia – 1875 довольно сильно отличаются от того, что мы ожидали бы от них в соответствии со спектральными характеристиками (отмечены на графике эллипсом). Их снятие и пересчет модели дает RMSE 85 лет и r ² 67%. Даже если бы не было доказательств, не было бы смысла вынимать объект из набора данных (мы должны помнить, что небольшое количество выборок увеличивает вероятность неверных дат в нашей Y-матрице).Возможными причинами могут быть неправильное описание истории строительства или просто переработка материала из более старого объекта. Покрытие всего диапазона изменчивости может быть достигнуто только за счет значительного увеличения количества объектов. Таким образом, риск получения сомнительных результатов датирования распространяется на более широкий диапазон. Мы предлагаем включить как минимум 100 объектов в модель, которая может быть применена на практике.

Другой фактор влияния, который следует принимать во внимание, — это неорганическое вещество конструкций.Известно, что глинистые минералы хорошо сохраняют органический материал. Помимо глиняных штукатурок, солому можно ожидать и в известковых штукатурках. Высокий pH выше 13 может привести к различным молекулярным изменениям, что приведет к созданию отдельных моделей. Текущая неоднородность минеральных соединений, видимая в результатах минеральных анализов, довольно низкая, но на данном этапе нельзя в обязательном порядке исключить влияние. Для исследования зависимости эффектов старения необходимо гораздо больше образцов с различным минеральным составом окружающей глины.Мы ожидаем, что эти эффекты играют второстепенную роль и, следовательно, будут потеряны в общей ошибке прогноза. Особенно сильное влияние на микробную активность оказывают глинистые минералы [24,25]. Это важный фактор, чтобы солома пережила глиняную архитектуру. Мы предполагаем, что глиняные конструкции содержат чрезмерное количество глины, чтобы сильно снизить активность микробов. Аналитическое доказательство будет важной задачей на будущее.

Делаем вывод, что представленная модель является многообещающим первым результатом.Это демонстрирует высокий потенциал молекулярного распада соломенных добавок для целей датирования.

4. Материалы и методы

4.1. Материалы

Для подготовительного исследования была взята свежая пшеничная солома и были отделены различные части надземной биомассы: стебель, лопатка, шелуха, узлы, веретено колосов и ость. Были измерены восемь повторов каждой части растения.

Образцы исторических зданий были отобраны в Чешской Республике (справочные материалы и недавние постройки происходят из Австрии ().Образцы кирпича и гипса происходили из разных предметов. Объект относится к определенной фазе строительства здания. В двух зданиях были выбраны две фазы строительства (Кучеров и одно здание в Чисте), а во Врачовицах — три. Образцы из Нидерсульца в Нижней Австрии использовались в качестве справочного материала и были взяты из стен, построенных в ходе студенческой университетской программы из глиняных кирпичей. Кроме того, образцы из Лысовице и Кучерова были взяты из сырцового кирпича, тогда как все другие образцы были взяты из глиняной штукатурки.Образец «Врачовице, 1926» был татами. Датирование богемских объектов выполнено с помощью дендрохронологии и уже опубликовано [26,27]. Хронологическое описание моравских объектов основано на исторических данных. Это касается объектов с максимальным возрастом около 200 лет. Недавняя справочная пшеничная солома была взята из конюшни. Ссылка Reed также была включена в набор данных.

Таблица 2

Примерное описание для модели прогноза, приведены расположение зданий и годы строительства, NO = узлы, EA = веретено, CU = стебель.

4.2. Методы

4.2.1. Подготовка образца

Для подготовительного исследования различные части пшеничной соломы были отделены, промыты водой в ультразвуковой ванне, высушены при 105 ° C и измельчены в ультрацентробежной мельнице до размера частиц менее 20 мкм. По результатам этого подготовительного исследования стебли, узлы и ушные веретена были разделены, поскольку они были обнаружены в большинстве образцов (лезвия, шелуха и ости либо не были обнаружены, либо были обнаружены в незначительном количестве в большинстве образцов).Вместо ультрацентробежной мельницы (которая достигает более высоких температур) была использована более мягкая вибрационная дисковая мельница. Время измельчения было установлено в соответствии с количеством образца в диапазоне от 120 с для около 600 мг до 30 с для около 50 мг.

Около 5 г неорганических соединений кирпичей и штукатурки были размолоты вручную с помощью ступки и пестика.

4.2.2. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) и статистическая оценка Спектры FTIR

были записаны в режиме ослабленного полного отражения (ATR) в средней инфракрасной области (4000–400 см, ⁻¹ ) с оптическим кристаллом Bruker ^® . Микропробоотборник Helios FTIR (Tensor 27).Это устройство позволяет проводить точечные измерения с пространственным разрешением 250 микрометров. Было записано 32 скана при спектральном разрешении 4 см ^-1 . Спектры были нормализованы по вектору с использованием программного обеспечения OPUS ^© (версия 7.2). Для подготовительного исследования было взято восемь повторов на каждую часть растения, а для основного набора образцов было усреднено пять повторов на образец. Анализ главных компонентов (PCA) и регрессия методом частичных наименьших квадратов (PLS) были выполнены с использованием The Unscrambler X 10.1 (© Камо). Модель регрессии была выполнена с пятью факторами. Эти факторы включают информацию о спектральном диапазоне, но с разными нагрузками. Следовательно, разные факторы могут давать разную химическую информацию. Все факторы объединены в окончательной модели. Алгоритм PLS на основе данных решает, сколько факторов следует включить. Спектральный диапазон сосредоточен на областях с преобладающими полосами органического вещества соломы, включая 3700–2440 см ^–1 и 1820–890 см ^–1 .Следовательно, любое влияние оставшихся неорганических соединений ограничено. Модель прошла 10-кратную перекрестную проверку.

