Ключевые слова: монолитность, прочность на сжатие, каменная кладка, известковый раствор, цементный раствор, жесткий раствор, прочность кладки, прочность камня.
Надежность каменной кладки — сложное, комплексное понятие, она определяется целым рядом показателей. К основным показателям надежности каменной кладки относятся:
– долговечность каменной конструкции;
– монолитность кладки;
– работа каменных конструкций на растяжение — сжатие;
– прочность каменой кладки;
– морозостойкость.
Рассмотрим показатели подробнее.
Долговечность — одна из основных характеристик надежности каменных конструкций. Каменные (кирпичные) здания имеют продолжительный срок эксплуатации — более 50 лет, а в некоторых случаях этот срок составляет 100–150 лет. Поэтому организационно-технологические решения каменной кладки и ремонта каменных (кирпичных) зданий должны учитывать, в первую очередь, что здание будет эксплуатироваться безотказно в течение многих десятилетий.
Монолитность — необходимое условие организационно-технологической надежности каменной кладки. Монолитность каменной (кирпичной) кладки обеспечивается перевязкой камней (кирпичей) и кладочными растворами.
Следующий критерий надежности каменной кладки — коэффициент линейного расширения. Как отмечают С. В. Поляков и С. Ф. Сафаргалиев, «Каменные конструкции хорошо работают на сжатие и практически не работают на растяжение, поэтому появление больших эксцентриситетов приложения нагрузки в каменных конструкциях является их критическим дефектом и может привести к разрушению здания или сооружения, например от сейсмического воздействия или раньше срока окончания эксплуатации строения» [1, с. 87].
Прочность — фундаментальная характеристика строительных конструкций вообще и каменной кладки в частности.
Как пишет А. С. Лычев, «Прочность каменной кладки зависит от прочности камня и раствора, формы, размеров и наличия пустот в камне, качества кладки и ухода за ней, схемы перевязки камней, и некоторых других, менее важных факторов» [2, с. 94].
При силовых воздействиях на кладку составляющие ее материалы (кирпич или другой камень, раствор), работают совместно. При центральном сжатии кладки наряду с деформациями сжатия по направлению действия силы всегда действуют деформации поперечного расширения.
Камень как более жесткий материал сдерживает поперечные деформации менее жесткого раствора. Поэтому кирпич (камень) работает на растяжение, а менее жесткий раствор — на сжатие. Поперечные растягивающие усилия являются одной из главных причин разрушения кладки, особенно при растворах низкой прочности [3, с. 75].
В свою очередь, В. С. Самойлов отмечает, что «Каменная кладка имеет предел прочности, который составляет 40–50 % от прочности кирпича или камня. Это связано с тем, что отдельные камни, опираясь на раствор в некоторых точках, работают не на сжатие, а на изгиб. Прочность и устойчивость кладки во многом зависят от расположения камней в кладке» [4, с. 102].
Деформативные свойства раствора определяются видом раствора и его возрастом: наиболее деформативны известковые растворы; наименее деформативны — цементные растворы, они жестче известковых растворов.
Именно поэтому появление незначительных трещин в кладке на известковом растворе менее опасно, так как имеется запас прочности; в то же время такие же трещины в кладке на цементном растворе свидетельствуют о перегрузке и необходимости усиления кладки.
В качестве причин особенностей работы камня и раствора Л. И. Онищик выделял: «неоднородность распределения прочности и деформации растворных швов; различие всасывающей способности камня и водоудерживающей способности раствора на различных участках соприкосновения; неравномерность усадки раствора; концентрация напряжений вблизи пустот и отверстий ввиду наличия пустот в вертикальных швах кладки, и отверстий в пустотелых камнях» [5, с. 63].
Таким образом, прочность кладки при сжатии зависит от марки камня и марки раствора.
Морозостойкость применяемых каменных материалов также является важнейшим фактором надежности кладки. Дело в том, что основной механизм старения камней — исчерпание ресурса морозостойкости внешними слоями кладки, подвергающимися воздействию дождей и мороза. Нормируется морозостойкость материала наружных 12 см однослойной каменной кладки или морозостойкость наружного слоя слоистой стены, а также морозостойкость материала верхней части каменных фундаментов — на всю толщину кладки по СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции» [6, с. 8].
Если каменная конструкция спроектирована правильно — с учетом недопустимости влагонакопления в толще стены в отопительный период — то морозостойкость слоев, не подвергающихся прямому воздействию осадков, становится не важным фактором. Нормируется морозостойкость каменных материалов через марку по морозостойкости.
Следует отметить, что в настоящее время почти все каменные материалы, используемые в капитальном строительстве, обладают высокими марками по морозостойкости. При этом для обеспечения правильной эксплуатации каменных конструкций требуется монтаж водоотводов, обеспечение нормального влажностного режима в помещениях, наружная отделка каменных зданий, которая не запирает влагу в стенах; в некоторых случаях требуется пароизоляция на внутренней поверхности каменных (кирпичных) стен.
В этой связи важно отметить еще один критерий надежности каменной кладки — устойчивость к коррозии (коррозионная стойкость).
Как отмечают В. И. Леденев и И. В. Матвеева, «Интенсивность коррозии каменных конструкций зависит от структуры материала, степени и вида его увлажнения, а также от химического состава водной среды. Устойчивость природных, как и искусственных, каменных материалов главным образом определяется модулем основности» [7, с. 24].
Коррозийная стойкость природных каменных материалов зависит от свойств горных пород, из которых они получены. Для придания керамическим изделиям устойчивости по отношению к агрессивным средам их изготовляют с добавкой соответствующих материалов. Например, кислотоупорные изделия производят из тугоплавких и огнеупорных основных и полукислых глин высокой и средней пластичности.
Таким образом, для обеспечения надежности каменной кладки необходимо обеспечивать:
1) требования к каменным материалам и растворам по прочностным показателям (по нагрузкам и воздействиям, прочность на сжатие);
2) требования к предельным показателям деформации (прогиб, перемещение);
3) требования по морозостойкости и коррозионной стойкости.
Литература:
1 Поляков, С. В. Монолитность каменной кладки / С. В. Поляков, С. Ф. Сафаргалиев. — Алма-Ата, 1991. — 160 с.
2 Лычев, А. С. Надежность строительных конструкций [Текст]: учеб. пособие / А. С. Лычев. — М.: АСВ, 2008. — 184 с.
3 Ржаницын, А. Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. — М.: Стройиздат, 1978. — 239 с.
4 Саймойлов, В. С. Каменные дома. — М.: ООО «Аделант», 2006. — 184 с.
5 Онищик, Л. И. Прочность и устойчивость каменных конструкций. Часть I. Работа элементов каменных конструкций [Электронный ресурс]: учеб. пособие / Л. И. Онищик. — URL: http://science.totalarch.com/book/3829.rar
6 СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции».
7 Леденев, В. И. Физико-технические основы эксплуатации наружных кирпичных стен гражданских зданий: учеб. пособие / В. И. Леденев, И. В. Матвеева. — Тамбов: Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та, 2005. — 160 с.
