Крупноформатные камни в многослойных стенах

В последние годы в связи с повышением требований к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций зданий и сооружений в практике строительства широко применяются строительные материалы с низким коэффициентом теплопроводности. Наиболее результативны в применении крупноформатные камни из поризованной керамики в составе двухслойных энергоэффективных ограждающих стеновых конструкций.

В сочетании с облицовкой из керамического кирпича наружные стены зданий выгодно отличаются от трехслойных стен с эффективным утеплителем или стен с внутренним слоем из ячеистобетонных блоков. Стены из крупноформатных керамических камней и с облицовкой из керамического кирпича (рис. 1) по своим физико-механическим характеристикам в наибольшей степени соответствуют традиционным кирпичным стенам, что привлекает потенциальных заказчиков и покупателей квартир в таких домах. Вместе с тем, при возведении наружных стен зданий необходимо большое внимание обращать на проектные решения и качество производства работ.

Рис. 1. Здание с облицовкой фасада керамическим пустотелым кирпичом

При строительстве кирпичных и каменных зданий и сооружений одной из основных характеристик, обеспечивающих надежность возводимых конструкций, является расчетное значение прочности кладки, принимаемое при разработке проектов.

Поскольку в настоящее время большое количество объектов на территории Российской Федерации возводится с применением кладочных стеновых материалов, изготавливаемых по зарубежным технологиям, в том числе импортируемым, в частности, из стран ЕС, то при проектировании зданий и сооружений требуется точное определение расчетных прочностных характеристик кладки из этих материалов.

Применение в практике строительства крупноформатных камней из поризованной керамики (рис. 2), обладающих высокими теплотехническими характеристиками, позволяет возводить жилые дома без применения эффективного утеплителя.

Рис. 2. Крупноформатный поризованный керамический камень

Рис. 3. Экспериментальный образец кладки до и после проведения испытаний

Эти изделия нашли широкое применение в нашей стране, как при возведении зданий с навесными стенами, так и при возведении несущих ограждающих конструкций.

В соответствии с российскими нормами, ожидаемые пределы прочности каменной кладки определяются не по среднеэкспериментальным данным, а по формуле профессора Л. И. Онищика [3–5]:

Ru=AR1(1-a/(b+R2/2R1))y;

где:
Ru — среднее значение предела прочности кладки при сжатии (временное сопротивление);
R1 — предел прочности камня при сжатии;
R2 — предел прочности раствора (кубиковая прочность);
а, b — эмпирические коэффициенты.
Коэффициент А характеризует максимально возможную, так называемую «конструктивную» прочность кладки.

A=100+R1/100m+nR1;

где:
m, n — эмпирические коэффициенты;
y — эмпирический коэффициент, применяемый для оценки прочности кладки на низких марках раствора.

Метод определения расчетных сопротивлений кладки был разработан Л. И. Онищиком [3]. В соответствии с требованиями этой методики, по результатам испытаний образцов кладки (рис. 3) устанавливается коэффициент однородности на основании статис-тической обработки данных исследований. Коэффициент однородности характеризует вероятные отклонения пределов прочности от их средних экспериментальных величин.
Результаты экспериментов для оценки коэффициента однородности сравниваются с результатами вычислений прочности кладки по формуле (1).
При этом результаты расчетов, полученные по формуле (1), рассматриваются как «среднеэкспериментальные» (или очень близкие к ним).

Значения эмпирических коэффициентов для кладки из кирпича и камней приведены в Пособии к СНиП II-22-81 (п. 3.8) [1]. Однако коэффициенты для кладки из крупноформатных керамических камней, производство и внедрение в массовое строительство которых было начато только в конце прошлого столетия, в Пособии не приведены. Как показывают проведенные экспериментальные исследования (рис. 3) и обработка полученных данных, в том числе их статистическая обработка, для определения средних значений прочности кладки из крупноформатных камней из поризованной керамики необходимо использовать дифференцированные коэффициенты m и n.

Результаты исследований и вычислений показали, что для кладки из крупноформатных керамических камней пустотностью 48–58% необходимо использовать различные коэффициенты m и n — для кладки на растворах марок М25–М50 и для кладки на растворах более высоких марок (М75 и выше).
В публикации [2] было отмечено, что наиболее эффективно применение крупноформатных керамических камней на растворах прочностью от М100, т. к. высокая прочность раствора увеличивает прочность тонких перегородок камня, снижает его хрупкость и повышает трещиностойкость кладки. В связи с этим статистическая обработка экспериментальных данных и расчет прочности кладки приведены для кладки на прочных растворах.
По результатам статистической обработки результатов экспериментальных исследований для растворов прочностью 9,510,0 МПа и 12,513,5 МПа ≈ М100 и М125 коэффициенты m и n могут быть приняты равными 1,05 и 2,0 соответственно.

Рассмотрим результаты экспериментальных исследований прочности кладки, проведенных специалистами ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко и зарубежными специалистами, и сделаем оценку прочности кладки по российским и европейским нормам (рис. 4, табл. 1).

Табл. 1. Оценка прочности кладки из крупноформатных керамических камней (М100, пустотностью до 56%) по российским нормам

Рис. 4. Экспериментальные и расчетные значения прочности кладки

Прочность кладки (МПа)

В табл. 1 приведены результаты оценки прочности кладки из крупноформатных камней из поризованной керамики пустотностью 48–58%, выпускаемых различными заводами керамических стеновых материалов, при прочности камня М100 и прочности раствора М100, М125.

Заключение

Анализ нормативных и расчетных значений прочности кладки, выполненных по российским нормам с учетом результатов экспериментальных исследований на растворах повышенной прочности М75 и выше, показывает:
1. Значения прочности кладки по экспериментальным данным, полученные по результатам статистической обработки результатов испытаний кладки из камней производства различных заводов, превышают расчетные (ожидаемые) значения, вычисленные по нормам.
2. Временное сопротивление прочности кладки Ru, определяемое по формуле Л. И. Онищика [3], характеризующее среднее значение предела прочности кладки из крупноформатных камней из поризованной керамики, вычислено с использованием эмпирических коэффициентов:
m = 1,05 и n = 2,0.
Для оценки прочности кладки с обеспеченностью 0,95 в первом приближении введен коэффициент K1:

Значение коэффициента K1 = 0,8 требует корректировки на основе обработки статистических данных с уточнением коэффициента вариации (сv) для кладок, выполняемых из камней производства различных заводов. с учетом вида кладочных растворов и клеевых составов.
3. Проведение указанной работы позволяет не только уточнить расчетное значение прочности кладки из крупноформатных камней, но и сделать первый шаг, обеспечивающий гармонизацию отечественных и европейских нормативных документов, что имеет важное значение при широком использовании в практике строительства кладочных стеновых изделий, выпускаемых на импортных технологических линиях.

Литература

1. СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22-81*», Москва, 2012 г.
2. Пономарев О. И., Горбунов А. М., Павлова М. О. О применении крупноформатных керамических камней из поризованной керамики при возведении энергоэффективных зданий, в том числе в сейсмических районах // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. № 5, 2012 г.
3. Балдин В. А. и др. Расчет строительных конструкций по предельным состояниям. Москва: Стройиздат, 1951 г.
4. Брусенцов Г. Н., Камейко В. А. Сопоставление технического уровня отечественных и зарубежных норм расчета и проектирования каменных конструкций. Москва: Обзор, ВНИИС, серия 8, 1985 г.
5. Семенцов С. А. Расчет каменных и армокаменных конструкций по расчетным предельным состояниям. Москва: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1998 г.