^

ВИБІР МАТЕРІАЛУ ДЛЯ НЕПРОЗОРИХ СТІНОВИХ КОНСТРУКЦІЙ.
Поради архітектора
LitinskyandLitinsky. com

 

Щоразу після відвідин будівельних виставок я все більше переконуюся в тому, що об'єктивна оцінка якісних властивостей будівельних матеріалів і конструкцій втрачається. Репутація брендів та їх грошові вливання для просування продукту на будівельні ринки роблять свою справу, перевертаючи все до гори дригом. Менеджери з продажу розповідають неймовірні речі про свою продукцію не розуміючи обґрунтованості сказаного, а довірливий покупець зазвичай схильний вірить всьому цьому. В результаті я вирішив написати ряд статей під загальною назвою "Поради архітектора", присвячених темі будівельних матеріалів і конструкцій для тих людей, які переймаються питанням будівництва, але вагаються з вибором матеріалу.
Першу статтю я вирішив присвятити модульним матеріалам непрозорих стінових конструкцій для несучих і не несучих елементів будівлі, інакше кажучи мова піде про матеріал для стін. Це питання найбільш часто цікавить замовника перед початком робіт з проектування будинку. Отже мова піде про такі поширені матеріали в нашій країні як повнотіла глиняна / силікатна цегла, пустотний керамічний блок, газобетонний / пінобетонний блок.
Перш за все варто визначити критерії, за якими можна буде проаналізувати і порівняти матеріали. Не варто сильно заглиблюватися в деталі , я виділю основні фактори які впливають на вибір матеріалу:
-міцність і довговічність матеріалу;
-здатність накопичувати вологу і енергоефективні властивості матеріалу;
-трудомісткість монтажу і орієнтовна вартість матеріалу;
-экологічність.
Характеристики міцності і довговічності матеріалу зазвичай розглядають в контексті меж міцності на стиск, тому що основна робота стінової конструкції це робота на стискання. Вимірюється ця величина в (кгс / см²) і позначається літерою "М". Важливою властивістю матеріалу яка більшою мірою відповідає за довговічність є
морозостійкість, що по суті визначає кількість циклів розморожування і заморожування матеріалу при максимальній насиченості його вологою , тест проводять до критичного руйнування матеріалу, тобто коли матеріал стає непридатним до його безпосереднього застосування. Морозостійкість позначається літерою "F".
Характеристики енергоефективності матеріалу перш за все визначаються теплоізоляційними властивостями матеріалу і позначаються коефіцієнтом теплопровідності матеріалу "λ"( лямбда) , розмірність (Вт/(м•°С)). Цей коефіцієнт обернено-пропорційний ,

чим менше значення "λ", тим кращі теплоізоляційні властивості.

Також потрібно усвідомлювати на скільки матеріал
теплоємний, тобто здатний поглинати і накопичувати теплоту при підвищенні температури. Значення вимірюється в (Дж/(кг•°С)) і позначається "с". Питома теплоємність впливає на теплостійкість , тобто на здатність стіни компенсувати падіння температури повітря у середині приміщень при нерівномірній роботі опалювальних приладів. Таким чином теплоємність впливає на комфортність перебування у приміщенні.
Вологонакопичення відбувається через сорбцію, її можна умовно розділити на здатність матеріалу поглинати вологу з повітря, яка називається гігроскопічністю та здатність матеріалу поглинати і утримувати вологу при безпосередньому контакті з нею, яка називається водопоглинанням.
Вологонакопичення важлива якість тому, що вода є дуже теплоємним матеріалом і володіє великим коефіцієнтом теплопровідності. Із збільшенням вологи в матеріалі, погіршуються теплоізоляційні властивості матеріалу. Це значення вимірюється у відсотковому співвідношенні маси сухого матеріалу до маси зволоженого матеріалу і позначається "wв"- вологість по масі. Для більшої наочності я буду розглядати максимальні значення зволоження матеріалів (100%) при температурі в 20°С.
Характеристика трудомісткості це досить розмитий показник, тому що по-перше трудомісткість досвідченого і непідготовленого будівельників відрізняються, а також відіграє суттєву роль якість обладнання. Будемо вважати, що всі роботи виконується фахівцями одного рівня з наявністю професійного обладнання .
Орієнтовна вартість матеріалу теж має відносні показники, тому що споживчі ціни змінюється в залежності від сезону та попиту на матеріал. На вартість матеріалу впливає логістика ( чи є матеріал привізний або місцевий), тому я буду оцінювати ринок вітчизняних матеріалів для більшої об'єктивності на період літа 2017р. Розрахункова кількість модульного матеріалу становитиме 1м³. Також є властивості матеріалу, які ми будемо згадувати в різних розділах, що є дотичними до усіх інших, це щільність і пористість. Можемо говорити про те, що ці дві властивості взаємозалежні. Менша щільність - більша пористість, більша щільність - менша пористість. Щільність і пористість фактично показують можливість приблизно оцінювати теплопровідність, а також вагу і можливість вологонасичення. Знаючи теплоємність і щільність матеріалу можна визначити кількість тепла, яке може накопичити матеріал.
Тож почнемо!

