На Руси в каменной кладке строительных конструктивов с X-XI вв. начали использовать искусственный кладочных камень – керамический кирпич, возникло кирпичное ремесло. В качестве связующего раствора использовали известковое тесто с заполнителями – кварцевым песком и толчёным кирпичом (цемянкой). Сначала кирпич имел почти квадратную форму (назывался – плинфа): 365*312*45 мм и отличался прочностью (например, прочность плинфы Софийского собора в Киеве составляла 8 МПа, 1017-1037 гг.), затем его размеры становились (к XIV в.) близкими к современным (30*25*5,5 см). С XV в. размеры кирпича задавались в соотношении 4:2:1.
Опыт кирпичного строительства начинают научно обобщать лишь в
XVII в. До этого эмпирические правила строительства приводили к реализации больших запасов прочности. Значительному соответствующему перерасходу материалов. Вплоть до XX в. толщина стен двух верхних этажей принималась (по теплотехническим соображениям) примерно в 2,5-3 кирпича, а в каждых двух нижерасположенных этажах увеличивалась на полкирпича, так что, например, в восьмиэтажном доме на первом-втором этажах стены достигали 115 см. В XX в. кирпичную кладку проектируют на основе расчётов: с 1930 г. – по допустимым напряжениям, с 1939 г. – по разрушающим нагрузкам, с 1955 г. – по расчётным предельным состояниям строительных конструкций, частей (конструктивов) и в целом зданий и сооружений. В процессе развития расчётов кирпичные конструкции постоянно совершенствовались. В начале 60-х гг. XX в. средняя толщина и масса стен восьми этажного дома уменьшилась на 55-60%.
Прочность кладки зависит от свойств кирпича и раствора. Практика показывает: прочность кладки на высокомарочных растворах превышает 40-50% прочности соответствующего кирпича. Из-за микро неровностей поверхностей кирпича и неравномерности слоёв раствора в швах кладки давление распределяется неравномерно по поверхности кирпича, вызывая в нём напряжения сжатия, а кроме этого – напряжения изгиба и среза. Напряжения, концентрирующие над вертикальными швами, образуют трещины, разделяя кладку на столбики.
Мероприятиями, упрочняющими кладку в целом являются: применение высокопрочных пластичных растворов и соответствующего армирования кладки. Металлическое армирование кирпичной кладки началось с возведения перекрытий парижского Пантеона в 1770 г. В настоящее время в зданиях свыше 12 этажей применяют армированную кладку стен. Для жилых домов наиболее распространена конструктивная схема с продольными поперечными стенами, хотя в 1957 г. в Москве построен 5-ти этажный жилой дом с поперечными несущими стенами (по условию прочности) 38 см; расход кирпича снизился на 24%, масса стен на 16%, расход бетона в фундаменте – в 2 раза. За рубежом (Швейцария) считают, что вполне приемлемо возводить кирпичные здания из пустотелого кирпича с поперечными стенами высотой до 30 этажей.
В кирпичном строительстве известно стремление увеличить размеры керамического камня для повышения производительности труда каменщиков. Индустриальное производство многопустотных керамических блоков в СССР начато с конца 30-х годов (размеры блока 300*300*300 мм, прочность 6 МПа, пустотность 53,4%, объёмная масса 885 кг/м3).
В послевоенный период в СССР индустриальные способы строительства из индустриального сборного железобетона стали основными для массовой, типизированной застройки. Строительство стало базироваться на механизированных процессах, причём процесс укладки стеновых изделий вручную сменился механизированными процессами монтажа. В 50-е годы промышленность по производству кирпича оказалась в упадке. Однако к 80-м годам появились высокопроизводительные отечественные кирпичные заводы – до 250 тыс. шт. кирпича в год на одного рабочего, и зарубежные, оснащённые высокоэффективным оборудованием – с выработкой на одного работающего до 800 тыс. шт. Это соответствует 500-2500 м3 кирпичной кладки, т.е. выработка выросла в 10-40 раз по сравнению с послевоенной. На заводах ЖБИ производительность возросла в 2,5 раза и не превышает 200 м3/год на одного рабочего. Суммарные затраты на заводское производство, погрузо-разгрузочные, транспортные и монтажные процессы при использовании керамзитобетонных панелей и контейнерного (запакетированного) кирпича к 90-м годам сравнялись. Изделия заводов ЖБИ основаны на привозных материалах: цемент, керамзит, щебень, армирующий металл. Кирпич по праву имеет репутацию местного материала.
