Контроль качества и дефекты каменной кладки

ВВЕДЕНИЕ

Качество  строительства характеризуется  совокупностью показателей качества проектов, применяемых строительных материалов, изделий и конструкций, а также выполнения строительно-монтажных работ при возведении зданий и сооружений. На качество возведенных конструкций влияет и условия их эксплуатации. Брак, допущенный на каждом этапе проектирования, строительства и эксплуатации, суммируется в общем состоянии здания и сооружения и выражается в дефектах отдельных конструкций. Под дефектами строительных конструкций обычно понимают несоответствие их стандартам, техническим условиям, нормам проектирования и проекту. Дефекты, вызванные внешним воздействием (механическим, тепловым) обычно называют повреждениями конструкций. Дефекты строительных конструкций классифицируются по разным признакам: по материалу конструкций, по частям здания, имеющим дефекты, по причинам, их вызвавшим. Наибольшее значение имеет классификация дефектов по причинам, их вызвавшим: ошибки при проектировании, некачественное изготовление элементов конструкций, ошибки при производстве строительно-монтажных работ, нарушении правил эксплуатации здания или сооружения. Особую группу причин возникновения дефектов составляют ошибки при проектировании, вызванные отсутствием учета условий изготовления и монтажа конструкций. В этом случае и при соблюдении в проекте норм проектирования создать качественную конструкцию не представляется возможным. Ниже будут приведены примеры конструкций, дефекты в которых возникли по этой причине. Классификация дефектов по причинам, их вызывающим, позволяет выявить источники дефектов и правильно выбрать способы их предупреждения. Более половины всех дефектов, выявляемых в зданиях и сооружениях, возникают из-за нарушения технологии изготовления, возведения и монтажа конструкций. Строители должны помнить, что, если в проекте есть ошибки, строительные материалы и изделия низкого качества, то построить высококачественную конструкцию невозможно. Поэтому, прежде , чем приступить к строительству здания, нужно тщательно изучить проект, выявить в нем недостатки и согласовать с проектной организацией соответствующие изменения. При изготовлении и монтаже конструкций необходимо убедиться в их соответствии стандарту, техническим условиям и проекту. Если это не сделать, то построенное здание будет иметь дефекты. Каждый дефект характеризуется причинами, вызвавшими его. размерами повреждений конструкций и возможными последствиями Дефекты могут ухудшать нормальные условия эксплуатации нарушать температурно-влажностный режим помещений, снижать звукоизоляцию ограждающих конструкций, повышать эксплуатационные расходы на здание и др.) Снижать несущую способность конструкций, сокращать их долговечность, приводить к частичному разрушению конструкций и к аварии здания или сооружения. Основным средством борьбы с появлением дефектов строительных конструкций является осуществление должного контроля за проектированием, изготовлением конструкций, строительством здания, сооружения и правильная эксплуатация их. Ошибки проектов должны быть выявлены путем перекрестной проверки в подразделениях проектной организации, ведомственной экспертизы проектов, при изучении проектно-сметной документации заказчиком и подрядчиком, в период строительно - монтажных работ необходим качественный технический надзор заказчика и авторский надзор проектной организации[1]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Анализ дефектов и повреждений в каменных конструкциях.

Большая часть аварий каменных конструкций  вызвана нарушениями при производстве работ: применении заниженных марок кирпича и раствора, пропусках армирования, отсутствия специальных мероприятий при выполнении кладки зимой. Наиболее часто встречающиеся дефекты, возникающие по вине проектировщиков, связаны с обрушением лицевого слоя кладки, образованием деформационных трещин (температурных, осадочных и т. д.). В связи с возросшим объемом возведения стен из многослойной кладки, увеличилось число дефектов, связанных с отслоением лицевого слоя и обеспечением необходимых теплотехнических характеристик стен.  
Для обеспечения совместной работы стен расчет узлов их сопряжений должен вестись с учетом поэтапности и длительности возведения. В стенах из многослойной кладки разрушение слоев, отрыв лицевого слоя также часто происходит из-за неправильного учета совместной работы слоев, узлов их сопряжений (гибких связей, вертикальных и горизонтальных кирпичных диафрагм и т.д.). При восстановлении и усилении каменных конструкций особое внимание следует уделить проектированию и выполнению узлов сопряжений усиливаемых конструкций с элементами усиления (обоймами, сердечниками, стойками, набетонками, новой кладкой и т.д.) с целью надежного включения элементов усиления в работу. Не все известные методы и применяемые материалы могут быть применены для усиления каменных конструкций исторических зданий, памятников архитектуры[2]. 

