Технология кладки кирпича: Технология кладки стен из кирпича

Технология кладки стен из кирпича

Оглавление:

• Разновидности кирпича как строительного материала
• Положительные и отрицательные стороны кирпичной кладки
• Необходимые инструменты
• Виды строительной кладки
• Основные методы кладки кирпича
• Основные требования к раствору для клади кирпича
• Технологический процесс кладки стен

На сегодняшний день кладка стен из кирпича пользуется огромной популярностью. И все из-за того, что именно кирпич считается наиболее проверенным и благонадежным строительным материалом. Ведь с его помощью возводятся уникальные и надежные конструкции зданий на долгие века.

Кирпичная кладка должна быть выполнена качественно, чтобы строение прослужило долгое время.

Конечно же, для того чтобы работать с таким строительным материалом, как кирпич необходимо иметь достаточно высокий уровень квалификации.

Ведь технология кладки стен на основе кирпича весьма сложна и имеет массу нюансов, которые известны только профессионалу своего дела. Поэтому, естественно, не стоит думать, что обычное руководство по кладке кирпича сделает из вас высокопрофессионального работника. Здесь необходим опыт. Но! Помочь разобраться в таком весьма сложном понятии, как кирпичная кладка стен, вполне реально.

Разновидности кирпича как строительного материала

В строительстве существует две разновидности кирпича. Это керамический (глиняный) кирпич, который имеет слегка красноватый или даже оранжевый оттенок, и силикатный аналог белого цвета. Что касательно стандартов, то разделяют:

Схема кладки кирпича вприжим.

• одинарный кирпич, размер 250х120х65 мм,
• утолщенный кирпич, размер 250х120х88 мм.

Хотя первый вариант считается общепринятым стандартом и является наиболее популярным материалом в процессе возведения стен. Относительно весовой характеристики кирпич бывает:

1. Пустотелым или, другими словами, облегченным, что обладает уникальной возможностью значительно облегчать воздействие веса стройматериала на фундамент. Но, с другой стороны, несколько уменьшается толщина стены и теплопроводность.
2. Полнотелым, который полностью противоположен предыдущего аналогу.

Положительные и отрицательные стороны кирпичной кладки

Схема кладки кирпича впритык.

Для начала стоит понимать, что стены из керамического и силикатного кирпича имеют свои особенности и характеристики.

Глиняный кирпич, особенно если он пустотелый, значительно лучше своего силикатного аналога. Ведь в этом случае возможно значительно упростить процесс кладки стены из кирпича, и даже получить значительно выше уровень теплоизоляции помещения. Учитывая тот факт, что кирпичи бывают разных габаритов, можно спокойно утверждать, чем больше размеры строительного материала, тем меньше придется использовать раствора, поэтому можно сэкономить.

Силикатный кирпич обладает возможностью активно впитывать в себя влагу. Поэтому помещения, стены которого были выполнены по технологии кирпичной кладки, будут значительно влажнее. Большая плотность этого стройматериала влияет также на теплосбережение, поэтому тепло сохранятся долго не будет.

Что касается выполнения перегородок из кирпича, то их лучше всего делать толщиной в полкирпича. Но минусом использования силикатного кирпича считается то, что его вес заставляет возводить массивный фундамент. При этом не стоит спешить производить отделочные работы в таком доме. Лучше всего подождать усадки возведенного кирпичного дома и только потом приступать к наведению красоты в помещениях.

Необходимые инструменты

Кирпичная кладка обязательно нуждается в использовании специального комплекта инструментов. Самым важным элементом организации технологии кладки конструкции стены считается кельма, часто называемая среди строителей мастерком. Для отбивания кирпича стоит приобрести молоток-кирку. А для того чтобы сделать максимально ровный и аккуратный шов, необходимо использовать расшивку, что несколько напоминает стамеску. Ни один процесс кирпичной кладки невозможно представить без раствора, который считается связующим звеном между каждой отдельной единицей такого строительного материала, как кирпич. Поэтому обязательно применение бетономешалки или же специального строительного перфоратора с миксером. Если же необходимо обеспечить ровную горизонталь кирпичной кладки на большом расстоянии, то можно использовать гидроуровень.

Схема особенностей кирпичной кладки столбов, углов и стен.

Технология кладки стен предполагает постоянный контроль качества производимой работы. Для этого стоит использовать следующий перечень инструментов и материалов:

1. Уровень, который помогает держать контроль за горизонтальностью конструкции стены.
2. Отвес, что следит за вертикальностью стены.
3. Шнур, благодаря которому можно ориентироваться во время кладки кирпича.
4. Правило применяется для постоянного контролирования кирпичной кладки с наружной стороны здания.
5. Порядовка, которая по большей мере считается дополнительным инструментом для контроля толщины шва и количества рядов в кладке. Она надежно прикрепляется к поверхности возводимой стены в начале процесса кладки и снимается только после полного завершения строительных работ.

Виды строительной кладки

Учитывая систему перевязки швов, бывают:

• однорядная,
• многорядная,
• трехрядная.

Обращая внимание на заполнение кладки, подразделяется на:

Порядок кладки кирпича в один ряд.

• сплошную,
• облегченную.

В зависимости от толщины конструкции стены, кирпичная кладка делится на:

• полкирпича,
• кирпич,
• полтора кирпича,
• два кирпича,
• два с половиной кирпича.

