Кладка Из Бутового Камня

Из отходов камнедобычи и камнеобработки изготовляют широкий ассортимент различной строительной продукции, такой как брусчатка, шашка, кляйнпфлястер, садовый бортик, камень бутовый, заполнители бетонов, асфальтобетонов, заполнители биофильтров, флюс, вяжущие, огнеупоры, мраморная крошка, известковая мука, наполнители ядохимикатов; адсорбенты, наполнители резин и пластмасс, шлифовальный порошок, кислотоупорная каменная мука и другие.

Характерно, что карьеры, добывающие облицовочный камень, характеризуются, в основном, низким выходом блоков и большими отходами сырья, которые перерабатываются на продукцию, перечисленную выше. Этого же требует общегосударственная программа комплексного освоения недр. В связи с этим считаем необходимым изложить основные требования промышленности к различной продукции, получаемой на основе комплексного использования сырья и отходов камнедобычи и камнеобработки.

При добыче блоков камень бутовый производится из отходов камнедобычи в целях комплексного использования добываемого сырья. Применяется он для фундаментов и стен зданий и сооружений в качестве заполнителя для бутобетона при возведении бетонных и железобетонных массивных сооружений, для отмосток, а также при строительстве и ремонте автомобильных дорог.

Для кладки фундаментов и стен подземных частей зданий применяется бутовый камень из горных пород. Коэффициент размягчения камня, применяемого для фундаментов и кладки подземных частей зданий, должен быть не менее 0,7.

Бутовый камень разделяется на рваный, постелистый и плитняковый.

Рваный бутовый камень в виде кусков неправильной формы применяется для фундаментов из бутовой кладки и бутобетона, а также в качестве крупных включений в бетон, укладываемый в фундамент.

Постелистый и плитняковый бутовый камень, имеющий две приблизительно параллельные грани, применяется как и стеновой бетонный камень для кладки фундаментов, так и для кладки стен подземных частей зданий.

Размер кусков бутового камня должен быть не менее 150 и не более 500 мм.

Бутовый камень должен изготовляться из однородного камня, не имеющего следов выветривания, прослоек глины или мергеля, а также видимых расслоений и трещин и отвечать следующим требованиям по прочности при сжатии.

Прочность кладки из бутового камня в значительной степени зависит от формы материала. В строительстве находит применение кладка из камня различной формы. По мере отступления формы укладываемых камней от формы прямоугольного параллелепипеда происходит заметное падение прочности кладки.

Основные разновидности кладки из естественного камня следующие:

• Кладка из камней чистой тески.
• То же получистой тески (допускаются выбоины до 1 см на площади до 50% постели камня).
• То же грубой тески (допускаются выбоины до 2 см на площади до 50° постели камня).
• Кладка под скобу (из камней грубо обколотых в форму параллелепипеда с подбором камней под одну высоту ряда).
• Кладка из бута - плитняка (естественный камень слоистого строения, залегающий параллельными слоями).
• Бутовая кладка из постелистого камня.
• Бутовая кладка из рваного камня.
• Бутовая кладка из мелкого рваного камня.

Перечисленные кладки, представляющие собой постепенный переход от правильной формы камня к буту, могут быть разбиты на две основные группы:

• Кладки из камней правильной (в большей или меньшей степени) формы.
• Бутовые кладки

Кладки из камней правильной формы в основном следуют закономерностям; выведенным для кладок из мелких блоков. В этих кладках довольно хорошо используется прочность камня в кладке. Прочность же раствора сравнительно мало влияет на прочность кладки. Для этих кладок применима формула, выведенная для бетонных блоков:

R=AR₁(1-0,15/(0,40+R₂/R₁))

В этой формуле коэффициент А сильно зависит от формы камня. Он принимается для камней чистой тески таким же, как и для бетонных блоков. Для камней получистой тески коэффициент А снижается на 25%, для камней грубой тески - на 35% и для кладки под скобу и из бута-плитняка - на 50%.

