Кирпич и камни, кладочные растворы

Керамические материалы для кладки каменных и армокаменных конструкций (стен, фундаментов и т. п.) носят названия кирпича (И < 138 мм) и камней (прилож. 1, п. 46). В зависимости от способа формования различают кирпич пластического формования и полусухого прессования (рис. 9.11). Первый получают из пластичной (с высоким содержанием влаги) смеси на ленточных прессах (экструдерах) в виде непрерывного бруса, нарезаемого на кирпичи. Разрезка идет по плоскости постели. Перед обжигом кирпич-сырец сушат. При этом размеры кирпича уменьшаются (на 5—10 %) в результате усадки. Пластическим формованием получают как полнотелый, так и пустотелый кирпичи. Пустоты образуются с помощью кернов, расположенных в выходной части формующей головки (мундштука) пресса. Формование пустот в кирпиче и камнях преследует несколько целей:

• для повышения эксплуатационных свойств изделий — снижение массы кирпича, теплопроводности;
• для повышения технологичности полуфабрикатов на этапах сушки и обжига — ускорение сушки изделий и снижение напряжения от усадки во время сушки; ускорение прогрева изделий при обжиге и обеспечение равномерности распределения температур по объему изделия. Оба фактора в конечном счете обеспечивают большую точность геометрии кирпича, практически полное отсутствие трещин и высокое качество черепка.

При производстве кирпича методом полусухого прессования кирпичи поштучно прессуются из сыпучей глиняной массы (влажностью 8—10 %). Для снижения массы кирпич полусухого прессования всегда делают с пустотами. Отличительной чертой кирпича полусухого прессования является коническая форма пустот (они могут быть несквозные и сквозные). За счет малой начальной влажности кирпич полусухого прессования имеет более правильную форму и размеры, но характер его пористости таков, что морозостойкость у него ниже, чем у кирпича пластического формования. Полнотелым считается кирпич без пустот или с технологическими пустотами, объем которых составляет не более 13 % объема кирпича. Полнотелыми изготовляют только одинарный и утолщенный кирпич. Пустотелыми считаются кирпичи и камни, имеющие более 13 % пустот различной формы (обычно пустотность составляет 25—45 %).  

Форма и размер пустот могут быть различными. Для изделий с вертикальными пустотами нормируются: толщина наружных стенок — не более 12 мм, ширина щелевых пустот — не более 16 мм, диаметр (сторона) круглых (квадратных) пустот — не более 20 мм. Возможно изготовление камней с горизонтальным расположением пустот с размерами до 250 х 250 х х 138 мм.

Лицевой кирпич (ГОСТ 7484—78) — вид керамического кирпича, который используется при кладке стен одновременно как конструкционный и как отделочный материал. Для этого лицевой кирпич имеет улучшенные в эстетическом отношении как минимум две (чаще три) грани: ложок + тычок (ложок + два тычка). Эти грани могут иметь следующую отделку: они заглаживаются после формования, им придается декоративная фактура; на их поверхность наносится декоративный слой (глазурь, ангоб и т. п.). Лицевой кирпич имеет те же размеры и физико-механические свойства, что и обычный (прилож. 1, п. 46). Его отличает большая точность размеров: допуски по длине + 4 мм; по ширине + 3 мм и толщине — 2, +3 мм и высокие требования к качеству «лицевых поверхностей». Водопоглощение обыкновенного полнотелого кирпича должно быть не менее 8 %, пустотелого и лицевого — не менее 6 %. Такое водопоглощение обеспечивает хорошее сцепление кирпича с кладочным раствором, однако следует помнить, что излишняя пористость снижает морозостойкость кирпича. По прочности кирпич и камни как полнотелые, так и пустотелые с вертикально расположенными пустотами изготовляют следующих марок: 75; 100; 125; 150; 175; 200; 250; 300, а с горизонтально расположенными пустотами — 25; 35; 50 и 100. По морозостойкости керамический кирпич и камни могут быть следующих марок: F15; F25; F35 и F50. Для лицевого кирпича не допускается марка F15.