Основные методы кладки кирпича

Сегодня технология кладки стен подразумевает несколько методов: вприжим, впритык и впритык с подрезкой. Для того чтобы выбрать наиболее приемлемый вариант кладки, стоит учитывать массу факторов. К примеру, обратить внимание на характеристики кладочного раствора и состояние кирпича, на то, какое время года за окном и каковы погодные условия, как будут производиться облицовочные работы с лицевой стороны конструкции стены и многое другое.

Схема цепной кладки кирпичной стены.

В любом случае перед тем как приступить к кладке стен из кирпича, стоит замочить кирпич. Это делается, для того чтобы устранить втягивание воды и влаги с раствора. А непосредственно кирпичная кладка обязана выполняться равномерным образом по периметру сооружения так, чтобы нагрузка на основу фундамента была максимально одинаковой.

Наиболее часто строители используют кладку впритык. При этом кладочный раствор нельзя делать очень густым и стоит равномерно распределять по всей поверхности стены. Для производства вертикального шва по краю стены надо установить специальную небольшую грядку, в средине которой толщина раствора не должна превышать 3 см. Каждый отдельный кирпич стоит укладывать плашмя и под небольшим наклоном так, чтобы расстояние между кирпичом и ранее уложенной единицей равнялось 8-10 см.

В процессе такого метода кладки кирпича перед его ребром получается значительное накопление раствора. Именно его можно легко распределить по вертикальному и горизонтальному шву. Затем остатки кладочного раствора аккуратно подбираются кельмой и прикрепляются к его грани по вертикальной стороне. В том случае когда приходится использовать для кладки стен из кирпича тычковый или же ложковый вариант строительного материала, лучше всего прибегнуть к использованию метода кладки вприжим. При этом необходимо организовать расшивку стены и заколотить тугой раствор для кладки.

Для того чтобы устранить возможность образования утолщений, необходимо раствор укладывать с отступом от стены на 10-15 см. А для получения лучшего эффекта необходимо каждую отдельную единицу кирпича класть на постель и аккуратно прижимать полотном кельмы. А после ее резко убрать, оставив строго зафиксированный раствор между гранями по вертикалям близ расположенных кирпичей. Оставшиеся излишки кладочного кирпича стоит убрать кельмой. После чего получится кирпичная кладка с полной заполненностью швов.

Основные требования к раствору для клади кирпича

Важно! Для того чтобы технология кладки стены из кирпича соблюдалась по всем параметрам, надо не только приготовить кирпич и комплект специальных инструментов, но и сделать связующую смесь кладочный раствор. Без которого кладка кирпича будет невозможна.

Виды кладки кирпича.

Раствор состоит из определенного количества цементного раствора и строительного песка. Последний обязательно подлежит тщательному просеиванию. При этом именно от соотношения этих основополагающих компонентов будут зависеть пластичные свойства готового раствора и его подвижность, поэтому кладочный раствор будет не таким подвижным, когда в него добавят много цемента.

Иногда можно также встретить цементно-известковый и цементно-глиняный вариант раствора для кладки стены из кирпича. Эти рецепты позволяют создать значительно подвижный раствор, который подходит для определенного метода кладки. Ведь работать с таким видом раствора значительно удобней. Но он уместен не во всех случаях. Для того чтобы определить свойство подвижности кладочного раствора, рекомендуется использовать эмпирический метод. При этом стоит взять специальный эталонный конус, представленный в виде металлической модели с черточками, и по глубине погружения просмотреть пластичность полученного раствора.

Технологический процесс кладки стен

Инструменты для кирпичной кладки.

Возведение каждой стены надо организовывать с процесса создания углов желаемой конструкции. Для чего рекомендуется заняться обозначением границы будущих стен по внешней стороне и выводом углов.

К примеру, создайте П-образные конструкции в районе каждого отдельного угла и натяните между ними толстый шнурок. Именно он сможет служить обозначением внешней границы кладки конструкции стены. При этом особое внимание стоит обратить на прямоту углов. Они просто обязаны быть абсолютно прямыми и одинаковыми по размеру. По этим шнурам определяется угол наружной версты, который обязательным образом должен иметь одинаковый и равномерный шов по горизонтали. Поэтому для организации хороших стен из кирпича стоит прибегнуть к применению порядовки.

Порядовка выполнена в виде деревянного бруска, на котором отмечены специальные пометки (деления). Они позволят узнать толщины самого кирпича и его швов, в данном случае по горизонтали. Также можно для этой цели применять и металлический профиль. Здесь все зависит непосредственно от вашего предпочтения и наличия подручных средств. Для значительного усиления кладки стены необходимо все швы по вертикали перекрывать выше расположенными единицами кирпичей. При этом каждые последующие 6 слоев кирпичной кладки подлежат армированию с помощью армирующей сетки. После завершения технологии возведения первого угла стены необходимо приступить к созданию последующих. Но при этом все они обязаны находиться на одном уровне. Чтобы достичь подобного результата, необходимо использовать гидроуровень.

