Історія розвитку кам'яної кладки. Стародавні технології кам'яної кладки
Кам'яні матеріали з давніх часів, поряд з деревом, складають основу будівництва. Ще в доісторичний період, в так званий «кам'яний вік», людина споруджував з природних каменів притулку печерного типу і гробниці для могутніх ватажків. До таких споруд відносяться так звані дольмени, менгіри і кромлехи.
Дольмени - це дві кам'яні плити в людський зріст, поставлені як опори, на які зверху покладена така ж плита. Такі П-подібні споруди знайдені в усіх європейських землях, в Середній Азії, Індії, Скандинавії, на Кавказі і навіть у Африці.
Інші пам'ятники того ж віддаленого часу - менгіри або великі грубі кам'яні колоди, поставлені сторч, рядами або поодинці.
Якщо менгіри поставлені так, що утворюють коло, то вони називаються кромлехами. Збереглися залишки кромлех, що складаються з сотень величезних колод, а в середині їх дольмен. Цілком ймовірно, всі ці кам'яні споруди ставилися або як релігійні пам'ятники, або на честь важливих осіб. Деякі вчені думають, що кромлехи - це храм Сонця.
Наступним етапом застосування природного каменю в будівлях було зведення з зовсім неотесаних каменів стін укріплень або жител. Камені накладалися один на одного майже без будь-якого порядку. Якщо камінь не міг щільно прилягати до іншого, то простір між ними заповнювали осколками; у всякому разі невідомі нам майстри намагалися так підбирати камені, щоб вони по можливості щільніше прилягали один до одного без розчину. Такі стіни для житлових будівель ставилися зазвичай біля скелі або біля стіни фортеці, щоб досить було звести лише дві стіни, перекрити двома-трьома колодами, накласти гілки разом з листям і присипати землею.
За три тисячі років до нашої ери людина вже вмів обробляти (стісуються, прішліфовивать) природні камені і зводити з них різні споруди. При цьому від кладки «насухо» поступово був здійснений перехід до кладки на глині, а за тисячу років до н. е. коли були розкриті властивості Вапняку, - на вапняному розчині.
У другому і першому тисячолітті до нашої ери, поряд з природним каменем, і перш за все там, де його мало, для будівництва оборонних і палацових споруд, а також багатих будинків почалося застосування сирцевої цегли (висушені на сонці цеглини з глини) і глинобитних каменів ( глина, змішана з соломою).
При цьому застосовувалася укладання в конструкцію ще зовсім сирого цегли; накладені один на інший без розчину, вони щільно злипалися, створюючи монолітну кладку. Висушені сирцовиє цеглини і глинобитні камені укладалися на глині, вапна (в різних землях по-своєму). Застосовувалися й інші способи кладки. Наприклад, грецькі будинки за тисячу років до нашої ери (опис Гомера) будували з просушеного глиняної цегли - сирцю. При кладці цеглини накладали один на одного, змочивши трохи водою.
Уже в I тисячолітті до н. е. людина вміла обпалювати глиняні цеглини; укладку їх в стіни виробляли на вапняному або якомусь міцному розчині. По суті це були прямокутні керамічні плити довжиною від 31 до 65 см і товщиною 5. 10 см.
На території Радянського Союзу раніше всього цегла з'явився, в Причорномор'ї, колишнє свого часу грецькою колонією, завойоване потім Римською імперією. В Камиш-Бурдуна був розкопаний грецький будинок, що відноситься до VIII - VI століть до н.е. Стіни його викладені з сирцевої цегли.
На території Кримського півострова застосування керамічної цегли відносять до I - II століть до н. е. в спорудах грецької колонії. Звичайно, він не був таким, який застосовують в сучасному будівництві. Це були керамічні плити довжиною до 59 см і товщиною 4. 7 см. Їх називали «плінфи».
У період розквіту Київської Русі в X - XI століттях нашої ери на території країни вже був багатий досвід виготовлення керамічної цегли (плінфи) розміром близько 32 X 40 см, товщиною 3,5. 5 см. Велику товщину плинфа через примітивне підлогового випалу отримати було важко.
В XI - XII століттях більшість кам'яних будівель (кріпосні стіни, сторожові вежі, храми) зводили з природних грубо оброблених каменів і плит. Цегла застосовувався лише в небагатьох спорудах в якості прокладних вирівнюють рядів кам'яної кладки. В подальшому по мірі розвитку виробництва цегли (плінфи) основний стає кладка з цегли, а через 5 рядів її укладався з кам'яних плит (іноді завтовшки до 0,5 м) прокладний ряд. При цьому товщина шару вапняного розчину досягала, а іноді і перевищувала товщину цегли.
