Прочность кирпича на растяжение
Обновлено: 01.05.2024
Метод определения прочности сцепления в каменной кладке
Masonry structures. Method of estimating bonding strength in masonry
Дата введения 2015-07-01
Предисловие
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения", ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр "Строительство", Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций им.В.А.Кучеренко (ОАО "НИЦ "Строительство" ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 465 "Строительство"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 5 декабря 2014 г. N 46)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Минэкономики Республики Армения
Госстандарт Республики Беларусь
Госстандарт Республики Казахстан
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2019 г.
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на все виды каменной кладки, в том числе на панели и блоки из кирпича, природных и искусственных камней, стен строящихся зданий, в том числе в сейсмических районах, когда монолитность кладки определяется техническими требованиями по условиям эксплуатации.
Стандарт устанавливает метод определения прочности нормального сцепления (далее прочность сцепления) раствора с кирпичом или камнем в кладке стен строящихся зданий или на специальных образцах в лабораторных условиях.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 380-88 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки
ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия
ГОСТ 5802-86 Растворы строительные. Методы испытаний
ГОСТ 6727-80 Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций
ГОСТ 9467-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы
ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
испытания: Экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воздействий.
образец для испытаний: Продукция или ее часть, или проба, непосредственно подвергаемые эксперименту при испытаниях.
испытательное оборудование: Средство испытаний, представляющее собой техническое устройство для воспроизведения условий испытаний.
3.4 прочность сцепления: Сопротивление кладки осевому растяжению по неперевязанным швам.
4 Общие положения
4.1 Определение прочности сцепления проводят путем испытания на осевое растяжение элементов кладки стен на строительной площадке или на специальных образцах, изготовленных в лаборатории.
4.2 Испытания прочности сцепления в кладке стен строящихся зданий проводят строительные лаборатории с целью контроля соответствия требованиям проекта.
4.3 Лабораторные испытания по определению прочности сцепления на контрольных образцах проводят специализированные лаборатории, строительные организации, научно-исследовательские институты, а при изготовлении виброкирпичных панелей и блоков - заводские лаборатории.
5 Сущность метода
Сущность метода заключается в определении характеристики удельной работы для разделения кирпича (камня) и раствора при действии осевого растягивающего усилия, направленного перпендикулярно плоскости их контакта (по неперевязанным швам).
6 Определение прочности сцепления в кладке стен строящихся зданий
6.1 Средства испытаний и измерений
Для испытания кладки на сцепление применяют следующее оборудование:
- установку, указанную на рисунке 1. Перечень приборов и приспособлений, необходимых для изготовления установки, приведен в таблице А.1 (приложение А);
- гидравлическое испытательное оборудование с возможностью автоматической записи результатов испытаний, рисунок 2;
- скребок угловой 5 мм, 250 мм, скребок прямой 5 мм, 250 мм;
- гаечный ключ 10x12 мм, молоток.
1 - испытуемый кирпич (камень); 2 - захват (тросовый); 3 - перекладина; 4 - регулировочный болт; 5 - тяга; 6 - гидравлический домкрат; 7 - манометр; 8 - регулируемые опоры; 9 - траверса; 10 - шарнир; 11 - рама; 12 - переходник; 13 - узел троса
Рисунок 1 - Сборное гидравлическое испытательное оборудование
1 - испытуемый кирпич (камень); 2 - захват (заводской); 3 - манометр; 4 - регулируемые опоры; 5 - тяга; 6 - гидравлический домкрат
Рисунок 2 - Гидравлическое испытательное оборудование с возможностью автоматической записи результатов испытаний
6.2 Отбор образцов
6.2.1 Для проведения контрольных испытаний на сцепление кладки из кирпича или камня на строительной площадке следует выбирать участки стен по указанию представителя технического надзора.
6.2.2 Число таких участков в каждом здании должно быть не менее одного на этаж с отрывом по пять кирпичей (камней) на каждом участке.
6.2.3 На участках стен, где была выполнена замена применяемых материалов или резко менялись погодные условия, необходимо проводить дополнительные испытания.
6.3 Подготовка к испытаниям
6.3.1 Вертикальные швы расчищают вокруг испытуемого кирпича (камня) при помощи скребков, не допуская сильных толчков и ударов.
6.3.2 При испытании кладки на сцепление необходимо определять прочность раствора на сжатие, взятого из шва кладки, по методике в соответствии с приложением Б.
6.3.3 Схема захвата кирпича и камня, подготовленного к испытанию, показана на рисунке 3. Испытуемый кирпич 1 охватывают петлей из троса (захватом) 2 по боковым граням, затем петлю подтягивают перекладиной 3 при помощи регулировочного болта 4.