Только потом можно приступать к кладке стены по всему периметру помещения. Сначала рекомендуется натянуть специальный шнур для контроля укладки первого ряда. Через 1-2 ряда слоя стоит задуматься о создании ее внутреннего аналога. Пространство между этими вновь возведенными кладками стоит обязательно чем-то заполнить. Это может быть тот же кирпич или утеплитель. Такое пространство строители называют забутовкой. Ни в коем случае нельзя пренебрегать расшивкой швов как по горизонтали, так и по вертикали. При этом есть небольшой нюанс. Так, если в дальнейшем поверхность стены будут штукатурить, то расшивка необязательна. Ведь это просто будет тратой времени. Необходимо не заполнять полностью шов, около 1 см, для создания наилучшего эффекта от сцепления.

Важно! Обязательно обращайте внимание на то, что незаконченную кирпичную кладку необходимо обезопасить от атмосферных осадков и по завершении очередного этапа работ накрывать пленкой.

Ведь могут появиться огромные вызолы.

Итак, следуя вышеизложенным рекомендациям, можно значительно повысить уровень своих знаний в вопросе кирпичной кладки стены и даже попробовать произвести такие работы своими силами, поскольку технология кладки стен из кирпича теперь для вас понятный вопрос и как ее поэтапно выполнять вы уже знаете.

Кладка кирпича: основные принципы и технологии

Кирпичная кладка представляет собой конструкцию из кирпичей, которые выложены в определенном порядке и прочно зафиксированы на строительном растворе. Как правило, в качестве кладочного материала используют керамический или силикатный кирпич. Подразделяются они на полнотелые и пустотелые, рядовые — для наружных и внутренних стен, фасадные или облицовочные, клинкерные. Стандартный размер кирпича для кладки — 250х120х65 мм. Другие типоразмеры кладочного материала являются производными от стандарта: 250х120х140, 250х120х88 мм и т. д.

Началу работ по кладке предшествует проектирование объекта строительства с определением вида кирпича, марки раствора, толщины стен. При этом принимаются во внимание абсолютно все детали производственного процесса, включая климатические условия и время года. Проектированием зданий и сооружений занимаются специализированные предприятия или проектные группы, имеющие соответствующие разрешения на выполнение таких работ. В вопросах, касающихся кладки кирпича, и разработчики проекта, и исполнители руководствуются правилами и нормами, предусмотренными СНиП 3.03.01-87.

• Кирпич баварская кладка
• Гиперпрессованный кирпич
• Рваный кирпич ложковый
• Рваный угловой
• Цокольный кирпич (Евробрусок)
• Колотый кирпич (Евроугловой)

Необходимые инструменты для кладки кирпича

• Кельма (мастерок) — служит для нанесения и разравнивания цементной смеси на кладочной поверхности.
• Молоток-кирка — этот инструмент используется для подгонки (раскалывания) кирпича до требуемых размеров.
• Порядовка — используется для контроля высоты кладки и толщины швов.
• Расшивка — применяется для декоративной обработки швов.
• Леска или шнур — данный инструмент каменщика помогает соблюдать прямую линию кладки.
• Отвес — служит для определения вертикальности стены из кирпича.
• Уровень и гидроуровень — приборы контролируют горизонтальность на малых и больших расстояниях соответственно.

Еще одним важным инструментом каменщика является бетономешалка (или перфоратор с насадкой для замешивания раствора).

Разновидности и технология кладки кирпича

Кирпичная кладка различается по толщине: от 120 мм (полкирпича) до 640 мм (два с половиной кирпича). Она также различается по системе перевязки швов и может быть:

• однорядной: ложковые и тычковые ряды идут друг за другом;
• многорядной: один ряд кладут тычком, а другие 5 или 6 — ложком;
• трехрядной: это вариация многорядной кладки кирпича, когда подряд идут три ложковых и один тычковый ряд.

Кладка кирпича различается и по структуре. В зависимости от проектных решений она может быть сплошной, облегченной, армированной, декоративной, под облицовку. Основные различия технологий:

• Сплошная. В этом случае кладка кирпича выполняется порядно с перевязкой и получением единого монолита вне зависимости от толщины стены. В наружных рядах используется только целый, а в отдельных случаях и отборный материал, укладка половняка допускается только при забутовке и строительстве малонагруженных конструкций в объеме не более 10 % (СНиП 3.03.01-87).
• Облегченная. Применяется при возведении невысоких стен и состоит из двух параллельных рядов с толщиной в полкирпича с забутовкой промежутка теплоизоляционными материалами. Отличается пониженной удельной материалоемкостью, обеспечивает необходимую теплозащиту при небольшой толщине стены. Для повышения прочности конструкции примерно через каждый метр в кладке кирпича делается тычковый перевязочный ряд.
• Армированная. Этот вариант применяется в том случае, когда сооружение может подвергаться существенным нагрузкам. Данная технология предполагает использование в кладке кирпича стержневой стальной арматуры или плоской металлической сетки. Армирование конструкции стержнями с гладким или периодическим профилем может производиться и в горизонтальных, и в вертикальных швах. Металлическая сетка укладывается через 3–5 рядов кладки кирпича, при этом шов не должен быть толще 16 мм.
• Декоративная и облицовочная. Данные технологии предполагают воплощение дизайнерских решений, различающихся особым чередованием ложковых и тычковых рядов с различными способами перевязки. Использование при кладке отборного цветного или рваного кирпича позволяет получить оригинальный орнамент, придающий зданию архитектурную неповторимость.