Така товщина швів по всій ймовірності пояснюється тим, що вапняний розчин з додаванням цимянкі (товченої цегли) має велику міцність (до нашої теперішньої марки «50»). Це робило шви досить міцними. Мабуть товсті шви були також і вигідні через дорожнечу плинфа і природним тому бажанням економити їх кількість. З іншого боку, груба Бутова кладка не в поєднанні з рядами плінфи вимагала постійного вирівнювання рядів, що досягалося за рахунок товщини швів розчину.
В цей же період тривало вдосконалення кладки з природних грубоколотий, тесаних, пришліфованих каменів. У різних регіонах переваги віддавалися місцевих традицій. В якості ілюстрації цього положення становить інтерес історично склалася самобутня техніка кам'яної кладки з туфу в Вірменії. Це кладка «Мідіс», яка складається з трьох шарів: зовнішні з каменів грубого окола у вигляді усіченої піраміди, обтесаних з особи, а також по ліжках і гранях на глибину 3 - 4 см, а внутрішній шар - з бутораствора, виконаного під «затока ».
Камені в верстах встановлюють насухо з вельми щільною приганянням фасадних швів; з тильного боку межі каменів утворюють горизонтальні і вертикальні шви клиновидного перетину. Для утримання каменів у вертикальному положенні (вони спираються один на одного лише пришліфованою на ширину 3 - 4 см гранями) їх фіксують клиновидними лещадкамі. Після установки ряду каменів простір між ними (між зовнішніми стінками) заповнюють лещадкамі того ж каменю і заливають пластичним розчином.
Щоб підвищити міцність, в верстах кладки «Мідіс» через 2 - 3 ложкових кладуть тичковий камінь; камені перед укладанням зволожують, поливаючи водою, але при цьому не допускаючи перезволоження. Завдяки повсюдному контакту розчину з камінням і клиноподібної формі розчинних швів кладка «Мідіс» має підвищену сейсмостійкість, що і пояснює застосування її з давніх часів до наших днів.
У XV - XVI століттях поряд з кам'яними кріпосними стінами, монастирями і т. П. З грубообробленого і тесаного каменю стали будувати цегляні будинки. Розміри цегли наблизилися до сучасних: 30X 15X 9; 30X 14X 8; 29X ЇХ 6,5 см. В кінці XVII ст. цегляна виробництво розвинулося настільки, що цегла став провідним в кам'яних конструкціях. У цей період була зроблена спроба встановити одноманітність цегли за розмірами. Для «казенних» заводів встановлювався стандартний розмір 7X3X2 вершка (31 X 14X 9 см) - «Государев цегла».
Однак розрізнене кустарне ручне виробництво в набивних дерев'яних формах не дозволяв вирішити цю задачу. Спроба регламентації розмірів цегли робилася також Петром Першим і передбачала його довжину 11 дюймів (280 мм), ширину 5 1/2 (140 мм) і товщину 3 дюйма без чверті (70 мм).
До початку XIX ст. не тільки форма цегли стає правильнішою, але і якість помітно поліпшується. Протягом XVIII - XIX століть стіновий цегла в Росії в основному випускався товщиною 11 і 1 1/2 вершка або 55 і 66 мм. Відсутність стандартних розмірів цегли залишалося до 30-х років нинішнього століття. У цей період (XVIII - початок XX ст.) Застосовувалися в основному три способи цегляних кладок: польська, або верстова, тичковая і ланцюгова. Причому верстова (польська) була переважаючою. Це найдавніший вид кладки, вона не вимагала цегли точних розмірів. Це компенсувалося стовщеннями швів, а чергується укладання ложкових і точкових цегли у верстах легко забезпечує перев'язку вертикальних швів. До речі, цей прийом перев'язки був запозичений від кладки з природних каменів і зберігся до цих пір в бутової кладці.
Тичковая кладка: версти викладаються тільки стусанами, для перев'язки їх із кладкою застосовують половинки. Тичковая кладка вимагає більш рівного цегли, в ній можна більше використовувати половняка (до 15. 20% обсягу цегли), більша кількість швів на фасаді забезпечує краще зчеплення штукатурки з кладкою, що відіграло важливу роль будівництва того періоду. Цей тип кладки був характерний для Москви.
