CC BY
83УДК 693.22
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430Х-2018-762-8-63-65
М.К. ИЩУК, канд. техн. наук, зав. лабораторией ([email protected])
Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. А.В. Кучеренко (ЦНИИСК им. А.В. Кучеренко) ОАО НИЦ «Строительство» (109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, 6)
Роль прочности кирпича на изгиб при сжатии кладки
При сжатии кладки прочность кирпича и раствора используются не полностью. Вследствие неровности горизонтальных растворных швов кирпич подвергается изгибу и срезу. В кирпиче могут возникать растягивающие напряжения в результате поперечного расширения раствора в горизонтальных швах в случае, когда коэффициент поперечного расширения у раствора оказывается выше, чем у кирпича. Во многих зарубежных нормах марка по прочности кирпича определяется только по одному показателю - пределу прочности при сжатии, что гарантировано высокой прочностью при изгибе производимых кирпичей. Расчеты по формуле Л.И. Онищика показывают, что влияние изгиба и среза кирпича в кладке снижается при улучшении качества горизонтальных растворных швов и поверхности кирпича. Поэтому назначение марки керамического кирпича формата 1НФ по прочности должно производиться по двум показателям: прочности при сжатии и изгибе. Камни и блоки, имеющие высоту, следовательно и момент сопротивления изгибу, большие, чем у кирпича формата 1НФ, в меньшей степени подвержены изгибу и срезу вследствие неровности растворной постели. По этой причине назначение их марки по прочности производится только по прочности при сжатии.
Ключевые слова: кирпич, камень, каменная кладка, прочность кирпича при изгибе, прочность кирпича на срез, марка кирпича по прочности, прочность каменной кладки при сжатии.
Для цитирования: Ищук М.К. Роль прочности кирпича на изгиб при сжатии кладки // Строительные материалы. 2018. № 8. С. 63-65. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-762-8-63-65
M.K. ISHCHUK, Candidate of Sciences (Engineering), Head of Laboratory, ([email protected])
Research Institute of Building Constructions (TSNIISK) named after V.A. Kucherenko, JSC Research Center of Construction (6, 2-nd Institutskaya Street, Moscow, 109428, Russian Federation)
The Role of Brick Bending Strength at Compression of Masonry
When compressing the masonry, brick and mortar strength is not fully used. Due to the irregularities of horizontal mortar joints, the brick is subjected to bending and shear. Tensile stresses can occur in the brick as a result of lateral expansion of the mortar in the horizontal joints in the case when the coefficient of transverse expansion of the mortar is higher than that of brick. Many foreign standards define the mark of brick strength according to one indicator only - a limit of compression strength that is guaranteed by high bending strength of made bricks made. Calculations by the formula of L.I. Onishchik show that the influence of bending and shear of bricks in the masonry decreases with the improvement of the quality of horizontal mortar joints and the surface of brick. Therefore, the appointment of the brand of ceramic bricks of format 1NF on strength should be done according to two factors: compressive and bending strengths. Stones and blocks having a height, and therefore the moment of resistance to bending greater than that of brick of 1NF format, are less prone to bending and shear due to the irregularities of mortar bed. For this reason, the appointment of their brand on strength is made only by the compressive strength.
Keywords: brick, stone, stone masonry, bending strength of brick, shear strength of brick, mark of brick on strength, strength of stone masonry under compression.
For citation: Ishchuk M.K. The role of brick bending strength at compression of masonry. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 8, pp. 63-65. DOI: https://doi. org/10.31659/0585-430X-2018-762-8-63-65 (In Russian).
В 1930-е гг. в лаборатории каменных конструкций ЦНИПС (ныне ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко) под руководством Л.И. Онищика были развернуты масштабные исследования прочности и деформаций каменной кладки. Результаты экспериментов показали, что при сжатии прочность составляющих кладку материалов (кирпича и раствора) используется далеко не полностью. Так предел прочности при сжатии кладки, выполненной из кирпича и раствора марки М100, в соответствии со СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции» [1] равен всего 3,6 МПа.
По результатам испытаний кладки, выполненной в разные годы 18 каменщиками, определены нижняя граница влияния руки каменщика (0,8 Ru) и верхний предел (1,55 Ru). Таким образом прочность кладки вследствие различного качества растворных швов может отличаться в два раза [2—5]. Это показывает, что качество растворных швов существенно влияет на работу кирпича в кладке.
Объясняется это тем, что вследствие неровности горизонтальных растворных швов (рис. 1) кирпич подвергается изгибу и срезу. Кроме того, в кирпиче могут возникать растягивающие напряжения в результате поперечного расширения раствора в горизонтальных швах
(рис. 2). Это происходит в случае, когда коэффициент поперечного расширения у раствора оказывается выше, чем у кирпича. Таким образом, кирпич в кладке разрушается не столько от сжатия, сколько от среза и растяжения.