рядова керамічна цегларядова силікатна цегла

ЦЕГЛА

Цегла, це перше що варто розглянути. Цей матеріал перевірений часом тому це найчесніший продукт, який не потребує спростувань. Його я розгляну тільки для того, щоб мати наочне порівняння для інших матеріалів. Інший настільки популярний матеріал для будівництва важко навіть уявити, причому його актуальність і не збирається падати, а навпаки все більше і більше зростає. Я буду розглядати лише звичайну цеглу. Клінкерна цегла думаю потрапить в одну з наступних статей, як оздоблювальний матеріал. Марочна міцність звичайної повнотілої глиняної цегли може бути від М 50 до М 300, для силікатної від М75 до М250. Морозостійкість в циклах для глиняної цегли F15 до F150 і для силікатної F15 до F50. Такі значення дають можливість вести багатоповерхове будівництво не кажучи вже і про невеликі будівлі. Такий матеріал довговічний. Термін експлуатації конструкції може досягати 120років і більше! Потрібно знати, що форма каменю і правильність його геометрії впливає на міцність кладки, тому кладки із силікатної цегли мають вищу міцність, ніж з керамічної цегли аналогічної марки.
До розгляду пропоную цеглу М100, як найпоширеніший матеріал при зведенні будинків.
Вологість матеріалу по масі wв ( далі просто вологість) при вологості повітря 100% становить для глиняної цегли 0,53%, а для силікатної 0,9% при однаковій щільності 1700 кг/м³, це означає що силікатна цегла має майже в два рази більше вологопоглинання в порівнянні з глиняною, хоча по суті обидва значення незначні.
Тепер розглянемо енергоефективність.
Теплопровідність кладки з глиняної цегли λ= 0,81 Вт/(м•°С)
Теплопровідність кладки із силікатної цегли λ= 0,87 Вт/(м•°С)
З цього можна зробити висновок, що кераміка все ж трохи тепліша ніж силікат, є зовсім незначна різниця. Можна зробити висновок, що обидва матеріали мають слабкі теплоізоляційні властивості.
Теплоємність кладки з глиняної цегли с=0,88 кДж/(кг•°С)
Теплоємність кладки із силікатної цегли с=0,84 кДж/(кг•°С)
Обидва матеріали добре засвоюють тепло, володіючи високими коефіцієнтами теплозасвоєння. З огляду на високу щільність обох матеріалів вони мають велику масу. Можна сміливо говорити, що в стіновій конструкції вони служать як тепло-акумулятор. Утеплена ззовні цегляна стіна буде досить теплостійкою. Тепер давайте поговоримо про монтаж. Після розгляду властивостей матеріалу цегли стає зрозуміло, що він досить важкий. Маса одної керамічного / силікатної цегли наближається до значень 2,5 - 3,5 кг. Через це виникають складності з муруванням, під вагою цегли розчин стискається і сідає, тому рекомендується мурувати за зміну не більше шести рядів. Але, як що є можливість використовувати безусадкові розчини, тоді можливо зняти розумні обмеження з проведеного обсягу робіт. Сам процес мурування досить трудомісткий і складний, що вимагає значної кількості розчину і води. Це з одного боку сприяє надійності кладки, але з іншого боку збільшує кількість будівельної вологи, в порівнянні з великоформатними блоками. Стіни з такого матеріалу зводяться повільно і неквапливо. Виконання підрізки цегли, висвердлювання отворів або штроблення вимагає великих трудовитрат і потужного та важкого устаткування.

