کاشی های سقف سفالی ژاپنی: انواع کاوارا، صنایع دستی و دوام

کاشی های سقف سفالی ژاپنی ، در مجموع به عنوان کاوارا عناصر سقفی سفالی با حرارت بالا هستند که برای بیش از 1400 سال پناهگاه معابد، قلعه ها و خانه های ژاپنی بوده اند. ویژگی‌های فنی تعیین‌کننده آن‌ها نرخ جذب آب زیر 3 درصد، استحکام فشاری که معمولاً بیش از 20 مگاپاسکال است، و هندسه در هم تنیده‌ای که هم در برابر بارندگی‌های سیل‌آمیز فصل باران و هم در برابر نیروهای بالابرنده بادهای طوفانی بیش از 60 متر در ثانیه مقاومت می‌کند. برخلاف کاشی‌های سفالی مسطح که در بام‌های مدیترانه‌ای رایج است، کاوارای ژاپنی به شکل یک نمایه سه‌بعدی متمایز - یک منحنی محدب روی یک تشت مقعر - شکل می‌گیرد که یک سطح ساختاری سفت و خود زهکشی ایجاد می‌کند. رنگ خاکستری نقره ای تیره سقف کاشی دودی سنتی، لعابی نیست که روی سطح اعمال شود. این کربن در حفره‌های میکروسکوپی بدنه رسی رسوب می‌کند که طی یک فرآیند احیای پخت، لایه بیرونی کاشی را به صورت شیمیایی به یک پوست سرامیکی غیر متخلخل و آب‌ریز تبدیل می‌کند.

خاک رس: انتخاب و تهیه مواد خام

شالوده عملکرد کاشی های سقف ژاپنی بدنه سفالی است که باید سه شرط رقیب را برآورده کند: شکل پذیری برای شکل دهی، استحکام خشک کافی برای جابجایی در حالت سبز و شیشه ای شدن در دمای پخت برای دستیابی به تخلخل کم. نهشته های رسی که در طول تاریخ برای تولید کاوارا استفاده می شد، رس های ثانویه هستند - رس هایی که از منبع هوازدگی خود منتقل شده و در حوضه های آبرفتی رسوب کرده اند - غنی از کائولینیت برای نسوز و ایلیت یا مونتموریلونیت برای پلاستیسیته. یک بدنه رس کاوارا معمولی حاوی 40-50٪ کائولینیت، 20-30٪ ایلیت و 15-25٪ کوارتز ریز با محتوای اکسید آهن به طور معمول بین 2٪ و 5٪ که به رنگ پخته شده کمک می کند که بسته به جو پخت از گاومیش کم رنگ تا قرمز تیره متغیر است.

تولید کاوارای مدرن از بدنه رسی تصفیه شده استفاده می کند که در آن خاک رس خام به مدت شش تا دوازده ماه در فضای باز هوازدگی می شود. نراشی در ژاپنی - در طی آن چرخه‌های انجماد و ذوب و فعالیت باکتری‌ها مواد آلی را می‌شکنند و رطوبت را همگن می‌کنند. پس از آن خاک رس هوازده خرد شده، غربالگری می‌شود تا سنگ‌ها و ریشه‌ها از بین برود، و با آب و مقدار کمی گروگ ریز (بدنه کاشی خرد شده از قبل پخته شده) مخلوط می‌شود تا چروکیدگی خشک شدن کنترل شود. افزودن گرگ، معمولاً 5 تا 10 درصد وزنی، انقباض خشک شدن خطی را از تقریباً 8-10 درصد برای یک بدنه رسی خالص به 5-7 درصد قابل کنترل کاهش می دهد که از ترک خوردگی با خشک شدن کاشی تشکیل شده قبل از پختن جلوگیری می کند. پلاستیسیته بدن آماده شده با استفاده از حدود آتربرگ اندازه گیری می شود. محدودیت پلاستیک 18-25٪ و حد مایع 35-45٪ کارایی مورد نیاز برای فرآیندهای اکستروژن و پرس را بدون حساسیت خشک شدن بیش از حد فراهم می کند.

انواع کاشی ها و هندسه های متمایز آنها

سقف ژاپنی از سیستمی از اشکال کاشی متمایز مونتاژ می شود که هر کدام عملکرد خاصی در ترکیب بندی کلی ضد آب و هوا و زیبایی شناختی دارند. هندسه در هم تنیده بین این اشکال همان چیزی است که سقف کاوارا را قادر می سازد تا آب را در حالی که در برابر بالا آمدن باد مقاومت می کند، بدون استفاده از چسب یا بست مکانیکی بر روی هر کاشی، آب بریزد. سه نوع کاشی اصلی که زمینه سقف را تشکیل می دهند به شرح زیر است.