В меньшей степени подвержены влиянию горизонтальных швов камни и блоки. Связано это с тем, что количество горизонтальных швов на единицу высоты стены из камней и блоков меньше, чем в кирпичной кладке. Кроме того, благодаря большей высоте увеличивается момент сопротивления камня и площадь его поперечного сечения по сравнению с кирпичом нормаль-
Рис. 1. Изгиб и срез кирпича в кладке при ее сжатии
rj научно-технический и производственный журнал
® август 2018 63
Керамические строительные материалы
Рис. 2. Растяжение кирпича от поперечного расширения раствора
ного формата. Это повышает прочность камня при изгибе и срезе.
На качество растворных швов в значительной степени влияет наличие или отсутствие в растворе пластифицирующих и водоудерживающих добавок. Такой добавкой к цементно-песчаным растворам многие годы служила известь. Расчетное сопротивление кладки, выполненной на цементно-песчаных растворах без добавки извести, принимается с понижающим коэффициентом 0,85 [2].
В работах [4, 5] показаны стадии разрушения кирпичной неармированной кладки при сжатии. В последствии эти положения многократно интерпретировались в учебных пособиях и статьях [6, 7 и др.].
На первой стадии в отдельных кирпичах и растворных швах появляются вертикальные трещины, на второй эти трещины соединяются между собой, на третьей происходит разделение кладки на отдельные столбики и на последней происходит потеря несущей способности кладки в результате потери устойчивости отдельными фрагментами кладки (рис. 3).
Иллюстрацией различных стадий работы клаки являются фотографии экспериментальных образцов кладки, испытанных в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко при участии автора (рис. 4).
Зависимость предела прочности кладки при сжатии от вида и марки кирпича и раствора (рис. 5) можно описать формулой Л.И. Онищика [1]:
Л^АЯ.С 1 —
~)Г
(1)
6 + ^/2^
где Яи — предел прочности кладки при сжатии; Я1 — предел прочности камня при сжатии; Я2 — предел прочности раствора при сжатии; А — конструктивный коэффициент, характеризующий степень использования в кладке прочности камня при сжатии при прочности раствора, стремящейся к бесконечности; у — коэффициент для растворов марок М25 и ниже:
Таблица 1
Кладка а Ь т п
Из кирпича и керамических камней полнотелых; с щелевидными пустотами шириной до 12 мм; круглыми пустотами диаметром до 16 мм пустотностью до 25% при высоте ряда кладки 50-150 мм на тяжелых растворах 0,2 0,3 1,25 3
Из сплошных камней правильной формы при высоте ряда кладки 180-300 мм 0,15 0,3 1,1 2,5
б 1 г.
—I—
ЕЕЯ
X
777777777777777Р7 Ш77777777Ш77
"7= 1
1
Г 1 1
I 11
Рис. 3. Характерные стадии разрушения кирпичной кладки из рядового керамического кирпича и камней с пустотностъю не более 40%. а - отсутствие внутренних дефектов при о<0^и; б - первые видимые трещины при о « 0,5-0^и; в - развитие трещин при о я 0,6-0,8 Ru; г - разделение кладки на отдельные вертикальные столбики при о>0^и
при Я2 > Я2,1 у = 1; при Я < Я2,1 у = у0 Я21+(3-у0) Я2 / (Я2 1+2Я2); для кирпича и камней правильной формы Я21 = О^Я^ у0 = 0,75; для бутовой кладки Я21 = 0,08R1; Уо = 0,25;
Принимая Я2 ^го, получаем из (1) максимально возможную прочность кладки:
Яи , тах к-А-К
(2)
Конструктивный коэффициент принимается наименьшим из полученных по формулам:
100 + ^
А = шт
Шт + пЯ1 1,2
1 + ^/3^ 2,2
1+
(3а, 3б, 3в)
Рис. 4. Последняя стадия разрушения кладки без горизонтального армирования с разделением на отдельные вертикальные трещины. Испытания автора, 2006 г.: а - из керамического кирпича; б - из силикатного кирпича
а
г
б
а
научно-техничесшй и производственный журнал ~64 август 2018 ДОНйОДМУ *
Рис. 5. Общий вид зависимости прочности кладки от прочности раствора Я2
где Яа ь — предел прочности кирпича при изгибе; Яа — предел прочности кирпича при срезе.
Коэффициенты а, Ь, m, п в формулах (1) и (3) принимаются по табл. 1.
Формула (3а) характеризует кладку из кирпича, у которого прочность на изгиб и срез достаточно высоки; формулы (3б) и (3в) кладку из кирпича с низкой прочностью на изгиб и срез соответственно. Между прочностью кирпича при изгибе и срезе существует корреляционная зависимость. Учитывая сложность испытания кирпича на срез, было рекомендовано использовать только формулу (3б).
В силу сказанного, назначение марки кирпича по прочности должно производиться по двум показателям: прочности при сжатии и изгибе. В то же время для камней, имеющих высоту 138 мм и более, марка по прочности может назначаться только из испытаний на сжатие.
Во многих зарубежных нормах [8 и др.] марка по прочности кирпича определяется только по одному показателю — пределу прочности при сжатии. Объясняется это гарантировано высокой прочностью при изгибе производимого кирпича.
