ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ СТЕНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
Советы архитектора
LitinskyandLitinsky. com

 

Каждый раз после посещения строительных выставок я все больше убеждаюсь в том, что объективная оценка качественных свойств строительных материалов и конструкций утеряна. Репутация брендов и денежные вливания для продвижения продукта на строительные рынки делают свое нехитрое дело переворачивая все с ног на голову. Менеджеры по продаже рассказывают невероятные вещи про свою продукцию не понимая обоснованности сказанного, а доверчивый покупатель, конечно, зачастую верит всему этому. В результате я решил написать ряд статей под общим названием "Советы архитектора" посвященных теме строительных материалов и конструкций тем людям, которые озадачены вопросами строительства, но не могут определиться с выбором материала.
Первую статью я решил посветить модульным материалам стеновых конструкций для несущих и не несущих элементов здания. Это, обычно, наиболее часто задаваемый вопрос у заказчика перед началом работ при проектировании дома. Итак речь пойдет о таких распространенных материалах в нашей стране как полнотелый глиняный /силикатный кирпич, пустотный керамический блок, газобетонный/пенобетонный блок. Прежде всего стоит определить критерии, по которым можно будет проанализировать и сравнить материалы. Не стану сильно углубляться в детали и выделю основные факторы которые влияют на выбор материала:
-прочность и долговечность материала,
-способность накапливать влагу и энергоэффективные свойства материала,
-трудоемкость монтажа и ориентировочная стоимость материала,
-экологичность.
Характеристики прочности и долговечности материала обычно рассматривают в контексте придела прочности на сжатие, потому как основная работа стеновой конструкции это работа на сжатие. Измеряется эта величина в (кгс/см²) и обозначается буквой "М". Немаловажное свойство материала которое в большей степени отвечает за долговечность является
морозостойкость, которое по сути определяет количество циклов размораживания и заморозки материала при его максимальной влагонасыщенности. Тест на морозостойкость проводят до его критичного разрушения, то есть после которого он приходит в негодность. Морозостойкость обозначается буквой "F".
Характеристики энергоэффективности материала прежде всего определяются теплоизоляционными свойствами материала и обозначаются коэффициентом теплопроводности материала "λ"( лямбда) ,размерность (Вт/(м•°С)). Этот коэффициент обратно пропорционален,

то есть чем меньше значение "λ" тем лучше теплоизоляционные свойства.

Также нужно понимать на сколько материал
теплоемкий, то есть способный поглощать и накапливать теплоту при повышении температуры. Значение измеряется в (Дж/(кг•°С)) и обозначается "с". Теплоемкость влияет на способность стены компенсировать падения температуры внутри помещений при неравномерной работе отопительных приборов и влияет на теплоустойчивость, что в свою очередь влияет на комфортность прибивания в помещении.
Влагонакопление происходит через сорбцию, ее можно условно разделить на способность материала поглощать влагу из воздуха, называемой гигроскопичностью и способность материала поглощать и удерживать влагу при соприкосновении с ней, называемой водопоглощением. Влагонакопление важное свойство, потому как вода является очень теплоемким материалом и обладает большим коэффициентом теплопроводности. Чем больше влаги в материале, тем хуже теплоизоляционные свойства самого материала. Влагонакопление измеряется в процентном соотношении массы сухого материала к массе увлажненного и обозначается "wв"- влажность по массе. Для большей наглядности, я буду рассматривать максимальные значения увлажнений материалов(100%) при температуре в 20°С.
Характеристики трудоемкости монтажа это достаточно размытые показатели, потому что, во-первых, трудоемкость опытного строителя и неподготовленного разняться, а так же играет роль оборудование. Будем считать, что все выполняется специалистом одного уровня с наличием хорошего оборудования.
Ориентировочная стоимость материала тоже имеет относительные показатели, потому как рынок меняется в зависимости от сезона ,спроса на материал , его постоянную востребованность, привозной или местный. Я постараюсь оценивать рынок отечественных материалов для большей объективности на период лета 2017г. Будем вести расчет на количество материала в 1м³. Так же есть свойства материала, которое мы будем упоминать в разных разделах, соприкасающихся со всеми остальными, это плотность и пористость. Можем говорить о том что эти два свойства взаимозависимы. Меньше плотность - больше пористость, больше плотность - меньше пористость. Плотность и пористость фактически показывает возможность приблизительно оценивать теплопроводность, а так же вес и влагонасыщение. Зная теплоемкость и плотность материала можно определить количество тепла, которое может накопить материал.
Итак начнем!

