Контроль качества и дефекты каменной кладки

Рисунок 2.6. Сечение по наружной двухслойной стене (а) узел сопряжения стены с перекрытием (б) анкеровка наружной стены к поперечной (в): 1 — кирпичная кладка; 2 — газобетонные блоки; 3 — сетки связей между слоями стены; 4 — пеннополистерол; 5 — железобетонная плита перекрытия; 6 — зачеканка раствором; 7 — петлевой анкер из Ф5Вр-1; 8 — поперечная стена

Приточном выполнении конструкций плиты междуэтажного перекрытия глубина опирания кирпичной облицовки на плиту составляет всего 80 мм. Устойчивость стен при этом обеспечивается только анкеровкой ее к поперечным стенам. Обследования показали, что края плит перекрытий находятся не в одной вертикальной плоскости, а смещены относительно друг друга на несколько сантиметров. При этом опирание кирпичного облицовочного слоя на край плиты может оказаться меньше 80 мм. 
При опирании наружной кирпичной облицовки навесных стен на плитку перекрытия по всей толщине облицовки из-за смещения краев плит из одной вертикальной плоскости часть краев плит перекрытий выступает за наружную плоскость стен, часть оказывается утопленной внутрь стен. В первом случае облицовка увлажняется атмосферными водами, что приводит к разрушению пустотелого кирпича облицовки. Во втором случае растворное заполнение борозды в стене ненадежно связано с торцами плиты и кладкой, что грозит выпадением участков раствора. В проектах двухслойных стен обычно указывается, что связующие метки должны укладываться через 500 мм по высоте. Но известно, что расстояние между горизонтальными швами кирпичной кладки не может быть равным 500 мм. При нормальной толщине горизонтальных швов ближайший размер равен 539 мм. В результате связующие сетки укладывают с перегибом, что резко снижает связь слоев стены. Понимая это, в некоторых проектах предлагают делать швы толщиной 7 мм, но это нереально выполнить, а при невысокой квалификации каменщика при этом резко снизится прочность кладки. При навесной стене из газобетонных камней и утеплением стен снаружи, например, плитами Rock Wool долговечность нарушенного слоя по сравнению с долговечностью остальных конструкций дома оказывается незначительной. 
Таким образом, до настоящего времени не разработана конструкция навесных стен многоэтажных домов с монолитными стенами, отвечающая требованиям надежности и долговечности, что является большим недостатком этих домов.

2.2. Дефекты  возведения каменных конструкций

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

- неоднородность растворной постели;

- применение  вида и марок кирпича и раствора  не соответствующих проектным; 
- некачественная перевязка камней в кладке, отсутствие перевязки продольных стен с поперечными;

-пропуск или занижение сечений связей стен с колоннами и перекрытиями; 
-утолщение горизонтальных швов кладки против предусмотренных нормами; 
-плохое заполнение раствором вертикальных швов кладки; 
-нарушение вертикальности стен и столбов; 
-укладка прогонов и балок на стены и столбы без опорных плит; недостаточная длина опирания перемычек на стены;

-пропуск или уменьшение количества арматуры в армокаменных конструкциях; 
-некачественное выполнение металлических покрытий парапетов, карнизов и поясков, а также примыканий кровли к стенам;

-неправильное выполнение температурных, осадочных и антисейсмических швов; 
-дефекты кладки из-за нарушения правил производства работ в зимних условиях.

Все перечисленные  дефекты, кроме первого – неоднородности растворной постели, более или менее видимы и могут быть оценены количественно. Однако, неоднородность растворной постели, оказывающая наибольшее влияние на прочность кладки, является скрытым, трудно оцениваемым количественно дефектом. Следует иметь в виду, что однородную растворную постель из малоподвижного раствора при толщине горизонтальных швов 10...12 мм может создать только каменщик высокой квалификации. Так, как во многих случаях квалификации каменщиков оказывается недостаточно высокой, то рекомендуется выполнить ряд мероприятий, способствующих повышению однородности растворной постели : не применять жестких цементных растворов, внедрять подвижные растворы с пластифицирующими добавками, не допускать заужения горизонтальных швов (менее 12 мм), по согласованию с проектной организацией в сильно нагруженных конструкциях предусматривать конструктивное сетчатое армирование, обожженный кирпич применять в кладку в летнее время только в увлажненном состоянии. 
Однако для сильно нагруженных каменных конструкций (нижних этажей многоэтажных зданий) и этих мероприятий может оказаться недостаточно. Поэтому в этом случае для кладки нужно использовать труд только высококвалифицированных каменщиков. Занижение марок кирпича и раствора приводит к снижению прочности кладки. При этом, как видно из рисунков 2.7 и 2.8, прочность камня больше влияет на прочность кладки, чем прочность раствора. Снижение прочности раствора влияет на прочность кладки тем больше, чем ниже высота камня. Прочность раствора сказывается больше на прочность кладки из камней неправильной формы, чем из камней, имеющих форму правильного параллелепипеда. Наименьшее влияние прочность раствора имеет в крупноблочной кладке, наибольшее — в бутовой. 
 