Предельные отклонения от номинальных размеров не должны превышать, мм: подлине + 5; по ширине + 4; по толщине для кирпича — 3; — для камней +4. Размеры изделий, геометрические параметры пустот и размеры дефектов определяют с погрешностью 1 мм металлической линейкой. Для определения длины и ширины изделий производят три замера: по ребрам и середине постели, для определения толщины изделий — по середине тычка и ложка. За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение. На изделиях не допускаются дефекты внешнего вида, размеры и число которых превышают указанные ниже:

• отбитости углов глубиной 10—15 мм — 2 шт.;

• отбитости и притупленности ребер глубиной не более 10 мм и длиной 10—15 мм — 2 шт.;

• трещины протяженностью до 30 мм по постели для полнотелого кирпича и не более чем до первого ряда пустот для пустотелого кирпича глубиной на всю толщину изделия (для кирпича) или 0,5 толщины изделия (для камней) — на ложковых гранях — 1 шт.; на тычковых гранях — 1 шт.

У керамического кирпича и камней встречается скрытый дефект, называемый «дутик», который может проявиться не сразу, а лишь после того, как изделия некоторое время находились во влажном состоянии. В этом случае появляются отколы и разрушение поверхности изделия. В месте разрушения хорошо виден белый порошок или белая тестообразная масса. Стандартом не допускаются известковые включения, вызывающие в керамическом камне и кирпиче разрушения поверхностей или отколы глубиной более 6 мм. Ускоренное определение наличия известковых включений в изделиях проводят методом пропаривания.

Марка кирпича и камней устанавливается по результатам их испытания на прочность при сжатии и изгибе проводимых в соответствии с прилож. 1, п.94 для всех видов кирпича и только при сжатии для камней. Испытания проводят на сухих образцах. Влажные образцы перед испытанием выдерживают не менее 3 сут. в закрытом помещении при температуре (20 ± 5)°С и подсушивают в течение 4 ч при температуре (105 ± 5)°С. Образцы, отобранные для испытаний по внешнему виду и наличию дефектов, должны удовлетворять требованиям стандарта (прилож. 1, п. 46). Предел прочности при сжатии кирпича определяют на образцах из двух целых кирпичей или из двух половинок. Кирпич делят на половинки распиливанием или раскалыванием. Кирпичи (или половинки) укладывают постелями друг на друга. Половинки размещают поверхностями раздела в противоположные стороны. Испытания керамических камней проводят на целых образцах. Скорость подачи нагрузки должна быть такой, чтобы разрушение образца происходило через 20—60 с после начала испытаний. Предел прочности образца при сжатии вычисляют по формуле

R = F_U/A,

где Fu — наибольшая нагрузка, зафиксированная при испытании образца; Л — площадь поперечного сечения образца. Предел прочности при сжатии испытуемой партии кирпича и камней вычисляют с точностью до 0,1 МПа как среднее арифметическое значение результатов испытания всех пяти образцов. В случае испытания керамических камней по полученным данным определяют марку этой партии камней. Марку определяют по среднему значению прочности с учетом прочности наихудшего образца.

Для определения марки кирпича проводят еще одно испытание — на изгиб. Предел прочности при изгибе определяют на целом кирпиче по стандартной схеме. Кирпич с несквозными пустотами устанавливают так, чтобы пустоты располагались в растянутой (нижней) зоне образца. Для испытаний рекомендуется пресс с максимальным усилием не более 5,0 кН (50 т). Нагрузка, подаваемая на образец, должна возрастать со скоростью, обеспечивающей его разрушение через 20—60 с после начала испытаний. Предел прочности при изгибе Rb образца вычисляют по формуле  