Третя система кладки - ланцюгова з чергуються точкових і ложкових верстами. Вона не була знайома російським будівельникам того часу і застосовувалася тільки в Петербурзі весь XVIII століття нарівні з верстовий. Це наслідок закордонного впливу (вірніше за все, Голландського).
При ланцюговій системі перев'язки ложки в кладці розташовуються один над іншим по вертикалі, точно так же, як в верстовий, - польської. На відміну від неї в яку застосовували в Росії хрестової перев'язці (з також чергуються точкових і ложкових рядами), ложки розміщуються вразбежку, як би в шаховому порядку.
Цегляні кладки будівель часто поєднувалися з кладками і облицовками з природних каменів у вигляді блоків, плит, валунів. У XVIII - XIX століттях в Росії широко застосовувався в декоративних цілях білий камінь (вапняк). Пояснюється це наявністю його на території Росії, легкістю обробки. Особові і бічні грані гладко обтісує на всю товщину облицювання, а хвостові частини каменю залишалися в середньому у для кращого зчеплення з розчином. Камені при кладці притісують один до одного без найменших щілин, в які могло б увійти лезо ножа.
В рядах облицювання камені чергувалися ложками і стусанами. Точкових камені заглиблюють в масив кладки; висота їх повинна бути не кратна певному числу рядів цегляної кладки (зазвичай 3 - 4 вершка, т. е. 133 - 178 мм). Це забезпечувало потовщення швів під і над ними, охороняло облицювання від руйнування під час осідання стін.
У староруської кладці широко застосовувалися візерункові перев'язки на лицьовій поверхні. В кожному візерунку застосовувалося не менше двох кольорів або відтінків цегли. При цьому цеглини укладаються не тільки горизонтально, а й похило і вертикально, даючи можливість отримувати узорно-рельєфну кладку.
У кладках XVIII - XIX ст ст. широко застосовувалися русти, яким поряд з різного типу пасками, карнизами, пілястрами, сандриками та іншими архітектурними деталями надавали декоративну виразність поверхонь стін. Русти звичайно робили випуском кладки на 1/4 цегли; висота рустов застосовувалася від 2 - 3-х рядів до 7 рядів. Між рустами (по висоті) проводився один або два ряди цегли.
Широко застосовувалася кладка кам'яних арок, склепінь, куполів. Склепінні кам'яні перекриття використовувалися не тільки при зведенні церков, соборів, але і житлових будинків, будівель виробничого призначення.
Перемички, або, як їх називали будівельники XVIII століття, «прямі склепіння», застосовувалися в кам'яному будівництві з незапам'ятних часів. До розвитку виробництва керамічної цегли їх зводили з природних каменів, спочатку у вигляді цілісних плит або каменів над прорізами, потім у вигляді арок різного обриси або клінчатих перемичок. У міру розвитку виробництва цегли стали широко застосовуватися не тільки клинчасті і арочні, стрілчасті або лучкові перемички, а й цегляні склепіння (склепінні перекриття і покриття), в тому числі цегляні «прямі склепіння».
Одна зі старих традицій в кладці перемичок клинчатого типу - «Ярославська перемичка» - надзвичайно проста і разом з тим міцна. Вона викладалася з необтесаного цегли, симетрично щодо вертикальної осі отвору, цеглу укладалися під кутом до горизонталі приблизно в 80 °. Шви мали точки сходу на серединній вертикалі і були паралельні між собою з кожного боку прорізу. Замість замкового каменю влаштовувалася «ялинка» з тесаних цегли.
Інженерна думка протягом усіх століть усвідомленого технічної творчості шукає шляхи вдосконалення кам'яних конструкцій. Це найбільш наочно в частині зниження витрати матеріалів. Стіни сучасних будівель в 2 - 3 рази тонше кам'яних стін XIII століття. Розміри кам'яних будівель незрівнянно більші проти колишніх.
Прагнучи замінити спалиму дерев'яну конструкцію будинку, Герард запропонував і застосував в будівництві в 1829 - 1832 роках полегшену цегляну конструкцію стін, що складається з двох стінок в півцеглини кожна; простір між ними заповнювався спочатку сіном, соломою, тирсою, землею, мохом, а потім золою, шлаком. Між собою стінки скріплювалися особливими залізними скобами. Це була одна з найстаріших кладок полегшеної конструкції. В подальшому виникло багато різних варіантів кладки системи Герарда, в тому числі взаємного скріплення стінок цеглою, а також інших варіантів кладки полегшеної конструкції.