Основные этапы кладки кирпича

История использования кирпича в строительстве насчитывает тысячелетия. За это время изменился и материал, и инструменты, и растворы, усовершенствовалась технология строительства. Не изменилось лишь основное правило – ряды при кладке кирпича должны быть строго параллельны друг другу для того, чтобы каждый элемент испытывал только нагрузку на сжатие, исключая давление под углом. И как следствие этого – поперечные, продольные, горизонтальные и вертикальные швы должны быть одинаковой толщины, образовывать единую связующую систему.

Технология строительства кирпичных сооружений предполагает поэтапное и последовательное ведение кладки кирпича.

Первым делом следует высчитать количество материала и купить его с запасом на случай ошибок в расчете или наличия камня с дефектами.

Следующий этап – подготовка места производства работ, включающая в себя очистку рабочей зоны от лишних предметов, равномерное распределение кирпича для последующего использования в кладке. В этот период следует проверить инструмент, подготовить леса, подмости для ведения работ на высоте, убедиться в полноте комплекта, его исправности и надёжности.

Далее поверх фундамента следует постелить рубероид или другой гидроизоляционный материал, который защитит нижние ряды от влаги. Раствор для кладки кирпича традиционно готовят в соотношении 1 к 4 — одна часть цемента на четыре части песка. Наполнитель следует предварительно просеять, чтобы удалить крупные частицы, камни и глину. Сухая смесь заливается водой и перемешивается до получения раствора нужной консистенции.

В настоящее время этот трудоемкий процесс полностью механизирован. При выполнении больших объемов работ для подготовки раствора используется бетономешалка, при малых – перфоратор со специальной насадкой для перемешивания массы в небольшой металлической или пластиковой емкости.

Перед непосредственным началом кладки следует провести расчет, для того чтобы использовать в ряду максимальное количество цельных кирпичей. Он выполняется раскладкой камня без раствора с соответствующей разметкой.

После этого, по углам цоколя делают несколько рядов, используя отвес, уровень. На углы с помощью скоб крепят порядовки и по ним протягивают шнуры-причалки для соблюдения прямолинейности возводимых рядов. Приступают к кладке кирпича: мастерком на ряд наносят раствор толщиной 30–40 мм с отступом от наружной стены — 20 мм.

В том случае, если раствор жесткий, используется способ укладки камня вприжим. Выровняв раствор по постели, на него укладывается кирпич с некоторым прижимом к основанию. Выдавленные излишки раствора убираются кельмой в ведро для дальнейшего применения. При использовании пластичной смеси кладка кирпича производится впритык со сдвижкой по постели в сторону ранее уложенного камня. В обоих случаях на тычковую часть наносится раствор или производится дополнительное заполнение вертикального шва смесью.

Чтобы уплотнить раствор и придать строению более четкий рисунок с внешней стороны, применяют расшивку. Швам придают самую разную форму: вогнутую, выпуклую, закругленную, прямоугольную, треугольную.

Это увеличивает и прочность кладки кирпича, и архитектурную привлекательность здания.

Где роботы-каменщики?

Изучая строительство, вы неизменно обнаруживаете, что любая новая или новаторская идея на самом деле опробовалась снова и снова, часто на протяжении десятилетий. Одной из таких новых, но на самом деле старых идей является идея механического каменщика, машины для автоматизации возведения каменных стен.

Привлекательность этой идеи очевидна: каменное строительство почти идеально подходит для механизации [0]. Это чрезвычайно повторяющийся процесс — строительство каменного здания требует установки десятков или сотен тысяч кирпичей или блоков, каждый из которых (почти) идентичен, каждый установлен одинаково. Не похоже, чтобы это требовало физически сложных движений — на каждый кирпич наносится слой раствора, и он просто укладывается на место рядом с предыдущим. И поскольку каждый шов кирпича и раствора имеет одинаковый размер, размещение почти детерминировано — каждый кирпич находится на одном и том же фиксированном расстоянии от предыдущего.

Кроме того, каменная кладка, особенно кирпичная кладка, является одной из самых тяжелых строительных работ, так как требует много часов непрерывного перемещения чрезвычайно тяжелых предметов. В целом каменная кладка кажется идеальным кандидатом на задачу, которую можно передать машине, и люди пытаются это сделать уже более 100 лет.

Кирпичный станок Джона Томпсона 1904 г.

Первые попытки машинной кладки относятся к началу века — мы можем найти патенты, выданные для механических каменщиков в 189 г.9, 1904 и 1924, все разными людьми (некоторые из них работали над своей идеей годами — Джон Томпсон, получивший патент 1904 года, имел дополнительные патенты в 1918 и 1926 годах). Эти машины (теоретически) должны были проходить вдоль верхней части стены, наносить слой раствора и класть кирпичи по одному. Эти машины ничего не чувствовали об окружающей среде и не измеряли, куда нужно положить кирпич — они просто выдавливали слой раствора и механически укладывали кирпичи через равные промежутки времени. Неясно, сколько из этих машин когда-либо вышло за рамки чертежной доски, но по крайней мере одна из них (Джона Найта) использовалась для возведения кирпичной стены, которая предположительно стоит до сих пор.

Эта же концепция будет появляться несколько раз в течение следующих нескольких десятилетий — можно найти патенты на аналогичные машины, выпущенные в 60-х и 70-х годах. Это видео 1967 года «Motor Mason» показывает один из них в действии — это не так уж сильно отличается от усилий начала 1900-х годов:

Эти попытки механических каменщиков так и не вышли далеко за пределы демонстрационной сцены и никогда не нашли какой-либо коммерческой реализации. успех.

