Кам'яні роботи. Загальні відомості

Призначення і види кам’яних кладок. Довговічність, міцність і вогнетивкість кам’яних матеріалів, а також поширення їх у природі сприяють широкому використанню кам’яних конструкцій при зведенні промислових і цивільних будинків та інженерних споруд різного призначення.

Кам’яну кладку виконують з окремих каменів, які укладають у певному поєднанні. Для кладки використовують природні і штучні каменеподібні матеріали у вигляді цегли, каменів, дрібних і великих блоків (рис. VII.1), а також облицювальні і теплоізоляційні матеріали і вироби, кладочні розчини, бетон і арматуру. Застосовують кам’яні матеріали правильної і неправильної форми.

До каменів правильної форми належать штучні вироби, які одержані технологічним переробленням вихідної мінеральної сирови­ни (керамічні, силікатні та бетонні стінові вироби — цегла, штучні ка­мені, дрібні і великі блоки, профільні й облицювальні елементи), а та­кож камені з гірських порід, які одержані з блоків природного каменю або безпосередньо з моноліту випилюванням або виколюванням з на­ступною чистовою або напівчистовою обробкою (великі та дрібні блоки, тесовий камінь, профільні й облицювальні вироби з мармуру, вапняку, туфу, доломіту, гіпсу, граніту, пісковику тощо).

До каменів неправильної форми належить бутовий камінь (бут) — куски каменю грубої обробки розміром не більше ніж 50 см за найбільшим виміром. Бутовий камінь може бути рваний і постелистий. Застосовують і булижний камінь округлої форми.

Залежно від виду застосовуваного каменю розрізняють кладку з природних і штучних каменів.

Кладку з природних каменів правильної форми називають тесовою кладкою, а із каменів неправильної форми — бутовою клад­кою. Бутобетонна кладка — це різновид бутової кладки, в якій шари бутового каменю укладають (занурюють) в шари бетонної суміші.

Кладку із штучних каменів виконують із дрібноштучних каменів і блоків та великих блоків правильної форми, здобутих за випалюваль­ною (керамічні) та безвипалювальною технологією на основі в яжучих речовин: силікатні, цементні, шлакові, зольні тощо.

За різновидами каменів, технологічними ознаками і галуззю засто­сування кам’яних конструкцій розрізняють такі види кладки.

Цегляну кладкуіз рядової цеглизастосовують для зведення не- сівних і огороджувальних конструкцій — зовнішніх і внутрішніх стін, простінків, стовпів, перемичок, арок і склепінь, перегородок, а також фундаментів; із лицьової цегли— для кладки з одночасним облицюван­ням стін та інших елементів будівель та споруд; з вогнетривкої цеглидля конструкцій, які працюють в умовах високих температур (наприклад, промислові печі); з кислототривкої цегли— для футерування димових труб тощо; з цегли, що отримана за технологією кам’яного лиття— для корозійно- і зносостійкого облицювання, футерування і замощування.

Дрібпоблокову кладку виконують із штучних і природних ка­менів і блоків правильної форми, маса яких (до 36...40 кг) дає змогу укладати їх вручну в процесі зведення стін, простінків, стовпів, перего­родок та інших частин будівель та інженерних споруд.

Великоблокова кладка — це кладка із крупних блоків, які укла­дають в кам’яну конструкцію за допомогою монтажних засобів. Застосо­вують для зведення фундаментів і стін великоблокових будинків. Блоки об’ємом понад 0,1 м³ виготовляють із цементних, силікатних, важких та легких бетонів, із ніздрюватого, газо- і пінобетону або з природного каме­ню (вапняку,пісковику, вапняку-черепашнику, вулканічного туфу). Засто­совують суцільні, з технологічними порожнинами і порожнисті блоки як з офактуреною, так і знеофактуреною лицьовоюповерхнею. Великоблокову кладку виконують також із застосуванням крупних блоків, виготовлених у заводських умовах з цегли, керамічного або штучного природного каменю.

Бутову кладку з каменів неправильної форми (рваного і посте- листого буту) застосовують для зведення фундаментів, стін підвалів, підпірних стін, конструкцій малих архітектурних форм та інколи при зведенні стін одно-, триповерхових будинків.

Бутобетоппу кладку (із каменів і бетону) застосовують для зведення фундаментів, стін підвалів та інших заглиблених конструкцій промислових і цивільних будинків і споруд.