Рисунок 2.7. Зависимость прочности кладки R от прочности R1 и вида камня: 1 — кладка из кирпича на растворе М50; 2 — кладка из кирпича на растворе М100; 3 — кладка из крупных блоков на растворе М50; 4 — кладка из крупных блоков на растворе М100; 5 — кладка из рваного бута на растворе М50; 6 — кладка из рваного бута на растворе М100 

Рисунок 2.8. Зависимость прочности кладки R от прочности раствора R2 и вида камня: 1 — кладка из кирпича М100; 2 — кладка из кирпича М КВ00; 3 — кладка из крупных блоков М100; 4 — кладка из крупных блоков М500; 5 — кладка из рваного бута М100; 6 — кладка из рваного бута М500

Все это  надо иметь в виду при оценке влияния  допущенных при строительстве отступлений  в марках камня и раствора. Применение видов камня и раствора, не предусмотренных проектом, может привести к серьезным последствиям. Недопустимо использование камня, имеющего морозостойкость и влагостойкость меньше проектной; силикатного кирпича вместо глиняного обыкновенного во влажных условиях, при низких расчетных температурах без изменения толщины наружных стен и в стенах, имеющих дымовые каналы; полнотелого кирпича в наружных стенах вместо пустотелого; тяжелого раствора вместо легкого и т.п. Такие замены могут привести к разрушению каменных конструкций и промерзанию наружных стен зимой. 
Применение неправильной перевязки кирпича (например, кладка столбов «в корзинку»), нарушающей связь верстовых рядов с забутовкой, заполнение забутовки стен кирпичным боем могут привести к обрушению сильно нагруженных столбов и простенков и отслоению наружной версты от забутовки на протяженных участках стены. Отсутствие перевязки наружной версты с забутовкой при кладке в зимних условиях методом замораживания приводит к обрушению наружного слоя стены при оттаивании кладки. Как показали исследования Л. И. Онищика и В. П. Некрасова, для обеспечения требуемой прочности кирпичной кладки достаточно иметь тычковые ряды не реже, чем через шесть ложковых. В проектах обычно предусматривается перевязка тычковыми рядами не реже, чем через пять ложковых. 
Часто встречающийся дефект каменной кладки — отсутствие перевязки продольных стен с поперечными — приводит к снижению устойчивости участков стен и пространственной жесткости здания. В случае неравномерной осадки фундаментов при этом появляется возможность обрушения стен. Особенно опасно отсутствие перевязки стен в зданиях, построенных в сейсмических районах. Пропуск или занижение сечений связей стен с колоннами и перекрытиями также снижают пространственную жесткость здания, и при появлении горизонтальных усилий при этом может произойти обрушение участков стен. Некачественное выполнение перевязки стен и анкеровки стен с колоннами и перекрытиями в случае аварийного локального разрушения приводит к значительному увеличению объема разрушения здания. Утолщение горизонтальных швов кладки по сравнению с требуемой нормами толщиной по-разному может влиять на прочность кладки. С одной стороны, такое утолщение позволяет улучшить растворную постель под камнями, что приводит к повышению прочности кладки. С другой стороны, чем толще горизонтальный шов, тем больше растягивающие усилия в камнях из-за разных деформативных свойств камня и раствора, и, следовательно, тем меньше прочность кладки. В зависимости оттого, какой из этих двух факторов окажет большее влияние при утолщении горизонтального шва, происходит повышение или понижение прочности кладки. По данным А. А. Шишкина, утолщение горизонтальных швов до 30...40 мм приводит к снижению прочности кирпичной кладки на 10...15%. Эти данные приводятся для кладки, выполняемой каменщиками средней квалификации на пластичных растворах. 