Прочность каменных кладок при работе их на растяжение, срез и изгиб зависит, главным образом, от величины сцепления между раствором и камнем.
Различают два вида сцепления:
нормальное - S (рис. 6,а) и касательное - Т (рис. 6,б).
Эксперименты показали, что касательное сцепление в два раза больше нормального, то есть Т= 2 S
Рис.6. Виды сцепления: а – нормальное; б - касательное
Величина сцепления возрастает:
- с увеличением марки раствора;
- при более шероховатой поверхности камня;
-при более чистой поверхности камня;
- при увлажнении камня.
Сцепление нарастает во времени и достигает 100% через 28 суток.
В вертикальных швах кладки вследствие усадки раствора при твердении сцепление его с камнем значительно ослабляется или совсем нарушается с одной из прилегающих боковых поверхностей камня. Поэтому в расчетах сцепление в вертикальных швах не учитывается, а учитывается сцепление только в горизонтальных швах кладки.
В соответствии с касательным и нормальным сцеплением различают два вида растяжения кладки: растяжение по перевязанному и неперевязанному швам.
Растяжение кладки по неперевязанному шву (рис. 7, а) в чистом виде практически не встречается, а главным образом имеет место при работе кладки на внецентренное сжатие при больших эксцентриситетах, когда происходит растяжение кладки с одной стороны, как показано на рис. 7, б.
Рис.7. Растяжение кладки: а – по неперевязочному шву; б – с одной стороны
Растяжение кладки по перевязанному шву (рис. 8) встречается в конструкциях резервуаров. В этом случае разрыву сопротивляются только участки горизонтальных швов (вертикальные швы не учитываются), в которых действует касательное сцепление. Разрушение кладки может происходить по штрабе при слабых растворах и прочных камнях, либо по камням и частично по штрабе при прочных растворах и малой прочности камня.
Рис. 8. Растяжение кладки по перевязочному шву
Прочность кладки при срезе
Срез кладки так же, как и растяжение, может быть по перевязанному и неперевязанному швам.
При действии усилий вдоль горизонтальных швов (рис. 9, а)
Рис.9. Срез кладки по перевязанному и неперевязанному швам
Имеет место срез по неперевязанному шву, который встречается в подпорных стенах (рис. 9, б) или в пятовых сечениях арок (рис. 9, в). В этом случае сопротивление оказывает касательное сцепление раствора с камнем, а при сжимающих нормальных напряжениях в кладке сопротивление срезу увеличивается благодаря возникновению сопротивления от трения.
При действии усилий перпендикулярно горизонтальным швам (рис.10, а) имеет место срез по перевязанному шву, который встречается в консольных выступах (рис. 10, б). В этом случае учитывается сопротивление только камня срезу без учета вертикальных швов.
Рис.10. Действия усилий: а – перпендикулярно горизонтальным швам;
б – консольные выступы
Прочность кладки при изгибе
Изгиб в каменной кладке вызывает растяжение, которым и определяется прочность кладки по растянутой зоне. Однако если определить разрушающий момент как для упругого материала, приняв в растянутой зоне расчетное сопротивление (как для центрального растяжения), то разрушающий момент оказывается примерно в 1,5 раза меньше, чем при натурных испытаниях. Это объясняется тем, что момент внутренних усилий теоретически определялся, исходя из треугольной эпюры распределения нормальных напряжений, как для упругого тела (рис.11, а):
Рис.11. Эпюры распределения нормальных напряжений: а – для упругого тела; б – криволинейная
На самом же деле благодаря тому, что в кладке кроме упругих имеют место и пластические деформации, эпюра нормальных напряжений криволинейная (Рис. 11, б) и если ее принять прямоугольной (что очень близко к фактической эпюре), то получим:
то есть в 1,5 раза больше, чем при упругой работе. В практических расчетах пользуются формулами сопротивления материалов и момент сопротивления W определяют, как для упругого материала. Расчетное сопротивление кладки растяжению при изгибе по перевязанному сечению принимают примерно в 1,5 раза больше, чем расчетное сопротивление кладки при центральном растяжении .
На рис. 12 показана часть здания, левый угол которого получил осадку, что привело к образованию наклонных трещин в подоконных поясах.
Эти трещины являются следствием возникновения главных растягивающих напряжений при изгибе.
Рис.12. Образование трещин в стене при осадке здания
Деформативность кладки
В каменной кладке различают следующие деформации:
- объемные, возникающие во всех направлениях, вследствие усадки раствора и камня или от изменения температуры;
- силовые, развивающиеся, главным образом, вдоль направления действия силы.
