Раздел II. Каменные и армокаменные конструкции

Глава 18. Общие сведения. Материалы для каменных и армокаменных конструкций

§ 18.1. Преимущества и недостатки каменных и армокаменных конструкций

Конструкции из камня и армированной каменной кладки используются при возведении фундаментов, стен, колонн, дымовых труб, подпорных стен, водонапорных башен, силосных ям и других элементов зданий и соору­жений. К преимуществам каменных конструкций отно­сятся: простота изготовления, возможность применения имеющихся местных материалов, долговечность, огне­стойкость, относительно высокая прочность, влагостой­кость, морозостойкость и химическая стойкость. К недо­статкам — значительные трудовые затраты на возведе­ние, большая масса и высокая теплопроводность.

Дальнейшее развитие каменных конструкций пойдет по пути освоения и внедрения новых более эффективных материалов и крупноразмерных конструкций из кирпича, крупных блоков и панелей заводского изготовления, из легких и ячеистых бетонов, что позволит существенно повысить уровень механизации кладочных работ и до­биться сокращения сроков строительства. Совершенст­вование теоретических методов расчета прочности, устой­чивости и деформативности даст возможность про­ектировать эффективные конструкции из каменных материалов, имеющих сравнительно малую массу, поз­воляющих использовать индустриальные методы строи­тельства и местную сырьевую базу.

§ 18.2. Виды каменных

КОНСТРУКЦИЙ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИХ ВОЗВЕДЕНИЯ

Каменная кладка представляет собой неоднородное тело, состоящее из камней, вертикальных и горизонталь­ных швов, заполненных раствором. Эта неоднородность в основном и определяет особенности ее физико-меха­нических свойств.

По конструктивному решению каменную кладку разделяют на: сплошную — из кирпича или камней правиль­ной формы (рис. 18.1,а); облегченную, состоящую из несущих кирпичных слоев и утеплителя, располагаемого внутри (рис. 18.1,б, в, г) с облицовкой керамическими плитками, кирпичом или камнями (рис. 18.1,5, е, ж), из крупных блоков из легкого или ячеистого бетона или виброкирпичных блоков или панелей (рис. 18.1,з). Кон­струкции из сплошной кладки, как правило, получаются достаточно массивными (особенно в северных районах) из-за большой теплопроводности.

Поэтому для повыше­ния экономической эффективности рекомендуется при­менять кладки из облегченного пустотелого (пористого, дырчатого, пористо-дырчатого) кирпича и из пустотелых бетонных камней. Такая кладка рекомендуется при строительстве малоэтажных зданий и в верхних этажах многоэтажных зданий, поскольку в этих случаях нагруз­ки невелики и позволяют использовать облегченный кир­пич, так как его прочность невелика по сравнению со сплошным. Стены из крупных блоков и панелей в наи­большей степени соответствуют требованиям индустриа­лизации строительства, так как они дешевле и менее трудоемки при возведении. В зданиях с внутренними по­перечными несущими каменными стенами и легкими не­сущими или самонесущими наружными стенами толщина последних в основном определяется требованиями теп­ло- и звукоизоляции. В этом случае следует применять конструкции из облегченной кирпичной кладки.

Каменные материалы различают по следующим при­знакам: по происхождению — природные, добываемые в карьерах из горных пород (известняков, доломитов, песчаников, гранита, туфа и др.), и искусственные, из­готавливаемые на заводах строительных материалов, по величине — блоки (камни) крупные высотой более 50см, мелкоштучные — высотой 10...20 см и кирпич высотой до 10 см. Прочность каменных материалов характеризуется их марками, которые определяются по пределу прочно­сти в Па при сжатии образцов установленной формы (обычно кубик с определенной длиной ребра). Для кир­пича марка устанавливается в зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе. По прочности каменные материалы бывают: высокопрочные (марка 250...1000), средней прочности (75...200) и малой прочности (4...50).