Вартість керамічної цегли М 100 становить 2,5 грн. за одну штуку на нинішній момент (літо2017р) .В одному метрі кубічному 512 цеглин. Виходить, що вартість 1м³ цегли становить 1280 грн.
Так само варто згадати про необхідну кількість розчину для мурування. При укладанні стіни в одну цеглину (тобто 250мм) необхідно за нормою витрати 0,221 м³ розчину марки не менше ніж М 75. Виходячи з ціни за 1 м³ розчину 900грн., необхідна кількість вартуватиме близько 200 грн.
Підсумовуючи отримуємо 1480 грн.

Силікатна цегла М 100 буде вартувати близько 2 грн за одну штуку. Підраховуємо, що 1м³ силікатної цегли складе 1024 грн. Додавши до цього вартість розчину отримаємо загалом 1224 грн.

Керамічні порожнисті блоки

КЕРАМІЧНІ ПОРОЖНИСТІ БЛОКИ

"Сертифікація будівельних матеріалів". Лектор розповів, що під час проведення реальних випробувань пустотних блоків на базі науково-дослідницьких лабораторій було виявлено невідповідність заявлених теплотехнічних характеристик реальним показникам, навіть якщо керамічні блоки укладати на теплий розчин.
Я вирішив провести детальний аналіз і розібратися в причинах такої невідповідності.
За розглянутий зразок візьмемо "Керотерм" розмірами 380х248х238 мм.
Марочна міцність, зазначена виробником, М100 , морозостійкість F 25,порожнистість 50% . При цьому щільність матеріалу становить P=780 кг/м³, маса блоку становить 17,5 кг.
Для скептиків якості вітчизняного матеріалу я так само розгляну "Porotherm 44 P+W". Його розміри 440x248x238 мм, маса 20кг, пустотность50%.
Читаючи характеристики керамічного блоку "Керотерм" можна подумати, що матеріал, крім своєї порожнистості має досить низьку щільність 780 кг/м³. Це означає, що окрім пустот, в тілі самих керамічних ребер знаходиться значна кількість пор. Є так звана "трепельна цегла" з пористою структурою, вона має щільність приблизно від P= 700 кг/м³ до P= 1300 кг/м³ . Така кераміка має значно менший коефіцієнт теплопровідності, в порівнянні із звичайною цеглою і складає λ= 0,42 ...0,56 Вт/(м•°С).
Та є маленьке але!
Якщо розглянути звичайну повнотілу цеглу марочною міцністю М100, то її щільність складе десь P= 1700кг/м³ . Отже є невідповідність. У рекламних буклетах зазначено що матеріал пустотного блоку має меншу щільність( і більшу пористість). Його структура не цілісна, як у цегли і складається з великої кількості тонких ребер, але міцність на стиск для обох матеріалів становить М100. Як таке може бути?
Насправді заявлена щільність блоку P=780 кг/м³ це так звана порожниста щільність (брутто), тобто усереднена щільність матеріалу з урахуванням об'єму пустот в загальному об'ємі матеріалу. Реальна щільність керамічного матеріалу простінків пустотної кераміки в 2 рази вища і складає 1560 кг/м³ і це можна досить легко перевірити.
З шкільного курсу фізики відомо, що для обчислення щільності матеріалу потрібно його масу розділити на його об'єм ( p= m/V). Об'єм блоку дорівнює 0,380х0,248х0,238 = 0,0224 м³. З урахуванням його пустотності 50%, слід так само і зменшити об'єм на 50%

V =0,0224-50%=0,0112 м³.

Якщо цього не зробити то вийде та сама заявлена виробником порожниста щільність (брутто) 17,5 / 0,0224 = 780 кг / м³. Реальний показник щільності самого керамічного матеріалу "Керотерм" буде наступний.

17,5/0,0112 = 1562,5 кг/м³.

Щільність керамічних простінків "Porotherm 44 P + W", користуючись вже відомими обчисленнями, складе P= 1540 кг/м³.
 

Взявши до рук книгу "Довідник проектувальника"в розділі "фізико-механічні властивості кладки"

знаходимо, що наявність порожнин впливає на міцність мурування, яка зменшується більшою мірою, ніж міцність самого каменю.

