Общие сведения о каменной кладке
Каменная кладка - это конструкция (фундамент, стена, перегородка и др.), полненная из природных или искусственных камней различной формы, которые укладывают на строительном растворе в определенном порядке. Работы по устройству кладки называются каменными. Монтаж стен зданий из крупных блоков (простеночных, перемычечных и подоконных) также иногда называется кладкой из крупных блоков. Термин «каменные работы» может иметь значение «каменная кладка» при выполнении процесса кладки.
При строительстве зданий и сооружений применяют следующие виды кладки:
· из кирпича (керамического, силикатного, кислотоупорного и др.) и камней правильной формы: природных (пиленых или тесаных) и искусственных (керамических, силикатных, легкобетонных и др.);
· из камней неправильной формы (бутовую и бутобетонную);
· смешанную (с облицовкой лицевым кирпичом, тесаным камнем и т.д.) и облегченную многослойных наружных стен.
Вид кладки зависит от назначения конструкции, экономической целесообразности использования материалов и условий эксплуатации. Каждый вид кладки обладает специфическими особенностями и свойствами (прочностью, огнестойкостью, тепло- и звукоизоляцией, водостойкостью, морозоустойчивостью и др.), которые определяют область применения его в зданиях и сооружениях различного назначения и выбор каменных материалов.
Каменные материалы бывают природные и искусственные. Природный камень (бут) в строительстве применяется размером 150-500 мм по наибольшему измерению. По форме он делится на рваный (неправильной формы), постелистый, у которого две примерно параллельные грани, и булыжник, имеющий округлую форму. Из обработанных природных камней твердых пород (колотых, пиленых, тесаных), которые в наибольшей степени обладают высокой прочностью, стойкостью против выветривания и замораживания, а также декоративностью, устраивают опоры и устои мостов и путепроводов, подпорные стенки или облицовывают набережные, а также отдельные части монументальных зданий и сооружений. Камень бутовый из плотных пород должен иметь марку по прочности на сжатие не ниже 150 кг/см2 (для пористых пород минимальная марка 25).
Искусственные каменные материалы (керамические, силикатные, легкобетонные и др.) применяются для возведения подземных и наземных конструкций зданий и сооружений, при этом легкобетонные, силикатные и керамические пустотелые - в основном для кладки наружных стен зданий.
Например, силикатный материал имеет пониженную стойкость к действию пресных и углекислых вод, от высоких температур в нем разлагаются гидросиликаты кальция, что может привести к разрушению конструкций. Поэтому его нельзя применять для кладки фундаментов во влажных грунтах и цоколей без надежной гидроизоляции, наружных стен влажных и мокрых помещений без защиты облицовочными плитами, печей и нагреваемых участков печных труб, незащищенных от увлажнения открытых конструкций (парапетов, столбов и т.д.).
Особое место в ряду искусственных каменных материалов для возведения стен зданий и сооружений традиционно занимают керамические (от греческого keramos - глина) изделия: кирпичи и камни. Кирпичи изготавливают полнотелыми и пустотелыми, а камни - только пустотелыми. В зависимости от назначения изделия изготавливают рядовыми (для кладки стен и других элементов зданий и сооружений с последующей их отделкой или без нее) и лицевыми, в том числе и профильными (для облицовки наружных и внутренних стен).
Чтобы кладка получилась красивой, кирпич должен быть правильной формы, с прямыми ребрами, без трещин и других дефектов внешнего вида. Для рядовых изделий не допускаются: отбитости углов и ребер глубиной более 5 мм и длиной от 10 до 15 мм, трещины протяженностью до 30 мм по плашку (постели) полнотелого кирпича, до первого ряда пустот пустотелых изделий, на 1/2 толщины тычковой или ложковой грани камня.
Количество половняка (парных половинок или изделий, имеющих недопустимые трещины) в доставленном на стройку материале должно быть не более 5%.