Долговечность конструкций из каменных материалов зависит от стойкости против атмосферных воздействий и определяется испытаниями на морозостойкость (Мрз). Необходимая морозостойкость измеряется числом циклов замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоя­нии, которое выдерживает испытываемый материал. Установлены следующие марки по морозостойкости: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300. Требования, предъявляемые к конструкциям по морозостойкости, зависят от региона строительства, условий эксплуатации и на­дежности здания. При эксплуатации здания в условиях повышенной влажности требования по морозостойкости повышаются на одну-две ступени. При устройстве фун­даментов и подземных частей зданий из камней или бло­ков тяжелого бетона независимо от расположения уров­ня подземных вод марку по морозостойкости принимают 150, 200 и 300 соответственно при I, II и III классах от­ветственности зданий. Для южных районов страны до­пускается снижать норму морозостойкости на одну сту­пень.

Искусственные камни, применяемые для каменных конструкций, производятся на заводах строительных материалов в виде кирпича: керамического обыкновен­ного (обожженного) пластического или полусухого прес­сования, силикатного, шлакового, глиняного пустотелого пластического и полусухого прессования (дырчатый и пористо-дырчатый). Плотность сплошного кирпича 1700...2000 кг/м³, облегченного —700... 1500 кг/м³. Мар­ки кирпича от 50 до 200. Керамические пустотелые камни (рис. 18.2,в) выпускают с вертикальными или гори­зонтальными пустотами (объемом до 60 % общего объ­ема камня). Из-за наличия пустот существенно улучша­ются теплотехнические свойства и снижается плотность, однако такой камень менее прочен (марки камней 50... 150). Бетонные обыкновенные камни изготавливают из тяжелого и легкого бетонов на пористых заполнителях с соответствующей плотностью 1800 кг/м³ и р=900... 1800 кг/м³, в некоторых случаях используется и ячеистый бетон (р=600...1200 кг/м³). Камни обычно выпускаются облегченными трехпустотными или с щелевидными пус­тотами (рис. 18.2,г). Для фундаментов, цоколей и стен мокрых помещений используют сплошные блоки. Круп­ные блоки бывают бетонными, силикатными, из кирпи­ча и керамических камней. По своему назначению их подразделяют на фундаментные, для стен подвалов, цо­колей, внутренних и наружных стен. Бетонные блоки для наружных стен изготавливаются чаще всего из лег­кого бетона, бетона на пористых заполнителях и ячеис­того. Для стен подвалов блоки выполняются, как прави­ло, из тяжелого бетона. Применение крупных блоков из кирпича и керамических камней позволяет снижать тру­дозатраты до 15 % по сравнению с обычной кладкой.

Блоки из силикатного бетона не рекомендуется приме­нять в помещениях, где относительная влажность воз­духа превышает 75 %, так как в этом случае снижается прочность бетона.

Строительные растворы обеспечивают связь между отдельными камнями в кладке, уменьшают ее влагопроницаемость и продуваемость, образуя единый монолит. В зависимости от типа вяжущих различают растворы: цементные, известковые, цементно-известковые и цементно-глиняные. Маркой раствора называют предел прочности при сжатии стандартных кубиков, выдержан­ных 28 сут и испытанных согласно ГОСТу. В современ­ном строительстве применяются следующие марки рас­творов: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200. Наибольшую прочность и стойкость при атмосферных и других воз­действиях имеют цементные растворы, однако из-за большого расхода цемента они достаточно дороги. Для повышения пластичности (удобоукладываемости) и водоудерживающей способности в цементные растворы ча­сто добавляют пластификаторы. Следует учитывать, что пластифицирующие добавки несколько снижают проч­ность раствора.

Известковые и глиняные растворы медленно тверде­ют, имеют низкую прочность и быстро разрушаются с увеличением влажности, поэтому их применяют при не­больших нагрузках. Выбор марки раствора для камен­ной кладки осуществляется с учетом требований к проч­ности и долговечности зданий и сооружений. Для на­ружных стен зданий сроком службы 50 и 100 лет с помещениями нормальной влажности (до 60%) мини­мальная марка раствора принимается не ниже 10, с влажными помещениями (61...75%)—не ниже 25 и мокрыми — (более 75 %) — не ниже 50. Для подземной кладки фундаментов и цоколей во влажном грунте ре­комендуется применять цементно-известковые и цементно-глиняные растворы марок 25, 50, в насыщенных во­дой грунтах — цементные растворы не ниже марки 50. В армированных кладках для стен помещений с влаж­ностью до 60 % минимальная марка раствора 25, с влаж­ностью выше 60 % — 50. При использовании крупных блоков из керамики или других материалов марка рас­твора должна быть не менее 25.