Усадочные деформации кладки st зависят от материала кладки. Например, для кладки из обожженного глиняного кирпича усадку можно не учитывать ввиду ее малости, а для кладок из силикатного кирпича и бетонных камней st = 3•10-4.
Температурные деформации кладки также зависят от материала кладки и коэффициента линейного расширения кладки t. Например, для глиняного кирпича и керамических камней t = 0,5•10-5, а для силикатного кирпича и бетонных камней t = 1•10-5.
При действии нагрузки (силовые деформации) каменная кладка представляет собой упругопластический материал, и поэтому при действии нагрузки зависимость между напряжениями и деформациями не подчиняется закону Гука. Начиная с небольших напряжений в кладке, кроме упругих, развиваются и пластические деформации. Поэтому силовые деформации будут зависеть от характера приложения нагрузки и могут быть трех видов:
1) деформации при однократном нагружении кратковременной нагрузкой;
2) деформации при длительном действии нагрузки;
3) деформации при многократно повторных нагрузках.
Если каменную кладку нагружать очень быстро и довести до разрушения за несколько секунд, то в кладке возникнут только упругие деформации, и кладка будет работать как упругий материал, а зависимость между напряжениями и деформациями будет линейной.
Если каменную кладку в лабораторных условиях загружать в течение 1 часа постепенно до разрушения, то зависимость между напряжениями и деформациями получается нелинейной; для данного случая кривая зависимости показана на рис. 13.
Таким образом, полные деформации будут слагаться из упругих и неупругих. В этом случае модуль деформации кладки Е будет величиной переменной:
С возрастанием напряжения угол уменьшается последовательно, уменьшается и модуль деформаций.
Наибольшее значение модуль деформаций будет иметь при , то есть -это начальный или мгновенный модуль упругости, величина которого для данного вида кладки является постоянной.
Рис.13. Кривая зависимости
Экспериментально установлено, что начальный модуль деформации Е0 модуль упругости кладки пропорционален временному сопротивлению сжатия кладки – Ru:
; .
Здесь - упругая характеристика кладки, зависящая от вида кладки и прочности раствора; R - расчетное сопротивление сжатию кладки; - коэффициент, принимаемый равным 2, для кладки из кирпича, камней, блоков.
В практических расчетах модуль деформаций кладки принимается Е=0,5Е0 или Е = 0,6Е0 в зависимости от характера расчета.
При действии длительных нагрузок в кладке развиваются деформации ползучести, поэтому в практических расчетах модуль упругости Е0 уменьшается путем деления его на коэффициент ползучести, величина которого принимается от 1,8 до 4,0 в зависимости от вида кладки.
При многократно повторных нагрузках после некоторого числа циклов «нагрузка-разгрузка» пластические деформации выбираются, и материал начинает работать упруго с модулем упругости Е0, но только если напряжения не превосходят напряжений, при которых появляются трещины в кладке : .
Если же , то после некоторого количества циклов «нагрузка-разгрузка» деформации начинают неограниченно расти, и кладка разрушается.
Список литературы
1. СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003/Минстрой России. – М., 2013. – 147с.
2. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 767с.
3. Еременок П.Л., Еременок И.П. - Каменные и армокаменные конструкции. – Киев: Вища школа, 1981.
3.8. Предел прочности всех видов кладок при кратковременном загружении определяется по формуле профессора Л.И. Онищика:
, (1)
где - предел прочности кладки при сжатии;
- предел прочности камня при сжатии;
- предел прочности раствора (кубиковая прочность).
Коэффициент А характеризует максимально возможную, так называемую "конструктивную", прочность кладки. Действительно, из формулы (1) следует, что при .
, (2)
где выражен в .
Примечание. При определении прочности кладки из сплошных легкобетонных крупных блоков принимается коэффициент А = 0,8, а из крупных блоков тяжелого бетона А = 0,9.
Если прочность кирпича при изгибе меньше предусмотренной ГОСТ 530-80, то конструктивный коэффициент А для кладки определяется по формуле
, (3)
где - прочность кирпича при изгибе.
Коэффициент применяют при определении прочности кладки на растворах низких марок (25 и ниже). Эти коэффициенты принимают равными при:
;
 | |
| 210 × 60 пикс. Открыть в новом окне | |
Для кладки из кирпича и камней правильной формы ; ; для бутовой кладки ; .