В последние годы в связи с изменением нормативов в сторону повышения термического сопротивления стен, интенсивным развитием малоэтажного и индивидуального строительства меняется структура стеновых материалов, увеличивается выпуск эффективных крупноразмерных кладочных изделий (блоков из ячеистых бетонов, газосиликатных камней, силикатобетонных и вибропрессованных блоков и др.). Например, масса стен, возведенных из ячеистого бетона, втрое меньше, чем из кирпича, и в 1,7 раза - чем из керамзитобетона. Каждый блок сразу заменяет 16-30 кирпичей, при этом уменьшается расход раствора, стены из блоков возводятся быстрее кирпичной кладки.
При каменной кладке для скрепления кирпичей и камней друг с другом и равномерного распределения между ними нагрузок используются строительные растворные смеси (растворы). При выполнении бутобетонной кладки камни укладываются в бетонную смесь.
Растворы состоят главным образом из вяжущих, заполнителей (песка) и воды, по количеству применяемых вяжущих они делятся на простые и сложные. В простых растворах (цементный, известковый и т.д.) в качестве вяжущего присутствует один компонент (Цемент, известь). В сложных растворах используется комбинация вяжущих веществ (цемент-известь, цемент-глина и т.д.).
На выбор вяжущего влияют требования, предъявляемые к раствору, его назначение, температурно-влажностный режим помещения и другие условия эксплуатации.
Цементные растворы как самые прочные применяют при сооружении подземных конструкций и при кладке стен, контактирующих с влагой. Это холодные растворы, и применять их длякирпичной кладки стен жилых помещений не рекомендуется. В лучшем случае на цементном растворе ведут кладку облицовочного слоя, а кладку внутренней части - на сложном или известковом растворе.
Применение нескольких вяжущих меняет структуру и свойства раствора. К примеру, известь и глина вводятся в цементные растворы в качестве пластификатора, улучшающего пластичность раствора. Цементно-известковые (сложные) растворы чаще всего используют для надземной кладки или для штукатурки подвальных помещений, они рассчитаны на работу в нормальных условиях. Поэтому для каменной кладки, располагающейся ниже уровня грунтовых вод, такие растворы применять не следует.
Крупность песка должна соответствовать толщине кладочного шва. К примеру, для бутовой кладки может применяться песок с размером зерен до 5 мм, но положить красивую кирпичную кладку на таком растворе невозможно - нужен песок крупностью до 2,5 мм.
Вода не должна содержать компонентов, оказывающих неблагоприятное воздействие на свойства раствора. Например, пригодна для затворения вода из коммунальной сети. В случае сомнений проводят испытания ее свойств.
Основными характеристиками раствора являются прочность затвердевшего раствора (марка) и подвижность. Марка раствора - способность выдерживать нагрузку на сжатие, кг/см, после 28 сут твердения при температуре 5=25 °С. Наиболее часто применяемые в строительстве марки раствора: 15; 50; 75; 100 и 150. Подвижность раствора - способность растекаться по основанию ровным слоем без специального уплотнения, измеряется в сантиметрах глубиной погружения в раствор эталонного конуса массой 300 г с углом в вершине 30° и высотой 15 см. Чем глубже конус проникает в раствор, тем выше его подвижность. Для кирпичной кладки подвижность раствора выбирают в пределах 9-13 (для пустотелого кирпича - 7 - 8), для бутовой кладки - 13-15 см.
Цементный раствор получают таким образом: сначала готовят сухую смесь, которую тщательно перемешивают, затем ее затворяют водой (не допуская избытка), перемешивают и используют в терние 1-1,5 ч. Для приготовления цементно-известкового раствора сухую смесь из цемента и песка затворяют известковым молоком и тщательно перемешивают до получения однородной массы.
Любой раствор надо готовить очень тщательно. Плохо перемешанный раствор неоднороден, и там, где он слабее, может начаться разрушение конструкций.
Марка (несущая способность) раствора назначается в зависимости от вида конструкции, долговечности здания и условий работы. Для наружных и внутренних стен и перегородок жилых домов выше отметки гидроизоляции применяются известковые, цементно-известковые и цементно-глиняные растворы не ниже марок 4-25 (прочность на сжатие образцов размерами 7,07x7,07x7,07 см из затвердевшего раствора в возрасте 28 сут составляет от 4 до 25 кг/см2), для кладки цоколей, фундаментов и стен подвалов - 10-25 в сухих грунтах и 25-50 во влажных. Использование глины и извести в растворах для кладки ниже уровня грунтовых вод не допускается.