При назначении марки по прочности кирпича с ровной поверхностью (например, кирпича полусухого прессования и силикатного), требования к прочности при изгибе являются не столь жесткими, как для кирпича пластического формования. Например, для кирпича полусухого прессования марки 100 средняя величина прочности при изгибе должна быть не менее 1,6 МПа, а для кирпича пластического прессования, горизонтальные поверхности которого, как правило, менее ровные, составляет 2,2 МПа.
Выводы
1. При сжатии кирпич в кладке находится в условиях сложного напряженного состояния. Вследствие неровности растворной постели он подвергается изгибу и срезу наряду со сжатием.
2. Вследствие разницы в коэффициентах поперечного расширения кирпича и раствора может происходить растяжение кирпича по горизонтали.
3. Чем ровнее является растворная постель, тем меньше влияние изгиба и среза кирпича на прочность кладки.
4. Благодаря более ровной поверхности требования к прочности при изгибе при назначении марки по прочности для кирпича, изготовленного методом полусухого формования и силикатного кирпича, являются менее жесткими, чем для керамического кирпича пластического формования.
5. Камни и блоки, имеющие высоту, следовательно и момент сопротивления изгибу, большие, чем у кирпича формата 1НФ, в меньшей степени подвержены изгибу и срезу. По этой причине назначение их марки по прочности в отличии от кирпича может производится только по прочности при сжатии.
Список литературы
1. СП 15.13330.2012 Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22—81*. М.: Минрегион России, 2012. http://docs.cntd.ru/document/1200092703
2. Камейко В. А., Семенцов С. А. Состояние и основные направления исследования прочности каменных конструкций. В кн.: Теоретические и экспериментальные исследования каменных конструкций. Труды ЦНИИКС. М.: 1978. С. 6-45.
3. Поляков С.В. Длительное сжатие кирпичной кладки. Научное сообщение. М.: Стройиздат, 1959. 183 с.
4. Онищик Л.И. Каменные и армокаменные конструкций промышленных и гражданских зданий. М.-Л.: Государственное издательство строительной литературы, 1939. 215 с.
5. Онищик Л.И. Особенности работы каменных конструкций под нагрузкой в стадии разрушения. Сб. Исследования по каменным конструкциям. М.: Стройиздат, 1949. С. 5-44.
6. Бедов А.И., Габитов А.И. Проектирование, восстановление и усиление каменных и армокаменных конструкций. М.: АСВ, 2006. 556 с.
7. Поляков С.В., Фалевич Б.Н. Проектирование каменных и крупнопанельных конструкций. М.: Высшая школа. 1966. 241 с.
8. EN 1966-1-1 Eurocode 6 - Design of masonry structures
— Part 1-1: Generalrules for reinforced and unreinforced masonry structures. CEN, Brussels 2005. 123. p. https:// www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/02/ en.1996.1.1.2005.pdf
References
1. Code of Regulations 15.13330.2012 Stone and reinforced structures. Updated version of SNiP II-22-81 *. Moscow: Ministry of Regional Development of Russia, 2012. http://docs.cntd.ru/document/1200092703 (In Russian).
2. Kameiko V.A., Sementsov S.A. Sostoyanie i osnovnye napravleniya issledovaniya prochnosti kamennykh kon-struktsii. V kn.: Teoreticheskie i eksperimental'nye issle-dovaniya kamennykh konstruktsii. Trudy TsNIlKS [The state and main directions of the study of the strength of stone structures. In: Theoretical and experimental studies of stone structures. Proceedings of the TsNIIKS]. Moscow: 1978, pp. 6-45.
3. Polyakov S.V. Dlitel'noe szhatie kirpichnoi kladki. Nauchnoe soobshchenie [Long-term compression of the brickwork. Scientific communication]. Moscow: Stroyizdat. 1959. 183 p.
4. Onishchik L.I. Kamennye i armokamennye konstruktsii promyshlennykh i grazhdanskikh zdanii [stone and reinforced stone constructions of industrial and civil buildings]. Moscow-Leningrad: State Publishing House of Building Literature. 1939. 215 p.
5. Onishchik L.I. Features of the work of stone structures under load in the stage of destruction. Collection: Studies on stone structures. Moscow: Stroyizdat. 1949, pp. 5—44.
6. Bedov A.I., Gabitov A.I. Proektirovanie, vosstanovlenie i usilenie kamennykh i armokamennykh konstruktsii [Design, restoration and strengthening of stone and reinforced structures]. Moscow: ASV. 2006. 556 p.
7. Polyakov S.V., Falevich B.N. Proektirovanie kamennykh i krupnopanel'nykh konstruktsii [Design of stone and large-panel structures]. Mosocw: Vysshaya shkola. 1966. 241 p.
8. EN 1966-1-1 Eurocode 6 - Design of masonry structures
— Part 1-1: Generalrules for reinforced and unreinforced masonry structures. CEN, Brussels 2005. 123. p. https:// www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/02/ en.1996.1.1.2005.pdf
u\ ®
научно-технический и производственный журнал
август 2018
65