Помимо формы камня на прочность кладки влияет размер камня или, правильнее, его высота. Для камней чистой тески при большой высоте камня (0,50м и выше) можно пользоваться формулой R=0,8AR⁰₁, выведенной для крупноблочной кладки. При высоте ряда кладки менее 0,12 мы должны применять формулу для кирпичной кладки. При других видах тески берутся такие же понижающие коэффициенты для A, как и для камней средних размеров. Особую группу естественных камней правильной формы составляют камни ракушечника и туфа, широко применяемые в Одессе, Крыму, на Кавказе и в прилегающих районах, имеющие малый объемный вес и сравнительно низкую прочность. Эти камни еще недостаточно изучены в кладке. Немногочисленные опыты, которые были проведены, показали высокий конструктивный коэффициент А. На основании этих опытов можно принять для кладки из ракушечника и туфа следующие значения конструктивного коэффициента А:

• марка камня 3-8: А = 0,90
• марка камня 15: A = 0,70
• марка камня 25 и выше: A = 0,55

В кладке из бутового камня кладке мы имеем очень низкое использование прочности камня в кладке и в то же время большую зависимость прочности кладки от марки раствора. Здесь влияние раствора больше даже, чем в кирпичной кладке. Из экспериментальных данных выведена следующая формула прочности для бутовой кладки:

R=AR₁(1-0,2/(0,25+R₂/R₁))

При нулевой прочности раствора прочность кладки составляет:

R₀=AR₁(1-0,2/0,25)=0,2AR₁

Опыты показали очень низкие коэффициенты А и как следствие этого низкую прочность кладки даже при применении камня очень прочных пород. При этом в момент разрушения происходит раскалывание отдельных камней. Это показывает, что давление в кладке бутовым камнем передается очень неравномерно. В местах соприкосновения отдельных камней своими выступающими частями возникают большие сосредоточенные усилия, вызывающие изгиб и раскалывание отдельных камней. Отсюда понятно, почему в бутовой кладке так плохо используется прочность камня на сжатие и почему мы получаем такую низкую прочность кладки. Как мы видели, при рассмотрении свойств естественного камня его сопротивление изгибу и срезу непропорционально сопротивлению сжатию. Отношение прочности изгиба и среза в прочности сжатия зависит от особенностей структуры отдельных пород камня. При наличии больших колебаний можно отметить тенденцию к понижению этого отношения по мере роста прочности камня. Это свойственно искусственным и естественным каменным материалам. В соответствии с изложенным должен снижаться коэффициент А, что и подтверждается экспериментами. Если не учитывать особенностей отдельных пород камня, вызывающих колебания коэффициента А в ту и другую стороны, можно принять в среднем по аналогии с кладкой из кирпича и блоков следующую зависимость от А от R₁:

A=0,08+20/R₁

Такое значение А соответствует кладке из рваного бута. При применении постелистого бута с хорошей перевязкой прочность кладки значительно повышается (на 30-60%), и коэффициент А определяется по формуле:

A=0,13+22/R₁

При более правильной форме камня (бут-плитняк) прочность кладки еще выше и определяется по формулам для кладки под скобу. Наоборот, при применении мелкого рваного бута с плохой перевязкой прочность кладки принимается на 30% ниже. На графике (рис. 1) дается сравнение прочности кладки различных видов из камня марки 200, 350 и 700, которое наглядно показывает изменение прочности камня в зависимости от его формы. Мы видим, что при крайних пределах прочность кладки может меняться при одном растворе (50 кг/см2) для кладки из камня 200 кг/см2 - в 5 раз, из камня 350 к/см2 - в 7 раз и камня 700 кг/см2 - в 10 раз. Такое увеличение диапазона колебаний для прочного камня объясняется тем, что верхний предел - прочность кладки из камней чистой тески - растет сильно с повышением прочности камня. Низший же предел - прочность кладки из бутового камня - незначительно возрастает для более прочного камня. По этой же причине допускаемые напряжения на бутовую кладку назначаются без большой дифференциации прочности камня.

Рис. 1. Влияние обработки формы камня на прочность бутовой кладки из камня марки 200, 350 и 700.

При установлении допускаемых напряжений на бутовую кладку был учтен помимо результатов испытания кладки в лаборатории также и опыт строительства. Изучение аварий в строительстве показывает, что в бутовых фундаментах даже при запасах прочности менее 3 мы имеем меньше случаев повреждений вследствие перегрузки, чем в кирпичных стенах с большим запасом прочности. Это говорит о том, что условия работы фундаментов в грунте при наличии с двух сторон бокового давления грунта и при отсутствии случайных боковых нагрузок более благоприятны, чем условия работы открытых стен. По этим соображениям, а также исходя из опыта строительства, допускаемые напряжения для бутовой кладки по вышеприведенным формулам принимаются с трехкратным запасом прочности для наружных стен и подвальных стен с односторонним давлением грунта. Для фундаментов же засыпанных грунтов с обеих сторон допускаемые напряжения повышаются на 25-30%, что соответствует снижению запаса прочности до 2,4.