КИРПИЧ

Кирпич это первое, что стоит рассмотреть. Этот материал проверен временем поэтому это самый честный продукт, не требующий опровержений. Его я рассмотрю только для того, что бы иметь наглядное сравнение для других материалов. Другой настолько популярный материал для строительства сложно и представить, причем его актуальность и не собирается падать, а напротив все больше и больше возрастает. Если говорить о стеновой конструкции то будим рассматривать лишь обычный кирпич. Клинкерный кирпич, думаю, попадет в одну из следующих статей, как отделочный материал. Марочная прочность обычного полнотелого глиняного кирпича может быть от М 50 до М 300, для силикатного от М75 до М250. Морозостойкость в циклах для глиняного кирпича F15 до F150 и для силикатного от F15 до F50. Такие значения дают возможность вести многоэтажное строительство не говоря уже и о небольших постройках. Такой материал долговечен. Срок эксплуатации конструкции может достигать 120лет и более! Как аксиома нужно знать, что форма камня и правильность его геометрии влияет на прочность кладки поэтому, кладки из силикатного кирпича крепче, чем из керамического кирпича аналогичной марочной прочности.
К рассмотрению предлагаю кирпич М100, как самый распространенный материал при возведении зданий.
Влажность материала по массе wв ( дальше просто влажность) при влажности воздуха 100% составляет для глиняного кирпича 0,53% ,а для силикатного 0,9 % при одинаковой плотности 1700 кг/м³, это значит что силикатный кирпич имеет почти в два раза большее влагопоглощение по сравнению с глиняным, хотя по сути оба значения незначительны. Теперь рассмотрим энергоэффективность.
Теплопроводность кладки из глиняного кирпича λ= 0,81 Вт/(м•°С)
Теплопроводность кладки из силикатного кирпича λ= 0,87 Вт/(м•°С)
Из этого можно заключить, что керамика все же немного теплее чем силикат, но оба материала имеют слабые теплоизоляционные свойства. Теплоемкость кладки из глиняного кирпича с=0,88 кДж/(кг•°С)
Теплоемкость кладки из силикатного кирпича с=0,84 кДж/(кг•°С)
Оба материала хорошо усваивают тепло обладая высокими коэффициентами теплоусвоения. Учитывая их высокую плотность а значит и большую массу , можно смело говорить, что в стеновой конструкции кирпич служит как хороший тепло-аккумулятор. Утепленная снаружи стена из кирпича будет достаточно теплоустойчивой. Теперь давайте поговорим о монтаже. Как уже видно из свойств материала кирпича, он достаточно тяжелый. Вес одного керамического/силикатного кирпича составляет в среднем около 2,5 - 3,5кг . Из-за этого возникают сложности с ведением кладки. Под весом кирпича раствор просаживается, поэтому рекомендуется укладывать за смену не более шести рядов. Но если есть возможность использовать безусадочные растворы, тогда возможно снять разумные ограничения с проводимого объема работ. Сам процесс укладки кирпича достаточно трудоемкий и сложный , требующий значительного количества раствора и воды. С одной стороны кладка надежно схватывается, но с другой стороны в возводимой стене значительно увеличивается количество строительной влаги. Стены из кирпича возводятся медленно и неторопливо. Выполнение подрезки отверстий или штробление требует больших трудозатрат и мощного и за частую тяжелого оборудования.

Стоимость керамического кирпича М 100 составляет 2.5 грн. за одну штуку на нынешний момент (лето2017).В одном метре кубическом 512 кирпичей. Выходит, что за один куб керамического кирпича нужно отдать 1280 грн.
Так же стоит упомянуть о необходимом количестве кладочной смеси. При укладке стены в один кирпич( то есть 250мм ) необходимо по норме расхода 0.221 м³ смеси марки не менее чем М 75. Исходя из того, что 1м³ смеси такой марки стоит около 900 грн., получится еще около 200 грн.
И того суммируя все расходы получаем 1480 грн.

Силикатный кирпич такой марки будет около 2 грн. за одну штуку. Стоимость 1 м³ составит 1024 грн. Добавив к этому еще стоимость смеси получаем всего 1224 грн.