Rb = 3F_ul/2bh²

где Fu — наибольшая нагрузка, зафиксированная при испытании; l — расстояние между осями опор, Rb— ширина образца, м; h — высота образца в середине пролета без выравнивающего слоя. Предел прочности при изгибе образцов в партии вычисляют с точностью 0,05 МПа как среднее арифметическое значение результатов испытаний установленного стандартом количества образцов. При вычислении предела прочности при изгибе не учитывают образцы, значение предела прочности которых имеет отклонения от среднего значения предела прочности всех образцов более чем на 5 % (по одному в каждую сторону). Марку кирпича устанавливают в соответствии с требованиями стандарта (табл. 9.5) по обоим показателям — Ru и Rb.

Таблица 9.5. Требования ГОСТ 530—95 для установления марки по прочности кирпича и керамических изделий

Морозостойкость стеновых керамических изделий характеризуется маркой по морозостойкости. Стандартом установлено четыре марки по морозостойкости: F15, F25, F35 и F50. За марку по морозостойкости принимают установленное число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое при испытании выдерживают изделия без следующих признаков деградации: появление повреждений (трещины, отколы и т. п.), не допускаемых стандартом; уменьшение массы изделий в результате разрушения поверхности и выкрашивания материала в количестве более 5 % от первоначальной массы; снижение предела прочности изделий при сжатии более чем на 15 % от первоначальной прочности.

В качестве обязательного стандарта (прилож. 1, п. 46) регламентирует метод оценки морозостойкости по первому критерию — внешние повреждения. ГОСТ 7025—91 предусмотрены два метода контроля морозостойкости кирпича и стеновых камней:

• метод объемного замораживания;

• метод одностороннего замораживания. В большинстве случаев благодаря относительной простоте применяют метод объемного замораживания. Насыщение образцов водой производят так же, как при определении водопоглощения. Замораживание образцов и последующее оттаивание производят в контейнерах, расстояние между изделиями в которых должно быть не менее 20 мм. Температура в камере при замораживании должна быть — (18 ± 2) °С, продолжительность одного замораживания — не менее 4 ч; перерывы процесса замораживания не допускаются.

После окончания замораживания образцы в контейнерах погружают в воду с температурой (20 + 5) °С, поддерживаемую термостатом в течение всего процесса оттаивания. Продолжительность оттаивания должна быть не менее половины продолжительности замораживания. Продолжительность одного цикла замораживания — оттаивания не должна превышать 24 ч. При оценке морозостойкости по степени повреждений после проведения требуемого числа циклов замораживания — оттаивания производят визуальный осмотр образцов с фиксацией появившихся дефектов. При оценке морозостойкости по потере массы после проведения требуемого числа циклов замораживания — оттаивания образцы керамических изделий высушивают до постоянной массы т. Потерю массы (Am) каждого образца в процентах вычисляют по формуле Ат-(тк - т/тк) 100 %, где

At— масса контрольного образца, г. За значение потери массы изделий принимают среднее арифметическое результатов испытания всех образцов, рассчитанное с точностью до 1 %.

При оценке морозостойкости по потере прочности при сжатии после проведения требуемого числа циклов замораживания — оттаивания опорные поверхности каждого образца в отдельности (в том числе и контрольных) выравнивают цементным раствором, как при определении марки кирпича или камней. Допускается не выравнивать поверхность кирпича, полученного методом полусухого прессования при условии отсутствия на них неровностей, вздутий и шелушения. Образцы испытывают по принятой методике. Потерю прочности при сжатии (AR) для испытуемой партии изделий определяют с точностью до 1 % по формуле

где Rg — среднее арифметическое пределов прочности при сжатии контрольных образцов, МПа; Rm — среднее арифметическое пределов прочности при сжатии образцов после требуемого числа циклов замораживания—оттаивания.

