Экспериментальные исследования показывают, что при сжатии кладки камни работают на изгиб. Таким образом, сопротивление кладки сжатию зависит от двух прочностных показателей камня, а именно: от прочности камня на сжатие и на изгиб. Поэтому и марку кирпича устанавливают по двум показателям: по испытаниям его на сжатие и на изгиб. Для хрупких камней значение конструктивного коэффициента ниже, в связи с чем ниже и сопротивление кладки сжатию. Естественно, что высота сечения камня существенно влияет на его сопротивление изгибу, вследствие чего при прочих равных условиях сопротивление кладки сжатию зависит от количества швов на 1 м высоты кладки.
Чем меньше количество швов на 1 м высоты кладки, тем меньше влияние марки раствора на сопротивление кладки сжатию. Например, для кирпичной кладки прочность кирпича на изгиб имеет большее значение, чем для кладки из камней правильной формы, имеющих высоту большую, чем кирпич.
Пластичность, определяющая удобоукладываемость раствора, улучшает условия работы отдельных камней в кладке. Для жестких растворов предусмотрено снижение показателей прочности кладки; однако чрезмерная пластичность раствора не увеличивает, а снижает прочность кирпичной кладки, так как резкая разница в коэффициентах поперечного расширения камня и раствора вызывает в камнях при сжатии кладки растягивающие напряжения.
Пределы прочности для кладок на жестких цементных растворах (без добавления глины или извести) и на всех легких и известковых растворах в возрасте до 3 месяцев снижаются на 15%.
Определение марки кирпича по прочности происходит нахождением его среднего предела при сжатии, который составляет обычно 7,5-35 МПа. В нашей стране наряду с этим также регламентируют предел прочности кирпича при изгибе. Пустотелые камни средней плотностью 1000 и 1200 кг/м3 могут иметь марки 50 и 25. В большинстве стандартов разных стран предусмотрено определение прочности кирпича в воздушно-сухом состоянии и лишь в английском стандарте - в водонасыщенном.
В стандартах приводят среднюю прочность кирпича данной марки и минимальные значения предела прочности отдельных кирпичей пробы, составляющие 75-80 % среднего значения. В польском стандарте указывается минимальная, а не средняя прочность кирпича. Английский стандарт предусматривает максимальные значения коэффициента вариации прочности в зависимости от марки кирпича: для марки 350 - Cv≤16%, для марки 280 - Cv≤20%, а для более низких марок - Cv≤30 %.
Анализ прочности кирпича
Проведем анализ напряженного состояния отдельных кирпичей в кладке под давлением. Есть косвенные указания на то, что отдельные кирпичи испытывают изгиб. Для более детального изучения прочности кирпича на изгиб была изготовлена специальная установка с 40 тензометрами, регистрирующая деформации пяти рядов кладки столба 2 х 2 кирпича (рис. 1). На каждом ложке измерялись деформации в четырех точках, а на тычке - в двух точках. На рис. 2 показаны в сильно увеличенном масштабе деформации отдельных кирпичей одного из испытанных столбов при двух ступенях нагрузки. На последней ступени мы уже имеем появление продольных трещин. При напряжениях, близких к разрушающим, деформации оси в ту и другую стороны от среднего положения доходили до 0,1 мм. Стрела прогиба на участках, имеющих кривизну в одну сторону, доходила до 1/600 длины участка. Хотя в абсолютных величинах изгиб кирпича и не велик, но при большой высоте кирпича и его хрупкости он достаточен, чтобы вызвать разрушение от напряжений изгиба и среза. Ориентировочный подсчет этих напряжений по деформациям показал соответствие их пределу прочности кирпича на изгиб и срез. В то же время напряжения сжатия составляют только 15-25% от предела прочности кирпича на сжатие.
Рис. 1. Установка с 40 тензометрами для одновременного замера деформаций кирпичей в пяти рядах кладки столба (ЦНИПС).
Эти испытания кирпича на изгиб привели к выводу, что появление первых трещин в кладке вызывается напряжениями вследствие изгиба отдельных кирпичей. Оставалась невыясненной причина изгиба. Казалось бы, что при равномерной нагрузке отдельные кирпичи должны испытывать только равномерное сжатие, но так было бы, если бы постель раствора, на которой лежит кирпич, передавала давление равномерно.
Рисунок 2. Деформации изгиба отдельных кирпичей в кладке при сжатии. (На рисунке масштаб деформаций в 200 раз больше масштаба размеров кирпича).
Для проверки степени равномерности плотности шва в кладке были подвергнуты исследованию рентгеновскими лучами швы раствора, взятые из кладки. Регистрирующим микрофотометром Коха и Гуса была графически получена степень поглощения (затемнения) рентгеновского луча в отдельных точках, соответствующая плотности раствора на данном участке (рис. 3). Графики показали значительную неравномерность этой плотности. Неравномерность плотности шва получается уже при перемешивании раствора, но особенно увеличивается в процессе кладки, когда каменщик вначале накладывает неровную постель из раствора и затем уплотняет ее осаживанием в раствор кирпича.
Рис. 3. Определение прочности шва кладки с помощью рентгеновских лучей. (Ломаная линия записана микрофтометром Коха и Гуса и характеризует затемнение рентгеновского луча на протяжении одного кирпича).
Описанные выше опыты 1935-1936 гг. выяснили, что первое разрушение кладки происходит от изгиба и среза кирпича. Этим напряжениям кирпич вследствие его хрупкости сопротивляется плохо. Разрушение же от сжатия кирпича происходит только в последней стадии, когда столб уже расчленен продольными трещинами на отдельные участки; некоторые из этих участков выключились из работы, а другие, наоборот, восприняли на себя всю нагрузку. Раздробление кирпича имеет место только в отдельных участках кладки. Таким образом анализ разрушения кладки показал следующее:
- помимо прочности на сжатие кирпича и прочности раствора большое значение для прочности кладки имеет прочность кирпича на изгиб и на срез;
- прочность кирпича на сжатие остается в кладке очень мало использованной.