Средства подмащивания
При производстве работ на высоте для размещения материалов, обеспечения нормальных условий работы и безопасности работающих предназначены средства подмащивания. По типам конструкций они делятся на леса и подмости (рис. 1), вышки, люльки и площадки. Средства подмащивания могут быть свободно стоящими, переставными, передвижными приставными, подвесными и навесными. Они должны быть прочными, инвентарными, т.е. рассчитанными на многократное использование на строительных объектах, легко устанавливаемыми, удобными длясборки, разборки и транспортирования, иметь небольшую массу.
Масса сборочных элементов, приходящихся на одного работника при ручной сборке средств подмащивания на строительном объекте, должна быть не более:
25 кг - при монтаже средств подмащивания на высоте;
50 кг - при монтаже средств подмащивания на земле или перекрытии (с последующей установкой собранных элементов в рабочее положение монтажными кранами, лебедками и т.п.). Леса - временные устройства, представляющие собой многоярусные конструкции, позволяющие организовывать рабочие места на различных уровнях по высоте. Леса используются в основном при возведении стен одноэтажных промышленных или сельскохозяйственных зданий (табл. 1).
Рис. 1. Леса и подмости:
а - леса трубчатые приставные безболтовые; б - то же, на хомутах; в - подмости шарнирнопанельные; г - подмости пакетные самоустанавливающиеся; д - подмости рычажные с гидроприводом; е - переносные площадки-тумбы; ж - площадки-подмости; з - подлески; 1 - подкладки; 2 - башмаки; 3 - стойки; 4 - ригели; 5 - ограждения; 6 - рабочий настил; 7 - откидная опора (в положении для кладки третьего яруса); 8 - стропы для перевода опор из горизонтального в вертикальное положение; 9 - петля; 10 - складывающаяся опора с раскосами.
Таблица1.Техническая характеристика лесов, используемых для возведения стен одноэтажных производственных зданий.
Наиболее распространены трубчатые леса: стоечные приставные безболтовые или на хомутах, а также универсальные самоходные. Леса устанавливают на предварительно спланированном и утрамбованном грунте. Под концы каждой пары стоек лесов в поперечном направлении укладывается цельная (неразрезная) подкладка из доски толщиной не менее 50 см. Выравнивать подкладку с помощью кирпичей, камней, обрезков досок и клиньев не допускается.
По ходу кладки леса наращиваются. В самоходных лесах рабочая площадка выдвигается на необходимую высоту. Леса, как правило, имеют модульные размеры и изготавливаются в двух вариантах: фронтальные - для работы по периметру стены, и точечные - в виде так называемых тур (вышек), которые могут достигать высоты до 10 м. При кладке стен промышленных зданий высотой 15 м и более возможно применение подвесных лесов.
Для обеспечения устойчивости стойки лесов, не предназначенных для независимого использования, должны быть жестко прикреплены к прочным частям зданий и сооружений с шагом точек крепления по горизонтали и вертикали, указанным в проекте производства работ или инструкции завода-изготовителя. При отсутствии указаний крепление лесов к стенам зданий (объектов) осуществляется не менее чем через один ярус для крайних стоек, через два пролета для верхнего яруса и одного крепления на каждые 50 м2 проекции поверхности лесов на фасад здания (объекта). Прикрепляются и подвесные леса.
Запрещается крепить леса к парапетам, карнизам, балконам и другим выступающим частям зданий и сооружений. Если крепление лесов к строящемуся объекту невозможно, их устойчивость должна быть обеспечена другим способом (например, использованием подкосов и растяжек).
Леса оборудуют надежно скрепленными с ними лестницами, сходнями или пандусами, обеспечивающими безопасные пути входа работников на леса и схода с них. Располагают лестницы на расстоянии не более 40 м друг от друга. На лесах длиной до 40 м устанавливают не менее двух лестниц или трапов.
Сходни изготавливают из металла или досок толщиной не менее 4 см. Через каждые 0,3-0,4 м у них имеются планки сечением 2 х 4 см для упора ног. Ширина сходней должна составлять не менее 0,8 м при одностороннем движении и 1,5 м при двустороннем. Сходни оборудуются перильным ограждением высотой не менее 1м.
