.
Фон
Пресс-формы для изготовления стройматериалов
Кирпич пустотный лего
Пресс-форма для блока
Статьи
Полировальные станки
Пресс полуавтомат для изготовления кирпича и плитки
.

Кирпичная стена выполненная в технике "сухой кладки".

(цикл - статей о лего кирпиче)

Краткий перевод части диссертации 
Доктора технических наук  Университета "Warwick" 
Simion Hosea Kintingu 
"DESIGN OF INTERLOCKING BRICKS FOR ENHANCED WALL 
CONSTRUCTION FLEXIBILITY, ALIGNMENT ACCURACY AND LOAD BEARING"

Инженерная школа
май 2009 

 

2.6 КИРПИЧНАЯ КЛАДКА, ТОЧНОСТЬ В РАЗМЕРАХ

 

Аккуратно выложенная кирпичная кладка представляет собой стену, выполненную по прямым вертикальным и горизонтальными уровням. Вертикальные стыки (тычковые кирпичи) при чередующихся рядах должны располагаться строго по вертикали по всей высоте стены. Внешний вид лицевой кладки должен иметь гладкую и ровную поверхность.  Nash (1983). Обычная кирпичная кладка имеет допустимые отклонения по вертикали, которые для стены высотой до 3 м не должна превышать 10 мм (BS 5606:1990 Таблица 1 T.1.3).

Все, кто работал с лего-кирпичом, согласны с тем, что для достижения хорошего результата при осуществлении кирпичной кладки, кирпичи должны быть ровными и геометрически точными (Marzahn 1999, Beall 2000, Estrin et al. 2002, Jaafar et al. 2006).

Вообще, это касается любых стеновых материалов. Особенно если это лицевые (облицовочные) изделия. Внешний вид самого кирпича, от того насколько верны его пропорции и презентабелена его поверхность, прямо зависит, как в дальнейшем будет выглядеть здание. Если это качественное и красивое изделие, независимо от того где оно будет применяться, будь это лицевой кирпич в Киеве или это облицовочные стеновые материалы в коттеджном посёлке Подмосковья, оно всегда будет востребованно покупателями. (Прим.ред.)

Данная исследовательская работа до сих пор решала только вопрос о направлении силовой нагрузки в замковых системах при осуществлении сухой кладки. Beall (2000) отмечает, что физическая особенность замкового соединения представляет собой механизм, способствующий повышению крепости сухой кирпичной кладки; это облегчает выравнивание стены по вертикали и по горизонтали и, следовательно, ускоряет процесс строительства. Jaafar и др.. (2006).

Тем не менее, правильное соотношение между точностью выравнивания стены и дефектами кирпича требует дальнейшего исследования.

 

2.7 ДОПУСТИМАЯ НАГРУЗКА НА СТЕНУ, ВЫЛОЖЕННУЮ БЕЗРАСТВОРНЫМ СПОСОБОМ

В последнее время, значительное количество исследований было проведено для выяснения поведения стен, выложенных безрастворным способом под различными применяемыми нагрузками (Gazzola & Drysdale 1989, Drysdale & Gazzola 1991, Marzahn 1999, Marzahn and Konig 2002, Shrive et al. 2003, Jaafar и др.. 2006,), как непосредственно теле кладки, так и вне её. Сухая безрастворная кладка блоков была испытана по прочности на сжатие, растяжение и изгиб, а также по другим характеристикам по сравнению с обычной (оштукатуренной) кирпичной кладкой, для которой определены стандарты и нормы материалов и качества.

Gazzola & Drysdale (1989) так же проводили испытание стен на основе системы сухой кладки из замковых пустотелых изделий на сжатие, растяжение и изгиб. Их результаты показывают, что строительство методом безрастворной кладки вполне отвечает всем требованиям для возведения малоэтажных зданий. Кроме того, следует учитывать, что штукатурки дополнительно увеличивает прочность на растяжение и прочность на изгиб, а также дает некоторое улучшение в прочности на сжатие.

В своих последующих работах Drysdale & Gazzola (1991) изучали прочностные и несущие свойства собранной сухой безрастворной кладки стен из пустотелых блоков. Блоки, использовавшиеся для строительства тестовых призм, имели среднюю прочность материала на сжатие 30,4 Мпа. Результаты испытаний закрепленных призм (рис. 2.13) достигли предела прочности на изгиб в среднем 1.7MПa. Это более чем в шесть раз превышает минимально допустимое значение североамериканских строительных норм ACI-ASCE (1988) and CAN3-S304-M84 (1984).