4.2.3. Рентгеновская дифрактометрия

Оценка минеральных соединений проводилась с помощью рентгеновской дифрактометрии (XRD). Использовали дифрактометр Panalytical ^® X’Pert Pro MPD с автоматической расходящейся щелью, трубку Cu LFF (45 кВ, 40 мА) с детектором X’Celerator. Время измерения составляло 25 с с шагом 0,017 °. Дифрактограммы записывали от 5 ° до 70 ° (2θ).Полуколичественный минеральный состав валовых проб был оценен с использованием уточнения Ритвельда с помощью программного обеспечения Panalytical © X’Pert HighScore Plus.

Благодарности

Мы благодарим всех владельцев зданий за разрешение на взятие проб, особенно музей в Нидерсульце и Иржи Сырови за помощь в отборе проб. Кроме того, мы благодарим Эну Смидт и Барбару Хинтерстойссер за ценные обсуждения. Это исследование не получало какого-либо специального гранта от финансирующих агентств в государственном, коммерческом или некоммерческом секторах.

Вклад авторов

J.T .: концептуализация, методология, проверка, написание и руководство K.R., администрация. К.Р .: формальный анализ, расследование, обработка данных и написание. F.O. и K.W .: расследование, письмо. З.С.-А. и I.Ž .: администрирование, расследование и обзор. R.M. и H.F. расследование, обзор. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Финансирование открытого доступа предоставлено Венским издательским фондом открытого доступа BOKU.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сноски

Наличие образца: Авторы не могут предоставить образцы соединений.

Ссылки

Строительство дома из легкой соломенной глины

Я признаю это. Это я привнес в наш брак безумный план строительства дома. Но он меня подбодрил! Если бы он этого не сделал, я бы где-то сдалась. Но я этого не сделал, и мы построили дом из легкой соломенной глины.Как, черт возьми, это произошло?

Стена из светлой соломенной глины с известковой штукатуркой. Восстановленный деревянный потолок, светодиодный светильник, сделанный из банки с арахисовым маслом и переработанного дерева, отремонтированная французская дверь и шри-ланкийский воин.

Сколько себя помню, я был сосредоточен на еде и убежище. Я думаю, что все эти рыбалки под дождем (а иногда и под снегом) сформировали мое детство. Мы жили на Аляске, и у моих родителей было то, что там известно как «рыбная лихорадка», психическое расстройство, из-за которого каждый в пять часов утра каждую субботу летом стоит на мокром берегу реки, пытаясь поймать лосося, пока его малыш бросает качается на них.Это был замечательный способ вырасти! Но не всегда очень удобно. Конечно, я был одержим многими преимуществами крыш перед дырявым синим брезентом.

Когда я был молодым человеком в Палмере, Аляска, на одной из четырех моих работ был помощник моему бывшему парню, разнорабочему. Он показал мне, как отремонтировать коммерческую кухню, сбоку от сарая и построить сауну, которая очень похожа на небольшой дом. Это было увлекательно, но также и тревожно. Высокотехнологичные материалы должны были быть доставлены за тысячи миль, и иногда они стоили так дорого, что мы не могли получить много за наш труд, если заказчик мог позволить себе проект.Это казалось неправильным.

Затем в Cob Cottage Company в Орегоне я обучался глыбе, древней технике использования глины, песка и соломы, камня или переработанного бетона в качестве фундамента. Мы построили очаровательные дома округлой формы, которые казались просто сказками. Теперь , этот был больше похож на него: материалы, которые были бесплатными или почти бесплатными, доступны практически повсюду, нетоксичны, уютны и красивы. Все, что нужно, — это руки, чтобы собрать их вместе, и много-много часов, чтобы сделать это.

Практическое обучение необходимо для приобретения навыков строительства, но книги тоже полезны, особенно на этапе планирования. Если вас интересуют глинобитные или компактные планы этажей, одна замечательная книга — Дом Янто Эвана, созданный вручную.

Если вас больше интересуют кордная древесина, тюк соломы или подробные обсуждения того, что на самом деле похоже на строительство и как эти материалы влияют на планету, Building Green необычайно всеобъемлющий с множеством хороших изображений. И если вам нужен подробный дискурс о том, как элементы в здании сочетаются друг с другом и взаимодействуют с более широким обществом, я считаю, что «Язык шаблонов» будет увлекательным чтением.Осторожно, он очень плотный.

Когда я встретила своего мужа, изверга данных (DF), мы начали копить деньги на кругосветное путешествие, но вместо этого у нас родился ребенок, а затем еще один. Я подозреваю, что единственные люди, которым нравится путешествовать с маленькими детьми, — это люди, чьи маленькие дети иногда спят какое-то время. Наши не сделали, поэтому все были очень уставшими и капризными за лет , и казалось благоразумным болеть. DF посчитал, что обычные варианты, такие как ипотека и забор из штакетника, были… неадекватными.Если бы «неадекватный» было ругательством. Ему они действительно не нравились, поэтому он поддержал меня в моем безумии.

