Благодаря красивому чередованию рядов кладки, а также естественной окраске природных камней кладка из таких камней дает архитектору более широкие возможности эстетического характера, нежели другие строительные материалы. Но, поскольку она требует в основном ручного труда, причем рабочих высокой квалификации, что связано с повышенными затратами времени и средств, ее роль в строительстве уменьшилась, и на смену природному камню приходят другие материалы, более подходящие для механизации строительных работ. Кладочный раствор, который применяется для крепления кладки и равномерного распределения нагрузки, представляет собой смесь цемента с песком и небольшим количеством гашеной извести, затворенную водой до пастообразной консистенции. Песок должен быть крупнозернистым и хорошо подобранным по гранулометрическому составу.

Свойства строительного камня. Многие природные каменные материалы относятся к осадочным породам, естественная слоистость которых облегчает изготовление штучного камня. В декоративных целях могут применяться гранит и другие вулканические породы. Важнейшими свойствами строительного камня являются стойкость, легкодоступность, обрабатываемость, прочность, однородность, цвет и фактура. Требования, предъявляемые к строительному камню, зависят от характера сооружения.

Стойкость. Стойкость (а следовательно, и долговечность) строительного камня зависит в основном от его пористости, так как замерзание воды в полостях приводит к образованию в камне сколов и трещин. Водопоглощение камня, характеризующее его пористость, составляет примерно от 0,2% (по массе) для гранита до 0,5% для мрамора и сланца, 2% для песчаника и 4% для известняка. Разрушение может происходить и из-за кристаллизации поглощенных солей, оказывающей такое же действие, как и замерзание воды. К растрескиванию могут приводить расширение и сжатие, связанные с изменениями температуры. Коэффициент теплового расширения камня составляет около 0,00001/°C.

Доступность. Доступность камня зависит главным образом от удаленности карьера и условий транспортирования к месту строительства. Свежедобытый камень содержит «карьерную влагу», что облегчает его обработку.

Прочность. Прочность каменной кладки зависит от камня, кладочного раствора, рода сооружения и качества выполнения работ. Прочность на сжатие (в МПа): песчаник 15–150, известняк 20–200, мрамор 70–150, гранит 70–300. Плотность (в кг/м³): песчаник до 2600, известняк до 2700, мрамор 2500–2800, гранит и другие вулканические породы 2600–2700.

Однородность и цвет. Однородность камня нужна для того, чтобы строение не выглядело пестрым. Цвет материалов из осадочных пород зависит от растворенных минеральных солей. В некоторых материалах из-за таких минеральных солей под действием погодных условий могут возникать пятна обесцвечивания.

Обработка камня. Природные каменные строительные материалы используются в виде: а) штучного камня с обработанной поверхностью и б) бутового камня. Кладка из тесаного штучного камня, изготавливаемого, как правило, распиловкой, выполняется со швами (заполняемыми раствором) шириной не более 15 мм. Кладка из такого камня обычно ведется рядами, но может быть и бутовой. Кладка из каменных блоков выполняется со швами шириной от 15 до 25 мм. Бутовый камень бывает трех видов: рваный (необработанный), постелистый (плитообразный) и булыжник (округлый). Кладка такого камня осуществляется с толстыми швами и может быть бутовой либо рядной. «Кладка насухо» производится без кладочного раствора, но применяется она редко.

Производство кладки. При выполнении каменной кладки рекомендуется строго соблюдать следующие правила:

1) Самые крупные камни следует укладывать в нижние ряды.

2) Слоистые камни следует класть на их естественные «постели».

3) Для перевязки стены необходимо, чтобы швы верхнего ряда шли поперек швов нижнего и было правильное число «тычковых» камней, т.е. камней, выходящих на поверхность стены своей торцевой гранью.

4) Пористые камни необходимо смачивать перед укладкой, чтобы предотвратить поглощение воды из раствора.

5) Промежутки между внутренними торцами камней должны быть заполнены щебнем и раствором.

6) Если требуется сдвинуть уложенный камень, то следует снять его и после очистки уложить снова.

7) Кладку не следует производить при температурах ниже 0° C.

8) Облицовку из тесаного камня следует класть заодно со стеной или скрепляя ее со стеной так, чтобы компенсировались различия в тепловом расширении и сжатии.

9) Поскольку камни из осадочных пород наиболее прочны в направлении, перпендикулярном плоскости постели, их следует укладывать так, чтобы эта плоскость была горизонтальной.

Стандартные размеры американского кирпича 206ґ102ґ62,5 мм (допускаются и нестандартные размеры). Английский кирпич несколько больше: 225ґ110ґ75 мм. По российскому стандарту размеры кирпича – 250ґ120ґ65 мм и средняя масса 3,6 кг. Прочность на сжатие лежит в пределах от 15 до 150 МПа. Ширина шва должна находиться в пределах 6–12 мм для обычного кирпича и меньше – для прессованного. Кирпичи должны укладываться на полную постель раствора, а вертикальные швы – заполняться без пустот. Лицевая поверхность шва в зависимости от задуманной архитектором отделки может обрабатываться в пустошовку (под штукатурку), в подрезку (заподлицо со стеной) или расшивкой, придающей поверхности шва форму валика, выкружки и т.п. При американской перевязке швов (по многорядной системе) после первого ряда тычковых кирпичей идут 4–7 рядов ложковых (со смещением вертикальных швов), при английской – ряды тычковых кирпичей чередуются с рядами ложковых, а при фламандской в каждом ряду тычковые кирпичи чередуются с ложковыми. При ложковой перевязке поверхность стены образуется только ложковыми (продольными узкими) гранями кирпичей, причем вертикальные швы ряда приходятся на середину кирпичей в соседних рядах. Прочность кирпичной кладки на сжатие составляет 7–25 МПа, на растяжение – 0,18–0,7 МПа. Максимальное и минимальное напряжения в кирпичном столбе при внецентренной нагрузке рассчитываются по формуле S = P/A (1 + 6 e/d), где P – нагрузка, A – площадь поперечного сечения, e – эксцентриситет нагрузки, а d – боковой размер в направлении внецентренности. Если высота кирпичного столба примерно в 10 (и более) раз больше его наименьшего поперечного размера, то следует рассматривать его как колонну и снижать допускаемое максимальное напряжение, чтобы иметь запас прочности на случай внецентренного нагружения. При этом для расчета нагружения можно пользоваться формулой S/(1 + 0,002 R²), где S – допускаемое удельное напряжение в кубе кирпичной кладки, а R – отношение высоты колонны к ее наименьшему поперечному размеру.

Выцветание, т.е. появление беловатых пятен на кирпичных стенах, обусловлено отложением солей на поверхности при испарении влаги из кладочного раствора и кирпича. Несмотря на неприглядный вид, выцветание безвредно и может быть удалено слабым раствором соляной кислоты.

Бетонные камни обычно изготавливаются из смеси 1 части цемента с 4 частями заполнителя. До 27% объема такого камня приходится на пустоты, так что плотность может составлять всего лишь 1000–1200 кг/м³. Стандартные размеры бетонного камня 200ґ200ґ400 мм, прочность на сжатие – около 7 МПа (в расчете на площадь поперечного сечения брутто). Керамические пустотелые камни выпускаются разных размеров, их прочность на сжатие составляет 15–30 МПа (в расчете на площадь поперечного сечения нетто).

Бетон – это искусственный каменный материал, состоящий из осколков природного камня (крупного заполнителя) и песка (мелкого заполнителя), связанных цементом, который активируется водой и затем «схватывается», т.е. переходит в камневидное состояние на воздухе (воздушный цемент) или в воде (гидравлический цемент). Цемент, затворенный водой, превращается в пластичную массу – вяжущее цементное тесто, которое обволакивает частицы заполнителя и заполняет промежутки между ними. Схватывание цемента обусловлено гидратацией и кристаллизацией некоторых соединений, таких, как силикаты и алюминат кальция.

При составлении бетонных смесей руководствуются пропорцией цемента, песка и камня, выражаемой в виде отношения объемных частей, скажем 1:2:4. Но чаще указывается отношение, показывающее, сколько на одну объемную часть цемента приходится объемных частей всего заполнителя, например 1:6, причем предполагается, что заполнитель будет фракционирован для самой плотной бетонной смеси. Воды нужно брать лишь столько, сколько необходимо для получения пластичного теста, так как лишняя вода снижает качество бетона. Количество воды лежит в пределах от 1:3 для самых густых («жестких») смесей до 1:12 для очень жидких. Чаще других используются «пластичные» смеси с содержанием воды от 1:6 до 1:9 по объему. В технических условиях может быть задана прочность бетона на сжатие, и тогда состав бетонной смеси рассчитывается соответственно требуемой прочности. Прочность бетона составляет: на сжатие 7–25 МПа, на растяжение 0,7–1,5 МПа и на сдвиг 7–10 МПа. В тех случаях, когда бетонные элементы конструкции должны выдерживать значительные нагрузки на растяжение или на изгиб, бетон армируется.

Каменная кладка применяется в строительстве таких сооружений, для которых оправданны дополнительные затраты, а также при возведении сооружений, которые в ходе нормальной эксплуатации периодически подвергаются воздействию влаги и воздуха, – плотин, волноотбойных и подпорных стенок, мостовых устоев, пирсов и дымовых труб. В зонах с теплым и сухим климатом, например в Египте и Греции, каменные строения стояли веками, но в странах с влажным и холодным климатом они быстрее разрушаются из-за замерзания воды. Каменная кладка очень прочна на сжатие, но у нее низка прочность на растяжение, сдвиг и кручение. Поэтому каменные сооружения с арочными и оболочечными перекрытиями, такие, как церкви и зрительные залы, уязвимы для ураганов и землетрясений, если стены не армированы. Брандмауэры, возводимые поперек крупных зданий для разобщения смежных помещений, препятствуют распространению пожара, а здания, полностью выполненные из камня, огнестойки. См. также СТРОИТЕЛЬСТВО ЗДАНИЙ; ПЛОТИНА; КОНСТРУКЦИОННЫЕ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

Баженов Г.Л. Прочность и устойчивость зимней каменной кладки. Горький, 1969
Каталог систем перевязки в кирпичной кладке. М., 1974