Трапы должны быть жесткими и несмещаемыми, иметь ширину не менее 0,6м. При длине более 3 м под ними устанавливают промежуточные опоры с прогибом настила не более 2 см.
Верхний конец лестницы или трапа закрепляется за поперечины лесов. Угол наклона лестниц должен быть не более 60° к горизонтальной поверхности. Наклон трапа должен быть не более 1:3. Проемы в настиле лесов для выхода с лестниц ограждаются.
Трапы, мостки и сходни устраивают с поручнями, закраинами и промежуточным горизонтальным элементом. Расстояние между стойками поручней должно быть не более 2 м; высота поручней -1 м, закраин - не менее 0,15 м.
Подмости - временные устройства, представляющие собой одноярусные конструкции, предназначенные для выполнения работ в пределах высоты этажа. Инвентарные подмости могут быть подвесными, катучими, переставными, передвижными, телескопическими. Их устанавливают на перекрытие или на спланированный и утрамбованный грунт. На строительстве многоэтажных жилых и общественных зданий используют шарнирно-панельные, пакетные самоустанавливающиеся и рычажные подмости, переносные тумбы, площадки-подмости, а также подлески (табл. 2).
При кладке наружных стен лестничных клеток применяются переносные площадки-подмости. Для подъема на подмости служат стремянки с ограждениями. Устанавливают и переставляют подлости кранами.
Подмости и леса высотой до 4 м допускаются к эксплуатации после их приемки руководителем работ или мастером с записью в журнале приемки и осмотра лесов и подмостей. Леса высотой более 4 м допускаются к эксплуатации только после приемки их комиссией с оформлением акта. До утверждения акта работа с лесов не допускается.
Таблица 2.Техническая характеристика основных подмостей, используемых при каменной кладке.
Средства подмащивания должны иметь ровные рабочие настилы с зазором между досками не более 5 мм, а при расположении настила на высоте 1,3 м и более - ограждения и бортовые элементы (препятствующие падению материалов и инструмента). Высота перил ограждения подмостей - не менее 1,1 м, бортового ограждения настила рабочей площадки - не менее 0,15 м.
Настил средств подмащивания должен иметь ровную поверхность с выступами отдельных элементов щита не более 3 мм и зазором между элементами 5 мм. Ширина настилов на лесах и подмостях должна быть для каменных работ не менее 2 м, для монтажных - 1 м. Соединение щитов настилов внахлестку допускается только по длине, при этом концы стыкуемых элементов должны находиться на опоре и перекрывать ее не менее чем на 0,2 м в каждую сторону.
Для контроля качества кладки между возводимой конструкцией и рабочим настилом лесов и подмостей оставляется зазор до 5 см.
При выполнении работ с лесов высотой 6 м и более должно быть не менее двух настилов; рабочий (верхний) и защитный (нижний).
Вышка - передвижная конструкция, используемая длякраткосрочных работ на высоте. Выполняется в основном на базе автомобилей и тракторов, погрузчиков, спецшасси. Вышки характеризуются большими маневренностью и высотой подъема (до 72 м).
Люлька представляет собой подвесную конструкцию, закрепленную на гибкой подвеске, с перемещаемым по высоте рабочим местом. Люльки должны иметь сетчатые или дощатые ограждения счетырех сторон высотой не менее 1,2 м, со стороны фронта работы не менее 1,0 м и бортовые ограждения по периметру высотой не менее 0,15 м. Устройство дверок в ограждении люльки не допускается. Крюк для подвешивания люльки снабжается предохранительным замком для исключения ее падения.
Площадка - навесная жестко закрепленная конструкция, служащая рабочим местом непосредственно в зоне производства работ, с ограждениями высотой не менее 1,2 м с трех внешних сторон.
Правила каменной кладки
Каменная кладка должна выполняться с соблюдением следующих правил.
1-е правило. Каменную кладку необходимо вести рядами, параллельными между собой и перпендикулярными к направлению действующей нагрузки (так как камень и растворы хорошо работают на сжатие, а на изгиб и сдвиг - плохо).