За конструктивно-технологічними ознаками клад­ка буває: суцільна(із одного будь-якого виду кам’яного матеріалу); полегшена(багатошарова кладка, деяку частину шарів якої виконано з теплоізоляційного матеріалу — повітряного прошарку, теплоізоляцій­них плит, матів, мінеральних засипок, легкого бетону, каменю, блоків тощо); кладка з облицюванням(багатошарова кладка, яка складається з конструктивного й облицювального шарів); армована(з поперечним чи поздовжнім армуванням, остання — з внутрішнім або зовнішнім армуванням); комплексна(кам’яна кладка з включенням до попереч­ного перерізу несівного елемента з монолітного залізобетону); комбі­нована(із дрібноштучних каменів і великих блоків).

Елементи кам’яної кладки і правила її розрізки. Будь-яку кладку (рис. VII.2, а)виконують окремими рядами. Камені, що викладені дов­гою боковою стороною — ложком, — уздовж стін утворюють ложко­вий ряд, короткою — поперечиком — поперечиковий ряд,а відносно фасаду будівлі — зовнішню і внутрішню версти.Заповнення між верстами називають забуткою.Забутка може складатися з ложкових (камені в забутку вкладені ложком уздовж стіни) і поперечикових(по­перечиком) забутівпих рядів.Нижню грань каменю, що передає зусилля, і верхню, що їх сприймає, називають постелями,простір між каменями, заповнений розчином, — швом.Розрізняють горизонтальніі верти­кальнішви. Останні поділяють на повздовжніі поперечні шви.

Товщина швів при кладці каменів правильної форми і великих блоків регламентується і має становити: для горизонтальних швів 10-15 мм, при середній товщині – 12 мм; для вертикальних швів – 8-12 мм, при середній товщині – 10 мм.

Під час виконання кладки, зовнішній поверхні горизонтальних і вертикальних швів може надаватись певна форма – опукла, угнута, неповна, впідрізку та ін. (рис. VII.2, б). Під опоряджувальні покриття кладку ведуть в підріз, а при значному навантаженні від ваги опоряджувальних покриттів – в постошовку. При цьому глибина  незаповнення розчином швів не повинна перевищувати 15 мм для стін і 10 мм для стовпів, у останніх впустошовку виконують тільки вертикальні шви.

Несівна здатність кам’яних конструкцій залежить від міцності каменів і розчину та цільності (монолітності) кладки.

Щоб у масиві кладки окремі камені не зміщувалися під дією навантажень відносно один одного, вони повинні мати певну форму і їх слід розташувати при укладанні у визначеному порядку, тобто мають бути дотримані певні правила розрізки кладки на окремі камені. Під розрізкою розуміють членування кладки на шари – ряди і на окремі камені. Існує три основних правила розрізки кам’яної кладки.

         Перше правило розрізки: ряди каменів мають бути обмежені площинами, перпендикулярними до діючих зусиль, або нормалі до цих плозин не повинні утворювати з напрямком зусиль кут більше ніж 15…17^о.

Допустимий кут а відхилення діючої сили Р від нормалі визнача­ється із умов рівноваги тіл (рис. VII.2, в). За правилом паралелограма сила Р розкладається на силу, що стискує ряди каменів: , і силу, що зсовує їх: ; стискальна сила урівноважується реакцією опори N,а зсувна сила Р₂ урівноважується силою тертя покою , де f— коефіцієнт тертя каменя по каменю, рівний 0,6...0,7 (відповідно при вологому і сухому стані поверхні каменів).

Положення каменю стійке, якщо зсувна сила не перевищує силу тер­тя покою, тобто . Після спрощення дістанемо .

З урахуванням того що коефіцієнт тертя , де — кут тертя каменя по каменю — дорівнює 30...35° при f= 0,6...0,7, дістаємо , звідки , тобто , а з урахуванням двократ­ного запасу міцності кут ос не повинен перевищувати 15... 17°.

Друге правило розрізки: кожний ряд кладки має поділятися на окремі камені системою вертикальних площин, одні з яких перпен­дикулярні до верстових рядів, а інші — паралельні їм(рис. VII.2, г). Невиконання цього правила може призвести до розклинювання рядів або сколювання частин каменів (камені А, Б і В,рис. VII.2, д).

Третє правило розрізки передбачає додержання перев’язки вертикальних швів, що виключає збіг у суміжних рядах кладки попе­речних і поздовжніх швів(рис. VII.2, є). Перев’язуванням називається незбіжність швів у суміжних рядах. Порушення цього правила призво­дить до того, що масив кладки розрізується на окремі стовпчики, які або не забезпечують перерозподіл зусиль в масиві кладки, або не здатні самостійно працювати внаслідок деформування з поздовжнім вигином (рис. VII.2, е).

Перев’язування вертикальних швів виконують за визначеною систе­мою, яка називається системою перев’язування швів— це певний по­рядок розміщення каменів у шарах кладки та чергування цих шарів. Залежно від того, через скільки рядів виконується перев’язування швів, розрізняють однорядні та багаторядні системи перев’язування швів.

