8.3 Материалы для армокаменных конструкций

Для армокаменных конструкций применяют кирпич всех видов, керамические камни со щелевидными пустотами.

Марка кирпича, применяемого для армокаменных конструкций, как правило, должна быть не менее 75, а камня – не менее 50. Как исключение при соответстующем обосновании может быть допущено применение кирпича марки 50 и камня марки 35.

Марка раствора, в который укладывают арматуру, должна быть не ниже 25, а в стенах и столбах сырых помещений, в цоколях и конструкциях, находящихся в земле или на открытом воздухе, - не ниже 50.

Для армирования каменных конструкций следует применять:

- арматуру классов S240 и S500 для сетчатого армирования;

- для анкеров и связей, продольного и поперечного, объемного армирования - арматуру классов S240, S500, S540, S800, стеклопластиковые элементы и т.п.;

- для закладных деталей и соединительных накладок – сталь в соответствии с нормами проектирования металлоконструкций.

При соответствующем обосновании допускается применение других видов сталей, используемых для армирования железобетонных конструкций.

Для крепления штукатурных слоёв используют металлические сетки и каркасы, а также сетки из стеклоткани, полиэтилена, изделия из алюминия и полимеров; отрезки проволоки из металла, стекловолокна, базальтового волокна, полипропилена и т.п.

При креплении экранов, теплоизоляции, каркасов используют дюбели, гвозди, анкеры. Гибкие связи многослойных стен выполняются из легированной или оцинкованной стали, либо из стеклопластиковой арматуры.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие области применения каменных конструкций?

2. Виды штучных материалов для каменной кладки?

3. Какие виды изделий из блоков, применяются для каменной кладки?

4. Какие разновидности растворов используются для кладки?

5. Из каких материалов выполняется облицовка?

6. Для чего используются в кладке металлоизделия?

7. Какие металлоизделия используются в кладке?

8. Как испытать кирпич на сжатие?

9. Как испытать кирпич на изгиб?

10. Как определить марку раствора в подоконной части кладки?

Лекция 9. Физико-механические свойства кладки

Каменная кладка является монолитным неоднородным упругопластическим материалом. Даже при равномерном распределении нагрузки по всему сечению сжатого элемента камень и раствор находятся в условиях сложного напряженного состояния. Они одновременно повдержены внецентроенному сжатию, изгибу и растяжению, срезу и смятию, см. рис. 9.1.

Рис. 9.1. Напряженное состояние камня в кладке: 1-сжатие; 2-растяжение; 3-изгиб; 4-срез; 5-местное сжатие.

Основными причинами такого состояния являются:

а) неоднородность растворных швов, вызванная невозможностью равномерного перемешивания раствора с равномерным распределением вяжущего, заполнителя и воды, различная всасывающая способность камня и водоудерживающая способность раствора по постели камня, что сказывается в итоге на неравномерной усадке. На указанный фактор значительное влияние оказывает и квалификация каменщика, выбор крупности заполнителя. Повышение подвижности раствора и пластичности позволяют получать более ровные швы. Однако при подборе состава раствора следует стремиться обеспечивать большую его плотность после затвердения. Опыты показывают, что увеличение плотности раствора на 5...10% повышает прочность кирпичной кладки на 20...30%. Поэтому не рекомендуется применять пластификаторы, снижающие плотность раствора больше чем на 6%;

б) различные деформативные свойства камня и раствора. При сжатии осевым деформациям по направлению действия силы сопутствуют деформации поперечного расширения. Камень и раствор монолитно связанны друг с другом, в результате более жесткие материалы (как правило камень) сдерживают деформации менее жестких (растворов), оказываясь в результате растянутыми. А сопротивление камня растяжению в разы меньше сопротивлению на сжатие, что может привести к возникновению трещин. Растягивающие напряжения в камне больше в случае применения глиняного кирпича, чем силикатного. Это объясняется тем, что жесткости раствора и силикатного кирпича отличаются незначительно;

в) наличие пустот в вертикальных швах кладки, отверстий в каменных материалах, нарушающих монолитность и приводящих к концентрации растягивающих и сдвигающих напряжений в данных зонах (в наибольшей степени у верхнего и нижнего концов щелей);

г) геометрическая неоднородность каменных материалов, вид перевязки швов и иные несовершенства, вызывающие расклинивающее влияние камней друг на друга. Если камни имеют неправильную форму, то нарушается перевязка между ними, объем раствора увеличивается. Это приводит к снижению прочности кладки.

Низкое сопротивление кирпича сжатию может компенсироваться его повышенным сопротивлением изгибу, так как при этом увеличивается его прочность при растяжении и срезе.

Увеличение толщины горизонтальных швов кладки улучшает качество раствора и смягчает местные напряжения. Однако при этом увеличиваются поперечные растягивающие напряжения в кирпиче. Оптимальной толщиной шва является 10...15 мм. Поэтому средняя толщина горизонтальных швов кладки из кирпича и других камней правильной формы принимается 12 мм.

При возведении каменной кладки в жаркую и сухую погоду, глиняный кирпич перед укладкой должен погружаться в воду или сильно смачиваться. Этим обеспечивается сцепление камня и твердеющего раствора.

Эффективным способом повышения качества кладки является кратковременное ее вибрирование при изготовлении кирпичных блоков и панелей. Это способствует лучшему заполнению горизонтальных и вертикальных швов и отжатию влаги из раствора в кирпич без снижения сцепления камня и твердеющего раствора.

Резюмируя вышесказанное, можно сказать, что напряженное состояние кладки можно представить в виде системы, состоящей из жестких камней, воспринимающих неравномерно распределенные и сосредоточенные нагрузки. Камни связаны между собой и раствором силами трения и опираются на многочисленные, хаотически расположенные опоры различной жесткости.

Проведенными экспериментальными исследованиями установлено, что в зависимости от величины действующих напряжений можно выделить четыре стадии работы каменной кладки под кратковременной сжимающей нагрузкой, см. рис. 9.2.

Рис. 9.2. Стадии работы кладки при сжатии: а-первая; б-вторая; в-третья; г-четвертая(разрушение кладки). N – продольное сжимающее усилие, Nтр – усилие трещинообразования, Nр – разрушающее продольное усилие.

Первая стадия соответствует такому напряженно-деформированному ее состоянию, при котором трещины в камне отсутствуют, т. е. при сжимающих напряжениях (нормальная эксплуатация). Первые трещины в кладке появляются при нагрузках меньших, чем разрушающих. При применении растворов небольшой прочности напряжения, при которых образуются первые трещины в кладке, составляют = (0,4...0,6) R_u, где R_u — временное сопротивление каменной кладки при сжатии. Для кладки на смешанных растворах =(0,6...0,7) R_u, a для старой кладки на плотном цементном растворе напряжение о =(0,7...0,8) R_u,

Вторая стадия работы кладки под нагрузкой характеризуется напряжениями

Третья стадия является промежуточной между стадиями образования первой трещины и разрушения кладки. Увеличение нагрузки в данной стадии приводит к развитию старых и возникновению новых трещин в камне, а также их объединению между собой и с вертикальными швами. Это приводит к разделению кладки на отдельные гибкие столбики.

Четвертая стадия соответствует разрушению кладки после того, как рост трещин начинает прогрессировать при постоянной нагрузке. Разрушение кладки происходит вследствие потери устойчивости тонких внецентренно сжатых столбиков, отделенных вертикальными трещинами. Поэтому прочность кладки всегда меньше, чем временное сопротивление камней на сжатие.