Рисунок 2.13 Испытательная призма кирпича испытания образцов

Согласно Британским стандартам (BS 5628-1:2005. Таблица 3) к блокам предъявляются требования, согласно которым прочность на сжатие у них должна быть выше 17.5MPa, они должны быть рассчитаны для стен из пустотелых блоков, выдерживающих среднее давление на изгиб 0.25MПa. Однако результаты испытаний, достигнутые Drysdale и Gazzola, создают конструкцию с запасом прочности 6,8, что согласуется с североамериканскими строительными нормами.

Это может быть резюмировано следующим образом

Параметры классификации

Результаты испытаний

Drysdale и Gazzola

Британский Стандарт  (BS) требований (для традиционных стеновых конструкций)

Коэффициент запаса прочности

Коэффициент запаса прочности

Блок – прочность на сжатие (MПa)

30.4

>17.5

 1.7

Призма – прочность на изгиб (MПa)

1.7

0.25 (стены из пустотелых блоков)

6.8

Jaafar и др. (2006) также протестировали прочность стен из пустотелых блоков уложенных по безрастворной технологии при сжимающих нагрузках.

Он использовал блоки со средней прочностью на сжатие 15.2MПa.

Прочность на сжатие стеновых панелей была 5.9MПa.

Была определена корреляция между прочностью отдельных блоков и стеновой панели; средняя прочность на сжатие стеновой панели (ККМ) был 0,39 предела прочности при сжатии отдельного блока (FCB): значения в уравнения, ККМ = 0.39fcb.

Была определена корреляция между прочностью отдельных блоков и стеновой панели; средняя прочность на сжатие стеновой панели (fcw) составила 0,39 предела прочности при сжатии отдельного блока (fcb); в форме уравнения  fcw = 0.39fcb. Британские стандарты (BS) 5628-1:2005 (Таблица 2.3) показывает, что после интерполяции значение прочности на сжатие для панели составляет 5.99 МПа, тогда как прочность на сжатие для кирпича составляет 15.2 МПа. Отношение (fcw/ fcb = 0.39) находится в точном согласии с результатами испытаний Jaafar и др. (2006).

Это демонстрирует способность безрастворной кладки из блоков выдерживать нагрузки такие же большие, как и способность обычной (с армированной штукатуркой) кладки достаточной для малоэтажных (до двух этажей) зданий.

[Типичное давление в нижней части 2-х этажной стены составляет 0.3 МПа (Ophoven (1977)), с увеличением до максимума 0,6 МПа, при уклонах стены].

Shrive и др. (2003) изучали структурные характеристики сухой кладки лего-блоков с использованием шаровой шарнирной системы (рис. 2.12). Они обнаружили, что жесткость шарнирного соединения возрастает с увеличением нагрузки.
Было отмечено, что стеновая панель, выполненная в технике «сухой кладки», поглотила 30% нагрузки, приложенной перпендикулярно к стене, и пропустила только 70% нагрузки ограниченной конечными сваями (столбами).
Применяя тесты на неравномерность осадки на обычном фундаменте (рис 2.14,),  они подтвердили, что безрастворное шарнирное соединение в стене и ее соединение с опорными колоннами, расстояние от центра до центра которых составляет 3.53 м, были в состоянии выдерживать полный вес конструкции (7 х 15 AB плиты из блоков), при этом отклонившись менее чем 0,5 мм. 

испытания кирпичной кладки

Рисунок 2.14 .  Простая опорная плита, проверенная на неравномерную осадку. Схема (чертеж) от Shrive и соавт. (2003)

Marzahn (1999) исследовал «эффекты геометрических несовершенств в горизонтальных швах кладки по отношению к структуре безрастворной кладки при осевом сжатии». Для проведения испытаний постельная поверхность кирпичей были специально обработаны для создания различных условий воздействия. Для этого были предложены шесть видов обработки поверхностей (рис. 2.15). Было отмечено, что для кирпичных элементов с неровной постельной поверхностью, перед осуществлением кладки такая поверхность должна была выравниваться. При осуществления сухой кладки такие неровности на поверхности кирпича продемонстрировали обширные во время начальной нагрузки. Появление внешнего воздействие на растяжение и изгиб (рис. 2.16 и 2.17), сразу привело к появлению вертикальных трещин, проходящих через кирпичи. Такое растрескивание является общей чертой сухой каменной кладки.

