Прочность Кладки Из Блоков

В строительстве находит применение кладка блоков двух видов: мелкие, укладываемые вручную, и крупные, укладываемые кранами. Основным видом мелких блоков в строительстве являются бетонные блоки сплошные и пустотелые. Они делаются из тяжелого и легкого бетона. Высота их примерно равна трем рядам кирпичной кладки - 0,20 - 0,25 м. Для таких блоков общая формула прочности кладки принимает вид:

R=AR₁(1-0,15/(0,40+R₂/R₁))

Как и в кирпичной кладке, конструктивный коэффициент А имеет различное значение для каждой партии камня, зависящее от прочности камня на изгиб и на срез. Опыты ЦНИПС 1934 г., проведенные инженером Шишкиным, показали значение коэффициента А для сплошных камней в пределах 0,48-0,90, для пустотелых 0,45-0,53. Исследования лаборатории Общества портландцемента в США 1931-1932 гг. дали для пустотелых легких и тяжелых камней значения А в пределах 0,56-0,87. Зависимость коэффициента А от прочности камня на изгиб и на срез еще не полностью изучена, и формул, аналогичных формулам для кирпичной кладки, (см. рис. 1 Расчет кирпичной кладки на прочность), еще не имеется. Поэтому на данном этапе приходится пользоваться некоторыми средними значениями А, ориентирующимися на худшие случаи.

На рис. 1 показаны результаты опытов, проведенных в СССР и США. Прочность кладки при слабых растворах составляет 0,3-0,6 прочности камня, а при прочных растворах 0,4-0,8 прочности камня. Если принять среднюю кривую при таком большом рассеивании результатов, то потребовалось бы установление высокого запаса прочности.

Рис. 1. Зависимость прочности кладки из мелких блоков от прочности камня и раствора

Чтобы сохранить и для этой кладки тройной коэффициент запаса, принятый для каменных конструкций, средняя кривая выведена была для 50% партий, давших более низкие результаты, что дало значение A = 0,55. При этом единичные отклонения вниз укладываются в 20% от данных по формуле. Это значение А и принято в нормах для всех видов сплошных и пустотелых бетонных камней при марке камня R₁≤100 кг/см2. Для более прочных камней по аналогии с кирпичной кладкой принято снижение А по формуле:

A=0,40+15/R₁

Нормы допускаемых напряжений на кладку из мелких блоков для многих случаев занижены и ведут к повышенным запасам прочности, так как они построены с ориентировкой на худшие сорта камня. Для отдельных крупных заводов легкобетонных камней с гарантированным постоянным качеством продукции могут устанавливаться на основании экспериментов более высокие значения коэффициента 4, отвечающие индивидуальным качествам блоков этих заводов.

Отметим основные особенности работы на сжатие кладки из мелких блоков сравнительно с кирпичной кладкой:

• Прочность кладки из мелких блоков при одинаковой прочности камня и раствора всегда выше прочности кирпичной кладки. При расчетах по формулам видно, что даже для блоков с пониженным качеством конструктивный коэффициент А несколько выше, чем для хорошего кирпича. Кроме того значения коэффициентов α и b таковы, что и при одинаковом значении А формула для блоков всегда дает более высокую прочность кладки, чем для кирпича.
• Закон нарастания прочности кладки в зависимости от увеличения прочности раствора для блоков отличается от такового для кирпича. На рис. 2 показаны две кривые: для кладки из кирпича и для кладки из блоков, при одинаковом коэффициенте А. Мы видим следующие различия. Прежде всего прочесть при R₂=0 для блоков значительно выше, чем для кирпича. Формула R₀=AR₁(1-α/b) дает для кирпича 0,33 AR₁ а для блоков 0,61 AR₁ или почти в два раза выше. При R₂=R₁ обе кривые подходят близко друг к другу (0,89 AR₁ и 0,85 AR₁). Следовательно, для блоков мы имеем при переходе от R₂=0 и до R₂=R₁ сравнительно небольшое повышение прочности кладки: от 0,61 AR₁ до 0,89 AR₁ или на 46%.

Рис. 2. Сопоставление нарастания прочности кладки из кирпича и мелких блоков при росте прочности раствора

Для кирпича же при тех же условиях мы имеем повышение прочности 0,33 AR₁ до 0,85 AR₁ или в 2,5 раза. Таким образом прочность кладки из мелких блоков в меньшей степени зависит от прочности раствора, чем прочность кирпичной кладки. Обе отмеченные особенности работы кладки из блоков вызываются большей высотой камня по сравнению с кирпичом и меньшим количеством швов на 1 м высоты кладки. Благодаря большей высоте камня повышается его прочность на изгиб и на срез при той же степени неоднородности постели раствора, и повышается также сопротивление растяжению при той же растягивающей силе, вызываемой пуассоновым расширением раствора в шве. Таким образом, увеличивая высоту камня, мы тем самым повышаем использование прочности материала.

Отсюда следует, что для блоков малой высоты мы должны ожидать более слабую кладку, что подтверждается экспериментами. Для камней типа «Ауфбау» (Topлeцкого) при высоте блока 14 см имеем понижение прочности на 15%.

Приведенные выше формулы сохраняют свое значение для блоков правильной формы и из других материалов. Они были проверены для автоклавных блоков из силикатной массы и для кладки из тесаного естественного камня (чистой тески). Однако для пустотелых керамических блоков при большом проценте пустотности мы получаем более слабую кладку, и формула прочности меняется. В 1938 г. была испытана прочность кладки из пустотелых блоков, изготовляемых для Дворца Советов (рис. 3), причем были выведены следующие формулы:

• Для кладки на ребро с горизонтальными пустотами (рис. 3, а): R=0,40R₁(1-0,2/(0,4+R₂/R₁)).
• Для кладки на тычок с вертикальными пустотами (рис. 3, б): R=0,40R₁(1-0,2/(0,4+R₁/R₁))

В кладке из крупных блоков мы имеем дальнейшее улучшение работы материала вследствие увеличения высоты блока. При высоте блока 50 см и выше прочность кладки заметно повышается. Кроме того почти перестает сказываться на прочности кладки прочность раствора. В результате этого формула прочности кладки из крупных блоков получает следующий простой вид: R=AR₁.

Рис. 3. Пустотелые керамические блоки для строительства Дворца Советов

Ввиду затруднительности испытания больших блоков обычно испытывают бетонные кубики 20x20x20 см, прочность которых определяет марку бетона. В этом случае следует помнить, что марка блока R₁ является призменной прочностью бетона. Если марку или кубиковую прочность бетона обозначить через R⁰₁, то призменная прочность в среднем составляет 80% от марки бетона: R₁=0,8AR⁰₁, отсюда R=0,8AR0₁

Конструктивный коэффициент А принимается для низких марок бетона 0,90 и с повышением марки бетона при R⁰₁>25 понижается по формуле:

А=0,70+5/R⁰₁

Хотя при испытании прочность кладки из крупных блоков на прочных цементных растворах и на песке получилась одинаковой, тем не менее для крупноблочной кладки применяются преимущественно цементные растворы высокой марки, как быстро твердеющие, которые позволяют быстро нагружать свежую кладку новыми рядами блоков без опасности сдвига нижних рядов.