Другой особенностью норм допускаемых напряжений на бутовую кладку является то, что в качестве основного случая принят возраст кладки в 3 месяца, что дает повышение марок цементного раствора примерно на 33% это объясняется тем, что сильно нагруженные фундаменты многоэтажных зданий ранее трехмесячного срока не получают полной проектной нагрузки. С другой стороны, прочность кладки бутовым камнем больше, чем любой другой, зависит от прочности раствора и, следовательно от возраста кладки. Поэтому, если равняться на месячный возраст, мы получили бы заниженные допускаемые напряжения для большинства случаев многоэтажных зданий и, следовательно большие перерасходы материалов. В тех же случаях, когда фундаменты получают основную проектную нагрузку ранее трехмесячного срока, допускаемые напряжения снижаются на 15%.

Кладка фундаментов из бутового камня «под лопатку» должна производиться горизонтальными рядами толщиной до 0,3 м с подбором камней по высоте и их приколкой, расщебенкой пустот и соблюдением перевязки швов. Подвижность раствора для кладки «под лопатку» должна соответствовать погружению стандартного конуса от 40 до 60 мм.

Верстовые камни, а также углы и пересечения фундаментов следует выкладывать из крупных, более постелистых камней. Первый ряд при укладке его непосредственно на грунт следует выкладывать насухо, из крупных постелистых камней, с тщательной расщебенкой, утрамбовкой и заливкой жидким раствором до заполнения всех пустот.

Бутовая кладка «под залив» допускается только для фундаментов зданий III-IV класса высотой не более двух этажей. Подвижность раствора для такой кладки должна соответствовать погружению стандартного конуса от 130 до 150 мм.

При кладке «под залив» рваный бутовый камень должен укладываться горизонтальными рядами высотой 0,15-0,20 м, враспор со стенками траншей или опалубки, без выкладки верстовых камней, но с расщебенкой пустот.

Бутовая кладка стен и столбов должна выполняться по способу «под лопатку» горизонтальными рядами толщиной до 0,25 м из постелистых камней с приколкой лица, с тщательной расщебенкой пустот и соблюдением перевязки швов.

Бутобетонную кладку, состоящую из бетонной смеси, в которую горизонтальными рядами втапливаются бутовые камни объемом около половины общего объема кладки, следует уплотнять послойно вибрированием.

Подвижность бетона в бутобетонной кладке должна соответствовать осадке стандартного конуса на 50-70 мм. Производство бутобетонной кладки без вибрирования допускается при малых объемах работ. При этом бетон должен иметь подвижность, соответствующую осадке конуса на 80-120 мм.

Укладка бетона в бутобетонные конструкции должна производиться горизонтальными слоями высотой не более 0,2 м. Ширина камней, втапливаемых в бетон, не должна превышать 1/3 толщины возводимой конструкции. Втапливание камней в бетон должно производиться непосредственно за укладкой бетона на глубину не менее половины высоты камней составлением промежутков между ними в 4-6 см.

Возобновление бутобетонной кладки после перерыва должно начинаться с укладки бетона, поверхность ранее уложенной кладки должна быть очищена от засорения и при необходимости увлажнена.

Существующие стандарты предъявляют к бутовому камню требования по крупности кусков, содержанию кусков размером менее наименьшей крупности и более наибольшей крупности, содержанию глины в комках, форме кусков, петрографическому составу породы и её прочности и морозостойкости. Куски бутового камня должны быть по размерам не менее 150 мм и не более 500 мм (в отдельных случаях по соглашению сторон допускается поставка бутового камня с размером кусков от 70 до 1000 мм).

Наличие в партии бутового камня кусков наименьшей крупности и более наибольшей крупности не должно превышать 15% по массе, а содержание глины не должно быть больше 2% по массе партии. Бутовый камень не должен иметь прослоек глин, мергеля, а также видимых расслоений. Камень бутовый из изверженных пород должен иметь марку не ниже 600, а из метаморфических не ниже 400.

Прочность бутового камня характеризуется маркой, соответствующей пределу прочности при сжатии исходной горной породы в насыщенном водой состоянии (рис. 2).

По морозостойкости бутовый камень разделяется на следующие группы: Мрз 15, Мрз 25, Мрз 50, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200. Мрз 300. Каждая группа марки бутового камня соответствует числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, выдержанных им при испытании.