Формула (1) установлена для случаев, когда качество кладки соответствует уровню массового строительства, а применяемые растворы достаточно подвижны и удобоукладываемы. Если эти условия не соблюдаются, то влияние ряда факторов учитывается применением дополнительных коэффициентов к значениям , вычисленным по формуле (1). В случае, например, применения жестких, неудобных для кладки цементных растворов (без добавки глины или извести), растворов на шлаковом или другом легком песке, а также сильно сжимаемых (в возрасте до 3 мес) известковых растворов пределы прочности кладки понижаются на 15% по сравнению с вычисленными по формуле (1). В среднем на 15% понижается предел прочности кладки из пустотелых крупных бетонных блоков по сравнению с пределом прочности кладки из сплошных крупных блоков той же марки. Предел прочности кладки из постелистого бута на 50% выше кладки из рваного бута.
3.9. Предел прочности вибрированной кирпичной кладки, в которой обеспечено плотное и равномерное заполнение швов раствором, значительно (в 1,5-2 раза) выше обычной кладки.
3.10. Предел прочности кладки и бетона зависит также от длительности загружения. Пределом длительного сопротивления кладки или бетона является максимальное напряжение, которое может выдержать кладка или бетон неограниченное время без разрушения. Величина для тяжелых бетонов равна , а для ячеистых бетонов неавтоклавного твердения . Для кирпичной кладки на прочных растворах марок 50 и выше ориентировочно , марок и для кладок на известковом растворе .
Следует однако учитывать, что после длительного периода твердения раствора под нагрузкой (более года) вследствие его пластических деформаций происходит выравнивание поверхности раствора в швах кладки, что уменьшает местные концентрации напряжений и позволяет повысить расчетное сопротивление кладки на 15%, см. п. [3.11г].
3.11. Принятое в стандарте СЭВ 384-76 понятие нормативного сопротивления материалов, связанное с контрольной или браковочной их характеристикой, устанавливаемой государственными стандартами на материалы, не применяется к кладке, так как она является композитным материалом и ее прочность не установлена стандартами.
При установлении расчетных сопротивлений для каменных конструкций принята следующая система коэффициентов. Коэффициент изменчивости прочности кирпичной кладки на основании статистических данных принят равным С = 0,15, а условное нормативное сопротивление , при этом обеспеченность величины С равна 0,98. Вероятное понижение прочности кладки по сравнению с уровнем, принятым в нормах, учитывается делением на коэффициент 1,2, а другие второстепенные факторы, не учитываемые расчетом, и дефекты (ослабление кладки пустошовкой, гнездами, небольшие отклонения столбов и стен от вертикали и т. п.) - на коэффициент 1,15. Таким образом, дополнительный коэффициент надежности для кирпичной кладки принят равным 1,2 х 1,15 = 1,4 и расчетное сопротивление .
Расчетные сопротивления кладки сжатию из всех видов каменных и бетонных изделий приведены в табл. 6, пп. [3.1-3.14]. Средние ожидаемые пределы прочности кладки могут быть определены, в случае необходимости, умножением расчетных сопротивлений на коэффициенты безопасности, приведенные в п. [3.20].
3.12. Расчетные сопротивления кладки при сжатии из керамических камней с горизонтальным расположением пустот (см. ГОСТ 530-80, черт. 15-18) следует назначать по п. [3.1] табл. [2] с применением следующих понижающих коэффициентов: D - учитывающего особенности работы кладки (хрупкость разрушения и др.) и - переходный коэффициент от расчетного сопротивления к пределу прочности кладки:
D = 0,6; = 3,3;
D = 0,6; = 3,3;
D = 0,8; = 2,5.
3.13. Расчетное сопротивление кладки из кирпича и пустотелых керамических камней при расчете каменных конструкций на выносливость, а также по образованию трещин при многократно повторяющихся нагрузках определяется путем умножения соответствующих расчетных сопротивлений кладки, принятых по табл. [2, 10 и 11], на коэффициент D. В табл. 3 приведены коэффициенты D для определения расчетных сопротивлений кладки из кирпича и пустотелых керамических камней при расчете на выносливость и по образованию трещин при многократно повторяющихся нагрузках в зависимости от коэффициента асимметрии :
, (5)
где и - соответственно наименьшее и наибольшее значения напряжений в кладке, возникающих от нормативных статических и повторяющихся нагрузок.
Таблица 1. Упругая характеристика неармированной кладки из керамического кирпича (СНиП 11-22-81) Кладка При марках раствора При прочности раствора 25 - 200 10 4 0,02 - 2 Нулевой Из керамических камней 1200 1000 750 500 350 Из кирпича пластического прессования полнотелого и пустотелого 1000 750 500 350 200 Из кирпича .
