2014-02-09
2333
Каменные конструкции: требования к составам и свойствам
в зависимости от назначения. – 1 час
План лекции:
1. Виды искусственных каменных материалов, применяемых в конструкциях; параметры оценки их сравнительной эффективности для применения в различных конструктивных элементах.
2. Виды кладки в зависимости от используемого материала.
3. Факторы, определяющие прочность каменной кладки.
4. Способы повышения несущей способности и сейсмостойкости каменных конструкций.
n КАМЕННАЯ КЛАДКА, кладка сооружений из природных или искусственных камней.
n Каменная кладка — это конструкция из камней, уложенных на растворе в определенном порядке. На каменную кладку действует собственная сила тяжести, нагрузка от перекрытия, кровли, а также ветровая, снеговая нагрузки. Каменные стены служат для защиты от атмосферных явлений, выполняют звукоизоляционные и многие другие функции.
n Выбор каменных материалов определяется экономическими соображениями, что связано с капитальностью здания, прочностью, теплотехническими требованиями и др.
n Наиболее распространенными каменными конструкциями являются фундаменты, наружные и внутренние стены.
n В настоящее время для каменных конструкций применяют главным образом искусственные каменные материалы: кирпич керамический и силикатный, блоки, камни из тяжелого и легкого бетона, ячеистого бетона, в отдельных случаях применяют и природный камень. Соединяются они строительными растворами.
n Кладка ведется на цементных, цементно-известковых, цементно-глиняных, известковых растворах. Выбор раствора и марка определяется проектом. Вид кладки так же определяется проектом.
n При строительстве зданий применяют кирпичную кладку из керамических камней и крупных искусственных блоков (блочную), пиленых и тесаных природных камней правильной формы, неотесанных (бутовых) камней неправильной формы, смешанную, бутобетонную, сплошную и облегченную из кирпича и других материалов.
n Толщина сплошных стен принимается кратной размерам кирпича: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 кирпича.
n Оптимальная толщина шва принимается 12 мм.
n Прочность каменной кладки зависит от прочности и деформативности камня и раствора; размеров камней и их формы; удобоукладываемости (подвижности) раствора; степени заполнения им вертикальных швов; сцепления раствора с камнем; качества кладки, обусловленного квалификацией каменщика и др.факторами.
n Большое значение для прочности кладки имеет степень заполнения вертикальных швов и правильная их перевязка.
n Высокого качества кладки с равномерным и плотным заполнением швов раствором можно достичь применением вибрирования кладки. В этом случае прочность может быть повышена в 1,5-2 раза по сравнению с обычной кладкой.
n Для повышения несущей способности каменных конструкций применяют следующие способы их армирования: поперечное (сетчатое) – с расположением арматурных сеток в горизонтальных швах кладки; продольное – с расположением арматуры снаружи кладки под слоем цементного раствора или в бороздах, оставляемых в кладке с последующей заделкой их раствором; армирование посредством включения в кладку железобетона – комплексные конструкций; усиление посредством заключения кладки в железобетонную обойму из уголков.
n Сетки изготовляют из стали классов А-1 или Вр-1, диаметром 3-8 мм. Расстояние между стержнями должно быть не более 12 и не менее 3 см
n КЛАДКА ИЗ ПРИРОДНЫХ КАМНЕЙ. Благодаря красивому чередованию рядов кладки, а также естественной окраске природных камней кладка из таких камней дает архитектору более широкие возможности эстетического характера, нежели другие строительные материалы. Но, поскольку она требует в основном ручного труда, причем рабочих высокой квалификации, что связано с повышенными затратами времени и средств, ее роль в строительстве уменьшилась, и на смену природному камню приходят другие материалы, более подходящие для механизации строительных работ.
n Свойства строительного камня. Многие природные каменные материалы относятся к осадочным породам, естественная слоистость которых облегчает изготовление штучного камня. В декоративных целях могут применяться гранит и другие вулканические породы. Важнейшими свойствами строительного камня являются стойкость, легкодоступность, обрабатываемость, прочность, однородность, цвет и фактура. Требования, предъявляемые к строительному камню, зависят от характера сооружения.
n Стойкость. Стойкость (а следовательно, и долговечность) строительного камня зависит в основном от его пористости, так как замерзание воды в полостях приводит к образованию в камне сколов и трещин. Водопоглощение камня, характеризующее его пористость, составляет примерно от 0,2% (по массе) для гранита до 0,5% для мрамора и сланца, 2% для песчаника и 4% для известняка. Разрушение может происходить и из-за кристаллизации поглощенных солей, оказывающей такое же действие, как и замерзание воды. К растрескиванию могут приводить расширение и сжатие, связанные с изменениями температуры. Коэффициент теплового расширения камня составляет около 0,00001/°C.
n Доступность. Доступность камня зависит главным образом от удаленности карьера и условий транспортирования к месту строительства. Свежедобытый камень содержит «карьерную влагу», что облегчает его обработку.
n Прочность. Прочность каменной кладки зависит от камня, кладочного раствора, рода сооружения и качества выполнения работ. Прочность на сжатие (в МПа): песчаник 15-150, известняк 20-200, мрамор 70-150, гранит 70-300. Плотность (в кг/м3): песчаник до 2600, известняк до 2700, мрамор 2500-2800, гранит и другие вулканические породы 2600-2700.