Металлическую арматуру для армокаменных конст­рукций обычно изготавливают из стали. Рекомендуется использовать горячекатаную круглую сталь класса A-I и периодического профиля класса А-П диаметром 6... 40 мм, а также арматурную проволоку холоднотянутую периодического профиля класса Вр-I диаметром З...8мм. Для соединительных элементов и закладных деталей и стальных обойм следует применять прокатную листо­вую сталь, фасонные профили, полосовую сталь, как в металлических и железобетонных конструкциях.

Особенности каменной кладки возводимой в зимних условиях. Зимние условия для возведения каменных кон­струкций определяются среднесуточной температурой окружающего воздуха +5°С и ниже или минимальной суточной температурой 0°С и ниже. В зимних условиях допускается возводить кладку из кирпича, камней пра­вильной формы и крупных блоков. При этом каменные работы выполняются тремя способами: основанным на применении растворов с противоморозными химическими добавками, замораживанием раствора и кладкой с про­гревом конструкций. Способ зимней кладки должен об­основываться технико-экономическими расчетами. Наи­более экономично применение противоморозных добавок в растворах с прочностью не ниже 5 МПа, твердеющих на морозе без обогрева. К таким добавкам относятся нитрат натрия (NaNO₂), поташ (К2СО₃), а также сме­шанные и комплексные добавки. Количество добавок зависит от среднесуточной температуры воздуха и со­ставляет 2... 15 % массы цемента в растворе.

Растворы с химическими добавками твердеют и на­бирают прочность на морозе. Однако они обладают по­вышенной гигроскопичностью и могут вызывать коррозию пористых силикатных материалов. Поэтому зимнюю кладку на растворах с добавками поташа и нитрита нат­рия нельзя применять для кладки тех помещений, в ко­торых относительная влажность воздуха предусматри­вается более 60 и 75 %. Применять химические добавки для кладки конструкций, подвергающихся воздействию температур выше +40°С, а также находящихся в непосредственной близости к источникам тока высокого на­пряжения, не допускается. Кроме того, добавка поташа не рекомендуется для кладки из силикатного кирпича.

Способ замораживания раствора прочности R₂ ≥ 1 МПа заключается в том, что цементный или смешан­ный раствор в кладке замерзает и не твердеет, а приоб­ретает временную морозную прочность. В момент оттаи- вания кладки прочность раствора становится нулевой. После твердения в условиях положительной температу­ры она не достигает прочности раствора кладки, не под­вергавшейся раннему замораживанию и снижается на 20...50%. Способ замораживания раствора без химиче­ских добавок не допускается для конструкций, подвер­гающихся в стадии оттаивания действиям вибрационных и динамических нагрузок, значительных поперечных сил и продольных сил при больших эксцентриситетах их приложения. Состав растворов должен подбираться из условий обеспечения минимально необходимой прочно­сти и устойчивости кладки во время оттаивания и экс­плуатации конструкций. Не допускается применение та­кого способа замораживания при кладке из камней не­правильной формы.

Способ прогрева кладки применяется, если невозмож­но использовать растворы без химических добавок или когда требуется ускорить нарастание прочности раство­ра, необходимой для восприятия кладкой, лежащей вы­ше нагрузки. Температура внутри прогреваемой части зданий в наиболее охлажденных местах у наружных стен на высоте 50 см от пола должна быть не менее +10⁰С. Утепленную часть здания следует оборудовать вентиля­цией, обеспечивающей относительную влажность возду­ха в период прогрева не более 70 %.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите преимущества и недостатки каменных и армокаменных конструкций.

2. Как классифицируется каменная кладка?

3. Какие марки и условия их применения для зданий различ­ных классов ответственности вы знаете?

4. Перечислите типы искусственных камней, их характеристики, преимущества и недостатки.

5. Назовите типы растворов, применяемых для каменной клад­ки, их марки и условия применения.

6. Как производится выбор марки раствора?

7. Перечислите классы арматуры, применяемой для армокаменных конструкций.

8. Укажите способы выполнения каменной кладки в зимних ус­ловиях.