Если кладка ведется каменщиками низкой квалификации, то ее прочность при толщине горизонтальных швов 15...20 мм может оказаться выше, чем при толщине швов 10...12 мм. При оценке допустимости применения утолщенных швов следует также учитывать, что повышение доли раствора в кладке приводит к повышению ее теплопроводности. Нужно иметь также в виду, что утолщение швов приводит к значительному перерасходу цемента. 
Плохое заполнение вертикальных швов приводит к уменьшению прочности кладки (на 6-7 %), так как раствор в вертикальных швах препятствует свободной деформации камня в горизонтальном направлении при приложении вертикальных усилий. Пустые вертикальные швы, кроме того, являются концентраторами напряжений. Кладка с плохо заполненными вертикальными швами становится легко продуваемой, ее теплопроводность значительно возрастает. В стенах, выполненных по схеме, изображенной на рис. 2.6, и других подобных стенах монолитных железобетонных домов, не всегда плотно заполняется зазор между низом плиты перекрытия и верхом кладки из газобетонных камней (этот зазор из-за неувязки высоты этажа с высотой кладки может достигать значительных размеров). При отсутствии заполнения этого зазора в нем и в кирпичном наружном слое стены при температуре наружного воздуха ниже 0°С начинают конденсироваться пары воздуха. Конденсационная вода скапливается в пустотах кирпича и при замерзании разрушает его. На ряде построенных домов можно видеть в уровнях низа перекрытий такое мощное разрушение кладки наружного кирпичного слоя стены. Нарушение вертикальности участков кладки приводит к увеличению эксцентриситета прилагаемой нагрузки и повышению напряжений в кладке. Если в зданиях с жесткой конструктивной схемой продольные стены хорошо перевязаны с поперечными, имеется надежная анкеровка всех стен в перекрытиях и перекрытия хорошо замоноличены, то дополнительные усилия в наклонных участках стен незначительны. При отсутствии перевязки стен и недостаточной анкеровке их к перекрытиям дополнительные усилия в наклонных участках стен и столбах могут достигать больших значений, особенно в столбах и простенках малого сечения. 
Укладка балок прогонов непосредственно на каменные стены или столбы без опорных плит, так же, как и недостаточное опирание плит перекрытий и перемычек, может вызвать местное разрушение каменной кладки. Так, при опирании балки шириной 12 см и заделки ее на стену на 25 см, кирпиче М100 и растворе М50 расчетная несущая способность кладки на местное сжатие составляет 45 кН, а расчетная реакция конца балки может превышать 100 кН. 
В старых зданиях можно наблюдать разрушения каменной облицовки в местах опирания перемычечных блоков. Если наряду с наклонным имеется небольшой по длине горизонтальный участок опирания перемычечного блока, то по разным причинам (из-за температурных деформаций кладки, неравномерной осадки фундаментов) нарушается контакт наклонных участков перемычечных блоков с соседними участками кладки. В этом случае вся нагрузка от перемычечного блока на ниже расположенную кладку передается только через горизонтальные опорные участки перемычки, что приводит к разрушению кладки под опорными участками перемычечного блока (рис. 2.10). Отсюда следует вывод, что перемычечный блок не должен иметь горизонтальных опорных участков или при их наличии они должны иметь достаточную протяженность для обеспечения прочности кладки, расположенной под опорными частями перемычки. 
 