Почему двое очень усталых людей решили построить дом? У нас были веские причины. Мы хотели погасить наш долг менее чем за 30 лет, а не за десять лет. Нам нужна была конструкция, которая сохраняла бы пригодность для жизни в случае отключения электричества, а мне хотелось убирать гораздо меньше дома. Мы знали, что, хотя ремонт гораздо менее вреден для окружающей среды, чем строительство нового , ремонт очень сложен и всегда дороже, чем предполагалось.Как бы то ни было, на нашей любимой земле не было сооружения, которое можно было бы спасти. Если бы мы хотели жить здесь , нам пришлось бы построить , а поскольку строительство оказывает огромное влияние на планету, нам нужно было строить небольшие постройки и тщательно продумывать материалы.

Мы начали работу в тот день, когда нашей самой маленькой не спящей женщине исполнился один год, и мы переехали, когда ей было чуть меньше двух с половиной лет. Это утомляло, волновало, вызывало головную боль. Это был лучший и, безусловно, самый большой проект в моей жизни, и я никогда, никогда не буду делать это снова.

Вот весь процесс изготовления соломенной глины на одном изображении. Друзья, помогающие в течение дня, свежеприготовленная смесь на брезенте, формы, упаковываемые с лестницы, заполненные стены с формами, удаленными под ними, и дети, радостно мутные (извините, я имею в виду «помощь») на заднем плане.

Я не могу выразить тот объем решений, которые необходимо принять, когда вы строите дом самостоятельно. Не только то, где находится спальня, но и из чего сделана спальня и как вы будете соединять эти материалы.Как вы пройдете мимо мрачных душ в строительном отделе и как вы исправите свои ошибки, когда что-то напортачите? Потому что вы облажаетесь с . Этого не избежать.

Самое главное — решить, как вы будете объяснять, что вы пытаетесь сделать, своему бедному помощнику, который держит другой конец 2х12 и выглядит еще более озадаченным. Английский язык — совершенно неадекватное средство общения между людьми с хорошим визуальным восприятием и людьми с низким уровнем визуализации о строительстве.Просто не хватает подходящих прилагательных. Я не хочу отговаривать будущих владельцев-строителей, но прежде чем начинать, вы должны знать, что общение может оказаться самым сложным.

Одно из миллионов решений, которые мы приняли, заключалось в том, чтобы отказаться от обычных материалов для стен. Стены работают как система, в которой один выбор диктует другой. Металлический сайдинг отлично сочетается с изоляцией из стекловолокна, но из-за конденсации натуральные волокна, такие как хлопок, гниют. Глыба долговечна под влагоотводящей известковой штукатуркой, но эффектно разрушается под портландской штукатуркой с низкой водопроницаемостью.Вам нужно выбрать материалы, которые хорошо сочетаются друг с другом и изолируют врагов друг от друга. Мне понравилось работать с початком, но для нашего проекта это было слишком медленно. До того, как мы закончим, дети будут подростками.

Плюс ко всему, строительный отдел был очень терпимым и услужливым, но они не собирались принимать от меня столько хиппи-дерьма. Нет, , путь — я получил разрешение на использование строительного грунта, не говоря уже о том, что в Йемене есть столетние шестиэтажные здания, сделанные из него. Строительный департамент не обращает внимания на Йемен.Поскольку они в любом случае требовали деревянного каркаса, мы решили, что можем заполнить пространство чем-то более легким, чем мокрая грязь. Я видел изящную демонстрацию старой немецкой техники под названием светлая соломенная глина. Мы выбрали его и покрыли снаружи и изнутри известковой штукатуркой.

Сначала мы закрепили каркас поверх бетонной стены ствола на бетонном нижнем колонтитуле (подробнее о бетоне в другом посте). Это было необычное обрамление, потому что стена должна была иметь толщину 12 дюймов, чтобы соответствовать требованиям строительных норм и правил к R-значению (мера изоляционной способности материала).Подоконники (доска внизу каркасной стены) имеют размер 2х12, а вертикали представляют собой двойной набор 2х4. Верхние плиты (доска наверху каркасной стены) имеют размер 2х4. Это более материалоемкие и, следовательно, более дорогие и более эффективные внешние стены, чем обычно строятся. Когда-нибудь я сделаю углеродный след дома и докажу, стоило ли оно того.

Чтобы соответствовать требованиям пожарной безопасности, мне пришлось положить полоску фанеры толщиной ¾ дюйма поверх верхних пластин. При использовании легкой соломенной глины это глупый поступок.Противопожарная защита необходима в каркасных стенах, потому что большая часть изоляции состоит из воздуха, поэтому пространство между сайдингом и гипсокартоном будет действовать как дымоход, отводящий огонь вверх. В легкой соломенной глине есть изолирующий воздух, но это очень жесткая и прочная структура с несмежными отверстиями и множеством негорючего камня (также известного как глина). Я бы не смог проткнуть кулаком 3-дюймовую стену из легкой соломенной глины, если бы захотел. Он просто не похож на дымоход. Но это не последний раз, когда я пожал плечами и сделал так, как просили строительный отдел, даже когда это было пустой тратой времени и материалов.