فراتر از کاشی های مزرعه، یک سیستم کامل سقف کاوارا شامل ترمینال های تخصصی و کاشی های انتقالی است: نوکیگاوارا (کاشی‌های پیشرو) با صورت آویز تزئینی که آب سقف را فراتر از خط دیوار می‌برد و اغلب دارای نشان خانواده یا معبد برجسته است. اونیگاوارا (کاشی‌های انتهای پشته) که به شکل یک جانور اسطوره‌ای یا نقش گلی که روی یال را می‌پوشاند و انتهای شیروانی را از باران ناشی از باد محافظت می‌کند، حجاری شده است. سومیگاوارا (کاشی های گوشه ای) که در تقاطع لبه و پشته گوشه را می چرخانند. و مونگاوارا (کاشی های پشته) که بالای سقف را می پوشانند. پشته بیشتر با a تقویت می شود شیکوی کلاهک ملات - یک گچ سنتی مبتنی بر آهک که با الیاف کنف و عصاره جلبک دریایی مخلوط شده است - که کاشی‌های پشته را به یک تیر یکپارچه ضد آب و هوا می‌چسباند.

پایان دودی: Ibushi-gawara و Reduction Firing

رنگ نمادین خاکستری نقره ای تیره کاشی های سقف سنتی ژاپنی نتیجه یک تکنیک پخت تخصصی به نام است. ایبوشی (سیگار کشیدن)، که سطحی را ایجاد می کند که به طور همزمان رنگ، مهر و موم شده و از نظر شیمیایی تغییر می کند. فرآیند ibushi یک پخت کاهش کنترل شده است که در مرحله نهایی چرخه کوره اتفاق می افتد. کاشی ها ابتدا در یک اتمسفر اکسید کننده تا حدودی پخته می شوند 1000-1100 درجه سانتیگراد که بدنه رسی را به استحکام نهایی خود متخلخل می کند و رنگ پایه را از محتوای اکسید آهن ایجاد می کند - معمولاً اکسیداسیون نارنجی مایل به قرمز گرم است. در دمای اوج، مشعل کوره به یک مخلوط غنی از سوخت تنظیم می شود و عرضه هوا محدود می شود. احتراق بدون اکسیژن مونوکسید کربن و ذرات کربن آزاد تولید می کند. اتمسفر کوره از حالت اکسید کننده به کاهنده تغییر می کند و کربن در منافذ باز سطح کاشی داغ رسوب می کند.

به طور همزمان، اتمسفر احیاکننده اکسید آهن قرمز (Fe2O3، هماتیت) را روی سطح کاشی به اکسید آهن سیاه (Fe3O4، مگنتیت) تبدیل می کند و مقداری از آهن را به آهن فلزی به شکل ریز پراکنده کاهش می دهد. اثر ترکیبی تقریباً یک لایه سطحی متراکم و اشباع از کربن است ضخامت 0.1 تا 0.3 میلی متر که غیر متخلخل و آبگریز است. دانه های آب روی سطح کاشی ایبوشی به جای خیس کردن آن، و جذب آب صورت دودی به زیر 1٪ کاهش می یابد، حتی اگر بدنه کاشی زیر 2-3٪ جذب داشته باشد. فرآیند دود کردن با مهر و موم کردن کوره و اجازه دادن به خنک شدن آن در اتمسفر کاهنده پایان می‌یابد که از اکسید شدن مجدد ترکیبات کربن و آهن جلوگیری می‌کند. سطح به دست آمده دارای کیفیتی ظریف و درخشان است – نه یک رنگ مشکی مسطح، بلکه زغالی عمیق با درخشش فلزی کم رنگ – که در طول دهه‌ها به خوبی هوا می‌رود و پتینه‌ای نرم و خاموش ایجاد می‌کند.

کاشی های لعاب دار: گزینه های Yusen-gawara و رنگ

در کنار کاشی دودی ایبوشی، کوره های ژاپنی تولید می کنند yusen-gawara -کاشی های سرامیکی لعابدار- جایی که یک لغزش شیشه ای قبل از پخت روی سطح کاشی اعمال می شود و در طول چرخه کوره به یک پوشش شیشه ای و غیر قابل نفوذ تبدیل می شود. لعاب از پایه ای از فلدسپات، سیلیس و خاک رس، با افزودن اکسید فلز برای رنگ: مس برای سبز، کبالت برای آبی، آهن برای قهوه ای و کهربا، و منگنز برای بنفش-سیاه فرموله شده است. لعاب با پاشیدن یا غوطه ور کردن کاشی خشک و پخته نشده اعمال می شود و در همان چرخه پخت که بدنه رسی را متخلخل می کند بالغ می شود. لایه لعاب، به طور معمول ضخامت 0.2 تا 0.5 میلی متر ، جذب آب به طور موثر صفر دارد و سطحی براق و منعکس کننده نور را برای کاشی فراهم می کند که در باران خود تمیز شوند.