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И РАЗМЕРЫ КЕРАМИЧЕСКИХ КАМНЕЙ
Керамические камни изготавливают пустотелыми способом пластического и жесткого формования. Основные виды камней и их размеры приведены в табл. 1-2. Таблица 1. Основные размеры камней Камень Условное обозначение Номинальные размеры, мм длина ширина толщина Камень Камень К 250 120 138 Камень модульных размеров Камень КМ 288 138 138 Камень .
ТРЕБОВАНИЯ К КИРПИЧАМ И КАМНЯМ
Поверхность граней изделий должна быть плоской, ребра - прямолинейными. Возможные отклонения по размерам изделий и перпендикулярности граней приведены в табл. 1. Таблица 1. Предельные отклонения по размерам .
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ
Таблица 1. Марки кирпича и камней по прочности Марка изделия Предел прочности, МПа (кгс/см2) при сжатии при .
ПАНЕЛИ ИЗ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА
Кирпичные панели различных видов изготавливают на стендах непосредственно в условиях строительной площадки и в цехах действующих кирпичных заводов (табл. 1, 2). Таблица 1. Виды и область применения .
КИРПИЧ ГЛИНЯНЫЙ ДЛЯ ДЫМОВЫХ ТРУБ
Предназначен для кладки кирпичных и футеровки железобетонных промышленных дымовых труб при температуре нагрева кирпича не более 700°С. Кирпич изготавливают из глин с добавками или без них способом экструзии и обжигают при .
ПРИЕМКА, МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ
Приемку изделий по показателям внешнего вида проводят путем визуального осмотра и замера выявленных дефектов. Объем выборки, приемочные и браковочные числа приведены в ГОСТ 530-95. Количество образцов, необходимых для проведения испытаний, приводится .
6.1 Расчетные сопротивления сжатию кладки на тяжелых растворах из кирпича всех видов и керамических камней со щелевидными вертикальными пустотами шириной до 12 мм, пустотностью до 27% при высоте ряда кладки 50-150 мм на тяжелых растворах приведены в таблице 2.
Марка кирпича или камня
Расчетные сопротивления , МПа, сжатию кладки из кирпича всех видов и керамических камней со щелевидными вертикальными пустотами шириной до 12 мм при высоте ряда кладки 50-150 мм на тяжелых растворах
при марке раствора
при прочности раствора
Примечание - Расчетные сопротивления кладки на растворах марок от 4 до 50 следует уменьшать, применяя понижающие коэффициенты: 0,85 - для кладки на жестких цементных растворах (без добавок извести или глины), легких и известковых растворах в возрасте до 3 мес; 0,9 - для кладки на цементных растворах (без извести или глины) с органическими пластификаторами.
Уменьшать расчетное сопротивление сжатию не требуется для кладки высшего качества - растворный шов выполняется под рамку с выравниванием и уплотнением раствора рейкой. В проекте указывается марка раствора для обычной кладки и для кладки повышенного качества.
Расчетное сопротивление сжатию кладки из пустотелого керамического кирпича с вертикальными прямоугольными пустотами шириной 12-16 мм и квадратными пустотами сечением 20х20 мм пустотностью до 48% при высоте ряда 77-100 мм определяется по экспериментальным данным. При отсутствии таких данных значение следует принимать по таблице 2 с понижающими коэффициентами:
на растворе марки 100 и выше - 0,9;
на растворе марок 75, 50 - 0,8;
на растворе марок 25, 10 - 0,75;
на растворах с нулевой прочностью и прочностью до 0,4 МПа (4 кгс/см) - 0,65;
при пустотности 39-48% значения понижающих коэффициентов следует умножать на 0,9.
Расчетные сопротивления сжатию кладки из крупноформатных камней с вертикальным соединением "паз-гребень" (без заполнения раствором) из керамики шириной до 260 мм, пустотностью до 56% с вертикально расположенными пустотами шириной до 16 мм при высоте ряда кладки до 250 мм устанавливаются по экспериментальным данным. При отсутствии таких данных расчетные сопротивления следует принимать по таблице 2а.
Расчетные сопротивления сжатию кладки из полистиролбетонных блоков на клею принимаются по экспериментальным данным.
Расчетные сопротивления , МПа, сжатию кладки из керамических крупноформатных камней пустотностью от 40% до 55% со щелевидными вертикально расположенными пустотами шириной до 16 мм при высоте ряда кладки 200-260 мм* на тяжелых растворах при марке раствора
Читайте также: