Основные строительные материалы и конструкции

Кирпич, камень и каменные конструкции

Во второй половине XIX в. необходимость перекрывать большие пролеты зданий новых типов ограничивала применение каменных конструкций. В крупных сооружениях конца XIX в. применялись более экономичные деревянные и железобетонные конструкции. Однако кирпич был основным материалом для возведения стен жилых, общественных и производственных зданий.

В 1850 г. департамент военных поселений обязал на всех частных кирпичных заводах применять "Правила для единообразной и прочной выделки кирпича". В "Правилах" давалось классическое определение кирпича: "Кирпич есть искусственный камень, приготовляемый из глины с примесью некоторого количества песка, выделанный в известных формах, высушенный в сырце на воздухе и, наконец, обожженный в кирпичеобжигательных печах" [20]. "Правилами" предусматривалось введение сортности кирпича, вымораживание глины, регламентирование стадий обжига и т. д. Недостатком "Правил" было отсутствие рекомендаций по применению кирпичеделательных машин, уже распространенных в то время в Европе.

Кирпичное производство в России было наиболее отсталой отраслью промышленности, так как применение машин при небольших объемах кирпичного производства не приносило прибыли. На мелких предприятиях сырец формовался вручную, березовыми колотушками. На большинстве заводов подготовка глины осуществлялась конными глиномялками. На более крупных заводах сырец изготовлялся с помощью допрессовочных станков, которые приводились в движение вручную. Сушился сырец в сараях или на открытом воздухе. Обжиг сырца на большинстве заводов осуществлялся в напольных печах.

С развитием капитализма возрастающие масштабы строительства предъявляли большой спрос на строительные материалы. В последней трети XIX в. наряду с мелкими полукустарными предприятиями вблизи промышленных центров появляются крупные кирпичные заводы, на которых сырец формовался импортными машинами, приводимыми в движение паровыми двигателями. Постепенно происходил процесс концентрации кирпичных заводов. Сокращалось число мелких предприятий, и производство сосредоточивалось на небольшом числе крупных заводов.

На примере кирпичной промышленности В. И. Ленин показал, что мелкие кустарные заведения являются основой для создания крупных капиталистических предприятий.

Данные, приведенные в табл. 6, иллюстрируют процесс концентрации кирпичного производства [21].

Таблица 6. Кирпичное производство в Европейской России (без Польши и Финляндии)

Производительность отдельных заводов достигала 10 млн. штук кирпича в год.

В 1882 г. на 14 кирпичных заводах (в том числе четырех московских и двух петербургских) имелось 16 паровых котлов, 11 постоянных паровых машин и 8 локомобилей [22]. На крупных механизированных заводах в конце XIX в. был создан единый процесс переработки глины и формования кирпича. К выходу глиномялки прикреплялся мундштук, из которого непрерывно двигался глиняный брус, разрезаемый

на кирпичи. Широкое распространение получила кирпичеделательная машина Шликайзена, изобретенная в 1845 г., но усовершенствованная в конце XIX в. путем создания шнековых ленточных прессов. Одновременно появился главный глинообрабатывающий механизм - вальцы. Движущей силой этих установок была паровая машина.

Прообразом многокамерных кирпичеобжигательных печей была печь, созданная профессором А. К. Больманом, на которую ему в 1853 г. была выдана десятилетняя привилегия. Особенностью этой печи являлось движение газов сверху вниз, т. е. обратное по сравнению с обычно принятым. В 1850 г. Больман построил двухкамерную опытную печь. Емкость каждой камеры составляла 9 тыс. штук кирпича [23]. Специальная комиссия отметила высокое качество кирпича, обожженного в этой печи. Изобретение А. К. Больмана было опубликовано в печати и получило высокую оценку.

В 1858 г. Ф, Гофман (Германия) изобрел многокамерную кольцевую печь. В России печи Гофмана появились в 1866 г. Гофманская печь большой производительности (23 тыс. штук кирпича на 14 камер) была построена в 1873 г. в Петербурге [24]. В 1871 г. была построена многокамерная печь конструкции Мендгейма, которая отличалась от печи Больмана только применением газового топлива [21, с. 99-100].

В 1913 г. в Московской губернии функционировала 101 гофманская печь. Напольных печей без искусственной тяги и небольшой производительности в России имелось 560.

Русские инженеры осваивали новые виды строительных изделий, заменяющих обычный кирпич. В 1877 г. А. К. Больман предложил заменить кирпич пустотелыми блоками объемом в 24 кирпича. Испытания стены из этих блоков в лаборатории Н. А. Белелюбского дали положительные результаты. Однако это ценное предложение в то время не получило поддержки и не было внедрено в практику. С конца XIX в. начали выпускать цементно-песчаный, известково-шлаковый и силикатный кирпич. Производство силикатного кирпича осуществлялось путем запарки сырца (состоящего из смеси извести и песка) в автоклавах при давлении порядка 7-8 атм.

Табл. 7 показывает значительный рост производства силикатного кирпича. Для лицевой кладки он выпускался различных цветов.

Таблица 7. Производство силикатного кирпича [25]

После выяснения гидравлических свойств некоторых шлаков академиком В. М. Севергиным нашли применение облегченные камни и блоки из шлакобетона, изготовление которых было начато еще в первой половине XIX в. Во многих городах России строились заводы по изготовлению шлакового кирпича. Гидравлическую известь для них получали путем перемешивания обычной извести с металлургическим шлаком.

В Урочном положении 1869 г. изготовление гидравлической извести рекомендовалось осуществлять в бегунах.

В 1898 г. в Петербурге были построены первые здания из бетонитовых блоков, представляющих собой пустотелые мелкие бетонные блоки со шлаковым заполнителем. В дальнейшем здания из бетонитовых блоков нашли широкое распространение во многих городах России. Из бетонита были построены элеваторы на станциях Башмаково, Миллерово и др. В 1911 г. на IV съезде русских зодчих А. К. Белотелов сделал доклад о сопоставлении различных систем кладок из бетонных камней.

В 1912 г. С. П. Прохоров и М. П. Смирнов предложили конструкцию пустотелого бетонного камня, который, после усовершенствования, применяется и в настоящее время. Это бетонный камень типа "крестьянин" со щелевидными пустотами.

В 1906 г. петербургская управа издала нормы на постройки из бетонитовых камней. А в 1914 г. было издано "Обязательное постановление", которым устанавливалось, что наружные стены должны быть толщиной 38 см, что пустоты не должны превышать 50% площади горизонтального сечения стены, разрушающая нагрузка должна в 5 раз превышать расчетную и т. п.

Добыча естественных камней в конце XIX в. осуществлялась путем взрывов. Обработка велась ручными инструментами и была чрезвычайно трудоемкой. Мрамор и некоторые другие породы распиливали машинными пилами. Немногие камнеобрабатывающие предприятия были оборудованы станками сверлильными, токарными, фрезерными, резальными с карборундовыми дисками. На крупных заводах осуществлялась машинная шлифовка камней. Помимо естественного камня применялся местный ракушечник, кровельный криворожский и кавказский сланец.

Кладка во второй половине XIX в. применялась в основном цепная, наряду с другими видами кладки - английской, польской, голландской, готической и т. д. Фасады выкладывались узорчатыми рисунками из разноцветных кирпичей.

Во второй половине XIX и в начале XX в. в зданиях, фасады которых не покрывались штукатуркой, широко применялась тычковая кладка и швы обрабатывались специальным инструментом в форме полувалика.

Старые формы кирпичных сводов продолжали применяться даже в последней трети XIX в. Так, в Петербурге в 70-х годах было построено кирпичное двухэтажное здание литейной мастерской в арсенале, в которой все помещения перекрыты кирпичными цилиндрическими сводами шириной около 10 м [26].

Совет по изобретениям министерства путей сообщения в 1908 г. одобрил предложенную Фабрициусом систему кирпичной кладки, армированной полосовым железом, после чего она начала широко применяться в перемычках и в местах больших нагрузок на кладку. Большой объем строительных работ в конце XIX в. потребовал значительного количества строительных материалов, а увеличение этажности обязало строителей изыскивать новые пути облегчения возведения стен, изыскивать новые экономичные конструкции. В связи с этим создаются облегченные конструкции стен. Кирпич заменяется более легким материалом, толщину стен уменьшают за счет ее армирования. Разрабатываются новые методы расчета каменных конструкций, дающие возможность уменьшить толщину стен.

Пустотелые камни в кладках стен были применены строителями Н. Булычевым, Г. Тарлецким и др. Значительное распространение в этот период находит кладка А. Герарда.

Большое значение имело ускорение сушки стен. Срок сушки в один год был определен в 1857 г. строительным уставом. Кладка на известковом растворе требовала длительной сушки, и поэтому шли усиленные поиски способов ускорения просушки стен. Устраивались, например, вертикальные и горизонтальные каналы в кладке. Однако эта проблема была разрешена только в 1880 г. с появлением сложных цементно-известковых растворов, инициатором распространения которых был известный строитель А. Р. Шуляченко. В докладе на XIII съезде русских техников в 1910 г. А. А. Байков отметил значение деятельности А. Р. Шуляченко в решении этой проблемы в России.

Шуляченко Алексей Романович (1841-1903) Химик, специалист в области технологии строительных материалов. Основные труды посвящены теории твердения гидравлических вяжущих (гидравлическая известь и портландцемент), изучению причин разрушения бетона в морских портовых сооружениях и изысканию мер борьбы с этим явлением. Участвовал в разработке первых в России технических условий на цемент и научной номенклатуры вяжущих. Научно обосновал преимущества смешанных (известково-цементных) строительных растворов для каменной кладки. Энергично содействовал созданию отечественной цементной промышленности.

Широкое распространение во второй половине XIX в. получили каменные инженерные сооружения - различные резервуары, чаны, трубы под полотном железных дорог, заводские трубы с применением железных вертикальных связей. Применялись армокаменные конструкции, развернулось огнестойкое сельское строительство, различные конструктивные экспонаты которого демонстрировались на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде в 1896 г. и на сельскохозяйственной выставке в Саратове.

В городском строительстве дорогие облицовочные материалы - мрамор, гранит, известняк - заменялись дешевой керамикой. Получили применение цветная керамика и глазированный кирпич.

В начале XX в. в нормах, изданных московской городской управой, толщина стен верхних этажей в жилых домах назначалась (с учетом климатических условий) в 2,5 кирпича. Проводились экспериментальные исследования каменных конструкций. Так, в 1915 г инженер Н. Н. Аристов испытывал кирпичную кладку. Это было принципиально новым шагом в строительной науке, так как раньше о прочности каменной кладки судили только исходя из прочности кирпича а не конструкции в целом. В результате экспериментальных испытаний были составлены нормы на каменные работы [27].