Начиная с конца 1980-х и начала 90-х годов мы начинаем видеть попытки механизировать каменную кладку на основе роботов-манипуляторов. В отличие от предыдущих машин, которые были чисто механическими, эти машины имели компонент обработки информации. Вместо того, чтобы бездумно повторять одни и те же движения, эти руки будут сочетать роботизированную руку с высокой степенью свободы с датчиками и системами управления, чтобы «видеть» кирпич, видеть, куда ему нужно идти, и намеренно брать его и помещать туда.

Схема системы ROCCO через IAARC

Какое-то время это было целой областью академических исследований — мы можем найти примеры у Slocum 1988, Lehiten 1989, Rihani 1996, Altobelli 1993, Pritschow 1996, SMAS в Японии и система РОККО. Но, несмотря на все затраченные усилия, эти попытки имели примерно такой же успех, как и предыдущие, чисто механические каменные машины. Большинство из них не прошли уровень технических описаний («вот как вы МОЖЕТЕ построить каменного робота»), некоторые достигли уровня прототипов, но, по сути, дальше этого продвинуться не удалось. По крайней мере, один исследователь сдался, заявив, что строительные роботы общего назначения в обозримом будущем невозможны. Единственный пример системы, которую я могу найти, возможно, использовалась в производстве Multistone 8000, немецкой системы, которая могла с помощью человека автоматически собирать каменные стеновые панели в заводских условиях.

С годами важность каменной кладки как строительной технологии в развитых странах снизилась, а вместе с ней и интерес к ее автоматизации. В отличие от 3D-печати бетона, где предпринимались десятки попыток разработать технологию, я могу найти лишь несколько текущих попыток автоматизации каменной кладки.

Hadrian X, через FBR

Наиболее продвинутой из них является система Hadrian от Fastbrick Robotics. Адриан использует полую стрелу, прикрепленную к грузовику, по которой перевозятся каменные блоки (что-то вроде бетононасоса). Когда блок достигает конца стрелы, на него наносится промышленный клей (вместо обычного раствора) и захватывается манипулятором, который устанавливает его в правильное положение.

Вылет этой стрелы в сочетании с ее креплением на транспортное средство означает, что у Hadrian гораздо меньше ограничений в отношении размещения блоков, чем у других механизированных систем каменной кладки. Он способен размещать блоки в узких коридорах или сложных углах, а Адриан может построить все стены небольшого здания всего за несколько движений машины. Адриан в настоящее время может установить около 200 блоков в час, но они стремятся сделать 1000 блоков в час или больше (блоки, которые он устанавливает, отличаются от кладки блоков, используемой в США, но в США каменщики могут установить где-то в около 400 блоков в день).

Hadrian находится в разработке с 2006 года и только недавно начал использоваться на коммерческих стройплощадках — на данный момент они построили блочные стены для 3 или 4 зданий в Австралии. Похоже, что у них как у компании были некоторые трудности (что неудивительно для аппаратной системы, которая разрабатывалась более 15 лет), и в 2020 году у них было довольно серьезное увольнение. Но за последние несколько несколько месяцев велась медленная струйка проектов, созданных с использованием системы.

Но самая коммерчески успешная механизированная система каменной кладки, которую я знаю, — это SAM, полуавтономная каменщик. SAM — это робот-каменщик, созданный Construction Robotics и используемый в коммерческих проектах с 2015 года. В отличие от Hadrian, который укладывает блоки, SAM укладывает обычные глиняные кирпичи — он состоит из манипулятора робота, дозатора раствора и конвейерной ленты, прикрепленных к колесное шасси. Рука робота захватывает кирпич, наносит на него слой раствора и размещает его на стене на основе внутренней «карты кирпичей», указывающей расположение каждого кирпича, который необходимо установить. Как только кирпич находится на месте, он повторяет процесс, перемещаясь вперед и назад по мере возведения стены (для установки кирпичей на концах стены требуются люди-каменщики). SAM имеет ряд датчиков, компенсирующих движение платформы и обеспечивающих размещение кирпичей на одном уровне, и может работать с кирпичами всех размеров (хотя он не будет строить стены из блоков CMU). Он крепится к передвижным лесам, которые постепенно поднимаются по мере возведения стены.

СЭМ, через Youtube

Как и у Адриана, у СЭМ тоже были проблемы. Он может хорошо работать на очень длинных участках стены, но на коротких стенах ему трудно превзойти людей-каменщиков. Он не может сгибать углы и не может отделывать швы кладки. В лучшем случае он укладывает кирпич примерно в 5 раз быстрее, чем человек, но требует, чтобы каменщики следовали за ним, чтобы очищать швы и время от времени выравнивать кирпичи, а техник на месте занимался решением технических проблем. Книга, написанная о разработке SAM, документирует одну проблему за другой и заканчивается тем, что они пытаются найти для нее покупателей. Рекламные материалы на веб-сайте Construction Robotics предполагают, что это больше не является их основным направлением — больше внимания уделяется их другому продукту, MULE.