Основная архитектурная цель применения мелкоштучных стеновых изделий (керамического кирпича, блоков) – эстетическое обогащение пластики фасадов и выразительности зданий. Архитектура выступает первой защитницей и покровителем кирпича, как основного строительного материала.
Эффективность строительства из кирпича возрастает при повышении его физико-механических характеристик, обеспечении его конструктивной долговечности (в первую очередь грамотный отвод атмосферных осадков от каменных конструкций), строительстве индивидуальных зданий и в зонах относительно удалённых от заводов ЖБИ. Эффективными способами уменьшения массы кирпичных стен – устройство слоистых или пустотных конструктивов с заполнением пустот различными утеплителями.
К середине 80-х гг. в СССР производство кирпича составило 60% объёмов производства стеновых материалов. Выпускается в основном полнотелый обыкновенный глиняный кирпич. Качество кирпича определяется соответствующими ГОСТами. Производилось кирпича марки «100» -33%, а марки «200» - всего 0,2%. В США – средняя марка кирпича – «400», в Канаде выпускают кирпич марок «125-500», причём 80% - марки «400», в Англии марки достигают «700». В нижних этажах многоэтажных зданий эффективно использование кирпича марок «150-300».
В России размеры кирпича в плане 250*120 мм, поэтому в проектных решениях кирпичные конструктивы кратны ширине кирпича со швом – 130 мм. За рубежом выпускают кирпич шириной 120, 150, 180, 200 мм.
Повышение прочности кирпича, повышение его теплотехнических качеств (в основном за счёт пустотообразования, что лучше всего достигается при прессовании крупноразмерного кирпича массой до 13-16 кг, т.е. «двуручного», плотностью до 1600 кг/м3 с пустотностью 25-40%) позволяет при одних и тех же теплотехнических свойствах снизить толщину стен с 510 мм до 300 мм (из полуторного пустотелого кирпича), до 250 мм (из крупных пустотелых камней).
В настоящее время в мировом строительстве кирпич оценивается как эффективный современный стеновой материал, актуальность использования которого в ближайшее десятилетие сохранится. Существует чёткое понимание необходимости развития исследований в области свойств, размеров, форм, конструкций керамического кирпича, кирпичных конструктивов, способов перевязки кирпича, в области высоко производительного выполнения кирпичных строительных процессов, в том числе механизация кладочных процессов, в области совершенствования способов каменного строительства.
Технология процесса кладки, контроль качества и приёмка-сдача выполненного конструктива
Технология кирпичной кладки строительных конструктивов, как и другие строительные процессы включает подготовительные операции, в том числе приёмочные по оценке качества выполненных оснований и поставляемых материалов; основные укладочные, включая размёточные и операции текущего контроля качества; заключительные, в том числе приёмо-сдаточные.
Пооперационный контроль качества выполняется инструментально, в том числе с использованием шаблонов.
Основными «выходными» или результирующими параметрами кладки являются: себестоимость 1 м3 кладки или конструктива в целом его качество. На себестоимость и качество кладки значительно влияние оказывает производительность труда каменщиков. Сама производительность является многофакторной функцией, причём влияющие факторы при изучении проблемы производительности труда поддаются классификации и управлению. Например, на производительность оказывают влияние: характер фронта работ его размеры, проёмистость каменных конструктивов и их сложность; размеры и вес кирпича. Так кирпич по данным исследований по массе не должен превышать 4,4 кг, при этом он является «одноручным» материалом; а масса «двуручных» материалов, например, укрупнённых кирпичей-блоков, должна соответствовать величине 13-16 кг. Существенным фактором является организация труда каменщиков, в том числе по аспектам численности звеньев, разделение труда по операциям, размещения и правил перемещения рабочих на фронте работ (например – с фасадной стороны возводимой кирпичной стены или с внутренней).
Низкая себестоимость и требуемое (высокое по отношению к стоимости и с учётом конкуренции) качество каменной продукции позволяет успешно продавать строителям каменную продукцию, продвигать её на рынке в среде потенциальных заказчиков и покупателей.