مهم ترین رنگ کاشی لعاب دار از نظر تاریخی، لعاب مسی سبز-آبی است که روی سقف معابد در کیوتو و نارا دیده می شود که با افزودن اکسید مس به دست آمده است. 2 تا 5 درصد وزنی به دسته لعاب. این لعاب که در اکسیداسیون پخته می‌شود، سبز فیروزه‌ای درخشان ایجاد می‌کند که نماد معماری مقدس در ژاپن است. کاشی‌های لعاب‌دار مسکونی مدرن در پالت‌های وسیع - مشکی مات، قهوه‌ای شکلاتی، نارنجی مایل به قرمز، سبز خزه‌ای و آبی تخته‌ای - و اغلب دارای روکش نیمه مات هستند که درعین‌حال حفظ مزایای سطح لعاب‌دار کم‌حفظ، تابش نور را کاهش می‌دهد. لعاب همچنین یک افزایش قابل اندازه گیری به استحکام خمشی کاشی اضافه می کند. پیش تنش فشاری که لعاب بر روی بدنه رسی زیرین اعمال می کند، زیرا آنها با سرعت های کمی متفاوت سرد می شوند، مدول گسیختگی را تقریباً 10-15٪ افزایش می دهد.

عملکرد مکانیکی: زمین لرزه ها، طوفان ها، و سیستم درهم تنیده

سقف کاشی سفالی ژاپنی یک سیستم سنگین است - یک متر مربع سقف کاوارا شامل کاشی ها، ملات بستر سفالی و بستر چوبی، بار مرده ای را تحمیل می کند. 50 تا 70 کیلوگرم در متر مربع . این وزن، که ممکن است در طراحی لرزه ای نامطلوب به نظر برسد، در واقع از طریق اصل میرایی جرمی تنظیم شده، به مقاومت در برابر زلزله سقف کمک می کند. سقف سنگین فرکانس طبیعی بنیادی ساختمان را کاهش می دهد و هنگامی که سقف به درستی به سازه دیوار گره می خورد، جرم اینرسی با افزایش سختی کلی سازه به مقاومت در برابر نیروهای جانبی زلزله کمک می کند. ساختمان‌های اسکلت چوبی سنتی با سقف‌های سنگین کاوارا، قرن‌ها از رویدادهای لرزه‌ای در ژاپن جان سالم به در برده‌اند، اگرچه قوانین ساختمانی مدرن اکنون علاوه بر نصب سنتی مبتنی بر گرانش و اصطکاک، به بست مکانیکی مثبت هر کاشی نیاز دارند.

مقاومت در برابر طوفان، مورد طراحی سخت‌تر برای کاشی‌های سقف است. جریان باد بر روی سقف باعث ایجاد فشار منفی (مکش) در شیب بادگیر و در لبه بام و پشته می شود و نیروی بالابرنده روی یک کاشی سفالی می تواند در سرعت باد بالاتر از وزن خود بیشتر شود. 35 متر در ثانیه . کاوارای سنتی در برابر بالا آمدن از طریق هندسه به هم پیوسته کاشی‌های تابه و پوشش و وزن قابل توجه خود کاشی‌ها مقاومت می‌کرد، با کاشی‌های لبه‌ای که علاوه بر آن توسط سیم‌های مسی به روکش سقف محکم می‌شدند. نصب مدرن طبق قانون استاندارد ساختمان ژاپن مستلزم آن است که هر کاشی به طور مکانیکی با یک گیره فلزی مقاوم در برابر خوردگی یا یک سیم فولادی ضد زنگ که به طور مثبت قفل کاشی را درگیر می کند و به چماق سقف بسته می شود، ثابت شود. سیستم ثابت باید حداقل نیروی بالابرنده را تحمل کند 1.2 کیلونیوتن بر متر مربع برای ساختمان هایی که در مناطق در معرض باد شدید قرار دارند. آزمایش تونل باد در مقیاس کامل در مؤسسه تحقیقات ساختمان ژاپن تأیید کرده است که یک سقف کاوارا به درستی نصب شده با اتصالات مکانیکی می تواند از سرعت باد بیش از 60 متر بر ثانیه، معادل یک طوفان رده 4، دوام بیاورد.

