В строительстве находят применение две группы естественного камня: тяжелые породы в виде известняка, песчаника, гранита и т. п., и легкие породы: известняк-ракушечник, туф и т. п.
Как отмечалось выше, область применения тяжелых камней в современном строительстве по сравнению с прошлым значительно сузилась. Для наружных стен применение тяжелых естественных камней нецелесообразно, так как они обладают очень высоким коэффициентом теплопроводности, требующим значительной толщины. Тем не менее кладка стен из бута еще применяется в некоторых южных районах России, где бут является дешевым местным материалом и климатические условия не требуют большой толщины стен. Бутовые стены иногда применяются также в новых осваиваемых районах, где еще не развито производство искусственных стеновых материалов.
Основное применение тяжелый естественный камень находит в фундаментах. Здесь большим преимуществом является стойкость многих естественных пород в тяжелых грунтовых условиях. Однако бутовая кладка обладает существенными недостатками с производственной стороны, а именно большой трудоемкостью и кустарным характером производственного процесса, который не поддается механизации.
Бутовая кладка в дальнейшем будет вытесняться бетоном. Этот процесс задерживается пока недостатком цемента, что привело к появлению особого вида кладки из естественного камня - бутобетона. Сочетание бута и бетона в бутобетоне хотя и не вполне удовлетворительно с точки зрения использования прочности основных материалов - бута и бетона и не освобождает от ручного труда по укладке бутового камня, но по сравнению с бутовой кладкой значительно облегчает производственный процесс. Бутобетон в дальнейшем будет вытеснен бетоном, так как весь процесс бетонирования от изготовления массы до укладки может быть полностью механизирован.
Высокая прочность на сжатие естественного камня, предел которой у некоторых пород достигает 1000 кг/см2, используется в бутовой кладке и бутобетоне весьма незначительно вследствие неправильной формы камня. Эта прочность может быть использована только в кладке из камней правильной формы, полученных путем тески камня. Такая кладка в прошлом применялась во всех случаях, когда требовалось восприятие больших усилий. В этих случаях в настоящее время с успехом применяют железобетон, бетон или армированную кирпичную кладку. Таким образом в современном строительстве кладка из тесаного камня применяется в самых ограниченных масштабах, главным образом для облицовки ввиду чрезвычайной трудоемкости обработки тесаного камня и его высокой стоимости.
Основным видом естественного камня, применяемого в строительстве, является бут или камень неправильной формы. Прочность камня в одном и том же карьере колеблется в зависимости от слоя разработки, поэтому к определению марки бутового камня подходят значительно более грубо, чем для искусственных камней. Бут делят на три группы:
- бут малой прочности - М200, М250 и М300;
- бут средней прочности - М350 и М500;
- бут большой прочности - М700 и выше.
Такое грубое деление бута вполне достаточно для нормирования допускаемых напряжений на бутовую кладку ввиду малого использования прочности камня в кладке.
Испытание прочности бутового камня вызывает затруднения в выпиливании и притирке граней кубиков для испытания. В пределах требуемой нормами разбивки буга на три группы по прочности оказывается вполне достаточной косвенная оценка прочности бутового камня по его объемному весу и влагоемкости.
При проработке полевых методов испытания бутового камня в лаборатории каменных конструкций ЦНИПС (инж. Котов И. Т.) был систематизирован большой экспериментальный материал, который позволил установить средние зависимости между прочностью и влагоемкостью. Большей прочности камня соответствуют больший объемный вес и меньшая влагоемкость. Зависимости эти показаны на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Зависимость между прочностью и объёмным весом бутового камня
Средние кривые подчиняются нижеследующим формулам:
- Марка камня по объемному весу: R1 = 300(γ-1,6)/2,85-γ кг/см2.
- Марка камня по влагоемкости (в процентах от веса): R1 = 50 + 15/ω.
Полевой метод испытания естественного камня заключается в определении его объемного веса и влагоемкости, что не требует специального оборудования и может быть выполнено на любой постройке. На основании полученных формул выведены средние показатели для установленных трех групп бутового камня. Для отдельных образцов принят возможный предел отклонения от средней марки в ⅓.
Рис. 2. Зависимость между прочностью и влагоемкостью бутового камня
Требования в бутовому камню изложены в таблице на рис. 3.
Для неоднородных партий определение марки производится отдельно для каждой разновидности бутового камня, и вся партия оценивается по разновидности камня с наиболее низкой маркой. В этих случаях целесообразно производить сортировку камня по внешнему виду.
Рис. 3. Показатели объемного веса и влагоемкости для оценки марки бутового камня
Рис. 3. Показатели объемного веса и влагоемкости для оценки марки бутового камня
При работе в кладке естественного камня правильной формы большое значение имеет не только его прочность на сжатие, но также и показатели прочности на изгиб и на срез. В настоящее время эти показатели изучены очень мало и никаких обобщенных данных не имеется. Для ориентировки в отдельных случаях, где может встретиться надобность в показателях прочности естественного камня на изгиб и на срез, приводим некоторые случаи для отдельных сортов камня (таблица на рис. 4).
Для естественных камней, применяемых в фундаментах, помимо прочности имеет решающее значение породы камня, также морозостойкость. Следует отметить, что морозостойкость зависит от структуры камня и мало связана с его прочностью. Однако замечено, что породы тяжелого камня 150 и ниже часто не удовлетворяют требованиям морозостойкости.
Легкие породы естественного камня (ракушечник, туф) находят широкое применение для кладки стен в некоторых районах, преимущественно в Крыму, на Кавказе и Одесской области, как местный материал. Легкая обработка камней правильной формы и хорошие теплотехнические показатели создают перспективы для дальнейшего еще более широкого применения этих пород.
Крымский и одесский ракушечник обладает невысокой прочностью (15-35 кг/см2 и ниже), что не препятствует его применению как материала для несущих стен зданий малой этажности. Артикский туф (Закавказье) имеет прочность 35-100 кг/см2 и применяется для строительства стен многоэтажных капитальных зданий.
Легкие породы естественного камня, несмотря на невысокую прочность по сравнению с тяжелыми породами, обладают достаточной морозостойкостью.
Рис. 4. Показатели прочности естественного камня на сжатие, изгиб и срез по лабораторным опытам
