В последнее время, значительное количество исследований было проведено для выяснения поведения стен, выложенных по технологии сухого строительства из блоков под различными нагрузками, как непосредственно в теле кладки, так и внешних. Сухая безрастворная кладка блоков была испытана по прочности на сжатие, растяжение и изгиб, а также по другим характеристикам по сравнению с обычной (оштукатуренной) кладкой, для которой определены стандарты и нормы материалов и качества. Строительство из крупноформатных элементов становится все более актуальным, по этой причине спрос на оборудование для производства блоков постоянно растет.
Результаты испытаний стен на основе системы сухой кладки из замковых пустотелых изделий на сжатие, растяжение и изгиб показывают, что строительство методом сухой кладки вполне отвечает всем требованиям для возведения малоэтажных зданий. Кроме того, следует учитывать, что штукатурка дополнительно увеличивает прочность на растяжение и прочность на изгиб, а также дает некоторое улучшение в прочности на сжатие.
В своих последующих работах Drysdale & Gazzola в 1991 г. изучали прочностные и несущие свойства стен собранных по технологии сухого строительства из пустотелых блоков. Блоки, использовавшиеся для строительства тестовых призм, имели среднюю прочность материала на сжатие 30,4 Мпа. Результаты испытаний закрепленных призм (рис. 1) достигли предела прочности на изгиб в среднем 1,7 MПa. Это более чем в шесть раз превышает минимально допустимое значение североамериканских строительных норм ACI-ASCE (1988) и CAN3-S304-M84 (1984).
Рис. 1. Испытательная призма из блоков уложенных по технологии сухого строительства
Согласно Британским стандартам (BS 5628-1:2005. рис. 2) к блокам предъявляются требования, согласно которым прочность на сжатие у них должна быть выше 17,5 МПа, они должны быть рассчитаны для стен из пустотелых блоков, выдерживающих среднее давление на изгиб 0,25 MПa. Однако результаты испытаний, достигнутые Drysdale и Gazzola, демонстрируют конструкцию с запасом прочности 6,8, что согласуется с североамериканскими строительными нормами.
Рис. 2. Британские стандарты предъявляемые к строительным блокам
Jaafar и командой в 2006 г. также протестировали прочность стен из пустотелых блоков уложенных по безрастворной сухой технологии при сжимающих нагрузках. Он использовал блоки со средней прочностью на сжатие 15,2 MПa. Прочность на сжатие стен составляла была 5.9 MПa. В результате была доказана способность безрастворной кладки из блоков выдерживать нагрузки такие же большие, как и в случае с обычной кладкой достаточной для малоэтажных (до 2-х этажей) зданий.
Shrive с коллегами в 2003 г. изучали структурные характеристики сухой кладки лего-блоков с использованием шарнирной системы Allan Block (см. Быстровозводимые стены из лего кирпича, рис. 2). Они обнаружили, что жесткость шарнирного соединения возрастает с увеличением нагрузки. Было отмечено, что стеновая панель, выполненная по технике «сухой кладки», поглотила 30% нагрузки, приложенной перпендикулярно к стене, и пропустила только 70% нагрузки ограниченной конечными сваями (столбами). Проводя тесты на неравномерность осадки на обычном фундаменте (рис. 3), они подтвердили, что безрастворное шарнирное соединение блоков в стене и ее связь с опорными колоннами, расстояние от центра до центра которых составляет 3,53 м, были в состоянии выдерживать полный вес конструкции, при этом отклонившись менее чем 0,5 мм.
Рис. 3. Испытания опорной плиты с нагрузкой из лего блоков с шарнирным соединением
Marzahn в 1999 г. исследовал «эффекты геометрических несовершенств в горизонтальных швах кладки по отношению к структуре безрастворной кладки при осевом сжатии». Для проведения испытаний постельная поверхность блоков была специально обработана с целью создания различных условий. Для этого были выполнены шесть видов обработки поверхности блоков (рис. 4). Было отмечено, что для строительных блоков с неровной постельной поверхностью, перед осуществлением кладки такая поверхность должна была выравниваться.
Рис. 4. Лего блоки с различной степенью обработки постельной поверхности: а - стандартное состояние постельной поверхности (RS); б - полированная постельная поверхность (PLS); в - постельная поверхность с отверстием (диаметр 50 мм) (CDS); г - глубокие борозды, проходящие вдоль гладкой поверхности, глубина 2 мм (NLS); д - глубокие борозды, проходящие поперек гладкой поверхности, глубина 2 мм (NCL); е - глубокие борозды в обоих направлениях, глубина 2 мм (NBS).
При кладке «на сухую», отличия по высоте отдельных блоков привели к растрескиванию во время начальной нагрузки. Появление внешнего воздействие на растяжение и изгиб (рис. 5), сразу привело к появлению вертикальных трещин, проходящих через блоки. Такое растрескивание является общей чертой сухой безрастворной каменной кладки, при которой блоки отличаются по своей высоте.
Рис. 5. Трещины из-за деформаций, вызванных неодинаковой высотой блоков в рядах кладки «на сухую».
На рисунке 6 на блоках показаны трещины, которые появились только от собственного веса стены, даже до того момента как строительные элементы получат нагрузку от веса конструкций крыши, потолка и других отделочных материалов. Раннее растрескивание блоков свидетельствует о низкой прочности используемого материала. Это может быть устранено при условии использования блоков одинаковой высоты и использование клея при кладке.
Marzahn указывает на то, что качество поверхностей блоков влияет на их прочность: более неровные поверхности имеют значительно меньшую конечную прочность, поскольку это изначально вызывает появление деформаций.
Прочность кладки по технологии сухого строительства зависит от степени деформации отдельных блоков и неравномерности контактных поверхностей швов (стыков). Однако при этом сдвиги в швах происходят только на первоначальном этапе и непосредственно зависят от качества швов в кладке. В процессе исследований было установлено, что основной целью конструкции стены является наличие жестких соединений, чтобы внутренние сдвиги отдельных блоков были сведены к минимуму, по этой причине классическая форма лего блока является оптимальной, так как она предотвращает смещение отдельных элементов в продольном и поперечном направлениях. Современные технологии в сухом строительстве должны учитывать вышеназванные факторы уже на этапе производства строительных материалов.
Рис. 6. Преждевременные трещины блоков, вызванные их разной высотой (фотография, сделана в 2006 г., в Танзании во время посещения объекта).