n Однородность и цвет. Однородность камня нужна для того, чтобы строение не выглядело пестрым. Цвет материалов из осадочных пород зависит от растворенных минеральных солей. В некоторых материалах из-за таких минеральных солей под действием погодных условий могут возникать пятна обесцвечивания
n Кладка из бетонных камней используется для строительства фундаментов, стен подвалов, подземных конструкций различного назначения. Бетонные камни изготавливаются на тяжелом бетоне. Кладка из пустотелых и легкобетонных камней применяется для строительства наружных и внутренних стен зданий. Легкобетонные и пустотелые шлакобетонные камни имеют хорошие теплоизолирующие свойства. Недостаток этих камней заключается в том, что они не защищены от влаги и не морозостойки. При использовании пустотелых и легкобетонных камней для отделки фасадов обязательно оштукатуривание. Внутри помещения можно использовать камни низкой марки, где влажность в норме.
n Кладка из силикатного кирпича и камней применяется для возведения наружных и внутренних стен, однако нежелательно ее применение во влажных условиях. Силикатный кирпич и камни обладают большой теплопроводностью и имеют большую плотность. Такая кладка прочнее и долговечнее, чем кладка из легкобетонных камней.
n Кладка из керамических пустотелых камней применяется при возведении отапливаемых зданий. Обладает высокими тепломеханическими свойствами, что позволяет сократить толщину наружных стен на полкирпича в сравнении с кладкой из силикатного или обыкновенного глиняного кирпича.
n Кладка из крупных бетонных, силикатных или кирпичных блоков применяется для возведения подземных и надземных конструкций зданий и сооружений. Для возведения фундаментов и других подземных сооружений используют блоки из тяжелого бетона и кирпича пластического прессования. Для кладки наружных стен применяют блоки из легких бетонов, силикатного, пустотелого, пористо-пустотелого кирпича.
n Кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича пластического прессования обладает хорошей сопротивляемостью влажности, прочностью, морозостойкостью, применяется при строительстве зданий, сооружений, дымовых труб, подпорных стенок, сооружений подземных конструкций. Кладка из глиняного пустотелого кирпича или пористо-пустотелого используется для стен зданий. Благодаря малой теплопроводности позволяет уменьшить толщину стены наружных стен на 20-25%, а также массу на 20-30% по сравнению со стенами из полнотелого кирпича. Кладка из глиняного кирпича не применяется: при мокрых процессах, в сырых грунтах, для кладки печей, дымовых труб, вытяжных каналов.
n Кладка из природных камней и блоков обладает высокой прочностью, стойка к вымораживанию и выветриванию. Ракушечники, пористые туфы и другие горные породы, плотность которых 900-2200 кг/м3, в виде пиленых штучных камней весом до 40, 50 кг, используются для кладки наружных и внутренних стен. Известняки и туфы используют для стен подвалов. Обработанные природные камни применяются для облицовки цоколей зданий, но обработка таких камней очень трудоемка и дорогостоящая, следовательно, применение - неэкономично. Бутовая и бутобетонная кладка обладает хорошими теплопроводными свойствами. Для этого вида кладки используются местные каменные материалы и применяются для устройства фундаментов, возведения стен, подвалов, выполняют облицовку кирпичом.
Обработка камня. Природные каменные строительные материалы используются в виде:
а) штучного камня с обработанной поверхностью и б) бутового камня.
Кладка из тесаного штучного камня, изготавливаемого, как правило, распиловкой, выполняется со швами (заполняемыми раствором) шириной не более 15 мм. Кладка из такого камня обычно ведется рядами, но может быть и бутовой. Кладка из каменных блоков выполняется со швами шириной от 15 до 25 мм. Бутовый камень бывает трех видов: рваный (необработанный), постелистый (плитообразный) и булыжник (округлый). Кладка такого камня осуществляется с толстыми швами и может быть бутовой либо рядной. «Кладка насухо» производится без кладочного раствора, но применяется она редко.
n Производство кладки. При выполнении каменной кладки рекомендуется строго соблюдать следующие правила:
1) Самые крупные камни следует укладывать в нижние ряды.
2) Слоистые камни следует класть на их естественные «постели».
3) Для перевязки стены необходимо, чтобы швы верхнего ряда шли поперек швов нижнего и было правильное число «тычковых» камней, т.е. камней, выходящих на поверхность стены своей торцевой гранью.
4) Пористые камни необходимо смачивать перед укладкой, чтобы предотвратить поглощение воды из раствора.
5) Промежутки между внутренними торцами камней должны быть заполнены щебнем и раствором.
6) Если требуется сдвинуть уложенный камень, то следует снять его и после очистки уложить снова.
7) Кладку не следует производить при температурах ниже 0° C.
8) Облицовку из тесаного камня следует класть заодно со стеной или скрепляя ее со стеной так, чтобы компенсировались различия в тепловом расширении и сжатии.
9) Поскольку камни из осадочных пород наиболее прочны в направлении, перпендикулярном плоскости постели, их следует укладывать так, чтобы эта плоскость была горизонтальной.