استانداردهای دوام انجماد-ذوب و جذب آب

کاشی های سفالی سقف در مناطقی که یخبندان زمستانی دارند، اگر جذب آب آنها از آستانه بحرانی فراتر رود، مستعد آسیب سرما هستند. آبی که به بدنه کاشی نفوذ کرده است، پس از یخ زدن تقریباً 9٪ منبسط می شود و فشار هیدرولیکی حاصل می تواند سطح کاشی را پاره کند یا کاشی را به طور کامل بشکند. استاندارد صنعتی ژاپن JIS A 5208 برای کاشی های سقف سفالی حداکثر جذب آب 3 درصد برای کاشی های لعابدار و 5 درصد برای کاشی های بدون لعاب (دودی) را در هنگام آزمایش با غوطه وری 24 ساعته در آب جوش مشخص می کند. این آستانه ها به طور عمدی نسبت به استاندارد اروپایی EN 1304 محافظه کارانه هستند، که تا 6 درصد برای کاشی های کم کار و 10 درصد برای کاشی های با کار متوسط ​​در آب و هوای معتدل اجازه می دهد.

سخت‌گیری استاندارد ژاپنی واقعیت آب و هوایی را منعکس می‌کند: بسیاری از ژاپن، از جمله مناطق تاریخی کاشی‌سازی جزیره آواجی و سواحل San'in، در فصل زمستان بارش برف و دوچرخه‌سواری یخ‌زدگی را تجربه می‌کنند. کاشی با جذب آب بالاتر از 5 درصد در طول فصول زمستانی متوالی آسیب انباشته می شود، با حالت شکست معمولاً با پوسته شدن سطح روی کاشی های پوشش محدب که در آن آب ذوب برف حوض می شود و دوباره یخ می زند، شروع می شود. سطح دودی کاشی ایبوشی مقاومت بیشتری در برابر یخ زدگی و ذوب شدن ایجاد می کند زیرا لایه سطحی پر از کربن و با تخلخل کم مانع از ورود آب مایع به بدنه کاشی در سطح در معرض آن می شود و به طور موثر ماده ای درجه بندی شده با نمای بیرونی متراکم و آبگریز و داخلی متخلخل تر اما محافظت شده ایجاد می کند.

کوره های منطقه ای و منشأ کاشی های سفالی

تولید کاشی بام سفالی ژاپنی در چندین منطقه کوره تاریخی متمرکز شده است که هر کدام با بدنه سفالی متمایز، مشخصات کاشی خاص و ویژگی زیبایی شناختی قابل تشخیص مرتبط هستند. سه مرکز تولید مهم عبارتند از:

• جزیره آواجی (استان هیوگو): بزرگترین و مشهورترین منطقه تولید کاوارا که تقریباً 60 درصد از تولید کاشی داخلی ژاپن را تشکیل می دهد. خاک رس آواجی یک رسوب آبرفتی دریایی ریزدانه با پلاستیسیته عالی و محتوای آهن کم است که بدن گاومیش رنگ پریده ای ایده آل برای فرآیند سیگار کشیدن ایبوشی ایجاد می کند. ibushi-gawara آواجی معیاری است که سایر کاشی های دودی بر اساس آن قضاوت می شود.
• سانشو (استان آیچی): دومین منطقه تولیدی بزرگ، معروف به سانشو-گاوارا نام تجاری خاک رس سانشو از نظر آهن بالاتر است و بدنه قرمز عمیق تری ایجاد می کند و این منطقه در کاشی های لعاب دار تخصص دارد. شهر تاکاهاما شرکت میتسوبیشی در منطقه سانشو، زادگاه کاشی یکپارچه پروفایل S بود که در حال حاضر رایج ترین مصالح سقف مسکونی در ژاپن است.
• سکیشو (استان شیمانه): یک منطقه تولیدی تاریخی در ساحل دریای ژاپن که به آن معروف است سکیشو-گاوارا که از خاک رس حاوی نسبت طبیعی بالایی از ماسه سیلیس ریز پخته می شوند. بافت شنی به کاشی های Sekishu دانه بندی سطحی متمایز و مقاومت استثنایی در برابر یخ زدگی می بخشد و آنها را به گزینه ای مطلوب برای مناطق پر برف سواحل دریای ژاپن تبدیل می کند.

کوره مبدأ معمولاً در قسمت زیرین هر کاشی به همراه علامت گواهی JIS و تاریخ تولید مهر یا برجسته می شود. برای پروژه‌های مرمت ساختمان‌های تاریخی، تطبیق پروفیل کاشی و پرداخت سطح اصلی کوره برای تداوم زیبایی‌شناختی و سازگاری فنی با ساختار سقف موجود ضروری است.

