Движения в каменной кладке зданий – это деформации, возникающие в ней по различным причинам. Рассматриваются типы и причины таких подвижек в кладке зданий.
Существуют различные факторы, например, колебания температуры и изменения содержания влаги, которые приводят к возникновению или созданию деформаций в каменных конструкциях. Эти движения необходимо учитывать, чтобы предотвратить их пагубное влияние на кладку зданий.
Значительные напряжения могут возникать из-за ограничения подвижности элементов кладки при соединении с теми элементами кладки, которые имеют другую подвижность.
Ограничение движения кладки, которая является хрупким материалом, вызывает разрушение и образование трещин, через которые может проникнуть вода и повредить ткани здания.
Методы устранения неисправностей в большинстве случаев являются хлопотными и дорогостоящими, поэтому учет подвижек кладки на стадии проектирования является чрезвычайно важным.
Типы и причины подвижек в каменной кладке зданий
Ниже перечислены типы и причины подвижек в каменной кладке зданий:
- колебания влажности
- температурные изменения
- деформация из-за приложенных нагрузок
- движения фундамента
- химические реакции в материалах
Конструкция каменной кладки
Изменения в кладке зданий из-за колебаний влажности
Изменение содержания влаги приводит к изменению размеров кладочных материалов, и это касается всех типов строительных материалов, кроме металла. Эти изменения размеров могут быть постоянными или, другими словами, необратимыми, например, глиняный кирпич подвергается постоянному длительному расширению под воздействием влаги, которое достигает конечного значения после охлаждения блока.
Скорость расширения глиняного кирпича от влаги не только уменьшается со временем, но и существенно зависит от типа глины и степени обжига.
Британский стандарт дал рекомендации по изменениям, связанным с изменением влажности, и заявил, что типичный ожидаемый диапазон изменений в блоках из обожженной глины обычно составляет менее 0,02%.
Долгосрочное расширение происходит из-за поглощения влаги из атмосферы. Как наружные, так и внутренние стены поглощают влагу, но в первых это происходит значительно быстрее.
Все виды кладочных материалов демонстрируют обратимую усадку или расширение при различном содержании влаги на всех этапах своего жизненного цикла. В таблице-1 приведены типичные значения изменения влажности кладочного материала, бетона и стали.
Таблица-1: Показатели движения влаги для кладочного материала, бетона и стали
Материалы
Обратимое движение влаги, %
Необратимое движение влаги, %
Глиняная кладка
0.02
+0.02-0.07
Кирпичная кладка из силиката кальция
0.01-0.05
-0.01-0.04
Бетонный блок или кирпичная кладка
0.02-0.04
-0.02-0.06
Газированная, автоклавная кирпичная кладка
0.02-0.03
-0.05-0.09
Бетон с плотным заполнителем
0.02-0.10
-0.03-0.08
Сталь
–
Перемещения в зданиях из каменной кладки из-за температурных изменений
Перемещения из-за температурных изменений основаны на коэффициенте расширения материала и диапазоне температур, которым будут подвергаться элементы кладки.
Оценка температурного диапазона сложна, поскольку она основана на других свойствах материала, например, теплоемкости и отражательной способности, но значения коэффициента теплового расширения приведены в Таблице-2.
Таблица-2: Значения коэффициента теплового расширения кладочных материалов, бетона и стали
Коэффициент теплового расширения, 10-6/оС
4-8
8-14
7-14
8
10-14
12
Более того, когда кладочная стена ограничена по краям, температурные изменения приводят к возникновению напряжений сжатия, поскольку нет места для свободного линейного расширения.
Интенсивность этих напряжений зависит от модуля упругости материала, изменения температуры и коэффициента теплового расширения.
Распределение напряжений вдоль ограниченных краев каменной стены в реальной конструкции не является равномерным, поэтому существует вероятность развития трещин. Тем не менее, полное сдерживание краев кладки невозможно, поэтому температурные колебания могут привести к подвижкам или деформациям вместо чистого растрескивания.
Следует отметить, что сжатие кладки стены в результате охлаждения может привести к появлению трещин, так как стена в целом не может принять прежнее положение.
Деформации под действием приложенных нагрузок
Деформации, вызванные приложенной нагрузкой, включают ползучесть, усадку и упругие перемещения.
Когда такой элемент кладки, как пирс, подвергается осевой сжимающей нагрузке, его высота немного уменьшается, а после снятия нагрузки он может вернуться в исходное положение. В этом случае пирс ведет себя упруго.
Однако, когда после снятия вертикальной сжимающей нагрузки происходит небольшая постоянная деформация, поведение пирса становится пластичным, и это явление называется ползучестью.
Глиняная кладка не ползет при нормальных нагрузках, поэтому она не должна иметь значительных признаков ползучести. При проектировании кладочных конструкций учет ползучести более важен для армированных элементов, для которых требуется оценка начальных упругих деформаций и деформаций от постоянной нагрузки.
Деформации, вызванные перемещениями фундамента
Как правило, наиболее распространенной причиной образования трещин в кладке стен являются подвижки фундамента. Каменные здания, построенные на глинистой почве, наиболее подвержены движениям фундамента из-за частого снижения и повышения влажности почвы под каменной конструкцией.
Оседание грунта на засыпанных участках и влияние горных работ являются источником дефектов кладки зданий в некоторых районах. Крайне важно принять меры предосторожности при проектировании фундамента, если ожидаются подобные проблемы. Например, убедиться, что уровень фундамента находится на метр ниже поверхности земли, что является самым элементарным решением.
Кроме того, для предотвращения проблем с фундаментом при просадке грунта и слабых почвах необходимы более адекватные и продуманные меры, чтобы решить эти проблемы и избежать структурных повреждений в будущем, для которых процесс восстановления может быть нерентабельным и трудным.
Каменные здания, построенные на грунте
Движения в каменных зданиях из-за химических реакций в материалах
В большинстве ситуаций кладочные материалы не подвергаются химическому воздействию, но проблемы могут возникнуть из-за воздействия сульфатов на раствор, бетонные блоки, коррозии стеновых связей и других стальных компонентов, установленных в кладке зданий.
Расширение раствора или бетона из-за воздействия сульфатов может привести к разрушению кладки. Источником растворимых солей могут быть глиняные кирпичи или грунтовые воды, и атака произойдет, если кладка будет постоянно насыщаться.
С подвижками, вызванными химическими реакциями, можно успешно бороться, правильно выбирая составляющие цемента, например, используя сульфатостойкий цемент ниже уровня влагонепроницаемого слоя, если проблема возникла из-за подземных вод.
- Виды кирпича в кладке – свойства и применение.
- Как контролировать работы по кладке камня и кирпича?.
- Методы испытания каменной кладки на прочность при сжатии.
- Виды дефектов кирпича и их выявление на строительной площадке.
- Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.
- Что такое тепловая масса в пассивном солнечном здании?.
- Трещины в каменной кладке стен – типы, причины и ремонт трещин.