Каменные Материалы И Кирпич

Работа каменной кладки как несущей конструкции определяется механическими свойствами материалов, из которых ведется кладка. Для правильного понимания работы каменных конструкции требуется несколько дополнить и развить те общие сведения о механических свойствах каменных материалов, которые излагаются в курсах строительных материалов.

Для каменных конструкций применяют каменные материалы марок 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300; 400; 500; 600; 800 и 1000. Марка обозначает предел прочности камня в кг/см2 при сжатии по сечению брутто.

Основными материалами для возведения каменных стен являются:

• глиняный кирпич обыкновенный;
• силикатный кирпич;
• глиняные кирпичи пластического формования;
• кирпичи керамические полусухого прессования;
• камни керамические пустотелые пластического прессования;
• кирпич строительный легковесный;
• шлаковые кирпичи;
• камни шлакобетонные и бетонные обыкновенные и с щелевидными пустотами;
• трехпустотные бетонные камни со сквозными отверстиями (см. Виды бетонных камней);
• природный облицовочный камень различных видов.

Для возведения каменных конструкций используют цементно-известковый, цементно-глиняный и известковый раствор для кладки кирпича.

Каменные материалы для кладки внешних частей наружных стен многоэтажных жилых зданий должны обладать необходимой морозостойкостью. Для кладки стен с сухими помещениями применяют материалы, выдерживающие 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания; для кладки наружных стен зданий с влажными помещениями - выдерживающие 25 циклов; для стен мокрых помещений - выдерживающие 35 циклов.

Для придания стенам повышенной устойчивости против атмосферных влияний и для улучшения отделки фасадов стены дома снаружи облицовывают водостойкими и морозостойкими материалами. Для этой цели применяются кирпич и камни керамические лицевые (ГОСТ 7484-55), плиты керамические (ГОСТ 6664-53), природные камни, бетонные плиты и т. п.

Основной характеристикой материалов, которые должны нести определенные нагрузки в конструкции, является их прочность. По аналогии с бетоном прочность камня и кирпича оценивается марками, которые обозначают предел прочности (временное сопротивление) образца определенной формы при испытании на сжатие. Для кирпича и камня искусственного и естественного установлена следующая сетка марок:

• Каменные материалы высокой прочности, марка 300-1000 кг/см2: естественный камень высокой прочности, клинкер;
• Каменные материалы средней прочности, марка 100-250 кг/см2: слабый естественный камень, прочный кирпич и тяжелые бетонные камни;
• Каменные материалы низкой прочности, марки: 15-75кг/см2: слабый кирпич, легкобетонные камни, легкие естественные камни.

Если камни имеют различное строение в разных направлениях, например пустотелые блоки, слоистый ракушечник и т. п., то марка обозначает временное сопротивление камня при испытании в том направлении, в каком он работает в кладке на сжатие.

Марка пустотелых бетонных камней, кирпичей и керамических блоков определяется по площади сечения брутто.

Форма и размер образца камня при испытании устанавливаются соответствующими стандартами на материал. Для естественных камней высокой прочности в целях уменьшения величины разрушающей силы образцам придается форма кубика небольших размеров: 10х10х10 см и 7х7х7 см. Материал в малых образцах показывает завышенное значение прочности. Поэтому если камни испытываются в образцах размером меньше 15х15х15 см, то марка исчисляется умножением полученного результата испытания на коэффициент 0,8.

Указания по испытанию кирпича даны ниже.

Марка камней и кирпича, применяемых во влажных условиях, например в фундаментах, определяется испытанием образцов в насыщенном водой состоянии. При этом снижение прочности в сравнении с прочностью в сухом состоянии должно быть не более 250. Большее падение прочности при увлажнении свидетельствует о размокании камня, которое будет продолжаться и в дальнейшем, и сделает камень совершенно непригодным для строительства.

В основном, в строительстве применяются три вида кирпича: 1) красный кирпич, который называется по стандарту: “кирпич глиняный обыкновенный”, 2) силикатный кирпич и 3) легковесный кирпич. Последний вид кирпича включает в себе самые разнообразные сорта кирпича, объединенные одним общим признаком - малым объемным весом (меньше 1 500 кг/м3). Сюда относится кирпич пористый, трепельный, глино-трепельный, пустотелый, дырчатый, шлаковый и др.

Марки кирпича, которые производятся сейчас нашей промышленностью стройматериалов, приведены в таблице на рис. 1.