نصب: زیرلایه و سیستم تثبیت چوب

سقف کاشی سفالی ژاپنی بر روی یک زیربنای چوبی متشکل از تیرهای چوبی، چوب‌های افقی و روکش سقفی پیوسته از تخته‌های سرو یا در ساخت‌وسازهای مدرن، تخته‌لایه‌های سازه‌ای نصب می‌شود. شیب سقف برای سقف کاوارا معمولاً است بین 4/10 و 6/10 (تقریباً 22 تا 31 درجه) . زمین‌های کم‌عمق‌تر در شرایط باد محور خطر ورود آب را دارند. زمین های شیب دارتر نیاز به مهار مکانیکی اضافی برای جلوگیری از سر خوردن کاشی ها دارند. کاشی‌ها به صورت افقی از لبه‌ها شروع می‌شوند و به سمت بالا می‌روند. هر کاشی تابه با یک نوک قالبی در قسمت زیرین خود روی چوب قلاب می شود و هر کاشی پوششی در مقدار کمی ملات خاک رس قرار می گیرد یا در عمل مدرن با یک گیره فنری فولادی ضد زنگ محکم می شود که چفت را درگیر می کند.

کاشی های لبه اول نصب شده هستند و تراز را برای کل سقف تنظیم می کنند. یک لبه قطره ای مسی یا فولادی ضد زنگ به تخته فاسیا بسته می شود و کاشی های لبه از طریق سوراخ های از پیش ساخته شده در بدنه کاشی به روکش سیمی می شوند. رج مونتاژ نهایی است: یک تخته رج الوار برجسته با یک بستر پیوسته از ملات آهک شیکوی پوشانده شده است، کاشی های رج با مفتول های سیم مسی در ملات قرار می گیرند و یک کلاهک نهایی ملات روی کاشی ها شکل می گیرد تا یک انتقال صاف و آیرودینامیکی ایجاد کند که از ورود باد به زیر کاشی های رج جلوگیری می کند. مجموعه پشته بخشی از سقف است که در برابر آسیب طوفان آسیب پذیرتر است، و روش مدرن آن را با یک بند پشته فولادی ضد زنگ تقویت می کند که کاشی های پشته را به طور مکانیکی به ساختار سقف می بندد.

تعمیر و نگهداری، کنترل خزه و عمر سرویس

یک سقف کاشی سفالی ژاپنی که به خوبی ساخته شده و به درستی نصب شده باشد، عمر مفیدی دارد که می تواند از آن بیشتر شود 50 تا 100 سال برای خود بدنه کاشی، اگرچه لایه زیرین، فلاشینگ ها و ملات رج دارای فواصل سرویس کوتاه تری هستند. نگرانی اصلی نگهداری، رشد خزه و گلسنگ است که به ویژه در محیط های مرطوب و سایه دار ژاپن تهاجمی است. ریزوئیدهای خزه به منافذ سطحی میکروسکوپی کاشی‌های دودی بدون لعاب نفوذ می‌کنند و طی دهه‌ها می‌توانند باعث پوسته پوسته شدن سطح شوند زیرا ریشه‌ها با چرخه‌های رطوبت منبسط و منقبض می‌شوند. نگهداری سنتی شامل خراش دادن دوره‌ای خزه با دست می‌شود، یک روش کار فشرده که به طور فزاینده‌ای با استفاده از تیمار بیوسید سولفات مس یا کلرید بنزالکونیوم جایگزین می‌شود که رشد مجدد خزه را برای چندین سال مهار می‌کند.

ملات پشته ای که در معرض شدیدترین چرخه های خیس شدن و خشک شدن قرار می گیرد، تقریباً هر بار نیاز به اشاره مجدد دارد. 20 تا 30 سال . اتصالات سیم مسی در لبه و برجستگی دارای عمر مفید مشابهی قبل از خوردگی هستند، به ویژه در محیط های ساحلی با هوای پر نمک، و باید بازرسی شوند و زمانی که برآمدگی مجدداً نشان داده شد، تعویض شوند. کاشی های منفرد ترک خورده یا پوسته شده را می توان بدون ایجاد مزاحمت برای سقف اطراف، با کشیدن کاشی آسیب دیده به بیرون و یک کاشی جدید به داخل، به شرط اینکه پروفیل کاشی هنوز در حال تولید باشد، جایگزین کرد. برای کاشی‌های تاریخی که دیگر تولید نمی‌شوند، کاشی‌های نجات از ساختمان‌های تخریب شده منبع اصلی مواد جایگزین هستند و برای این منظور باید انباری از کاشی‌های یدکی از نصب اولیه نگهداری شود.