К наиболее характерным дефектам каменных конструкций, допускаемых при их возведении, могут  быть отнесены:

- неоднородность  структуры и толщины растворной  постели; 

- отсутствие  перевязки продольных стен с поперечными;

- нарушение  вертикальности стен и столбов; 

- недостаточная  площадь опирания стропильных  конструкций и перемычек на  стены;

- укладку  прогонов и балок на стены  и столбы без опорных плит; 

- пропуск  или занижение сечений связей  стен с колоннами или перекрытиями;

- применение  вида и марки камня и раствора, не соответствующих проекту;

- некачественную  перевязку камня в кладке, особенно  опасную в сильно нагруженных  столбах, простенках и пилястрах;

- утолщение  горизонтальных швов кладки против предусмотренных нормами;

- плохое  заполнение раствором вертикальных  швов кладки;

- неправильное  устройство температурных, осадочных  и антисейсмических швов;

- дефекты  кладки из-за нарушения правил  производства работ в зимних  условиях;

- отсутствие  или уменьшение процента армирования в армокаменных конструкциях;

- некачественное  выполнение металлических козырьков  парапетов, карнизов и 

поясков, а также примыканий кровли к стенам.[3]

2. Дефекты каменных конструкций.

2.1. Дефекты каменных конструкций, вызванные ошибками и недоработками при проектировании

При проектировании каменных конструкций зданий в ряде случаев встречаются решения, которые  приводят к дефектному состоянию этих конструкций. Иногда в проектах предусматривается применение разнородных по прочности, жесткости, водопоглощению и долговечности материалов для кладки стен. Не всегда учитывается влияние температурного воздействия на работу каменных конструкций. Это может привести к нарушению целостности конструкций. В некоторых проектных решениях несущие кирпичные столбы перерезываются конструкциями из сборного железобетона. При этом для части сечения столба опорой служит железобетонная конструкция, а для другой — кирпичная кладка (рис. 2.1). Так как железобетон значительно жестче кирпичной кладки, то вся нагрузка от столба практически передается только в пределах площади соприкосновения столба с железобетоном. Некратность размеров железобетонной конструкции и рядов кладки из кирпича усугубляет этот дефект. В данном случае лучше было бы применить платформенный стык, когда железобетонный элемент пересекает все сечение кирпичного столба. 
Облицовка кирпичной кладки керамическими плитками напряжена больше, чем кладка. Это вызвано тем, что керамические облицовочные камни жестче, чем обожженный, и, особенно, силикатный кирпич, а высота их больше, чем высота кирпича и, следовательно, количество горизонтальных швов в облицовке меньше, чем в кладке. Деформация же кладки происходит в значительной своей части за счет деформации швов. Напряжения в облицовке продолжает возрастать с течением времени вследствие деформации ползучести кладки. Во многих случаях по этим причинам происходит разрушение облицовки.

Рисунок 2.1. Неправильное опирание кирпичного столба в уровне перекрытия: часть сечения столба (1) опирается на железобетонную конструкцию перекрытия (2), часть — на кирпичную кладку (3)