КЕРАМИЧЕСКИЕ ПУСТОТЕЛЫЕ БЛОКИ

С этим материалом связано наверное наибольшее количество мифов. Так, например, существует мнение, что при определенной толщине этот материал не требует утепления, что он на столько же прочный как кирпич и достаточно легко укладывается. Из своего личного опыта могу сказать, что данный материал по большому счету переоценен. Проходя профессиональную сертификацию в 2012 году одним из предметов изучения была "Сертификация строительных материалов". Лектор рассказал, что при проведении реальных исследований пустотных блоков на базе научно-испытательских лабораторий выявили несоответствие заявленных теплотехнических характеристик реальным показателям, даже если керамоблоки укладывать на теплый раствор.
Я решил провести анализ и разобраться в причинах такого несоответствия.
За рассматриваемый образец возьмем "Кератерм" размерами 380х248х238 мм.
Марочная прочность указанная изготовителем М100 , морозостойкость F 25, пустотность 50% . При всем этом плотность материала составляет P=780 кг/м³, масса блока составляет 17,5 кг.
Для скептиков отечественного материала я так же рассмотрю "Porotherm 44 P+W". Его размеры 440x248x238 мм, масса 20кг, пустотность 50%. Читая характеристики керамического блока "Керотерм" можно подумать, что материал кроме своей пустотности имеет достаточно низкую плотность 780 кг/м³. Это означает, что кроме пустот, в теле керамического материала ребер должно находится большое количество пор. Действительно, есть так называемый трепельный кирпич с пористой структурой, который имеет плотность около от P= 700 кг/м³ до P= 1300 кг/м³ . Такой керамический материал имеет более низкий коэффициент теплопроводности по сравнению с обычным кирпичом λ= 0,42 ...0,56 Вт/(м•°С). Однако есть маленькое но!
Если рассмотреть обычный полнотелый кирпич марочной прочностью М100, то его плотность составит где-то P= 1700кг/м³ . Итак есть некое несоответствие. В рекламных буклетах указано что материал пустотного керамического блока имеет меньшую плотность и большую пористость. Его структура не целостная как у кирпича и состоит из большого количества тонких ребер, но прочность обоих материалов на сжатие соответствует марке М100. Как такое может быть?
На самом деле заявленная плотность блока P=780 кг/м³ это так называемая пустотная плотность(брутто), то есть усредненная плотность материала с учетом объема пустот. Реальная плотность керамических простенков пустотной керамики в 2 раза выше и составляет 1560 кг/м³ и это можно достаточно легко проверить.
Из школьного курса физики известно, что бы вычислить плотность материала, нужно его массу разделить на его объем ( p= m/V). Объем блока равен 0,380х0,248х0,238=0,0224 м³. С учетом его пустотности 50%, следует так же и уменьшить объем на 50%

V =0,0224-50%=0,0112 м³.

Если этого не сделать то получится та самая заявленная производителем пустотная плотность(брутто) -17,5/0,0224 = 780 кг/м³. Реальный показатель плотности самого керамического материала "Керотерм"будет следующий.

17,5/0,0112 = 1562,5 кг/м³.

Плотность керамических простенков"Porotherm 44 P+W",пользуясь теми же вычислениями, составит P= 1540 кг/м³.
 
Это означает, что в основе двух разных керамических блоков использована практически та же самая плотная керамика, как и для полнотелого кирпича. Но как быть с пустотностью, как она влияет на крепость пустотного камня?
Взяв в руки книгу "Справочник проектировщика" в разделе "физико-механические свойства кладки"

находим, что наличие пустот в камне уменьшает прочность пустотелых камней (их марку) и прочность кладки из них.

При этом при наличии больших пустот, прочность кладки уменьшается в большей степени, чем прочность самого камня. То есть, прочность пустотного блока, может быть достаточно большой, но кладка из такого блока не будет обладать столь высокими показателями. Это объясняется более неравномерным давлением в кладке из пустотелых камней, а также сложным условием работы перегородок в них.

Также указано, что при рациональном расположении пустот в кладке из керамических пустотных камней ее прочность может быть не хуже кладки из рядового кирпича.

В данном случае речь конечно же идет о большом количестве совпадений в расположении пустот и ребер блока при горизонтальной перевязке разных рядов. Если этого не происходит, то могут возникнуть местные сжатия, происходящие при загрузке только части опорного сечения материала, что может привести к трещинообразованию.
Важно отметить, что производители пустотного камня рекомендуют к использованию теплые растворы, которые менее плотные и прочные из-за пористых наполнителей. Это тоже значительно влияет на прочностные характеристики самой кладки из пустотного камня. Теперь рассмотрим блоки в контексте вышесказанного.
В блоке "Керотерм" из-за того, что крайние грани с пазогребневым соединением в паре на каждом новом ряду смещаются, они не имеют в нижележащем ряду такого же по площади керамического слоя для переноса вертикальной нагрузки, попадая на ребра с пустотами. Во-вторых, если совпадает расположение пустот и ребер между двумя блоками в верхнем и нижнем рядах во одном месте, то на смежных блоках такого полного совпадения не происходит .(см. рис. 1).
В блоке "Porotherm " структура с пазогребневым соединением тоже смещается на каждом новом ряду, увеличивая местные сжатия, но опирание на ребра структуры происходит более продуманно.(см. рис. 1).

Рис.1

На практике, совпадения ребер в обоих блоках добиться достаточно сложно, из-за того, что во-первых, это сложно проконтролировать в процессе строительства, а во-вторых, любая керамика при обжиге немного деформируется и с учетом незначительных толщин внутренних ребер идеального совпадения не происходит.

Таким образом, можно сделать заключение, что кладка из блоков "Керотерм" "Porotherm " не может иметь таких же прочностных характеристик, как равная по размерам кладка из полнотелого кирпича.