Когда был установлен каркас, я купил 30 тюков местной соломы стоимостью 150 долларов. Не сено! Действительно! Мы ученые, поэтому у нас всего было , чтобы проверить его, а сено действительно нагревается и компостируется на , прежде чем оно успеет высохнуть. Когда мы вырыли холм, чтобы опустить фундамент на четыре фута ниже изолирующей земли, мы накопили красивую кучу довольно чистой красной глины. Мы перелопатили эту глину в ведра и смочили ее водой, чтобы получилась суспензия, смешивая ее лопаткой на дрели.Затем мы разбили каждый тюк пополам на синий брезент, добавили ровно столько глиняной суспензии и перемешали все вокруг, пока каждый отдельный кусок соломы не был покрыт.

Сверху вы видите упакованную фанерную форму, готовую к снятию. Вы должны воткнуть туда соломинку с помощью лома 2 × 4 или другого приспособления. Внизу смесь, готовая к упаковке. Рецепт суспензии составлял от 1/3 до 1/2 ведра глины (просеивать не нужно, маленькие камни хороши, пожалуйста, никаких мертвых животных). Его следует залить водой примерно до 3/4 линии и тщательно перемешать.

Сколько достаточно жидкого навоза и достаточно замеса? Нам потребовалось немного времени, чтобы понять это. Слишком мало навозной жижи, и солома не слипнется и не склеится. Он хочет разорваться, как тюк, когда нить перерезана. Слишком много, и вы получите мокрый беспорядок, который сохнет еще дольше, и пустая трата времени на приготовление большего количества глины. Д.Ф. — лаборант и очень хотел протокол. В итоге он получил одну, но качественную. Влажная мутная соломенная смесь идеально подходит, когда она выглядит как нарезанный шашлык из Каролины.

После смешивания пришло время упаковать этот «барбекю» в стены. Мы использовали временные фанерные формы, прикрученные к каркасу. Не волнуйтесь, я бы никогда не стал резать новую фанеру для изготовления форм. Это были остатки обшивки крыши, которые после смывания грязи стали другими полезными вещами в их следующей жизни. Формы необходимы, потому что соломенная глина на самом деле совсем не похожа на глину. У нее есть свои планы. Он сопротивляется. Его нужно растолочь и запихнуть на место, он не терпит лепки.Но как только он там, то там .

Фанеру следует немедленно снять, чтобы смесь начала сохнуть. Даже в жаркую солнечную погоду для высыхания 12-дюймовой стены требуется недель . Семена в пшеничной соломе прорастают, а молодые корни вонзаются в стену, ища влаги, по мере высыхания внешних поверхностей. Корни еще больше связывают стену, а листья выкачивают воду во время фотосинтеза. Когда трава отмирает, стена остается сухой посередине.

Соломенная глина — отличная основа для натуральных штукатурок, потому что она довольно жесткая, но в ней много дырок, чтобы штукатурка могла «замкнуться» или сдавиться и удерживаться, когда она затвердеет.Мы использовали семь 50-фунтовых мешков с гидравлической извести вместе с различным количеством оставшегося каменного песка, утилизированного волейбольного песка, красной глины для цвета и обрабатываемости и воды. Нанесение затирки на штукатурку почти похоже на глазирование самого большого и вертикального пирога в мире. Забавно, как естественное строительство поддается метафорам еды.

Слева самый маленький не спящий смачивает стену, чтобы штукатурка не высыхала слишком быстро и не трескалась. Справа тот, кто больше не спит, помогает папе накладывать мокрую штукатурку.Я не хочу, чтобы у вас сложилось неправильное впечатление о том, что вы строите вместе с детьми. Это были, наверное, самые приятные 10 минут за 17 месяцев строительства. Чаще всего они плачут, кидаются в вас вещами и обливают друг друга мутной водой. С другой стороны, они бы делали то же самое, если бы не были на строительной площадке.

Это был момент в постройке, когда мне очень хотелось, чтобы мы сделали дом меньше, чем его 725 квадратных футов, потому что мне было , так что устал от штукатурки долго до того, как мы закончили.Это было также место, где возник один из самых больших наших супружеских конфликтов за всю историю. Мы с Д.Ф. согласны почти во всех мелочах, касающихся политики, финансов и того, что смотреть по телевизору. У нас практически одна и та же психика во всех отношениях, но не существует гипсовой смеси, которая делает нас обоих счастливыми. Ему просто нравится, когда он слишком мокрый. Вздох.

Мы использовали несколько разных рецептов, и некоторые из них были лучше других. Как правило, чем больше извести, тем тверже штукатурка, вплоть до того, что швы извести между песчинками становятся слишком большими и трескаются.Наши стены, у которых есть два хороших толстых слоя кирпичного песка и извести 2: 1, со временем работают лучше, но это довольно дорогое сочетание. В целом мы потратили 700 долларов на гипсовые материалы, и я бы хотел потратить еще 500 долларов на содержание извести. Это связано с основным недостатком штукатурки: она столь же разнообразна, как и человек, который ее изготавливает и накладывает.