Однорядну(ланцюгову) систему застосовують при кладці із всіх видів цегли і дрібних каменів. Виконують чергуванням поперечикових і ложкових рядів з перев’язуванням у кожному ряду всіх вертикальних швів — поперечних на каменя, а поздовжніх— на каменя.

Багаторяднасистема — це чергування кількох ложкових рядів з одним поперечиковим, при цьому поздовжні вертикальні шви залиша­ються наскрізними на всю висоту ложкових рядів, а поперечні вертикальні шви перев’язують у кожному ряду. Залежно від того, через скільки рядів виконується перев’язування всіх вертикальних швів, розрізняють: п’ятирядну(має ще назву шестирядна)і триряднукладки із цегли 65 мм завтовшки, а також чотирирядну, триряднуідворяднукладки з потовщеної цеглиі каменів. У всіх випадках слід додержувати сятого, щоб всі вертикальні шви були перев’язані не більш як через кожні 40 см.

Розчини для кам’яної кладки. Кам’яну кладку ведуть на розчині, яким вирівнюють постіль каменів і заповнюють вертикальні шви, зв’я­зуючи окремі камені між собою. Затверділий у швах розчин передає зусилля від одних каменів на інші. При цьому зменшуються звукопро­відність, продувність і вологопроникність кладки, підвищуються її несівна здатність і довговічність.

Для кам’яної кладки застосовують розчини таких марок:

• за  міцністю  на  стиск: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200;
• за  морозостійкістю: 10, 15, 25, 35, 50; для вологих умов експлуатації: 100, 150, 200 та 300.

Марку розчину за міцністю на стиск і морозостійкістю призначають виходячи з потреб довговічності будівель і міцності кам’яних конструк­цій, характеру та умов їхньої роботи, а також залежно від температур­но-вологого режиму твердіння.

За  щільністю кладочні розчини поділяють на важкі — щільність в сухому стані не менше ніж 1500 кг/м³ — і легкі — щільність менше ніж 1500 кг/м³. Легкі розчини застосовують для кладки із теплоізо­ляційних і ефективних кам’яних стінових матеріалів, що виключає утворен­ня «містків холоду». Важкі розчини готують на важких природних пісках (найчастіше гірських) і штучних пісках — із подрібнених і просіяних щільних гірських порід — з насипною щільністю понад 1200 кг/м³. Легкі розчини — па легких (пористих) пісках — пемзовий, перлітовий, шлаковий, керамзитовий тощо — щільністю до 1200 кг/м³.

За  видом в’яжучого розчини для кам’яної кладки бувають прості — цементні, вапняні, глиняні, гіпсові - та складні (або зміша­ні) — цементно-вапняні, цементно-глиняні.

Найчастіше для кам’яної кладки застосовують змішані розчини — цементно-вапняній цементно-глиняні,на яких ведуть кладку наземних кам’яних конструкцій, що працюють у сухих (при відносній вологості повітря до 60 %) і вологих (понад 60 %) умовах, а також підземних кам’яних конструкцій, що споруджуються на маловологих або вологих ґрунтах.

Вапняні розчинизастосовують для кладки конструкцій, які не­суть незначні навантаження, і при зведенні будівель невисокого ступеня довговічності. Розчини з повітряним вапном застосовують для кладки наземних конструкцій при відносній вологості повітря приміщень до 60 %, аз гідравлічним вапном — для кладки в умовах підвищеної вологості, у тому числі для фундаментів, що споруджуються в ґрунтах малої вологості.

Цементні розчинивикористовують, як правило, при зведенні фундаментів і підземних конструкцій, які знаходяться у насичених воло­гою ґрунтах і нижче рівня ґрунтових вод, а також при зведенні назем­них конструкцій, що несуть великі навантаження (стіни, простінки, стовпи, перемички тощо), при зведенні кам’яних будівель високого ступеня довговічності, а також при бутовій та великоблоковій кладках з вико­ристанням високоміцних стінових елементів із щільних гірських порід або важкого бетону. Для приготування цементних розчинів застосову­ють портландцемент, пластифікований і гідрофобний портландцементі!, пуцолановий, шлакопортландцемент і сульфатостійкий портландцемент (за наявності сульфатних вод).

Найважливішою технологічною властивістю кладочного розчину є його легкоукладальність. Легкоукладальність— це властивість роз­чинної суміші легко розстилатися тонким шаром на пористу основу і не розшаровуватися при зберіганні, перевезенні та перекачуванні роз­чину насосами. Легкоукладальність розчину залежить від ступеня його

рухливості і водоутримувальної здатності, що запобігає розшаруванню розчину — швидкому віддаленню води й осіданню піску.

