п. 2.4. Фізико-механічні властивості кам'яної кладки

Міцність і стійкість кам'яної кладки

Міцність кладки залежить від властивостей цегли (каменю) і розчину, з яких кладка складена. Межа міцності при стисненні, наприклад, цегляної кладки, виконаної, навіть, на високомарочному розчині, при звичайних методах зведення становить не більше 40 ... 50% межі міцності цегли. Пояснюється це тим, що поверхні цегли і шва кладки не ідеально плоскі, щільність і товщина шару розчину в горизонтальних швах не скрізь однакова і внаслідок цього тиск у кладці нерівномірно розподіляється по поверхні цегли і викликає в ньому крім напруг стиснення напруги вигину і зрізу. Тому кам'яні матеріали, слабо чинять опір вигину, руйнуються в кладці раніше, ніж стискаючі напруги в них досягнуть межі міцності при стискуванні. Наприклад, цегла має в 4 ... 6 разів меншу межу міцності при вигині, ніж при стисканні.

2.4.1

Рис. 2.4.1. Стадії руйнування кладки під навантаженням: а — перша; б — друга; в — третя; г — четверта; 1 — сили внутрішньої напруги; 2 — поява тріщин; 3 — розвиток тріщин   4 — розшарування кладки

Якщо поступово збільшувати навантаження на кладку до величини, що перевищує межу її міцності, то спочатку в окремих цеглинах з'являться вертикальні тріщини (рис. 2.4.1, а) переважно під вертикальними швами, там, де концентруються напруги розтягнення і згибу. При зростанні навантаження тріщини збільшаться, розділяючи кладку на стовпчики (рис. 2.4.1,б). Остаточне руйнування кладки відбувається через витріщення цих стовпчиків в результаті втрати ними стійкості. Напружений стан при осьовому стисненні кладок з інших кам'яних матеріалів аналогічний напруженому стану цегляної кладки.

Вплив властивостей розчину на міцність кладки

Чим нижче марка розчину в кладці, тем легше він стискується й, отже, тим більше загальні деформації кладки, а в кожній цеглі - напруги вигину й зрізу. Тому, щоб одержати більш міцну кладку, застосовують відповідно розчин більш високої марки.

Однак, підвищення міцності розчину не суттєво збільшує міцність кладки. Набагато більше значення має пластичність розчину. Пластичні розчини краще розстеляються по постелі цегли, забезпечуючи рівномірну товщину й щільність шва. Це підвищує міцність кладки за рахунок зменшення напруги вигину й зрізу в окремих цеглинах.

Вплив розмірів і форми кам'яних матеріалів

Зі збільшенням висоти каменю зменшується кількість горизонтальних швів у кладці й збільшується пропорційно квадрату висоти каменю опір його вигину. У зв'язку із цим при однаковій міцності каменів більш міцною виявляється кладка, виконана з каменів більшої висоти.

У разі правильної форми каменів, шви в кладці заповнюються розчином рівномірніше, порівняно з неправильною кладкою. Краще передається навантаження від каменю до каменю, краще перев'язується кладка й міцність її більш висока. На зниження міцності бутової кладки впливає головним чином те, що неправильна форма каменів забезпечує їхнє зіткнення лише через окремі ділянки, не створює гарної перев'язки кладки, значну частину якої доводиться заповнювати розчином.

Вплив якості швів кладки на її міцність

Гарне заповнення горизонтальних і вертикальних швів розчином, рівномірне ущільнення й однакова товщина швів, правильна перев'язка забезпечують високу міцність кладки. Низька якість кладки, застосування розчинів, не відповідних до вимог проекту, можуть привести до руйнування кладки.

Чим товщий шов, тем важче досягти рівномірної його щільності й тим більшою мірою цегла працює в кладці на вигин і зріз. При товстих швах збільшується деформація й знижується міцність кладки. Тому для кожного виду кладки встановлена певна товщина швів, збільшення якої знижує міцність конструкцій. Наскільки якість кладки характеризується рівномірністю заповнення розчином і ущільнення горизонтальних швів, можна бачити на прикладі одного з випробувань. Одночасно з тієй самої цегли й розчину виконували кладку висококваліфіковані муляри й муляри низької кваліфікації. Межа міцності кладки, виконаної висококваліфікованими мулярами, виявилася 5 Мпа, мулярами низької кваліфікації - 2,8 Мпа, тобто в 1,8 рази менше.

Щільність кладки обумовлює такі якості кам'яних конструкцій, як висока вогнестійкість, більша в порівнянні з іншими матеріалами хімічна стійкість, опірність атмосферним впливам і, як наслідок цього, більша довговічність. У той же час більша щільність збільшує теплопровідність кладки, тому нерідко зовнішні цегельні стіни будинків доводиться робити набагато товщими, ніж це потрібно для забезпечення міцності й стійкості.

При зменшенні щільності кам'яних матеріалів з 1800кг (кладка з керамічної цегли) до 800кг товщина стін і потреба в матеріалах зменшуються на 55%, а маса стін - на 80%. Це означає, що для кладки вигідно застосовувати матеріали більш низької щільності (пустотілі, пористі), які володіють відповідними теплотехнічними властивостями.

На теплотехнічні властивості кам'яних конструкцій впливає також якість кладки: стіни з погано заповненими розчином швами легко продуваються й промерзають узимку.