Табличное значения влажности по массе составляет w= 1%. Это говорит о незначительном влагопоглощении, по сравнению с кирпичом, а так же слабом влиянии влаги на теплоизоляционные свойства.
Удельная теплоемкость кладки для пористого камня с=0,88 кДж/(кг•°С), то есть такая же как и для кладки из полнотелого кирпича, но из-за пустотности и соответственно меньшей массы она будет в 2-3 раза меньше. Это говорит о более низких, но все еще не плохих теплоаккумуляционных показателях, по сравнению с кирпичом.
Производитель заявляет о значении общего коэффициента теплопроводности для блока "Керотерм" λ= 0, 24 Вт/(м•°С), а для"Porotherm 44 P+W", указанная производителем, цифра на 55% ниже λ= 0,13 Вт/(м•°С).
Табличные значения в нормативной литературе указывают, что теплопроводность кладки из пустотной керамики такой плотности будет λ= 0,4 Вт/(м•°С).
Для того, что бы разобраться, какое же значение ближе к истине, нам придется остановится и рассмотреть на что именно опирается производитель, указывая такой коэффициент теплопроводности.
Для этого лучше всего подходит реклама блока "Porotherm ". Используя один из блоков этого бренда"44 P+W" покупатель якобы сможет получить необходимое сопротивление теплопередаче для первой температурной зоны Rq min= 3,3 м²*С°/Вт (см. рис.2а).
 

рис.2а

Что бы наглядно продемонстрировать "высокие" теплоизоляционные характеристики керамического камня, маркетологи такой продукции на строительных выставках рисуют привлекательную картинку, показывая как тепло, двигаясь только по ребрам материала, попадает в некий лабиринт, удваивая свой путь, что бы добраться до внешней грани блока ( см. рис.2б).
 

рис.2б

Но нужно знать, что это все в большей степени просто красивая реклама.
Понять это можно немного погрузившись в основы теплофизики.
Существует три способа передачи тепла, на которых основаны исследовательские показатели и расчеты:
-теплопроводность, этот способ передачи тепла осуществляется в твердой, жидкой и газообразной средах, однако в чистом виде она наблюдается только в сплошных материалах. В твердых телах (диэлектриках) и в жидкостях энергия переносится упругими волнами, в газах — диффузией атомов или молекул, а в металлах — диффузией электронов;
-второй способ это конвекция,
передача теплоты с движением газовых масс, а так же жидкости;
- третий способ это излучение,
то есть передача энергии электромагнитными волнами( их еще называют инфракрасными ) между поверхностями материалов.
Все эти виды передачи присутствуют в каждом материале в большей или меньшей степени. Передача теплоты в пустотных материалах, согласно книге "Строительная теплотехника ограждающий частей зданий", происходит иначе чем в полнотелых сплошных материалах, где в основном тепло передается теплопроводностью. В материалах с пустотами передача тепла излучением и конвекцией начинает отыгрывать более значительную роль. С увеличением размера пустот увеличивается роль излучения и конвекции.(см.рис.3).
 

Зависимость процентного соотношения способов передачи тепла в пустотах от размера пустот при температуре воздуха в прослойках 0 °С, разности температур поверхностей 5 С° и коэффициентом излучения С= 5,12 Вт/(м² °К⁴).

Рис.3

Процесс передачи тепла конвекцией выглядит следующим образом. Из-за особенности порядка расположения пустот между наружной и внутренней гранями блока, температура на внутренней поверхности одной стенки пустот будет отличаться от температуры на противоположной. Согласно книги, у поверхности с более высокой температурой воздух нагревается и движется в направлении снизу вверх, а у более холодной поверхности охлаждается и движется в направлении сверху вниз. Таким образом, в вертикальной воздушной прослойке создается постоянная циркуляция воздуха или конвекция.
Так же сказано, что в тонких прослойках этот эффект исчезает, так как восходящий и нисходящий токи воздуха в них взаимно тормозятся и в очень тонких прослойках (меньше 5 мм) конвекция становится равной нулю(см.рис.4). С увеличением толщины прослойки, наоборот, конвекционные токи воздуха становятся более интенсивными.
Процесс излучение между поверхностями тоже зависит от разности температур этих поверхностей. Количество теплоты, передаваемой излучением, в воздушных прослойках, ограниченных параллельными плоскостями, не зависит от расстояния между ними, так как воздух в пустотах не оказывает никакого уменьшающего воздействия на излучение. (см.рис.4).
 

Рис.4

На силу излучения поверхностей материала, в первую очередь, влияет его теплофизические свойства. Каждый материал имеет свой коэффициент излучения.

Наибольший коэффициент излучения который вообще существует, присваивается так называемому «абсолютно черному телу» и он составляет С=5.77 Вт/(м² °К⁴).