Рухливістьпризначають залежно від виду розчину та відсмокту­вальної здатності поверхні, на яку він розстеляється, тобто від ступеня водопоглинання стінових кам'яних виробів. Рухливість розчину зале­жить від водов’яжучого відношення (В/В) і призначається для кожного виду кладки окремо залежно від умов виробництва. Для бутової клад­ки, яку виконують «під лопатку», застосовують розчин з рухливістю 4...6 см, для бутової кладки «під залив» — 13...15 см, а для бутової кладки з вібруванням — 1...3 см; для кладки із звичайної цегли, бе­тонних і природних каменів правильної форми із легких порід (туф), а також при великоблоковій кладці з крупних блоків із бетону та зви­чайної цегли використовують розчин рухливістю 9...13 см, а для клад­ки із порожнистої цегли, керамічних каменів, а також при великоблоко­вій кладці з крупних блоків із порожнистої цегли та керамічних каме­нів — 7...8 см. В умовах сухої жаркої погоди рухливість розчину підвищують; так, для цегляної кладки вона піднімається до 12... 14 см.

Водоутримувальна здатність— це властивість розчинної суміші утримувати воду при розстиланні розчину на пористу основу, що потрібно для збереження рухливості розчину на пористій основі, а також для запобігання розшаруванню під час перевезення і перекачу­вання насосами. Водоутримувальну здатність підвищують введенням у розчинну суміш неорганічних дисперсних добавок-пластифікаторів (вапно, глина, дрібномелений трепел, діатоміт, золи ТЕС) або органіч­них иластифікаторів-мікропіноутворювачів (поверхнево-активні речо­вини) — сульфітно-дріжджова бражка (СДБ), милонафт, синтетична поверхнево-активна добавка тощо.

Суміш з цими добавками віддає воду пористій основі повільно, шар розчину осаджується і рівномірно за всією площиною та товщиною ущільнюється (без утворення локальних ущільнень), добре зчіплюється з каменем.

Легкоукладальність також залежить від співвідношення в'яжучого, мілкого заповнювача, добавок та від гранулометрії і виду піску (важкий або пористий). Пісок потрібно використовувати змішаного грануломет­ричного складу, максимальна крупність зерен не повинна перевищувати 5 мм для великоблокової і бутової кладок та 2,5 мм — для цегляної і кладки з дрібноштучних каменів і блоків правильної форми.

Правильно підібрана суміш не тільки підвищує монолітність кладки (за рахунок повного заповнення всіх швів, щілин, поглиблень, нерівно­стей), а й значно полегшує роботу мулярів (розчин м’який, тягуче-пла- стичний), що істотно підвищує продуктивність праці.

За допомогою добавок спрямовано регулюють властивості кладоч- них розчинів для того, щоб підвищити непроникність, морозостійкість і стійкість до агресивного середовища (повітровтягувальні, пластифіку- вально-повітровтягувальні добавки), водонепроникність (ущільнювальні добавки), прискорити або уповільнити твердіння чи змінити терміни тужавлення (добавки — прискорювачі тужавлення або твердіння чи добавки — уповільнювачі тужавлення), підвищити гідрофобність (гід­рофобні добавки) тощо.

При виконанні кам’яних робіт слід ураховувати термін придатності розчину, який залежить від складу розчину, погодно-кліматичних чинників (температура і відносна вологість повітря, наявність і швидкість вітру, інтенсивність сонячної радіації) та умов виробництва. Найменші значення за терміном придатності мають цементні розчини — 2...4 год (якщо вони без добавок), найбільші — вапняні, з використанням гідрат­ного (гашеного) вапна — 6... 10 год. Змішані (цементно-вапняні та цементно-глиняні) розчини можуть зберігати придатність протягом

4...6 год.

Розчини готують механізованим способом у розчинозмішувачах при­мусової діїЦі машини бувають пересувні — для приготування розчи­ну на будівельному майданчику - і стаціонарні — для централізованого приготування на автоматизованих розчинобетонозмішувальних заво­дах і установках. Якщо розчин готується на будівельному майданчику, то доцільним є використання сухих сумішей, які постачають з автома­тизованих заводів, обладнаних засобами підготовки і точного дозуван­ня та змішування складових розчину в автоматичному режимі.

Сухі суміші дають змогу отримувати стабільні за складом і техно­логічними властивостями кладочні розчини з можливістю змін їх вла­стивостей залежно від умов виробництва, вимог міцності, легкоукладаль- ності, теплотехнічних вимог тощо.