Силикатные кирпичи и камни имеют такие же размеры, как керамические кирпичи и камни, но в меньшем ассортименте. Кирпичи силикатные выпускаются как рядовые, так и лицевые (с улучшенными ложковой и тычковой поверхностями, окрашенными и неокрашенными). Допустимые предельные отклонения от номинальных размеров значительно меньше, чем у керамического кирпича, и составляют: по длине, ширине и толщине — не более + 2 мм; по непараллельности граней — не более 2 мм. У рядовых изделий не допускаются дефекты внешнего вида, размеры и количество которых превышают указанные ниже значения:

о отбитости углов глубиной 10—15 мм — не более 3 шт.; о отбитости и притупленности ребер глубиной 5—10 мм — не более 3 шт.;

о шероховатости и срыв граней глубиной более 5 мм; о трещины на всю толщину изделия протяженностью по постели до 40 мм — не более 1 шт. У лицевых изделий дефекты на лицевых поверхностях не допускаются.

В рядовых изделиях не допускается наличие (в изломе или на поверхности) глины, песка, извести или других посторонних включений размером более 5 мм в количестве более трех. Для лицевых изделий наличие указанных включений на поверхности не допускается, а в изломе их количество не должно быть более трех. 

Методика оценки вида и количества дефектов идентична методике оценки дефектов керамического кирпича. Одинарный и утолщенный кирпичи изготовляют полнотелыми и пустотелыми, камни — только пустотелыми. Отверстия в изделиях несквозные и располагаются перпендикулярно постели (рис. 9.12). Методика испытаний силикатных изделий при определении марки по прочности в целом идентична методике испытаний керамических изделий по прилож. 1, п. 94, однако образцы силикатных изделий испытывают без специальной подготовки (выравнивая цементным раствором, прокладок, шлифования). Обработка результатов испытания силикатных изделий производится, как и при испытании керамических. Для определения марки изделия используют табл. 9.5.

Водопоглощение по массе силикатного кирпича и камней должно быть не менее 6 %. По морозостойкости кирпич и камни силикатные могут иметь марки F15, F25, F35, F50. Морозостойкость лицевых изделия 

делий должна быть не ниже F25. За марку по морозостойкости принимают наибольшее число циклов замораживания — оттаивания, ( после которого в изделиях отсутствуют признаки видимых повреждений (шелушение, выкрашивание и др.), а снижение прочности при сжатии не превышает 25 % для рядовых изделий и 20 % для лицевых. Методика испытаний на морозостойкость идентична испытаниям керамического кирпича. В России стандартизовано два типа бетонных камней и мелких блоков:

• из бетонов слитного строения на различных вяжущих и заполнителях (плотных и пористых), объединенных в ГОСТ 6133—84 «Камни бетонные стеновые»;

• из ячеистых бетонов (газо- и пенобетонов), объединенных в ГОСТ 21520—89 «Блоки из ячеистого бетона мелкие».

Методы испытаний бетонных камней и блоков регламентированы данными стандартами.

Силикатные кирпичи, панели и блоки имеют более однородную структуру по сравнению с керамическими, поэтому для определения их прочности по прилож. 1, п. 77 допускают использование ультразвукового метода способом сквозного соосного прозвучивания. Испытания выполняют так же, как и для оценки прочности бетона. Особенности построения и применения градуировочных зависимостей для силикатных изделий изложены в прилож. 1, п. 77. Прочность кирпича в составе стен зданий удобно определять методом ударного импульса, например с помощью приборов типа ОНИКС или ИПС-МГ4 и др.