Рисунок 2.15. Постельные поверхности кирпича с различной степенью обработки (Из Marzahn 1999)

 Обработка постельных поверхностей кирпича

Стандартное увлажнение постельной поверхности (RS)

Полированная постельная поверхность (PLS)

Постельная поверхность с отверстием (диаметр 50 мм) (CDS)

Глубокие борозды, проходящие вдоль гладкой поверхности, глубина 2 мм (NLS)

Глубокие борозды, проходящие поперек гладкой поверхности, глубина 2 мм (NCL)

Глубокие борозды в обоих направлениях, глубина 2 мм (NBS)

Рисунок 2.16 показывает влияние нестандартных размеров по высоте кирпича в кирпичной кладке.

На рисунке 2.17 на кирпичах показаны трещины, которые появились только от собственного веса стены, даже до того момента как кирпичи получат нагрузку от веса конструкций крыши, потолка и других отделочных материалов. Раннее растрескивание (рис. 2.17) кирпича свидетельствует о низкой прочности используемого материала. Это может быть сведено к минимуму при условии использования кирпича с равной высотой.

Marzahn указывает на то, что качество поверхностей влияет на прочность кирпичных блоков: более неровные поверхности имеют значительно меньшую конечную прочность, поскольку это изначально вызывает появление деформаций.Однако, даже и в этом случае, начальная деформация при такой кладке уменьшила несущую способность лишь от 5 до 15% по сравнению с традиционной растворной кладкой. Marzahn (1999).

Рисунок 2.16 Трещины из-за деформаций, вызванных неодинаковой высотой кирпичей в рядах кирпичной кладки

Рисунок 2.17. Преждевременные трещины кирпича, вызванные разной высотой кирпичей.

  Трещины в кирпичной кладке 1

Исследование Marzahn (1999)

  Трещины в кирпичной кладке 2

Фотография, сделанная автором в 2006 году, на Mbezi-beach Dar es Salaam в Танзании во время посещения объекта.

Прочность сухой кладки зависит от степени деформации отдельных кирпичей и неравномерности контактных поверхностей швов (стыков). Однако при этом сдвиги в швах происходят только на первоначальном этапе и непосредственно зависят от качества укладки швов в кирпичной кладке. Согласно Marzahn было установлено, что основной целью конструкции стены является наличие таких жестких соединений, чтобы внутренние сдвиги были сведены к минимуму для предохранения кладки на растяжение и изгиб под влиянием внешних воздействий.

Если приложенная нагрузка / сила (вертикальная или горизонтальная) постоянна

Вертикальная нагрузка (сила) F = σnomAnom = σefAef

Горизонтальная сила сдвига S = τnomAnom = τefAef

Где: 
- индекс «nom» указывает на номинальную площадь стены, а индекс «ef» указывает на эффективную площадь соприкосновения в стене;
- σ и τ соответственно -  нормальное и касательное воздействие в контактных поверхностях между кирпичами.
Anom - это оптимальная площадь (общий план Рисунка 2.18а), способная вынести нагрузку, прилагаемую к кирпичу (блоку).

При укладке кирпичей принимается оптимальной площадь с соотношениями «длина х ширина», при условии, что поверхности кирпичей на 100% соприкасаются (это условие может быть достигнуто посредством применения кладочного раствора). В случае применения метода сухой кладки кирпичей с различными геометрическими поверхностями, сложенными или собранными без раствора, соотношение эффективной (AEF) и номинальной (Anom) контактных поверхностей (представленных символов ηo) изначально намного меньше единицы. Если нагрузка увеличивается, и небольшие неровности сглаживаются, отношение (ηo) возрастает. 

формула1

Контактная площадь по отношению к площади лего-кирпичей составляет менее одного (ηo <1) исходя из двух моментов: с замковыми и пустотелыми кирпичами (рис. 2.18); часто не все поверхностные площади предназначены для стыковки между друг другом. Например, с замковым кирпичом из Танзании (рис. 2.10), только 47% вступает в контакт, в то время как для некоторых пустотелых блоков с такой же прочностью и похожей формой (геометрией) площадь контакта может быть менее 30%. Любые не предусмотренные неровности и шероховатости на постельной поверхности (рис. 2.18c) способны уменьшить площадь контакта до тех пор, пока не возникнет какое-либо воздействие, упругая деформация или удар.

