Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


Экспериментальные данные к определению предела прочности кладки из обыкновенных природных камней

В табл. IV—2 и IV—3 приведены значения теоретических по СНиП [116] пределов прочности сжатию кладки из пильных природных камней, полученных как некоторые средние характеристики на основании обработки результатов испытаний кладок из пильных природных камней различных видов и месторождений (в том числе из туфов).

Ниже приведены некоторые экспериментальные данные, ознакомление с которыми позволит оценить, в какой степени теоретические пределы прочности соответствуют результатам экспериментов с кладкой, выполненной из пильных известняков отдельных месторождений.

а). Прочность кладки из известняков Крыма. Исследования прочности центрально сжатой кладки из камней Крыма были проведены Н. П. Эделевым в б. НИИ по строительству Минстроя СССР [147] на образцах кладки, выполненной из желтых известняков Мамайского и Кутурского месторождений.

Предел прочности при сжатии кубов 9X9X9 см, выпиленных из использованного для опытов камня Мамайского карьера, имел показатели (по испытаниям 58 образцов), приведенные в табл. IV—4.

Таким образом, использованные для изготовления образцов кладки камни в среднем имели марку 7.

Предел прочности кладки устанавливался при испытании столбов сечением 40X40 см и стенок сечением 40X80 см, которые имели высоту 1 м. Для более полного контроля прочности отдельных камней, их вначале изготовляли большей, чем требовалось для кладки, длины, а затем от каждого из торца перед укладкой в образец выпиливалось 3—4 кубика с размером ребра 9 см. Кладка образцов осуществлялась из камней размером 20 X 19,5 X 40 см. Растворы применялись цементно-известковые состава 1:1:9 и 1:0,5:4, цементные состава 1:3 и известковые состава 1:3. Марка раствора определялась по кубикам, изготовленным на пористом кирпичном основании. Было проведено несколько серий испытаний. В одной из серий ставилась задача выяснить влияние на прочность кладки расположения в ней неодинаковых по прочности камней, что в реальных условиях (при отсутствии специальной отбраковки) возможно в связи с различием прочности в разных направлениях слоистости камня и других причин, связанных с процессом производства работ.

В образцах этой серии для среднего ряда кладки были использованы два одинаковых или два различных по прочности камня, однако средний предел прочности всех камней образца был одинаковым и равным 9,8 кг/см2. Результаты этих испытаний приведены в табл. IV—5.

Как следует из табл. IV—5, наиболее заметное влияние на разрушение кладки оказали менее прочные камни. Наличие же в среднем ряду камней повышенной прочности приводит к эффекту, подобному эффекту косвенного армирования и в связи с этим к некоторому увеличению прочности, однако это увеличение сравнительно невелико.

Другая серия образцов была использована для оценки влияния на прочность кладки расположения в ней слоев камня относительно направления действия силы. Результаты ее испытаний приведены в табл. IV—6.

Данные табл. IV—6 показывают, что относительное повышение предела прочности кладки при сжатии силой, параллельной расположению слоев, по сравнению с пределом прочности кладки, сжимаемой силой перпендикулярной слоям, близко соотношению пределов прочности камня при соответствующем расположении слоев.

Влияние прочности раствора на предел прочности кладки из камня марки 7 изучалось при испытании столбов сечением 40Х Х40 см и 49X49 см. Результаты этих испытаний приведены в табл. IV—7 и на рис. IV—4.

Из табл. IV—7 следует, что хотя повышение прочности раствора от марки 0 до марки 200 приводит к увеличению прочности кладки почти вдвое, однако достигаемая при этом абсолютная величина прироста предела прочности кладки незначительна (2,7 кг/см2).

Особенно малый прирост прочности кладки отмечается за счет увеличения марки раствора при R2>20 кг/см2.

Две группы образцов были изготовлены двумя каменщиками разной квалификации. Разница между пределом прочности кладки, выполненной каменщиком высокой и низкой квалификации, составляла всего 10%.

На рис. IV—6 показаны изменения величин пределов прочности кладки, полученные из опытов Н. П. Эделева, и соответствующие теоретические величины.

Как можно установить по данным этого рисунка, 75% опытных точек располагаются в пределах отклонений от теоретической кривой, равных одному стандарту а=17,1%. В пределах двух стандартов находятся все опытные точки, за исключением одной. Последняя получена была по испытаниям образцов со средним рядом камней, имевших примерно вдвое меньшую прочность, чем средняя прочность всех камней кладки образца, принятая за исходную при подсчетах. В таких случаях, судя по данным табл. IV—5, можно было ожидать снижения прочности примерно на 25%, по сравнению с прочностью кладки, где такой неблагоприятный подбор камней не осуществлялся.

б) Прочность кладки из известняков-ракушечников одесских месторождений. Исследования прочности центрально сжатой кладки из известняков-ракушечников одесских (Ковалевского и Булдынского) месторождений выполнены П. Л. Еременком в Одесском инженерно-строительном институте. Образцы изготовлялись в виде столбов, размеры которых приведены в табл. IV—8.