2-е правило. Швы, разграничивающие камни, должны быть взаимно перпендикулярны и перпендикулярны к постели. При этом одна система плоскостей должна быть перпендикулярна к лицевой поверхности кладки, другая - параллельна ей. Отклонения приводят к образованию клина и сдвигающих усилий.
3-е правило. Вертикальные швы в смежных рядах кладки должны перекрываться камнями вышележащих рядов, т.е. должны быть перевязаны. В противном случае нагрузка на кладку не распределяется на всю конструкцию, швы могут расшириться, а кладка разрушиться (рис. 4, ж, з). Перевязка кладки считается достаточной (рис. 4, и),если а > 0,4 h (где h - высота камня), но не менее 45 мм.
Определенный порядок в укладке камней называется системой перевязки. Для обеспечения монолитности стены кладку ведут с перекрытием вертикальных швов в каждом последующем ряду. Допускается вариант, когда вдоль стены кладку можно перевязывать в каждом ряду, а поперек стены - только через несколько рядов.
При проектировании конструкции учитываются все возможные нагрузки на кладку, производятся соответствующие расчеты с проверкой на прочность (от вертикальных нагрузок) и устойчивость (от горизонтальных нагрузок) и назначаются параметры кладки. В рабочих чертежах указываются не только форма и размеры кладки, но и марки каменных материалов и раствора. На прочностные характеристики кладки оказывают влияние все ее компоненты: марки кирпича или камня и раствора, толщина и плотность швов, форма и размеры кладки.
Кроме того, конструкция кладки должна соответствовать экологическим, тепло- и звукоизоляционным требованиям. Поэтому для конструкций наружных стен кроме проверки на прочность и устойчивость проводится теплорасчет и определяются границы «точки росы». Другие характеристики кладки должны соответствовать действующим нормативно-техническим документам.
Из-за неровностей постели камня, неодинаковой толщины и плотности горизонтальных швов кладки (что зависит от тщательности перемешивания раствора, степени разравнивания и обжатия его при укладке камня, условий твердения, различных упруго-пластичных свойств раствора и камня и др.) в каменной кладке возникает сложное напряженное состояние и отдельные камни (кирпичи) работают не только на сжатие, но и на изгиб, на растяжение, срез и местное сжатие. Поэтому очевидно, что прочностные характеристики кладки зависят от квалификации рабочего, выполняющего ее. Установлено, что кладка, выполненная высококвалифицированным каменщиком, прочнее (на 20-30%), чем выполненная рабочим средней квалификации.
На кладку действуют не только вертикальные нагрузки, но и горизонтальные, например ветровые. Способность кладки сохранять свое проектное положение при их действии называется устойчивостью. Чем больше толщина кладки и меньше ее высота, ниже ветровые нагрузки на данной местности, тем выше устойчивость кладки. Высота возведения свободно стоящих каменных стен (без укладки перекрытий или покрытий) не должна превышать действующих нормативных значений (табл. 3). При необходимости возведения свободно стоящих стен большей высоты должны применяться временные крепления, обеспечивающие устойчивость стен во время производства работ.
Таблица 3.Предельная высота возведения свободно стоящих каменных стен (без укладки перекрытий или покрытий).
Примечание. При скоростях ветра, имеющих промежуточные значения, допустимая высота свободно стоящих стен определяется интерполированием.
Рис. 2. Укладки кирпичей:
а - способом вприжим ложкового I и тычкового II рядов: 1 - подгребание раствора кельмой; 2 - придвигание кирпича и заполнение поперечного вертикального шва; б - способом вприсык тычкового I и ложкового II рядов: 1 - подгребание раствора гранью кирпича; 2 -прижатие кирпича к ранее уложенному; 3 - осаживание кирпича; в - способом вприсык с подрезкой раствора ложкового I и тычкового II рядов: I - подгребание раствора гранью кирпича; 2 - прижатие кирпича к ранее уложенному; 3 - осаживание кирпича и подрезка излишков раствора; г - способом вполуприсык ложкового I и тычкового II рядов: 1 - подгребание раствора гранями кирпича; 2 - осаживание кирпичей.