Коэффициент излучения для керамики составляет С=5.36 Вт/(м² °К⁴),то есть керамика достаточно сильно излучает тепло. Это значение немного больше, чем указанное на рис.3, но на общее представление о вопросе это не повлияет. Становится понятным, что в структуре керамического блока, в реальности, теплопередача в большей степени происходить излучением(см.рис.5), а не так как показано на рекламе.
 

Рис.5

Следует знать, что увеличение размеров пустот практически не скажется на теплоизоляционных качествах самой прослойки, а лишь ухудшит теплоизоляцию самого блока в целом (см.рис.6).
 

Зависимость сопротивления теплопередаче воздушной прослойки R от ее толщины

Рис.6a

Зависимость коэффициента теплопроводности воздуха для вертикальной прослойки от ее толщины.

Рис.6б

Из диаграмм видно, что сопротивление теплопередаче в вертикальной прослойке 10... 150мм практически неизменно R= 0,14...0,17 м²*С°/Вт (см.рис.6а), а эквивалент коэффициента теплопроводности воздуха в прослойке только увеличивается(см.рис.6б). Логически можно предположить, что на реальные теплоизоляционные свойства блока из керамики, в большей степени, должно повлияет большое количество рядов замкнутых пустот, параллельных плоскости стены, а не витиеватая структура ребер. Расположение рядов воздушных пустот параллельно стене обусловлено направлением теплового потока. Чем больше будет таких замкнутых прослоек, тем лучше должны быть теплоизоляционные свойства материала. Следовательно, блок "Porotherm 44 P+W " должен иметь лучшие теплоизоляционные качества, чем блок "Керотерм". Толщина пустот "Porotherm 44 P+W " составляет в среднем 10-11мм и толщина простенка 6мм, а толщина пустот "Керотерм" составит от 15 до 30мм с той же толщиной простенка.
Теперь, разобравшись с тем, что в действительности в большей мере влияет на теплоизоляционные свойства блока, я предлагаю ознакомится с теплотехническим расчетом модели блока "Porotherm 44 P+W". Его я решил рассмотреть как заведомо более теплую конструкцию, по сравнению с блоком "Керотерм" . В расчете использованы стационарные условия, то есть условия при которых весь блок равномерно прогрет и температура воздуха в прослойках везде одинаковая (0 С°). В реальной жизни такого быть не может, но это дает возможность проанализировать, на что способен керамический блок в идеальных "тепличных" условиях.

ПОСМОТРЕТЬ РАСЧЕТ МОЖНО ЗДЕСЬ

Я получил следующие значения для блока: R=1,95 м²*С°/Вт и λэ =0,23 Вт/(м•°С). Это говорит о явном несоответствии заявленным производителем показателей. Коэффициент теплопроводности λ на 57, % больше, а сопротивление теплопередаче R блока меньше на 40%.
Очевидно, что в случаи с блоком " Керотерм", его показатели заявленные производителем тоже будут не на столько оптимистичными и скорее всего приблизятся к данным табличных значений, то есть коэффициент теплопроводности составит где-то λ =0,4 Вт/(м•°С). Конечно, дома из керамического блока будут теплее, чем из обычного кирпича, однако я не рекомендовал бы использовать эти материалы без утепления.

Для того, что бы достичь сопротивления теплопередаче R=3,3 м²*С°/Вт, для рассматриваемых образцов, их следует утеплять.

В довершении сказанного хочу обратить внимание читателя на отличие характеристик пустотных блоков поставляемые на рынок Украины и блоков, которые, к примеру, изготавливают для Великобритании (Poroton Cellular Clay Block - T12 365).
Этот пустотный блок имеет следующие характеристики 365 x 248 x 249, его вес 14,1кг. Плотность этого керамического материала путем вычисления при пустотности 50% составила всего лишь P=1258 кг/м³. Производитель заявляет, что общий коэффициент теплопроводности в высушенном состоянии "Poroton Cellular Clay Block - T12 365" составит λ =0,12 Вт/(м•°С), то есть почти такой же как для "Porotherm 44 P+W " λ =0,13 Вт/(м•°С) с плотностью P = 1540 кг/м³.
Или вот например "Porotherm T12 425" это аналог "Porotherm 44 K Profi" (см.рис.7 и сравнительную таблицу)
 

Рис.7

Таким образом, сопоставив логически эти данные можно понять, что не могут два одинаковых по структуре блока с разной плотностью керамического материала иметь один и тот же коэффициент теплопроводности λ=0,12 Вт/(м•°С). На мой взгляд, эти значения явно подогнаны под определенную планку и достаточно грубым образом.

Теперь давайте рассмотрим особенности пустотного материала, которые заставляют взглянуть на теплоизоляционные свойства блока под другим углом.