Тобто, міцність порожнистого блоку може бути досить велика, але кладка з такого блоку не буде мати настільки високих показників. Це пояснюється більш нерівномірним стисканням в стіні з порожнистих каменів, а також складною умовою роботи перетинок в них.

Також зазначено, що при раціональному розташуванні порожнин в кладці з керамічних пустотних каменів її міцність може бути не гірше кладки з рядової цегли.

В даному випадку мова звісно йде про велику кількість збігів у розташуванні порожнин і ребер між двома блоками, при горизонтальній перев'язці двох рядів. Якщо ж збігів мало, то може виникнути велика кількість місцевих стиснень, що відбувається під час переносу всього навантаження тільки на окремі частини опорного перетину матеріалу. Це може призвести до утворення тріщин.
Важливо буде відзначити, що виробники пустотного каменю рекомендують до використання теплі розчини, які менш щільні і міцні через пористі наповнювачі. Це теж значно впливає на характеристики міцності мурування з порожнистого каменю. Тепер розглянемо блоки в контексті вищесказаного.
У блоці "Керотерм" через те, що його бічні грані з пазами і гребнями на кожному новому ряду зміщуються, вони не мають у попередньому ряді такого ж за площею керамічного шару для перенесення вертикального навантаження, потрапляючи на ребра і пустоти. По друге, якщо збігається розташування порожнин та ребер між верхнім і нижнім рядом блоків в одному місці, то в суміжних блоках такого збігу при укладанні не відбувається (див. мал. 1).
У блоці "Porotherm" структура з пазами та гребнями теж зміщується на кожному новому ряді, збільшуючи місцеві стиснення на попередньому ряді, але перенос навантажень між ребрами структури відбувається більш продумано. (див. мал. 1).

межрядовая перев'язка порожнистих блоків

Мал.1

На практиці, повного збігу у розташуванні ребер в нижньому і верхньому ряду блоків досягнути досить складно через те, що по-перше, це складно проконтролювати в процесі будівництва, а по-друге, будь яка кераміка при випалюванні трохи деформується і з урахуванням незначних товщин внутрішніх ребер ідеального збігу статися не може.

Таким чином, можна зробити висновок, що мурування з блоків "Керотерм" і "Porotherm " не може мати тих самих характеристик міцності , як рівна за розмірами кладка з повнотілої цегли.

Табличне значення вологості за масою становить w= 1%. Це говорить про незначну різницю у вологопоглинанні порівняно з цеглою, а також слабкий вплив вологи на теплоізоляційні властивості.
Питома теплоємність кладки для порожнистого каменю складає с=0,88 кДж/(кг•°С), тобто така ж сама як і для кладки з повнотілої цегли. Але через велику кількість порожнин і відповідно меншу масу, теплоємність також буде в 2-3 рази менша. Це говорить про більш низькі, але все ще непогані тепло-акумуляційні показники матеріалу, у порівнянні з цеглою.
Виробник заявляє про значення загального коефіцієнта теплопровідності для блоку "Керотерм" λ= 0, 24 Вт/(м•°С), а для"Porotherm 44 P+W", зазначена виробником цифра на 55% нижча, λ= 0,13 Вт/(м•°С).
Табличні значення в нормативній літературі вказують на те , що теплопровідність кладки з пустотної кераміки такої щільності буде складати λ= 0,4 Вт/(м•°С).
Для того, щоб розібратися, яке ж значення ближче до істини, нам доведеться зупинитися і розглянути на що саме спирається виробник, вказуючи такий коефіцієнт теплопровідності.
Для цього найкраще підходить реклама блоку "Porotherm". Використовуючи один з блоків цього бренду "44 P + W" покупець нібито зможе отримати необхідний опір теплопередачі для першої температурної зони Rq min= 3,3 м²*С°/Вт (див. мал. 2а).
 

POROTHERM опір теплопередачі стін

Мал.2а

Щоб зацікавити покупця "надвисокими" теплоізоляційними характеристиками керамічного каменю, маркетологи такої продукції на будівельних виставках малюють привабливу картинку, показуючи як тепло, рухаючись тільки по ребрах матеріалу, подвоює свій шлях, що б дістатися до зовнішньої грані блоку(див. мал. 2б).
 