Як уже зазначалося, в XVIII - XIX ст. для кладки застосовувалися вапняні розчини. Деякі сорти вапна не мали гідравлічних властивостей, тому в розчини, щоб зробити їх погодостійких, додавали цем'янки - товчений цегла, черепицю і т. Д. Щоб прискорити процес твердіння, в них нерідко додавали нашатир. Для кладок цього часу характерна обробка швів вподрезку у вигляді рівнобедреного заглибленого трикутника або односторонньої підрізування. Робилося це для кращого зчеплення штукатурки фасаду з кладкою.
У 1920 - 30-х роках застосовувалися ще недостатньо раціональні прийоми і способи організації кам'яної кладки, що вимагало, за сучасними оцінками, необгрунтовано великих витрат праці. Так, наприклад, для того щоб забезпечити правильну перев'язку вертикальних швів, в верстах кладки проводилася попередня укладання їх в версту насухо. Ще на початку тридцятих років нинішнього століття у нас було потрібно повне заповнення всіх вертикальних швів кладки розчином. Для цього кладку заливали рідким розчином «пирскаючи», легко проникають в вертикальні шви. Цим гарантувалася непродуваемость кладки. Однак в наступні роки від цих прийомів відмовилися, так як стали застосовувати укладку цегли способами «вприсик» і «впріжім», що з урахуванням подальшого розтягнення розчину по ліжку для кладки наступного ряду забезпечує заповнення швів розчином, а перев'язка швів тепер досягається і без попередньої верстки цегли насухо.
У ці ж роки широко застосовувалася підносить цегли на підмостки «козоносамі» - так називали робітника, переносив цегла за допомогою навешиваемой на плечі (зі спини) площадки з ніжками-підставками. Розчин для кладки ще нерідко накидав на стіну сам муляр кельмою; він одночасно лівою рукою брав цегла, а правою - розчин і виконував кладку без підсобних робітників.
Разом з тим деякі прийоми, що використовувалися в ті роки, не втратили своєї доцільності і в наші дні. Наприклад, для розбивки кладки по висоті застосовували рейки, відповідні висоті поверху, на які нанесені висоти підвіконь, перемичок віконних і дверних та ін. Перший поверх розмічають від нульової позначки (верх підлоги першого поверху). Далі за цими рейках на висоті підлоги кожного поверху випускаються на чверть з кладки окремі цеглини, на які встановлюються ті ж рейки, і по ним ведеться розбивка по висоті наступного поверху. Випущені чверті цегли після закінчення кладки зрубують.
До 1930 р в СРСР застосовувалася в основному верстова або ланцюгова система перев'язок, в той час як в США вже широко використовувалася багаторядна кладка з перев'язкою ложков стусанами тільки через 5 рядів. Тепер ця кладка є у нас основний.
На основі американського досвіду в 30-х роках радянськими фахівцями розроблені і тепер широко застосовуються трехрядная система перев'язки стовпів і простінків, а також розкладка цегли в кутах і місцях перетину стін з мінімальним використанням неполномерних цегли.
Радянські фахівці багато зробили для раціоналізації технології кам'яної кладки, зниження витрат праці за рахунок застосування інвентарних засобів виробництва, розробки і застосування нових інструментів. Натомість кельми з маленькою площею лопатки введена комбінована кельма з великим полотном, що застосовується в даний час.
Ф. І. Мальцев винайшов ківш-лопату (іменовану тепер розчинної лопатою), зручну і для подачі на стіну розчину і для попереднього розрівнювання його. Раніше, як уже зазначалося, муляр накидав розчин на стіну кельмою сам. Одне з найбільших досягнень наших фахівців - ліквідація сезонності кам'яної кладки. До 1933 р цегляна кладка в СРСР, як і багато років ще після в інших країнах, виконувалася лише в період до настання негативних температур, т. Е. Влітку, або в тепляках. Це сильно гальмувало хід будівництва. Завдяки розробленим методам, які увійшли потім до правил (підвищення марок розчину для зимової кладки, застосування пластифікаторів і підігрітого розчину, застосування протиморозних добавок, регламентування правил зимової кладки і т. Д.), В країні з сорокових років цегляна кладка при будівництві будівель ведеться цілий рік .