В некоторых местах наша штукатурка похожа на гипсокартон, но с твердой основой, а в других она смешана слишком мягко или нанесена слишком тонко, и моя дочь оставила в ней вмятины своим черепом или своей полицейской машиной с дистанционным управлением.Я должен был обработать все возможные смеси в первый день, нанести на них два хороших толстых слоя, дать им полностью высохнуть, а затем нанести их как можно сильнее. Это дало бы правильные данные для получения идеального микса повсюду, вместо того, чтобы возиться на ходу, чесать голову и лажать. Но я слишком торопился, слишком торопился. Это было не в последний раз.

Вот и я, наношу второй слой слишком тонким. Угол над моей головой — это тот же угол, что и на первой картинке в этом посте, до краски, приспособлений и украшений.

Хорошая новость в том, что известковую штукатурку очень легко заделать. Вы просто кладете немного туда, где это необходимо, всякий раз, когда у вас есть партия. Нет необходимости в шлифовке или растушевке, потому что, как только вы нанесете на нее слой краски, она станет невидимой в бесконечно меняющейся текстуре стены. Мне нравятся эти текстуры. Никто другой не заметит разницы, но я могу видеть, где именно мой мастерок, а где DF нанесла глазурь, как если бы я знал каждую веснушку на лице любимого ребенка.

Негативы — типичные с естественной застройкой.Он был слишком долгим (но далеко не таким длинным, как мог бы быть початок). Это было неаккуратно, а результаты более разнообразны, чем при использовании искусственных материалов. Вероятно, самым большим недостатком является то, что, хотя соломенная пыль безвредна для большинства людей, у небольшого числа людей возникает аллергическая реакция, называемая легкими фермера. DF оказывается одним из таких людей, и это основная причина, по которой мы не будем делать соломинку в следующем проекте.

Но с другой стороны, известковая штукатурка и соломенная глина могут намокнуть без каких-либо проблем, как это произошло, когда я случайно вставил винт в трубу из PEX, питающую душ, или когда я испортил установку ванны и не смог обойтись на починку за пару месяцев.Солома и штукатурка не разрушаются, как гипсокартон, даже если они намокают, если они не остаются влажными достаточно долго, чтобы образовалась плесень. Штукатурка и глина отводят влагу из соломы, ускоряя высыхание. Хотя на поверхности могут быть небольшие пятна, их легко исправить с помощью краски.

Я очень доволен тем, как выглядят стены из соломенной глины и штукатурки. Внутренние стены, кажется, обладают хорошими звукоизоляционными свойствами по сравнению с гипсокартоном, что важно в маленьком доме с маленькими людьми.Они изолируют так же хорошо, как и предполагалось. Они выглядят красиво там, где им не проломили черепа, и в основном они были местного производства и недороги. Наружная штукатурка не пропускает влагу, чего и хочется от дома.

Вы взяли на себя задачу построить самостоятельно? Какие неудачи или успехи у вас были? Делитесь в комментариях.

Building with Light Straw Clay

Light Straw Clay Construction (New Society Publishers, 2017) Lydia Doleman — важное практическое руководство для тех, кто хочет начать проекты из светлой соломенной глины.От основ LSC до планов проектов с использованием LSC, Doleman дает читателям все необходимое, чтобы начать свои собственные успешные проекты. В следующем отрывке она описывает подходящие способы использования легкой соломенной глины в ваших проектах.

Среди множества естественных стеновых систем есть множество причин, по которым стоит выбрать стеновую систему из светлой соломы из глины. Соломенная глина хорошо сочетается с каркасными стеновыми системами, потому что это ненесущий материал. Легкая соломенная глина может быть заполнена почти любой системой каркаса стен, будь то деревянный каркас, каркас столбов, обычный деревянный каркас или каркас, специально разработанный для заполнения соломенной глиной.

LSC также является отличной изоляцией для модернизации, поскольку уже существующие стены могут быть покрыты мехом любой толщины. Отделка стены мехом включает в себя добавление материала стойки на желаемую глубину стены. Это можно сделать как внутри здания, так и снаружи. Использование ступенчатых стоек или ферм Ларсена также улучшает характеристики изоляции, поскольку позволяет создать непрерывную тепловую оболочку, практически устраняя тепловые мосты, которые возникают в здании с традиционным каркасом (где сплошные стойки создают разрывы между изолированными полостями стоек).

Внутренние стены можно заполнить соломенной глиной в зданиях, у которых есть системы наружных стен из других материалов. Внутренние стены могут извлечь выгоду из звукоизоляции и тепловой массы, которые обеспечивает соломенная глина, и они обеспечивают бесшовный вид, потому что они выдерживают штукатурку, а также другие натуральные системы стен. Если сделать хорошую и последовательную опалубку и уделять внимание деталям, стены могут быть очень плоскими, что позволяет покрыть их очень гладкой штукатуркой, что приведет к меньшему «запылению» на протяжении всего срока службы стены.

LSC с обычными системами обрамления упрощает поиск подрядчиков, которые могут дать точную оценку проекта.

Стеновые системы или стены с большим количеством отверстий, такие как южная сторона пассивного солнечного здания в Северном полушарии, хорошо совместимы с соломенной глиной, тогда как глинобитный, саманный и соломенный тюк трудно обрабатывать вокруг окон, дверей и т. Д. и другие открытия. Довольно распространенной практикой является проектирование здания, в котором используется высокая R-ценность соломенных тюков для северных, западных и восточных стен здания, но используется LSC в южной стене, на которую приходится большая часть остекления ( окна).