Помимо Сэма и Адриана, на разных стадиях разработки находятся еще несколько механических каменщиков. Индийская компания Craftsmac совсем недавно анонсировала робота-каменщика, используемого для возведения стен CMU. Он чем-то похож на SAM, колесное шасси с установленной на нем роботизированной рукой, конвейером и растворосмесителем. В этой британской системе для роботизированной укладки кирпича используется портальная система, установленная на гусеничном ходу, которая позволяет выполнять повороты и устраняет проблему перемещения робота с этажа на этаж (в обмен на время и затраты на сборку системы заранее). ). ROB использует готовый робот-манипулятор для создания разнообразных каменных панелей (хотя, похоже, он не может работать с раствором). Вы также видите случайные академические усилия. В целом список усилий в этой области довольно короткий.

Одной из областей, в которой мы видим некоторый коммерческий успех механической кладки кирпича, являются кирпичные дороги. Различные компании предлагают машины, которые могут «печатать» участок дороги из кирпича. Как мы видели ранее, дорожное строительство немного легче механизировать, чем строительство зданий.

Roadprinter, через Youtube

Немного другая категория машин, предназначенных для повышения производительности каменной кладки, — это то, что я называю «помощниками каменщика». Это машины, предназначенные для помощи в физическом подъеме блока (они, кажется, чаще используются для блока, чем для кирпича) и снятия нагрузки с каменщика, при этом позволяя каменщику манипулировать блоком в положение 9.0003

Помощники каменщиков датируются как минимум 1994 годом, когда военные экспериментировали с MAMA, помощником каменщика с мехатронной поддержкой. Он состоял из захвата, прикрепленного к гусеничной стреле. Каменщик мог использовать захват, чтобы переместить блок на место, не поднимая его физически. С тех пор несколько компаний разработали вариации идеи захвата на стреле — Layher Balance, Rimatem и Assistance System Steinherr — это лишь некоторые из тех, о которых я могу найти записи. Единственная подобная система, которая, как я знаю, в настоящее время продается, — это MULE, продаваемая Construction Robotics (похоже, они добились гораздо большего успеха с ней, чем с SAM).

The Layher Balancer, via Bock 2015

Но наиболее интересной из этих вспомогательных систем для кладки может быть экзоскелет, разрабатываемый компанией FRACO и выпущенный только в прошлом году. Он был адаптирован из модели, разработанной для военных, и имеет различные пассивные и активные подъемные механизмы, предназначенные для снижения нагрузки на мышцы каменщика при манипулировании блоками.

Экзоскелет FRACO, через Masonry Magazine

Конечно, машина, помогающая перемещать тяжелые предметы, не совсем революционна — комментатор статьи о производительности сельского хозяйства указал, что одним из самых важных достижений в производительности каменной кладки был телескопический погрузчик, что избавило от необходимости вручную перемещать поддоны с блоками на место на рабочей площадке.

Каменная кладка казалась идеальным кандидатом для механизации, но сотня лет ограниченного успеха предполагает, что в ней есть некий аспект, который не позволяет машине легко это делать. Это делает этот пример интересным, так как помогает определить именно , где механизация становится затруднительной — что отличает кладку кирпича от, скажем, забивания гвоздя, так что последний почти полностью механизирован, а первый почти полностью ручной ?

Похоже, здесь действуют несколько факторов. Во-первых, кирпич или блок не просто кладут на твердую поверхность, а кладут поверх тонкого слоя раствора, который представляет собой смесь воды, песка и вяжущего материала. Миномет обладает сложными физическими свойствами — это неньютоновская жидкость, и ее вязкость увеличивается при перемещении или встряхивании. Это затрудняет применение чисто механическим, детерминистическим способом (а также, вероятно, затрудняет для каменщиков объяснение того, что они делают — наблюдая за тем, как они укладывают раствор, вы можете увидеть множество сложных маленьких движений, и раствор ведет себя в некотором роде). странные не совсем ликвидные, но и не совсем твердые способы). А поскольку раствор представляет собой материал, смешанный на строительной площадке, его свойства будут варьироваться от партии к партии.

Машины для каменной кладки постоянно боролись с раствором в кладке; многие из них просто игнорировали аспект проблемы. Академические исследования конца 80-х и начала 90-х годов часто основывались на использовании стен без раствора, стеновых систем, не требующих швов на растворе (таких как кладка с поверхностным склеиванием), или альтернативных растворов, которые вели себя немного более предсказуемо (что и закончил Адриан). до использования). В своей статье 1996 года Притшоу прямо говорит, что пытаться решить проблему обращения с строительным раствором слишком сложно. Люди, которые выяснили, как надежно наносить раствор, все еще не могут сделать чистый растворный шов — они просто намазывают раствор там, требуя, чтобы рабочие следовали за ним и очищали его. В некотором смысле усилия, подобные SAM, в этом отношении не сильно отличаются от 50-летнего Motor Mason.

Растворные швы усложняют установку блоков. В то время как гвоздомет может приложить усилие к гвоздю и каждый раз получать достаточно однородный результат (а если и не может, то не критично — гвоздь все равно будет работать, если его забить немного наискосок), установка блока на слой поля- смешанная неньютоновская жидкость не так снисходительна. Без некоторой обратной связи от окружающей среды (измерение ровности установленного блока) трудно быть уверенным, что стена строится ровно. Люди-каменщики постоянно проверяют ровность своих блоков веревками или полевыми уровнями, чтобы убедиться, что стена остается ровной по мере ее возведения, и при необходимости вносят небольшие коррективы; механическому каменщику нужно каким-то образом делать то же самое. SAM, кажется, ПОЧТИ решил эту проблему, но время от времени все еще нужны рабочие, следующие за ними, чтобы коснуться уровня блоков.