Рис. 2. Марка прочности бутового камня при сжатии в водонасыщенном состоянии

Кладка из бутового камня применяется для фундаментов и стен подземных частей зданий. В этом случае используется бутовый, колотый и пиленый камень из плотных изверженных, осадочных и метаморфических горных пород. Коэффициент размягчения камня, используемого для этих целей, должен быть не менее 0,7, морозостойкость - не ниже F15. В зависимости от формы бутовый камень бывает рваный, постелистый и лещадный (рис. 2.1). Бутовый камень имеет размеры 150...500 мм.

Изделия и материалы, применяемые для кладки фундаментов и подземных стен, изготовляют из однородного камня, не имеющего следов выветривания, прослоек глины, а также расслоений и трещин. Для кладки надземных стен (устоев мостов, укреплений откосов насыпей и берегов рек, кладки подпорных стенок) и для дробления на щебень применяют пиленые и колотые штучные бутовые камни, получаемые из известняков, доломитов, песчаников, вулканических туфов.

Лицевая поверхность, которые имеют стеновой камень и крупные стеновые блоки должна отвечать требованиям декоративности. Известняки и туфы, применяемые для изготовления стеновых бутовых камней, должны иметь плотность 900...2200 кг/м3, предел прочности при сжатии 0,4...50 МПа, морозостойкость не ниже F15, коэффициент размягчения 0,6...0,7. Размеры стеновых камней 390х190х188 и 490х240х188 мм.

Рис. 2.1. Бутовый камень: 1 - рваный; 2 - постелистый, 3 - лещадный

Из камней неправильной формы выполняют бутовую кладку и бутобетон. Бутовой называют кладку, выполненную из природных камней, соединенных раствором (рис. 3, а). Для бутовой кладки используют: камни неправильной формы - рваные камни; постелистые - камни с двумя параллельными плоскостями; булыжник - камни, имеющие округлую форму.

Рис. 3. Кладка из камней неправильной формы: а - бутовая; б - бутобетонная; 1 - верстовые камни: 2 - раствор: 3 - щебеночное основание; 4 - постелистые камни; 5 - бетонная смесь

Бутовую кладку камней неправильной формы применяют при возведении фундаментов, стен подвалов, подпорных стенок и т. п., причем в фундаменты и стены подвалов укладывают рваные камни, а в конструкции, воспринимающие значительные вертикальные нагрузки, - постелистые камни. Постелистые камни целесообразно использовать также для возведения стен одно- и малоэтажных жилых зданий. Кладку из бутового камня ведут рядами, выкладывая углы, пересечения и стены фундаментов, а также верстовые ряды из более крупных камней.

Бутовую кладку из природных камней производят следующими способами: «под лопатку» или «под залив».

Кладку «под лопатку» выполняют на растворе горизонтальными рядами из подобранных по высоте камней с перевязкой швов по двухрядной системе. Толщина каждого ряда около 25 см. Пространство между верстовыми рядами заполняют мелкими камнями и раствором. Для кладки используют раствор подвижностью 40...60 мм. Способом «под лопатку» кладут фундаменты, стены и столбы. В отличие от кладки стен и столбов в фундаментах первый ряд выкладывают из крупных постелистых камней насухо непосредственно на материковый грунт.

Кладку «под залив» используют при строительстве малоэтажных зданий. При возведении наземных стен кладку ведут в опалубке, а при сооружении фундаментов - в распор с вертикальными стенами траншей. Камни неправильной формы укладывают горизонтальными рядами толщиной 15...20 см с тщательным заполнением промежутков между ними мелкими камнями (щебенкой). Каждый ряд заливают раствором подвижностью 130...150 мм. Камни укладывают без строгой перевязки швов и устройства верстовых рядов, что менее трудоемко и для чего не требуются каменщики высокой квалификации. Однако при заливке раствор не всегда заполняет все пустоты, что может снизить плотность и несущую способность кладки.

При толщине стен 0,6...0,7 м бутовую кладку из природных камней ведут ярусами высотой 1...1,2 м. с увеличением толщины стен высота яруса уменьшается. Бутовую кладку выполняют тем же инструментом, что и кирпичную, используют те же приспособления. Дополнительным инструментом являются кувалды, предназначенные для разбивки и околки камней. Как правило, бутовую кладку камней неправильной формы ведет звено каменщиков, состоящее из 2 и 3 чел. («двойка» и «тройка»). При толщине кладки менее 80 см работу выполняет звено «двойка», при толщине кладки более 80 см - звено «тройка» (см. Организация рабочего места и труда каменщика).