Массовыми марками для красного кирпича являются марки 75 и 100. Марку 75 дают кустарные предприятия с примитивным оборудованием, марку 100-150 дают заводы, построенные или реконструированные в последние годы. Лучшие заводы Москвы, Ленинграда, Харькова, Киева и других городов дают частично кирпич марки 200. По особому заказу эти заводы могут дать кирпич марки 250 и 300.

Рис. 1. Марки кирпича отечественного производства

Силикатный кирпич производится марок 75-125. Можно поднять марку силикатного кирпича до 150-200 путем добавления в силикатную массу молотого кварцевого песка.

Показатели прочности на сжатие в значительной степени зависят от методов испытания кирпича. В качестве основного метода нашим стандартом установлено испытание образца из двух распиленных половинок кирпича, склеенных тестом из цемента марки 250 или 300 (рис. 2). Верхняя и нижняя грани выравниваются тем же цементным тестом или притиркой на плите. До испытания образцы выдерживаются 3-4 дня.

Одна прочность на сжатие еще недостаточно характеризует работу кирпича в кладке.

Для полной характеристики прочности кирпича в кладке существенное значение имеют также показатели прочности на изгиб и на срез. Кроме того низкие показатели прочности на изгиб и на срез придают кирпичу повышенную хрупкость и вызывают большое количество боя при перевозке и перекладке кирпича.

Рис. 2. Испытание кирпича на сжатие

Испытание на изгиб производится по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах при пролете 20 см, нагруженной сосредоточенной силой посередине пролета (рис. 3). Опоры могут быть любые - катковые или призменные с закругленным ребром. Нагрузка передается через валик или ребро призмы. За 3-4 дня до испытания в местах опирания кирпича на опоры выделываются на нем по уровню полоски из цементного теста марки 250-300. Временное сопротивление изгибу определяется условно по формуле сопротивления материалов без учета отступлений, вызываемых наличием большого количества структурных трещин в теле кирпича, которые оказывают различное влияние в сжатой и растянутой зонах: Rизг = M/W = 3Pl/2bh².

Рис. 3. Испытание кирпича на изгиб

Испытание для определения временного сопротивления кирпича срезу производится по схеме двойного среза (рис. 4). Кирпич укладывается плашмя на широкие призматические опоры, расположенные на расстоянии 15 см. Давление на кирпич производится через шарнирный валик и нож с двумя режущими ребрами, расстояние между которыми равно расстоянию между нижними опорами. На кирпиче выделываются из цементного теста две опорные плоскости снизу в местах опирания на опоры и две полоски сверху под ребрами ножа. Временное сопротивление фрезу определяется по формуле: Rср = P/2F = P/2bh.

Рис. 4. Испытание кирпича на срез

Отсутствие устойчивого соотношения между прочностью кирпича на изгиб и на срез объясняется влиянием трещин. При испытании на изгиб любая трещина в средней части кирпича, где имеется большой изгибающий момент, вызывает значительное понижение прочности на изгиб. При испытании на срез оказывают влияние только трещины попадающие случайно в сечение, по которому происходит срез. Отсюда следует, что трещиноватый кирпич дает относительно низкие показатели прочности на изгиб и в то же время может иметь высокие показатели на срез. Для нашего массового кирпича решающим показателем, определяющим его работу в кладке, является прочность на изгиб. Кирпич с пониженными показателями на изгиб и на срез дает пониженную прочность кладки. Кроме того существенное значение имеет однородность партии кирпича. Резкие колебания прочности отдельных кирпичей сильно снижают прочность кладки. Поэтому не следует допускать отклонения прочности отдельных кирпичей на сжатие ниже 0,6 от средних показателей и на изгиб и на срез ниже 0,5. При более низких показателях прочности для отдельных кирпичей вся партия относится к низшей марке.

Таким образом для отнесения кирпича в определенной марке и распространения на него установленных допускаемых напряжений недостаточно знать только среднюю прочность на сжатие. Полноценный кирпич определенной марки должен удовлетворять показателям, указанным в таблице на рис. 5.

Для решения некоторых задач требуется знание упругих свойств кирпича. Величина модуля упругости кирпича колеблется в больших пределах в зависимости от степени обжига и прочности кирпича. Для кирпича среднего обжига может быть принято значение модуля упругости R1 по формуле: Е = βR1.

Коэффициент β принимается: для кирпича марки 100 - β = 500, и для М200 - β = 400.

Рис. 5. Показатели прочности кирпича, необходимые для отнесения его к определенной марке