Температурные колебания вызывают в облицовке  деформации сдвига, что ускоряет ее разрушение. Появление вертикальных трещин в облицовке свидетельствует  о значительном ее перенапряжении. Все это должно учитываться в проекте при разработке конструкции сопряжения облицовки с кладкой. В наружных стенах кирпичных зданий часто наблюдаются трещины, вызванные сезонными колебаниями температуры воздуха. Эти трещины возникают ниже и выше опорных частей железобетонных перемычек и огибают с торцов последние, затухая в пределах перемычечного пояса и иногда выходя на боковые грани простенков. Из-за разности коэффициентов линейного расширения кладки и железобетона между торцами железобетонных перемычек и кладкой образуется зазор. Трещины не являются сквозными и обычно затрагивают только наружную версту кладки стен. 
Практика обследования показала, что температурные трещины возникают в кирпичных стенах, если при проектировании не учтено конфигурации плана здания на появление температурных деформаций. Так, при наличии выступов участков наружных стен (ризалитов) в местах примыкания продольных наружных стен между ризалитами к поперечным стенам ризалитов развиваются температурные трещины (рисунок 2.2). В зданиях с планом в виде кольца из-за разности температуры внутренних и наружных стен появляются трещины в местах сопряжения внутренних стен с наружными (рисунок 2.3).

Рисунок 2.2. Схема возможной деформации стен при наличии выступов (ризалитов) в зданиях (а — при охлаждении стены; б — при нагреве стены): 1 — трещины

Можно привести и другие примеры появления  трещин в кирпичных стенах, когда  при проектировании не учитывается  влияние температурных деформаций. Нельзя проектировать облицовку кирпичной стены лицевым кирпичом, связанным с внутренним слоем стены только гибкими связями. Внутренний слой стены испытывает небольшие сезонные и суточные колебания температуры, а на наружный облицовочный слой действуют максимальные сезонные и суточные перепады температуры наружного воздуха и солнечной радиации. Это приводит к тому, что при охлаждении наружного слоя он не может беспрепятственно сокращаться и в нем появляются трещины. К сожалению, подобная конструкция стен появляется в рекламах кирпичных заводов и используется в проектах. 
Сезонные температурные перепады являются многоразовым воздействием. Трещины, образовавшиеся в кладке при понижении температуры, не полностью закрываются при ее повышении. Со временем в кладке происходит накопление повреждений, что может привести к частичному обрушению облицовочного слоя стен и выпаду наружного сборного элемента перемычки. В проектах следует предусматривать конструктивное сетчатое армирование кладки выше и ниже опорных концов перемычек, что будет препятствовать температурному разрушению кладки. Покрытия из железобетонных плит с рулонной кровлей без утеплителя летом сильно нагреваются солнечными лучами. В кирпичных зданиях с такими покрытиями температурные деформации покрытия значительно превышают температурные деформации стен. В связи с этим происходит отрыв торцевых стен в их верхней части от продольных. Образовавшиеся трещины по причинам, рассмотренным выше, растут во времени. Для устранения этого дефекта необходимо в проекте предусматривать соответствующие зазоры между торцами плит покрытия и кладкой стен и укладку под опорами плит рубероида или толи для уменьшения трения плит о кладку во время температурной деформации плит . 
В связи с тем, что прочность каменной кладки во многом зависит от однородности растворной постели, а однородную растворную постель можно получить только при пластичном растворе, не следует предусматривать в проекте чисто цементные растворы без пластификаторов. Чисто цементные растворы, отдавая воду кирпичу, быстро теряют свою подвижность. 
Если проектируется наружная цементная штукатурка при пористых материалах стены, то она становится преградой на пути перемещения паров из помещения наружу. Пары конденсируются в слоях стены, прилегающих к штукатурке, увлажняя стену, повышают ее теплопроводность и снижают морозостойкость. То же происходит, если применять расшивку швов цементным раствором при кладке на пористых и легких растворах. Особенно отрицательные последствия в этом случае имеют место для стен, ограждающих сырые помещения (бани, прачечные и др.). 
При проектировании зданий на слабых грунтах часто проектом предусматриваются монолитные железобетонные пояса по кирпичным стенам. Технология железобетона — значительно отличается от технологии каменной кладки, поэтому применение монолитных железобетонных поясов затрудняет ведение строительных работ. В летнее время трудно обеспечить должный уход за уложенным бетоном и часто допускается его пересушка. В зимнее время сложно обеспечить обогрев относительно тонких железобетонных поясов. И, как правило, устанавливают опалубку, армируют пояс и укладывают бетон каменщики, ведущие кладку стен и не являющиеся специалистами в этих работах. В связи с этим качество поясов, а отсюда и стен, получается низким. 
В то же время монолитные железобетонные пояса легко заменить на армокаменные. На рис. 2.4 показаны сечения железобетонных монолитных поясов, обычно предусматриваемых в проектах, и равные им по прочности армокаменные. Армокаменные конструкции технологичны для каменной кладки, обладают высокими прочностными свойствами и не требует ухода ни в летнее, ни в зимнее время. Отсюда следует вывод, что во всех случаях, когда есть потребность в устройстве армированных поясов, следует вместо железобетонных проектировать армокаменные пояса. Исключение можно сделать только для зданий, строящихся в сейсмических районах, в которых работа армокаменных поясов недостаточно изучена. 