Это одна из основных вещей, которая отличает забивание гвоздя от установки блока — необходимость внесения корректировок на основе обратной связи с окружающей средой. Такие вещи, как гвоздезабивные пистолеты, циркулярные пилы и другие электроинструменты, в каком-то смысле больше похожи на помощников каменщика — они выполняют какую-то чисто физическую задачу, оставляя всю работу по обработке информации и точному размещению в руках человека. Гвоздомет не отвечает за определение того, куда должен вбить гвоздь, и за перемещение себя в нужное положение — он просто выполняет физическую задачу по забиванию гвоздя.

История фрезерных и фрезерных станков предлагает поучительную параллель. Первые были разработаны в конце 1800-х — начале 1900-х годов, а возможность программного управления ими появилась в конце 40-х — начале 50-х годов. Но только недавно у нас появилась возможность включать обратную связь в режиме реального времени, что позволило использовать такие продукты, как Shaper Origin (портативный маршрутизатор, который автоматически корректирует движения человека). Надежная реакция машины на окружающую среду остается сложной проблемой, даже если машина физически способен на это.

Shaper Origin, через ShaperTools

Есть также несколько других вспомогательных проблем, усложняющих работу каменных машин: их быстро , так как сила увеличивается с ускорением).

В США каменные стены строят с большим количеством арматуры, с которой было бы сложно справиться простой блочной машиной (на проектах Адриана арматура устанавливалась вручную)

Из соображений неприятия риска трудно привлечь подрядчиков к работе с вашей технологией [1]. В удивительно откровенном видео от Construction Robotics подробно рассказывается о том, как сложно было убедить конкретного клиента использовать их систему, а в книге о компании рассказывается о многих более сложных продажах.

На этот вопрос сложно ответить. По сути, кажется, что это зависит от того, как выглядит прогресс в робототехнике, программном обеспечении, компьютерном зрении и других технологиях (которые я буду объединять как «автоматизацию»).

При всех своих трудностях каменная кладка была более успешно автоматизирована, чем другие строительные системы — это одна из немногих систем, где коммерческие роботы для ее строительства действительно доступны на рынке для общего пользования. Таким образом, прогресс в технологии автоматизации может принести наибольшую пользу каменному строительству, поскольку оно, возможно, продвинулось дальше всех. Если бы автоматизированные системы каменной кладки стали меньше, быстрее, могли бы легче обрабатывать углы и завершать швы, это могло бы начать выглядеть как очень привлекательная система.

Однако это вполне может быть сценарий «Прилив поднимает все лодки» — передовые технологии автоматизации могут быть легко применены и к другим строительным системам (деревянным, стальным и т. д.). Возникает вопрос о том, как выглядят кривые относительного улучшения — что становится лучше быстрее всего, как долго это остается верным?

Блоки довольно тяжелые, а это означает, что машины для их манипулирования, скорее всего, всегда будут дороже, чем машины для манипулирования более легкой строительной системой. И даже большие блоки по отдельности составляют малую часть общего здания. Таким образом, автоматизированные системы каменной кладки могут оказаться более дорогими и иметь более низкую производительность, чем другие типы зданий. Мы могли бы увидеть ситуацию, когда есть небольшой промежуток времени, когда автоматизированная кладка становится чрезвычайно популярной/конкурентоспособной, но затем быстро затмевается, поскольку технология адаптируется к другим строительным системам.

[0] — Есть, грубо говоря, два разных вида каменной кладки. Кирпичная кладка, выполненная из глиняных кирпичей, и бетонная кладка (КМУ, или блоки бетонной кладки), изготовленная из пустотелых бетонных блоков. Кирпичная кладка в США в первом приближении носит чисто декоративный характер и не выдерживает веса здания. В качестве несущей конструкции используется блочная кладка.

[1] — В книге SAM подробно описано несколько случаев каскадных сбоев, вызванных изменениями процессов. На одной работе SAM не может класть кирпичи, потому что стена не раскреплена, а платформа для кладки кирпича намного тяжелее тех, к которым привыкла фирма, а сила крепления стены недостаточна. Весь проект тормозится. В другом проекте SAM замедляется из-за того, что каменщики неожиданно меняют размер кирпичей, что вынуждает их воссоздавать карту кирпичей, используемую для программирования машины.

Свяжитесь со мной!

электронная почта: [email protected]

LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/brian-potter-6a082150/

Bricklaying Robots in Construction

Время чтения

Конструктор : 1 минута

Время чтения: 5 минут

Кирпич является одним из древнейших строительных материалов, датируемых 7000 г. до н.э. для высушенных на солнце типов и 3500 г. до н.э. для первых блоков, обожженных в печи. Традиционный процесс кладки кирпича включает в себя распределение раствора, размещение кирпича и сглаживание излишков раствора мастерком, и, к сожалению, на сегодняшний день этот процесс не претерпел значительных изменений.

Более того, низкая производительность труда является одной из основных проблем в строительной отрасли, а производительность труда, в частности, неуклонно снижается уже на протяжении десятилетий.

Найти квалифицированных рабочих, особенно каменщиков и каменщиков, в наши дни стало довольно сложно. Согласно опросу, проведенному Национальной ассоциацией домостроителей, почти две трети подрядчиков по кладке кирпича испытывают трудности с поиском квалифицированных рабочих.

Состав:

• Эволюция роботов-каменщиков
• SAM100
• HADRIAN X
• Advantages of Robotic Bricklayer
• Disavantages of Robotic Bricklayer

The Evolution of Bricklaying Robots  

In 2014, British Pathé rediscovered Motor Mason from its newsreel archive and uploaded the footage. Motor Mason — это механический каменщик, разработанный еще в середине 1960-х годов. Утверждалось, что он позволяет класть кирпичи в 5-10 раз быстрее, чем обычный метод, и общественность рассматривала его как решение проблемы нехватки жилья.

Рисунок-1: Эволюция роботов-каменщиков

Мотор Mason был установлен на рельсе, параллельном стене, вдоль которого он сначала набрасывал раствор и быстро вставлял отдельные кирпичные блоки. Через несколько лет Motor Mason внезапно исчезла из строительной отрасли, оставив за собой тайну своего исчезновения.

В 2015 году компания Construction Robotics представила на мероприятии World of Concrete первого современного робота-каменщика, известного как SAM100 (Semi-Automated Mason). SAM100 повышает производительность в три-пять раз, но физически не был принят из-за социальных соображений, таких как безопасность рабочей силы и качество работы.

Через несколько лет после выпуска австралийская компания Fastbrick Robotics выпустила автоматизированный каменнокладочный станок Hadrian X. Этот технологически продвинутый робот обладает рядом новых характеристик.

SAM100

Натан Подкаминер и Скотт Питерс основали Construction Robotics в 2007 году, чтобы ускорить процесс строительства с помощью робототехники и автоматизации. После нескольких лет экспериментов и неудач они разработали робота под названием SAM.

SAM100 был первым автоматизированным роботом-каменщиком, доступным для коммерческого использования при строительстве каменной кладки на месте. Он работает в сотрудничестве с обученными каменщиками. Один каменщик должен маневрировать, загружать его кирпичами и раствором, а другой каменщик необходим для маскировки стенных связей, удаления излишков раствора и укладки кирпичей в углах или других труднодоступных местах.

Рисунок-2: Строительство кирпичной кладки с помощью SAM100

SAM100 состоит из следующих компонентов :

1. Гигантский манипулятор с несколькими шарнирами
2. Лазерный глаз для определения глубины и расстояний, необходимых для размещения каждого кирпичного блока
3. Пара шестов слева и справа от рабочей зоны
4. Автоматизированное производство, созданное для картирования задание
5. Панель управления

В SAM100 встроено несколько датчиков для измерения и отслеживания скорости, углов наклона, ориентации, температуры снаружи и внутри корпуса, влажности, часов работы, GPS, безопасности и многого другого. Он также может измерять осадку и качество раствора.

HADRIAN X

Hadrian X управляет автоматической загрузкой, резкой, маршрутизацией и укладкой кирпичей; он использует САПР для выполнения сквозной кирпичной кладки. Он построен из стали, алюминия и композитных материалов из углеродного волокна. Hadrian X управляется сетью компьютеров, камер видеонаблюдения, серводвигателей и лазерного трекера, который отслеживает его позицию укладки.

Рисунок-3: Кладка кирпича роботом HADRIAN X

Hadrian X использует промышленный клей вместо традиционного раствора, что увеличивает прочность конструкции в 4-5 раз. Это также повысит тепловую и акустическую эффективность здания до 70%. Использование клея сокращает время сборки, так как время схватывания значительно меньше по сравнению с цементным раствором.

Порядок работы Hadrian X следующий: :

1. 3D-модель здания создается с использованием специального программного обеспечения
2. Данные вводятся в Hadrian X
3. Машина печатает структуру шаг за шагом, как 3D-принтер
4. Эта машина также включает в себя всю резку и фрезеровку кирпичей для электрических и сантехнических работ, поэтому готовая конструкция готова к монтажу в течение нескольких дней
5. Также предусмотрены проемы для дверей и окон

Преимущества робота-каменщика

1. Робот-каменщик может укладывать до 3000 кирпичей в день, что сокращает общую продолжительность проекта.
2. Робот-каменщик неутомим; ему не нужны перерывы.
3. Робот-каменщик продолжает работать, пока у него достаточно топлива, раствора и кирпича, что значительно повышает производительность и эффективность.
4. Сокращает трудозатраты до 50%.
5. Робот-каменщик сокращает объем физического труда, позволяя ему работать безопаснее, с меньшей усталостью и меньшим риском получения травм.
6. Общее качество выравнивания стен можно улучшить с помощью робота-каменщика.
7. Робот-каменщик исключительно хорошо выравнивает кирпичи по вертикали.
8. Робот-каменщик может решить проблему нехватки рабочей силы.

Недостатки роботов-каменщиков

1. Роботизированные машины стоят дорого.
2. Для эффективной работы на машине требуется надлежащее обучение.
3. Установка и юстировка станка на месте — трудоемкий процесс.
4. Для работы робота требуется топливо, которое влияет на окружающую среду.

Технологии прошли долгий путь от Motor Mason до других автоматизированных роботов-каменщиков.