Во-первых, в пустотной структуре тепловой поток, проходящий через материал, будет стараться искривиться, обтекая пустоты, заполнены воздухом. Это значительно увеличивает количество теплоты проходящей через саму структуру блока. Что бы понять это явление лучше, я сопоставлю это с движением воды по трубопроводу. В местах уменьшения сечения трубопровода увеличивается давление потока. Коэффициент теплопроводности керамического материала каркаса при плотности P=1540...1560 кг/м³ составит λ= 0,7 Вт/(м•°С), то есть не на много лучше чем у полнотелой керамики. Крайние сплошные торцевые пазогребневые грани блока, учитывая такую теплопроводность, по сути являются наибольшими участками передачи тепла, называемые мостиками холода. Они соединяют на прямую фронтальную и торцевую поверхности блока и поэтому имеют наименьшее сопротивление для движения тепла.
Во-вторых, в прогретой части блока тепло будет проходить интенсивнее, потому что от разогрева коэффициент теплопроводности материала увеличивается и передача тепла излучением происходит сильнее. Учитывая что воздушные прослойки не помеха для лучевой энергии, а теплоизоляционный свойства ребер блока незначительные, это скажется на теплозащите блока в целом. Таким образом пустотные материалы будут тем эффективнее утеплять, чем ниже температура излучающих поверхностей и наоборот.
В-третьих, что касается реального практического применения материала, то следует отметить, что блоки в процессе доставки и укладки могут быть подвержены сколу и трещинообразованию, так как они хрупкие. Очень часто они не аккуратно уложены (см.рис.8). После завершения монтажа часть наружных стен подвергается штроблению под инженерные коммуникации. Это может привести к нежелательным последствиям.
Важно знать, что если прослойки имеют сообщение с наружным воздухом или с другими прослойками, то в результате проникновения холодного воздуха или сообщения воздуха с соседними прослойками это может послужить причиной уменьшения общего сопротивления теплопередаче стеновой конструкции. Тоже самое можно сказать о вертикальных швах, на которые не наносят клей. Теплообмен конвекцией там будет сильней.

Рис.8

То есть, прослойки в блоках должны быть целыми и герметично запечатанными.

Перечисленное мною не может не повлиять на энергоэффективные качества материала ( см. рис. 9 ).

Рис.9

Теперь о сложностях монтажа. В процессе монтажа, большие пустоты ,как на примере в блоке"Керотерм", не дают раствору или клею ложиться на поверхность проваливаясь в пустоты. Это можно было бы поправить мелкоячеистой сеткой, уложенной перед укладкой раствора/клея на блок, но эта же мелкоячеистая сетка мешает раствору/клею проникнуть вниз для склеивания двух элементов горизонтально. Хорошими пластичными качествами обладают полимерные клеи, но зачастую они будут как минимум в два-три раза дороже обычных. Этот материал требует так же специальных дюбелей, которые дороже обычных.

Теперь про остальное. По объему кладки блок "Керотерм" является эквивалентом 11,5шт. кирпичей в стеновой конструкции, блок " Porotherm 44 P+W" является эквивалентом 13,32шт. кирпичей в стеновой конструкции. Оба блока заменяют приличный объем кладки из кирпича, не используя такого большого количества воды и раствора, но на ряду с этим они обладают большой массой 17,5 и 20 кг. Это физически усложняет укладку, хотя для фундамента нагрузка будет меньше в 2...2,5 раза чем у полнотелого кирпича.
Трудозатраты здесь, с одной стороны, меньше чем у обычной кирпичной кладки, да и кладка происходит значительно быстрее, но затраты сил наверное выше. Штробление, подрезка и вырезание отверстий в стене из пустотного блока достаточно не сложный процесс , но на практике скажу, что это нужно делать только соответственным пилящим и сверлящим инструментом. Если взять в руки перфоратор , то можно сильно нарушить структуру материала.
Это материал хорошо подойдет для малоэтажного строительства. Так же станет хорошим заполнением в каркасном многоэтажном строительстве.
И на последок о цене.
Один блок "Кератерма" 380х248х238 предлагают за 34 грн. В одном кубе 44,6 штуки, то есть получается 1517 грн. за один куб. Один блок "Porotherm 44 P+W" предлагают за 51 грн. В одном кубе 38,6 штук, то есть получается 1968 грн. за один куб.
Декларируемый расход раствора для кладки из блоков "Кератерм" составляет 0.1м³ на 1куб стеновой конструкции. Принимаем кладку на теплом растворе "Тепловер М700". Стоимость одного мешка 120 грн. Из одного мешка можно приготовить 0.024 м³, значит необходимо 4,2 мешка раствора. Такое количество раствора будет стоить 504 грн. Получаем минимальные затраты в 2021 грн.
Декларируемый расход раствора для кладки из блоков "Porotherm 44 P+W " составляет 0.13м³ на 1куб стеновой конструкции. Принимаем кладку на теплом растворе "Тепловер М700". Стоимость одного мешка 120 гр. Из одного мешка можно приготовить 0.024 м³, значит необходимо 5,4 мешка раствора. Такое количество раствора будет стоить 650 грн. Получаем минимальные затраты в 2618 гр.
Сопоставив это с себестоимостью кирпичной кладкой становится понятно, что затраты на стену из керамических пустотных блоков практически в 2 раза выше.