Рисунок 2.4. Схема равнопрочных железобетонных (I) и армокаменных (II) поясов (бетон В12.5; раствор М50; армирование поперечными стержнями Ф 6А-1 с шагом 150 мм) (а — наружных стен при сечении железобетонного пояса 250x150 мм; б — наружных стен при сечении железобетонного пояса 250x220 мм; в — внутренних стен при сечении железобетонного пояса 380x150 мм): 1 — продольные стержни; 2 — поперечные стержни (хомуты); 3 — плита перекрытия

Недопустимо предусматривать в проекте в  пределах одного этажа, несколько марок  кирпича и раствора. В реальных условиях строительной площадки это  приводит к появлению элементов  с заниженной против проекта прочностью. На рисунке 2.5 а показан фрагмент плана неудачного проектного решения стен здания четырехэтажной кухни-столовой, когда в пределах одного этажа применены три марки кирпича и две марки раствора. В то же время, применив в отдельных элементах здания поперечное сетчатое армирование (рисунок 2.5 6), можно было предусмотреть в пределах этажа только одну марку кирпича и одну марку раствора.

Рисунок. 2.5. Фрагмент плана первого этажа четырехэтажной кухни-столовой (а — по плану; б — возможное решение при применении одной марки кирпича и одной марки раствора): 1 — кладка из кирпича М100 на растворе М50; 2 — кладка из кирпича М125 на растворе М75; 3 — кладка из кирпича М150 на растворе М75; 4 — кладка из кирпича М100 на растворе М50 с сетчатым армированием при ц = 0,1%; 5 — кладка из кирпича М100 на растворе М50 с сетчатым армированием при ц = 0,175%

Учитывая  большое влияние на прочность  кладки квалификации каменщиков и отсутствие резерва прочности в кладке стен и столбов первых этажей многоэтажных зданий (9 и более этажей), следует в участках стен и столбах, где их прочность используется более, чем на 80%, применять поперечное сетчатое армирование по конструктивному минимуму (ц = 0,1 %). При этом прирост прочности кладки составит около 25%, что компенсирует снижение прочности кладки, вызванное работой каменщиков невысокой квалификации. 
Из сказанного выше следует сделать вывод, что уже на стадии проектирования можно избежать появления многих дефектов каменной кладки, если учесть условия ее возведения и эксплуатации. В настоящее время в многоэтажных домах с монолитными Железобетонными перекрытиями и внутренними стенами применяются навесные наружные стены. Конструкция стен различная, но все они обладают серьезными недостатками. Навесные стены, как правило, имеют внутренний слой из газобетонных камней. Наружный слой этих стен выполняется по-разному. Он может быть из лицевых керамических кирпичей или из слоя легкого минерального утеплителя. Слои стен из газобетонных камней и керамических кирпичей должны скрепляется стальными сетками, укладываемыми с шагом 500 мм по высоте. Стена должна иметь анкеровку к поперечным железобетонным стенам. В проектах первых домов с монолитными железобетонными внутренними конструкциями применялись в основном навесные стены с наружным слоем из облицовочного керамического кирпича (рисунок 2.6) . Наружный слой этих стен имеет опору только на краю плиты перекрытия, так как деформация кладки определяется только деформацией растворных швов, а между облицовочным слоем и железобетонной плитой расположен только один растворной шов, а за пределами плиты — три растворных шва.