Рисунок 2.10. Неправильное (а) и правильное (б) опирание перемычечного блока на кладку: 1 — перемычечный блок; 2 — наклонный участок опоры перемычечного блока; 3 — горизонтальный участок перемычечного блока; 4 — трещина в стене под опорной частью перемычки

Значительное  влияние на несущую способность  каменной кладки оказывает поперечное сетчатое армирование. В зависимости  от количества поперечного армирования прочность армированной кладки может до двух раз превышать прочность неармированной (рисунок 2.11). Пропуск только одной сетки приводит к уменьшению эффекта армирования в два раза.

Рисунок 2.11. Зависимость прочности армированной кладки от количества поперечного сетчатого армирования: 1 — при кирпиче М100 и растворе М50; 2 — при кирпиче М150 и растворе M50; 3 — при кирпиче и растворе М100 Размеры сеток всегда должны быть больше размеров сечения армируемого элемента, чтобы можно было после выполнения кладки визуально проверить все параметры армирования: диаметр стержней, размер ячеек сетки и шаг сеток. Некачественное выполнение металлических покрытий парапетов, карнизов, поясков, а также примыкания кровли к стенам приводит к переувлажнению каменной кладки и разрушению ее от воздействия отрицательных температур и вымывания раствора. При устройстве температурных, осадочных и антисейсмических швов в кладке встречаются следующие дефекты: отклонение швов от вертикали, выполнение швов не по всей высоте конструкции, уменьшение ширины шва, устройство шва без четверти или шпунта. Если отклонение от вертикали или пропуск по высоте имеет осадочный шов, то он перестает выполнять свое назначение. При неравномерной осадке фундаментов стена в области дефекта шва получает разрушение. Уменьшение толщины температурного шва препятствует деформации стены при повышении ее температуры, что вызывает дополнительные напряжения в кладке. Уменьшение толщины антисейсмического шва приводит к снижению его эффективности, что увеличивает объем разрушения здания при землетрясениях. 
При отсутствии четверти или шпунта шов становится проницаемым для воздуха и влаги, а участки стен у шва получают возможность перемещаться перпендикулярно к плоскости стены. При производстве работ в зимних условиях встречаются случаи применения камня, не очищенного от снега и льда, занижения требуемых марок раствора, неправильная дозировка химических противоморозных добавок. Все это в той или иной степени снижает конечную прочность кладки после ее оттаивания. Обрушение кладок, выполненных в зимних условиях, чаще всего происходит из-за того, что на период оттаивания не принимаются необходимые меры по временному усилению каменных конструкций и обеспечению равномерного их оттаивания.

2.3. Дефекты  каменной кладки, вызванные нарушением правил эксплуатации зданий и сооружений

Дефекты и разрушения каменных конструкций  в период эксплуатации здания и сооружений чаще всего возникают при: длительном увлажнении кладки с попеременным замораживанием и оттаиванием; отсутствии ремонта металлических покрытий парапетов, карнизов, поясков, водосточных труб, кровель; допущения длительных протечек санитарно-технических систем; реконструкции здания без учета особенности работы каменных конструкций; пробивки отверстий в стенах; перегрузки конструкций при увеличении нагрузок. При длительном увлажнении каменных конструкций может возникнуть солевая коррозия, повреждающая кладку, а также биоповреждения, вызваные биодеструкторами. При солевой коррозии появляются высолы на поверхности кладки, выкрашиваются и выпадают отдельные лицевые кирпичи. Биоповреждения каменной кладки вызываются грибами, лишайниками, микроорганизмами. При биоповреждениях на поверхности кладки разрушаются отделочные материалы, отслаивается штукатурка, шелушится и выслаивается кирпич. При разборке перекрытий, внутренних стен и перегородок, пробивке проемов в период реконструкции может измениться схема работы основных конструкций зданий. Увеличение свободной длины и высоты стен и столбов, происходящее при этом, может привести к потере их устойчивости во время производства работ по реконструкции здания. Пробивка проемов в стенах, увеличение нагрузки после реконструкции здания при неправильной оценке несущей способности кладки могут привести к ее разрушению. Перемычка над новым проемом должна устраиваться до пробивки нового проема, а не после пробивки, как это часто делается. Новая перемычка должна быть достаточно жесткой, чтобы не вызвать недопустимые деформации конструкций, опирающихся на нее.

Рисунок 2.12. Вертикальные инвентарные стальные связи временного крепления стен: 1 — наружная стена; 2 — внутренняя стена; 3 — горизонтальные телескопические элементы связи, работающие на растяжение и сжатие, из труб диаметром 100 и 89 мм; 4 — наклонные телескопические связи, работающие на растяжение, из труб диаметром 28 и 22 мм; 5 — хомуты из уголков и тяжей для крепления связей к простенкам; 6 — тяжи крепления связей к стенам

При разборке перекрытий, стен и перегородок нужно  обеспечивать устойчивость оставшихся стен и столбов. В период реконструкции одного из жилых домов в Санкт-Петербурге для обеспечения устойчивости стен были применены временные инвентарные связи из трубчатых и круглых стержневых элементов (рисунок 2.12). Такие инвентарные связи можно использовать при разных расстояниях между стенами, разных высотах этажей и ширинах простенков. На одном кирпичном здании г. Санкт-Петербурге, в котором в период реконструкции были удалены все внутренние конструкции и остались только наружные стены, для обеспечения устойчивости последних были смонтированы сложные стальные конструкции, состоящие из башен и горизонтальных пространственных ферм, к которым были прикреплены наружные стены. В ряде случаев, когда временные конструкции усиления не применялись, произошло обрушение участков стен. При ремонте поверхностей стен помещений с повышенной влажностью наружную штукатурку нельзя делать из цементного раствора, так как такая штукатурка, как это было уже отмечено выше, является пароизоляцией и будет способствовать накоплению влаги в стенах, что вызовет дальнейшее разрушение кладки[1].