Рисунок 2.18 Элементы областей соприкосновения от целого сплошного блока к безрастворному для эффективности контакта Элементы областей соприкосновения от целого сплошного блока

Рисунок 2.18 показывает:
а) Общая площадь контакта, из которой полная площадь контакта (Anom) может быть достигнута только при использовании раствора.
б) Проектное сцепление или полая контактная площадь (AMT) меньше всей существующей площади (Anom).  Мы можем представить соотношение кирпичной площади без раствора (AMT) к общей плановой площади (Anom) символом ηMT (эффект уменьшения контактной площади).
в) Любые неровности поверхности кирпича уменьшают общую поверхность контакта (рис. 2.18c) и соответственно защиту от нагрузки (Aef). Такая защита от нагрузки или эффективная площадь (Aef) меньше, чем полая контактная площадь (AMT) и еще меньше, чем общая плановая площадь (Anom).

Таким образом, ηo = Aef/Ao = ηMT x ηef

Совокупный эффект от неровности поверхности и пустоты представлен ​​«коэффициентом использования поверхности» ηo,  где ηo, <1, посредством которого увеличивается среднее значение напряжения, к: 

формула2

Marzahn (1999) сравнивает кирпичи с разной степенью шероховатости (искусственно созданной) поверхности, взяв в качестве исходного кирпич с обработанной и кирпич с гладкой поверхностью (PLS). Он измерил совместные деформации (εi) под нагрузкой для шести кирпичных поверхностей, изображенных на рисунке 2.15, с их деформациями, получившими относительные (сравнительные) деформации (ki):

формула3

и т.д. (Рисунок  2.15), где εPLS является совместной деформацией для кирпичей PLS. Из вычисленных относительных совместных деформаций, предполагаем, что коэффициент использования поверхности (η) для PLS является ηPLS = 0,97. Marzahn рассчитывает эффективность использования поверхности для оставшихся пяти поверхностям кирпича (при полной нагрузке), используя уравнение;

  формула4

Он обнаружил, что значения η очень сильно зависит от нагрузки, обычно в форме ближе к одной (рис. 2.19).
Рисунок 2.19. Характер изменения кирпичных соединений, уложенных методом сухой кладки, при полной нагрузке 

формула5

При увеличении нагрузки, увеличивается эффективная площадь контакта кирпичей, таким образом, коэффициент использования и, следовательно, жесткость соединений улучшается. Коэффициент использования поверхности ηo при полной нагрузке достаточно высок (> 0,2, с усилием, как правило, не более 5x1MPa), в этом случае не нужно беспокоиться о разрушении кирпича в 1 или 2-этажных зданиях. И вновь не стоит забывать, что явные изменения высоты кирпича, достаточно большие, чтобы привести к существенной потере контакта между кирпичами, приведет к растрескиванию (рис. 2.16 и 2.17) даже и при гораздо более низких нагрузках, чем те, которые необходимы для разрушения кирпича.

В следующих работах Jaafar и др. (2006) проанализировано поведение лего кирпичей (блоков) при сжатии, принимая во внимание их неровности и различия между толщиной / высотой блока, которые влияют на совместную деформацию в кирпичной кладке. Эти исследования показали, что 75% всей общей окончательной деформации было достигнуто от первых 57% нагрузки, после чего соединение достигло своей жесткости, и скорость деформации уменьшилась.
Эти данные подтверждают исследования, раннее проведенные Marzahn and Konig (2002) (длительная эксплуатация сухой кирпичной кладки), в котором реализовано 70% от совместной осадки / уплотнения в первые 5-10 дней с момента полного завершения строительства, достигнутого после долгосрочной нагрузки в течение трех с половиной лет.
Однако, при использовании раствора, различного рода деформации или смещения начали происходить при 38% от максимальной нагрузки, и продолжались до тех пор, пока не произошло расслоение блочных перегородок. Жесткость соединения обеспечивается за счет связей между цементным раствором и создающих блок оболочек.
В своей оценке результатов испытаний обе группы исследователей предположили, что движение под нагрузкой было в направлении приложенной силы, эффективно игнорируя поверхностную неровность (выпуклости), то есть предполагалось, что такие неровности одинаковой высоты. При таком предположении, вертикальная нагрузка не оказывает никакого влияния на ровность стены: нет и не может быть никакого отклонения вне плоскости, вызванного изменением положения кирпича или раскачиванием его перпендикулярно к поверхности стены, делая стену ровной по вертикали.
Таким образом, сохраняется необходимость для изучения взаимосвязи между выравниванием стены и неровностью кирпича т.е. насколько сильно неровности на поверхности кирпича способны вызвать отклонение стены от вертикальной оси. Любое отклонение дает в результате пару накладывающихся на прямую межкирпичных вертикальных нагрузок, тем самым увеличивая пиковое межкирпичное давление с коэффициентом, достигающим 2. Это, в свою очередь, снижает несущую способность стены.

 

 

                                                                    

 

http://brickandpress.com/ 

.