ГАЗОБЛОКИ и ПЕНОБЛОКИ

Блоки из ячеистого бетона тоже продукт окруженный разными мифами. Не знаю откуда, но принято считать, что это материал не экологичный и вредный для здоровья. Менеджеры по продаже утверждают о том, что из марок D 500 можно возводить четырехэтажный дом без усилений стеновых конструкций и что этот материал не гигроскопичен.
Газобетон изготавливается из цементно-песчаного раствора с добавлением газообразователя. Могут так же добавляться иные добавки. Газообразование происходит от добавления мелкодисперсного металлического алюминия в раствор, в результате образуются водород, вспенивающий цементный раствор, и алюминаты кальция. Потом обычно схватившиеся блоки помещают в автоклав, а затем высушивают.
Ну во-первых уже становиться понятно, что ничего вредного для здоровья, если правда не употреблять его в пищу, нет. Алюминат кальция не токсичное и устойчивое соединение. Что касается пеноблоков, то там используется та же технология но без доводки автоклавом. Газообразователь заменен специальной пенообразовательной эмульсией. Она бывает органической и синтетической. Вот синтетическая эмульсия не безопасна для здоровья. Свойства у обоих материалов очень схожи.
Раз уж это высокопористый материал расскажу о нем немного больше. Снова взяв в руки уже известную вам книгу " Строительная теплотехника ограждающий частей зданий" нахожу , что скелеты материалов, зачастую имеют очень большую теплопроводность(глина, цемент, кремний), но когда они наполняются газовыми порами происходит некий симбиоз самого материала и газов ( воздуха ) в них. Коэффициент теплопроводности воздуха, содержащегося в порах материала, имеет очень незначительную по сравнению с теплопроводностью основного вещества материала величину, зависящую главным образом от размеров и формы пор, например, от λ = 0,024 Вт/(м • °С) при размере пор около 0,1 мм до λ= 0,031 Вт/(м • °С) при размере пор около 2 мм. Коэффициент теплопроводности самого материала равен некоторой средней величине между коэффициентом теплопроводности основного вещества материала и коэффициентом теплопроводности воздуха, содержащегося в порах. Важно что бы поры были замкнутыми иначе возникают конвективные потоки в самом материале, пишет автор. Следовательно, чем больше замкнутых пор на единицу объема и чем меньше их размер, тем теплее материал. Рассмотрев материал поближе (см. рис. 10), можно увидеть, что газоблок состоит в основном из замкнутых пор от 0,3мм до 2мм.

Рис.10

При выборе блоков из ячеистого бетона важны два следующих показателя это плотность и класс бетона из которого он изготовлен. Начнем с класса бетона. Приблизительную переводную таблица класса бетона в марочную прочность можно увидеть ниже. Ниже приведены блоки по их плотности и соответствия маркам бетона.