Одно из преимуществ легкой соломенной глины по сравнению с глинобитным, саманом и другими натуральными стеновыми системами состоит в том, что она очень мало проседает и проседает во время укладки, что позволяет заполнить всю полость стены за один рабочий сеанс. До тех пор, пока утрамбовывается равномерно и между установками в одной и той же стене / полости стойки не бывает длительных периодов высыхания, усадка также очень мала.

Многие проекты, особенно в городских районах, приходится выполнять в ограниченном пространстве.Когда площадь для работы ограничена, тюки соломы или початка шириной от 18 до 24 дюймов могут исключить эти системы стен, потому что они съедают полезное пространство. В городских районах и на участках с ограниченным пространством соломенная глина может быть отличным выбором для создания более тонких стеновых систем, которые по-прежнему обладают высокой теплоизоляцией. LSC можно использовать для заполнения стен любой ширины, которые могут высохнуть в течение большинства сезонов строительства. Большинство стен LSC не превышают толщину 12 дюймов.

Соломенная глина очень огнестойкая.Испытания, проведенные Джошуа Тортоном и Джоном Штраубе, показали, что на основе стандартов ASTM E 111 и E 84 LSC, скорее всего, будет соответствовать условиям, необходимым для четырехчасового периода огнестойкости. Они также сообщили, что LSC — это «очень пластичный материал, способный поглощать изрядное количество энергии в случае сейсмической активности». (Торнтон, Первоначальная характеристика материала соломы легкой глины, Канадская ипотечная и жилищная корпорация, 2005 г.)

Поскольку каждый кусок соломы был покрыт глиной и утрамбован в стене, практически ничего не может сгореть.Несмотря на то, что стенки воздухопроницаемы для пара, непрерывная оболочка стенки не должна иметь открытых каналов для присутствия достаточного количества кислорода, что также помогает LSC противостоять возгоранию. Как и многие плотные материалы, он может только тлеть.

По словам архитектора Франца Фольхарда, одного из европейских лидеров в области методов земляного строительства, его собственные огневые испытания LSC показали:

Светлая земля пассивно реагирует на воздействие пламени, т.е.не способствует распространению огня.

• Образование «изолирующего» обугленного слоя защищает поверхность материала основания от прямого воздействия пламени, которое увеличивается с увеличением продолжительности пламени.

• Не выделялось ни дыма, ни дыма, ни заметных дымовых газов.

• С образцов не попали частицы, которые могли способствовать распространению огня.

• По сравнению с панелями на магнезитовой связке из древесной шерсти, огнестойкость была лучше с меньшим обугливанием и отсутствием образования дыма.

Эти результаты позволяют предположить, что соломенная легкая земля может быть отнесена к категории B1 «Трудно воспламеняющаяся».

Учитывая, что необходимая опалубка для LSC обычно очень плоская и жесткая и устойчива к изгибу под давлением (фанера с усилением «strongback»), можно легко превратить плоские стены в очень прямолинейные конструкции, будь то бунгало в ремесленном стиле или здания в стиле модерн. Из легкой соломенной глины также можно делать кирпичи. После высыхания их можно поместить непосредственно в полости стен, сложить штабелями для изоляции толстых стен в более влажном климате (где в строительный сезон не будет достаточно времени для высыхания заполнителя LSC) или вырезать и вписать в нестандартные пространства, где требуется изоляция.Криволинейные стены и оконные проемы также можно сделать из светлой соломенной глины, хотя они требуют более детальной планировки и криволинейной опалубки.

Из-за того, что светлая соломенная глина имеет неструктурный характер, перед установкой утеплителя стен необходимо возвести надстройку. Поэтому в большинстве ситуаций вам понадобится сухое рабочее место. Существуют различные методы заполнения, некоторые из которых оставляют каркас крыши до тех пор, пока не будут заделаны стены. Во влажном климате поднятие конструкции крыши дает больше времени для установки LSC и является дополнительной страховкой на случай, если во время ожидаемой засухи случится шторм. сезон.Однако наличие здания без крыши обеспечивает значительно больший поток воздуха для облегчения сушки.

Светлая соломенная глина может использоваться также для потолков и полов. LSC можно использовать между балками перекрытий, если используется несъемная опалубка, или путем реализации так называемых «легких земляных катушек» (Volhard) или «стиля чоризо» (они выглядят как булочки для колбасы), когда соломенная глина оборачивается вокруг палку или бамбуковый стержень и подвешивают между балками пола. Должен быть обеспечен адекватный поток воздуха, так как это требует гораздо более тяжелого глиняного полотна, чтобы намотать солому и глину на палку, которая будет прилипать при подвешивании над головой.Помимо всех остальных преимуществ ЛСК преимущество этого метода в том, что он очень хорошо переносит штукатурку; плюс, это может быть очень артистично.

Если вы живете в районе, где идут ветровые дожди, вы можете подумать о защите от дождя для защиты ваших готовых стен. Ветровой дождь не исключает возможности строительства с LSC, но лучше всего спланировать на худой случай. Это также верно для участков с высоким снегом. Снег рядом с земляной штукатуркой или известковой стеной вызовет проблемы.Дождевик (даже для полустены) может быть разумным выбором для смягчения климатических проблем.

