2.2 Матеріали для кам’яних і армокам’яних конструкцій. Частини будинків і споруд, які виконують із каменю

Кам’яна кладка – це будівельний матеріал, який складається із каменів різних видів, з’єднаних між собою розчином. Кам’яна кладка, що має певну форму та розрахована на виконання огороджувальних і несучих функцій, утворює кам’яну конструкцію. В багатьох випадках, щоб зменшити її поперечні перерізи або у разі виникнення в них розтягуючих зусиль, у кладці розташовують металеві сітки або поздовжні стрижні. Такі конструкції називають армокам’яними.

Використання кам’яних конструкцій нараховує багато тисячоліть. Старовинними спорудами з природного каменю, що частково збереглися, є будівлі кам’яного віку із великих брил і плит. До більш пізнього періоду відносяться кріпосні стіни (фортеці) із масивних каменів (наприклад Генуєська в Судаку, Крим), гробниці єгипетських фараонів – піраміди, складені з великих обтесаних каменів.

З розвитком суспільства й удосконаленням засобів виробництва замість крупнорозмірних почали широко використовувати грубо або добре обтесані дрібні камені, а також з’явилися камені із сирцевих матеріалів на основі глини та гіпсових в’яжучих, з яких зводили будівлі в країнах зі спекотним кліматом іще понад шість тисяч років тому. Чотири тисячі років тому у Вавилоні почали виготовляти обпалену глиняну цеглу. Природні камені, цегла-сирець і обпалена цегла на той час були основними матеріалами для будівництва в Древній Греції, Римі й інших країнах, а в середніх століттях – і у Західній Європі. Видатні пам’ятки архітектури того часу збереглися до тепер.

З утворенням Київської Русі починається інтенсивне зведення кам’яних будівель і споруд спочатку з природних каменів і проміжними рядами з обпаленої глиняної цегли, а потім із тесаного білого каменю (в подальшому з брускової цегли).

Перші армокам’яні конструкції застосовані в ХІ ст. у храмі Светі-Цховелі в Грузії (в горизонтальні шви стін тут були вкладені ковані металеві стрічки). При будівництві Покровського собору в Москві (XVI ст.) вперше застосовано плоске цегляне перекриття, армоване в швах стрічковою сталлю.

В XIX ст. були розроблені емпіричні правила зведення кам’яних будівель і споруд, а в тридцяті роки XX ст. – емпіричні формули для розрахунків конструкцій.

У нашій країні найважливішим видом будівельних матеріалів для майже всіх видів будівництва залишаються природний і штучний камінь та обпалена цегла. Кам’яні й армокам’яні конструкції широко використовуються в різних галузях будівництва завдяки своїм перевагам: достатній міцності та високій довговічності; вогнестійкості; можливості використання місцевих матеріалів і надання конструкціям будь-яких форм; малим експлуатаційним витратам. Однак кам’яним конструкціям притаманні і певні недоліки: труднощі в механізації будівельних процесів; недостатня теплостійкість; проблеми при зведенні в зимовий час.

Застосування нових технологій надає можливість виготовлення високоефективних різноманітних кам’яних матеріалів, що забезпечує широке використання кам’яних конструкцій у будь-якій галузі будівництва: промисловому, цивільному, гідротехнічному, енергетичному тощо. На сучасному етапі будівництва, котре характеризується більш інтенсивним використанням індивідуальних проектів, застосування кам’яних конструкцій набуває нового розвитку, зокрема у напрямку укрупнення штучних матеріалів, створення більш ефективної кладки, використання кам’яних блоків.

Для спорудження кам’яних конструкцій застосовують різні види природних і штучних каменів (масою до 40 кг) і кам’яних виробів, а також будівельні розчини. Природне каміння важких порід (вапняки, піщаники, граніти) використовують переважно для облицювання стін та улаштування фундаментів, а з каменів легких порід (туф, вапняк, черепашник) у південних районах зводять стіни.

Широко використовують штучні камені. До них належить: цегла різних видів (глиняна звичайна повнотіла та пустотіла, силікатна й ін.), камені керамічні, бетонні із важкого і легкого бетону (суцільні та порожнисті) й ін. Цеглою називають штучні камені, які мають правильну форму паралелепіпеда з товщиною, що не перевищує 130 мм і масою не більше 4,3 кг. Керамічна цегла та камені виготовляються способом напівсухого пресування або пластичного формування глинистих і кремнеземистих (трепел, діатоміт) осадкових порід і промислових відходів (вуглевидобутку та вуглезбагачення, золи виносу, шлаків тощо) з мінеральними та органічними домішками або без них з наступним випаленням у печах. Глиняну звичайну повнотілу цеглу застосовують для кладки стін, стовпів, ємнісних споруд, колодязів, каналів. Вона має більшу теплопровідність, і тому товщина зовнішніх стін у разі суцільної кладки визначається, як правило, теплотехнічними вимогами й виходить значною. Несуча здатність таких стін набагато перевищує необхідну, і цеглу як конструкційний матеріал використовують неповністю. Бажання подолати цю проблему привело до створення полегшеної та багатошарової кладки будівель, а також до застосування більш ефективних видів цегли. Керамічні й бетонні камені використовують при зведенні стін і перегородок, перекриттів, а великі блоки з важкого бетону, крім того, застосовують для кладки стін фундаментів. Штучні камені обмежені масою 40 кг, отже кам’яна кладка, що виконується із них на будівельному майданчику, не відповідає повною мірою вимогам будівництва. Тому для стін і фундаментів широко застосовують кам’яні вироби – крупні блоки й стінові панелі (вони виготовляються в заводських умовах, і їх маса обмежується вантажопідйомністю обладнання). Блоки бувають із легкого та важкого бетону (суцільними і порожнистими), цегли, керамічних та природних каменів й інших матеріалів. Панелі для зовнішніх стін бувають одношарові з легких бетонів і двошарові з цегли чи керамічних каменів з ефективним утеплювачем (віброцегляні панелі), тришарові (з двох шарів армованого бетону та шаром утеплювача між ними); для внутрішніх стін застосовують суцільні панелі з важкого бетону й одношарові віброцегляні панелі. При виборі виду матеріалів для кам’яних конструкцій слід віддавати перевагу місцевим природним матеріалам.

Залежно від в’яжучого, що застосовують, розрізняють такі розчини: цементні, вапняні, змішані. Для підвищення продуктивності праці каменяра, якості кладки, її міцності та щільності розчин повинен легко вкладатися. Для цього в його склад вводять пластифікатори (глину або вапно). При зведенні конструкцій, що підлягають систематичному впливу води, наприклад фундаментів, які розташовані нижче рівня ґрунтових вод, застосовують цементні розчини, а для надземної кладки широко розповсюджені вапняні та цементно-вапняні розчини.

Для армування кам’яних конструкцій застосовують сталеву арматуру із вуглецевої або аустенічної неіржавіючої сталі. Сталева арматура може бути гладкою або ребристою. Як жорстка арматура може використовуватися листова, смугова та фасонна сталь.