Конструктивно-теплоизоляционные ячеистые бетоны

 
Рассмотрев марки бетонов из которых изготавливается блоки D 500 ,становится понятным, что это не тот материал который самостоятельно может выступать как несущий стеновой элемент для зданий в 4...5 этажа, но при умелом усилении конструкции стен и сборе нагрузок он действительно может быть пригодным для строительства таких зданий. В высотном строительстве он будит интересен как заполнение междуэтажных перекрытий. Не стоит забывать, что плотность материала тоже отыгрывает большую роль в его прочности и долговечности. Тот кто пользовался им на практике знает, что дюбель установленный в стену из газобетона будет нести меньшую нагрузку, чем если бы его вкрутить в аналогичную кирпичную стену. Сам по себе газобетон достаточно хрупкий материал.
На ряду с такими недостатками он так же имеет хорошую правильную однородную геометрию. Вертикальная нагрузка будет переноситься и распределяться равномерно и можно говорить, что кладка из такого материала будет крепкой.
Максимальная марка морозостойкости для D500 должна составить F35, но ее я рассмотрю немного позже, после того, как рассмотрим влажность по массе.
Теплоемкость кладки для газобетона D500 с=0,84 кДж/(кг•°С), как и в случаи с пустотной керамикой. Это материал значительно менее плотный чем кирпич и будет почти на том же уровне по теплоаккумуляционным свойствам как и пустотный керамический блок.
Влажность wв=15,6%. Несмотря на уверения менеджеров о его чуть ли не плавательных способностях, он достаточно гигроскопичен, как и все бетоны. Когда то на выставке наблюдал картинку, как кусок газоблока обливали водой и она сбегала с него не впитываясь, но когда на стройке я сделал те же манипуляции, этого не происходило, по видимому выставочные образцы обработали гидрофобизатором. По сравнению с обычным кирпичом, разница по набираемой массе воды у газоблока будет почти в 7 раз больше, при равном объеме кладок. Это во первых значит, что материал не стоит использовать на цоколях. Помещения с повышенным влажностным режимом обязательно оштукатуривать тяжелыми растворами, то есть М100 или более, а также облицовывать керамикой. Использовать для наружной отделки только паропроницаемые материалы или создавать вентилируемые прослойки.
Теперь о морозостойкости. Некоторые производители заявляют для D500 о F 100. Как обычно, тут я прибегаю к помощи "умных книг". В издании "Строительной теплотехники" говорится, что замерзание влаги в порах материала происходит при температуре ниже 0 °С. Температура замерзания влаги в капиллярах зависит от их диаметра: чем меньше будет диаметр капилляра, тем ниже будет температура замерзания в нем воды. Так, например, в капиллярах диаметром 1,57 мм вода замерзает при температуре —6,4 °С; в капиллярах диаметром около 0,24 мм при —14,2 °С, а в капиллярах диаметром 0,1 мм при —18,6 °С. Газоблок D500, как уже было сказано, имеет преобладающее количество пор 0,3...2 мм, поэтому вода будет замерзать в нем при незначительной отрицательной температуре, пытаясь разрушить структуру блока. А так как блок хрупкий и не такой уж прочный, то произойдет это достаточно быстро. Так что думаю, что значения F 100 очень преувеличено. Но с другой стороны принимая во внимание то, что капиллярная конденсация может быть только в капиллярах очень малого диаметра, при диаметре узкого места капилляра больше 2 • 10 ^-5 см , то капиллярной конденсации не происходит. Это значит, что в нормальных условиях эксплуатации, если стена хорошо защищена от попадания на нее атмосферной влаги, и влажностный режим внутри помещения соблюдается, то морозы такой стене не страшны.

Производитель указывает, что теплопроводность у материала D500 λ=0,145 Вт/(м•°С), табличные значения нормативной документации указывают λ= 0, 15 Вт/(м•°С) . Что же, тут производитель указывает достаточно честный коэффициент. Действительно этот материал теплый.
Вес блока D500 (300*200*600) составит 16 кг- тоже не легкий "кусок" , хотя для фундамента, как и в случаи с пустотной керамикой этот материал оказывает меньшую нагрузку, по сравнению с полнотелой керамикой. Из перечисленных материалов он обрабатывается легче всего и даже с помощью ручной пилы с победитовыми насадками. Как и в случаи с пустотной керамикой нужно стараться избегать работы перфоратора при штроблении и прорезки отверстий, материал все же хрупкий . Преимущество в скорости возведения стен по сравнению с кирпичом конечно очевидно.

Теперь о цене! Блок D500 (300*200*600) будет стоить 38,2 грн. за одну штуку. В одном кубе 28 штук, посчитав получается 1070 грн. за 1 куб.
Расход раствора самый чудесный 0.03 м³. Принимаем кладку на теплом растворе "Тепловер М700". Стоимость одного мешка 120 грн. Из одного мешка можно приготовить 0,024 м³, значит необходимо 1,25 мешка раствора которые будут стоить 150 грн. И того выходит округленно 1220 грн.

Сводная таблица по материалам рассмотренным в статье.

 
В конечном итоге, опираясь на сводные данные таблицы, можно выделить преимущества и недостатки каждого материала:
-кирпич это крепкий, надежный, теплоемкий и доступный материал. Его недостатки это слабые теплоизоляционные свойства и большие трудозатраты при ведении кладки;
-пустотный керамический блок, в сравнении с кирпичом, обладает значительно лучшими теплоизоляционными качествами , хоть и не достаточными. Он укладывается значительно быстрее. Кладка из него обладает меньшей теплоемкостью и она не на столько крепкая как из кирпича. Блок из-за своей пустотности обладает повышенной хрупкостью. Этот материал самый дорогой, из всех рассматриваемых;
-газоблок это материал с наилучшими теплоизоляционными качествами и самой доступной стоимостью. Он быстро и легко укладывается, материал обладает практически такой же теплоемкостью как и пустотный керамический блок. Его слабыми сторонами являются самая низкая прочность, по сравнению с другими материалами, а так же хрупкость и большая гигроскопичность.

Как архитектор, я проектировал дома с использованием всех трех типов материала, и из своего опыта могу сказать, что значительно проще работать с материалами имеющие сплошную структуру, они практичнее при укладке. Их можно подрезать в любом месте без учета модульного размера блока и они не требуют такого скрупулезного технического надзора как при монтаже из пустотных блоков. Все перечисленные материалы, при разумном и грамотном подходе проектировщика, могут эффективно работать в стеновых конструкциях.

Дата издания:12.10.2017
Авторы: арх.Литинский Ан.В. и арх. Литинский Ал.В.