Прочие важные соображения

Если вы планируете построить полноразмерную резиденцию или что-то более 800 квадратных футов, подумайте сначала о строительстве небольшого сарая или хозяйственной постройки. Гораздо эффективнее устранять недостатки в маленьком здании, чем в большом. В здании LSC так много мелких деталей. Все будет намного проще, если вы знакомы с его особенностями, поэтому лучше начать с небольшого проекта, чем сразу переходить к большому.Вы даже можете обнаружить, что не хотите использовать LSC на более крупной конструкции или что вы можете использовать его только в определенных частях вашего здания. Начинать с малого тоже будет намного проще; Вы не почувствуете того же дефицита времени из-за бесчисленных ежедневных решений, которые вам нужно принимать в рамках строительного проекта, если вы однажды уже принимали их в более мелком проекте. Кроме того, у вас будет дополнительный бонус в виде меньшей структуры в качестве места для размещения всех ваших инструментов (или себя!), Пока вы работаете над большей.

(Из-за ограничений кода и стоимости разрешений многие люди предпочитают строить меньшие конструкции под контролем инспекторов. Но будьте осторожны с этим. Маленькие «хозяйственные постройки» часто обозначаются кодом как сараи или нежилые сельскохозяйственные постройки; часто они не обязаны соответствовать нормам, но разные муниципалитеты предъявляют разные требования, поэтому важно тщательно изучить ваши местные строительные нормы и правила.)

Недостатки легких систем из соломенной глины

Труда

Светлая соломенная глина трудоемка.Даже со стаканом (подробнее об этом позже) вам понадобится группа людей, чтобы запихивать соломинку в полости стен и перемещать формы. Чтобы замешать шликер, замешать соломенную глину и укладывать ее в стены, требуется минимум пять человек. Вы можете делать все это в одиночку; но на целый дом у вас уйдет несколько сезонов. Но попробуйте превратить этот недостаток в преимущество. Используйте более веселый подход и превратите свое рабочее место в рабочую вечеринку! Помните, что труд может выполняться практически кем угодно, и он относительно тихий и приятный.

Время высыхания

Практическое правило при использовании соломенной глины состоит в том, что вам потребуется примерно одна неделя на дюйм для высыхания. Для средней стены толщиной 12 дюймов это 12 недель (больше стимулов для быстрого ремонта). В течение этого времени необходимо выполнить множество других частей проекта, но особенно в регионах с коротким сезоном строительства и экстремальными погодными условиями вы должны заранее запланировать необходимое время для высыхания. При более продолжительном времени высыхания плесень может стать проблемой. Иногда появляются белые нечеткие пятна плесени, особенно в областях с низкой циркуляцией воздуха или там, где использовалась смесь LSC с более высокой долей глины, например.г., вершины шпилек и ремонт. (Эта легкая белая плесень безвредна.) Если вы используете разбавитель для воды, такой как бура, в вашем блюде, он может вызвать выцветание, то есть скопление солей, которые кристаллизуются на поверхности по мере высыхания. Они безвредны, и их можно аккуратно соскрести.

Количество влаги, рассеиваемой системой стен из соломенной глины, иногда может перегрузить интерьер и вызвать появление плесени на древесине, особенно если древесина не была полностью сухой или не была обработана / герметизирована.Настоятельно рекомендуется использование вентиляторов и осушителей воздуха. Пропановые обогреватели не рекомендуются; при производстве тепла они производят изрядное количество влаги.

В системах с постоянной опалубкой площадь открытой поверхности для

LSC. В подобных ситуациях, или когда время высыхания короткое и / или высокая влажность, следует проявлять осторожность, чтобы не сделать глиняную смесь слишком тяжелой; вы хотите дать LSC хорошо высохнуть в замкнутой полости стены. Рекомендуется использовать разбавители для воды, чтобы ограничить количество влаги в шликере.И снова использование вентиляторов и осушителей является ключевым фактором для облегчения сушки стеновых систем LSC.

Особые исключения

Есть некоторые ситуации, которые не подходят для соломенной глины. Вам следует рассмотреть другие варианты, если вы:

• жить в районе с чрезмерно коротким строительным сезоном (где влажная погода сменяется морозом)

• нет доступа к материалам для строительства несущей конструкции

• имеют ограниченный доступ к соломе или глине

• нет кадрового резерва

• жить в здании, где уже есть термиты или плесень

• сильная аллергия на солому.

Это некоторые из причин, по которым вы можете захотеть изучить другую систему стен. Обратите внимание, однако, что некоторые новаторские строители внедрили использование соломенных глиняных кирпичей для краткосрочного строительства. Увеличение площади поверхности значительно сокращает время высыхания, а кирпичи становятся легкими, и их можно штабелировать.

В некоторых регионах Северной Америки нет правил использования соломенной глины в качестве изоляционной системы стен. Это может усложнить разрешенный проект, потому что вам придется работать с местным строительным отделом для получения разрешения на строительство таким образом.Кроме того, некоторые банки могут не предоставить ссуду на нетрадиционную стеновую систему; а некоторые страховые компании не будут страховать нетрадиционный проект.

Недвижимость

Самым очевидным свойством LSC является его изолирующая способность. Уровни изоляции оцениваются по их «R-значению», которое является мерой сопротивления материала тепловому потоку. Более высокое значение R означает лучшие тепловые характеристики. Значение R стенок LSC в основном зависит от плотности, до которой они упакованы, и количества используемой глины.Хорошие испытания R-value LSC провели Design Coalition, Дуглас Пилтингсруд, Франц Фольхард и другие.