Методы испытаний строительных растворов регламентированы ГОСТ 5802—86, в который включены как методы определения количественных характеристик растворных смесей (подвижности, плотности, расслаиваемости, водоудерживающей способности, водоотделения), так и показатели затвердевших растворов (прочности, плотности, влажности, водопоглощения и морозостойкости, которые наиболее важны при обследовании конструкций. В лабораторных условиях прочность раствора на сжатие должна определяться на образцах-кубах размером 70 х 70 х 70 мм в возрасте, установленном в стандарте или технических условиях на данный вид раствора. На каждый срок испытания изготовляют три образца. Формы заполняют растворной смесью за один прием с некоторым избытком и уплотняют ее путем штыкования стальным стержнем 25 раз по концентрической окружности от центра к краям. При отсутствии камеры нормального хранения допускается хранение образцов, приготовленных на гидравлических вяжущих, во влажном песке или опилках. При хранении в помещении образцы должны быть защищены от сквозняков, обогрева приборами отопления и т. п. Перед испытанием на сжатие (для последующего определения плотности) образцы взвешивают с погрешностью до 0,1 % и измеряют штангенциркулем с погрешностью до 0,1 мм. Образцы, хранившиеся в воде, должны быть вынуты из нее не ранее чем за 10 мин до испытания и вытерты влажной тканью. Нагрузка на образе должна возрастать непрерывно с постоянной скоростью 0,6—0,4 МПа с до его разрушения. Площадь образца определяют по результатам измерения как среднее арифметическое значение площадей двух противоположных граней. Предел прочности раствора на сжатие вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытаний трех образцов.

Плотность раствора определяют испытанием образцов кубов с ребром 70 мм, изготовленных из растворной смеси рабочего состава, либо пластин размером 50 х 50 мм, взятых из швов конструкций. Толщина пластин должна соответствовать толщине шва. Образцы изготовляют и испытывают сериями. Серия должна состоять из трех образцов. Плотность раствора определяют испытанием образцов в состоянии естественной влажности или нормированном влажностном состоянии: сухом, воздушно-сухом, нормальном, водонасыщенном. Объем образцов вычисляют по их геометрическим размерам, определяемым штангенциркулем с погрешностью не более 0,1 мм. Массу образцов определяют взвешиванием с погрешностью не более 0,1 %. Плотность образца раствора р вычисляют с погрешностью до 10 Н/м³ по формуле

где m — масса образца; V— объем образца. Плотность раствора серии образцов вычисляют как среднее арифметическое результатов испытания всех образцов серии.

Прочность раствора, взятого из швов кладки, на сжатие определяют путем испытания на сжатие кубов с ребрами 2—4 см, изготовленных из двух пластинок, взятых из горизонтальных швов кладки или стыков крупнопанельных конструкций. Пластинки изготовляют в виде квадрата, сторона которого в 1,5 раза должна превышать толщину пластинки, равную толщине шва. Склеивание пластинок раствора для получения кубов и выравнивание их поверхностей производят с помощью тонкого слоя гипсового теста (1—2 мм). Допускается выпиливать образцы-кубы из пластин в том случае, когда толщина пластины обеспечивает получение необходимого размера ребра. Образцы следует испытывать через сутки после их изготовления. Образцы-кубы из раствора с ребрами длиной 3—4 см испытывают по п. 6.5 ГОСТ 5802—86. Эффективным является применение приборов типа ОНИКС, ИПС-МГ4 и последних модификаций, имеющих специальный поддиапазон для определения прочности низкомарочных растворов методом ударного импульса.

В определенных случаях (сейсмические районы и т. д.) необходимо определять прочность сцепления кирпича и раствора в каменной кладке строящихся или существующих зданий по прилож. 1, п. 79, устанавливающему метод определения прочности нормального сцепления (сопротивления кладки осевому растяжению по неперевязанным швам). Определение прочности сцепления производят путем испытания на осевое растяжение элементов кладки стен в построечных условиях или на специальных образцах, изготовленных в лаборатории. Для проведения контрольных испытаний на сцепление кладки из кирпича или камня на стройке следует выбирать участки стен в соответствии с целями обследования. Число таких участков в каждом здании должно быть не менее одного на этаж с отрывом по пять кирпичей (камней) на каждом участке. На участках стен, где были изменены применяемые материалы или резко менялись погодные условия, необходимо проводить дополнительные испытания. При испытании кладки на сцепление необходимо также определять прочность.