Все камни по длине имели вначале размеры на 11 см больше, чем указано в табл. IV—8. Лишняя часть камня попользовалась для изготовления образцов, по результатам испытания которых оценивались пределы прочности всех укладываемых в столбы камней. Консистенция раствора при кладке соответствовала осадке конуса СтпоиЦНИЛ —9 см. Контроль прочности производился по образцам-кубикам, изготовленным в металлических формах на кирпичном основании. Испытание столбов производилось в возрасте кладки 28 диен за исключением тех столбов, прочность которых определялась при условной марке раствора 0. Сголоы на растворе этой марки испытывались в день их кладки, на следующий день или через день. Конечно, столбы, которые испытывались на следующий день или через день, имели марку прочности раствора более высокую, чем 0 и в этой области прочности раствора, полученные в опытах данные, по-видпмому, были в какой-то мере завышенными. Основная серия столбов выполнялась из камней, имевших практически одинаковую прочность (с допуском ±0,5 кг/см2 по результатам испытаний отрезанных от камней кубиков). В этой серии было испытано 50 столбов, изготовленных из камней с пределом прочности при сжатии от 4 до 21 кг/см2.

Основываясь на результатах своих опытов, П. Л. Еременок считает, что непосредственной причиной разрушения кладки из природных камней высотой 19 см является их срез с последующим развитием смятия и расслоения столба по вертикали. Хотя это представление о причинах разрушения кладки не имеет непосредственных экспериментально-теоретических обоснований, оно может быть признано достаточно приемлемым. Как известно, для прочности кирпичной кладки существенное значение, кроме прочности кирпича на сжатие, имеет сопротивление кирпича растягивающим напряжениям, вызванным изгибом его на упругом основании — растворном шве.

Для кладки из природных камней, имеющих примерно втрое большую высоту ряда, роль растягивающих напряжений при изгибе камней уменьшается, уступая основное место касательным напряжениям, возникающим в поперечном сечении камня при его изгибе между участками концентрации сжимающихся напряжений (рис. IV-7). Появление последних связано с неравномерным распределением по сечению кладки жесткости раствора и камня, с наличием пустот в зоне опирания камня на раствор и т. д. Можно предполагать также, что в случае, когда кладка осуществляется на растворах большей чем камень деформативности, отрицательное влияние касательных напряжений усугубляется одновременным действием растягивающих напряжений и направленных вдоль камня.

На рис. IV—9 показаны опытные кривые средней величины предела прочности кладки в зависимости от предела прочности раствора. По этим графикам можно отметить две характерные особенности. Во-первых, отмечается очень малое влияние предела прочности раствора на предел прочности кладки. При увеличении прочности раствора от марки 0 до марки 25 прочность кладки (в среднем) повышается всего на следующие величины:

Во-вторых, примерно после величины R2 — R1, дальнейшее увеличение прочности раствора на пределе прочности кладки вообще не отражается.

Среднее квадратическое отклонение пределов прочности 50 столбов от предела прочности по формуле (IV—1) с учетом рекомендованных П. Л. Еремепком коэффициентов а, b оказалось равным всего 6,7%. Небольшая величина среднеквадратического отклонения в известной мере объясняется искусственным подбором камней одинаковой прочности, укладываемых в один и тот же образец.

На основании результатов испытания многочисленных образцов камня автор [36] построил кривые распределения предела прочности камня (рис. IV—11), а затем по этим кривым и результатам испытания столбов, в пределах каждого из которых камни имели одинаковую прочность, получил кривые распределения прочности кладки, показанные на рис. IV—11 пунктирной линией. В этом случае средние квадратические отклонения оказались следующими (в %).

Для выяснения влияния на прочность кладки неравнопрочности укладываемых в нее камней были испытаны специальные образцы, изготовленные из камней, пределы прочности которых подбирались в соответствии с их рассевом, установленным на рис. IV—11 для всего месторождения. Место расположения камней в кладке восьми столбов было случайным. Два же столба были изготовлены с заведомо неблагоприятным расположением камней так, что наиболее слабые камни располагались: в одном образце по всему среднему ряду, а в другом — в пяти средних рядах, занимая только одну половину сечения. Результаты этих испытаний приведены в табл. IV—9.

Сравнение результатов испытания небольшой серии образцов, имевших размеры 40X25X89 см с результатами испытания остальных образцов, полученными в опытах П. Л. Еременка, позволило оценить степень влияния размеров сечения на предел прочности кладки. Данные этих сравнений приведены в таблице IV—10.

в). Прочность кладки из камня молдавских месторождений. Эти исследования проводились С. В. Макаровым в Одесском инженерно-строительном институте [66, 68]. Образцы кладки изготовлялись из нубекуляриевой (белый) и детритусово-оолитовой разновидности камня марок 25, 35 и 50 криковского месторождения. Размеры образцов кладки: 36X95X100; 36X95X200 и 61X75X160 см. Принятие таких размеров образцов связано с желанием получить сечения, состоящие из 5 камней, приближающиеся к размерам реальных сечений простенков зданий. Кладка выполнялась на растворах марок 2, 10, 25, 50 и 75 пластичной консистенции в горизонтальных швах и литой — для заливки вертикальных швов. Так же, как и в опытах с кладкой из камня одесских месторождений, одна часть образцов в пределах всего столба имела камни одинаковой прочности, а в другой кладка производилась с учетом рассева прочности камня для данного месторождения.

С.В. Поляков, Ю.В. Измайлов, В.И. Коноводченко, Ф.М. Оруджев, Н.Д. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков, Кишинев, 1973

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????