R-значение стеновой сборки также будет в некоторой степени зависеть от того, какой тип стеновой системы используется. Если строить конструкцию без использования разъемных шпилек или ферм Ларсена, тепловая оболочка не будет сплошной; Изоляционные качества всей стеновой системы ухудшаются, потому что через стойки будет возникать тепловой мостик.

Оптимальная плотность

Учитывая широкий диапазон плотностей, достижимый с помощью LSC, важно достичь правильной плотности, которая соответствует желаемому значению R для стеновой системы.Необходимы полевые эксперименты, чтобы найти соотношение, которое даст желаемую плотность.

Ниже приводится рекомендательный рецепт Дугласа Пилтингсруда (designcoalition.org):

Ниже приводится основная формула для определения плотности стены от 13 фунтов / фут до третьего (pcf) с тепловым сопротивлением R-1,69 на дюйм. Стена толщиной 12 дюймов (30 см) с такой плотностью обеспечит показатель изоляции R-20. При толщине стенки 15 дюймов (38 см) значение R будет 25,4.

Перед тем, как приступить к заполнению стен LSC, важно выяснить, какое количество глины необходимо для достижения желаемой плотности стены.

Создание тестовых блоков для оценки плотности смеси LSC

Постройте как минимум три ящика объемом один кубический фут внутри. Используйте винты, чтобы соединить его хотя бы с одной стороны, чтобы вы могли снять одну сторону коробки, чтобы оценить уплотнение и удалить образец.

Используя ведра на галлон или аналогичный масштабируемый сосуд, и, начиная с приведенной выше формулы проскальзывания для оптимального смешивания 13 фунтов на фут до третьего, сделайте несколько пробных партий. Если вы используете грунт участка с неизвестным процентным содержанием глины вместо глины в мешках, то сделайте несколько партий, используя разное количество грунта и в диапазоне от сильного до очень легкого, затем смешайте каждый промок с 6.7 фунтов соломы и утрамбуйте LSC в формы. Три формы могут дать очень хороший диапазон. Промаркируйте формы, чтобы помнить, в какой смеси какое количество грунта. Удалите одну сторону формы после утрамбовки, чтобы убедиться, что уплотнение подходит. Удалите образец соломенной глины и дайте высохнуть. Ускорьте этот процесс с помощью тепла и движения воздуха (солнце тоже хорошо, но защищает от дождя), чтобы высушить образцы. После высыхания вы можете взвесить образцы, чтобы определить достигнутую плотность.

Затем вы можете оценить как изменчивость плотности смеси в зависимости от количества грунта в каждом образце, так и изменчивость плотности образца в зависимости от уровня утрамбовки.

Оптимальная смесь дает сухой образец плотностью 13 фунтов / фут до третьего, что составляет R-1,69 на дюйм. Если у вас более легкий образец, у вас будет более высокое значение R, но вы можете потерять необходимое связующее из-за того, что в вашем клинке слишком мало грунта или недостаточная утрамбовка. Если у вас более тяжелый образец, тогда у вас будет более низкое значение R, что означает, что количество грунта выше оптимального и / или вы слишком сильно уплотняете смесь. После тестирования и практики можно достичь оптимальной плотности смеси и почувствовать правильный уровень утрамбовки.Другие желаемые плотности и значения R могут быть достигнуты с использованием того же процесса и изменения величины скольжения и уплотнения.

Звукоизоляция

Тестирование акустических качеств стеновой системы LSC еще не проводилось. Однако Франц Фольхард рассчитывает снижение шума, «используя значения других массивных строительных элементов с соответствующей массой на единицу площади». Он добавляет: «Строительные материалы из земли добавляют массу деревянной конструкции каркаса, и можно добиться хорошей звукоизоляции, используя простую однослойную конструкцию.По сравнению с другими массивными материалами для заполнения стен — все грунтовые материалы и, в частности, легкие, более мягкие и эластичные. Звуковые колебания смягчаются и приглушаются. Поэтому земля как тяжелый, но мягкий строительный материал обладает прекрасными звукоизоляционными свойствами ».

Учитывая изменчивость плотности, возможность конструкции с раздельными стойками и разнообразие обшивок, совместимых с легкой соломенной глиной, потенциал звукопоглощения высок.

Больше от: Light Straw Clay Construction

Первоначально опубликовано: май 2018 г.

Оценка пшеничной соломы для теплоизоляции пустотелых кирпичей из обожженной глины в качестве строительного материала потребление в зданиях вызывает озабоченность с различными типами экологических последствий. Пустотелый кирпич из обожженной глины является обычным материалом для возведения стен в строительном секторе многих стран, тогда как пшеничная солома является широко доступным сельскохозяйственным отходом.Целью данного исследования является оценка эффективности пшеничной соломы для изоляции пустотелых кирпичей из обожженной глины в качестве строительного материала для снижения потерь энергии в зданиях. Использование модели здания с четырьмя стенами, построенными из пустотелых кирпичей из обожженной глины, одна без пшеничной соломы (W0), а три других заполнены со степенью уплотнения 55 (W1), 87 (W2) и 119 кг м