POROTHERM уявний рух тепла в блоці

Мал.2б

Але потрібно знати, що це все в більшій мірі просто красива реклама.
Зрозуміти це можна трохи занурившись в основи теплофізики.
Існує три способи передачі тепла, на яких засновані дослідні показники і розрахунки:
-перший спосіб це передача тепла теплопровідністю.
Цей спосіб передачі тепла здійснюється в твердому, рідкому і газоподібному середовищах, проте в чистому вигляді він спостерігається лише в суцільних матеріалах. У твердих тілах (діелектриках) і в рідинах енергія переноситься пружними хвилями, в газах - дифузією атомів або молекул, а в металах - дифузією електронів;
- другий спосіб це конвекція, передача теплоти з рухом газових мас, а також рідини;
- третій спосіб це випромінювання, тобто передача енергії електромагнітними хвилями (їх ще називають інфрачервоними) між поверхнями матеріалів.
Всі ці види передачі присутні в кожному матеріалі в більшій чи меншій мірі. Передача теплоти в пустотних матеріалах, відповідно до книги "Будівельна теплотехніка огороджуючих частин будівель", відбувається інакше ніж в повнотілих суцільних матеріалах, де в основному тепло передається теплопровідністю. У матеріалах з пустотами передача тепла випромінюванням і конвекцією починає відігравати більш значну роль. Зі збільшенням розміру пустот збільшується роль випромінювання і конвекції. (див .мал .3).
 

Залежність відсоткового співвідношення способів передачі тепла в порожнинах від розміру порожнин при температурі повітря в них 0 ° С, з різницею температур поверхонь 5 С ° та коефіцієнтом випромінювання С= 5,12 Вт/(м2 °К4).

Залежність відсоткового співвідношення способів передачі тепла в порожнинах від розміру порожнин

Мал.3

Процес передачі тепла конвекцією виглядає наступним чином. Через особливості порядку розташування порожнин між зовнішньою і внутрішньою гранями блоку температура на внутрішній поверхні однієї стінки порожнин буде відрізнятися від температури на протилежній. Згідно книги, у поверхні з більш високою температурою повітря нагрівається і рухається в напрямку знизу вгору, а у більш холодної поверхні охолоджується і рухається в напрямку згори вниз. Таким чином, у вертикальному повітряному прошарку створюється постійна циркуляція повітря, інакше кажучи конвекція.
Так само сказано, що в тонких прошарках цей ефект зникає, так як висхідний і спадний струми повітря в них взаємно гальмуються, в дуже тонких прошарках (менше 5 мм) конвекція стає рівною нулю (див. мал.4). Зі збільшенням товщини прошарку, навпаки, конвекційні потоки повітря стають більш інтенсивними.
Процес випромінювання між поверхнями теж залежить від різниці температур цих поверхонь. Кількість теплоти, переданої випромінюванням, в повітряних прошарках, обмежених паралельними площинами, не залежить від відстані між ними, так як повітря в порожнинах ніяким чином  не впливає на випромінювання.(див. мал.4).


 

Схема теплопередачі в конструкції керамічного блоку

Мал.4

На силу випромінювання поверхонь матеріалу в першу чергу впливають його теплофізичні властивості. Кожен матеріал має свій коефіцієнтом випромінювання.

Найбільший коефіцієнт випромінювання який взагалі існує, присвоюється так званому «абсолютно чорному тілу» і становить С=5.77 Вт/(м2 °К4).

Коефіцієнт випромінювання для кераміки становить С= 5.36 Вт/(м2 °К4), тобто кераміка досить сильно випромінює тепло. Стає зрозумілим, що в структурі керамічного блоку, в реальності, теплопередача в більшій мірі відбуватися випромінюванням (див. мал. 5), а не так як вказано на рекламі.
 

Передача тепла в керамічному блоці, відсоткове співвідношення

Мал.5

Слід знати, що збільшення розміру порожнин практично не позначиться на їх теплоізоляційних якостях, а лише погіршить теплоізоляцію самого блоку в цілому (див. мал. 6).
 

Залежність опору теплопередачі повітряного прошарку R від його товщини

Залежність опору теплопередачі повітряного прошарку R від його товщини

Мал.6a

Залежність коефіцієнта теплопровідності повітря вертикального прошарку від його товщини

Залежність коефіцієнта теплопровідності повітря вертикального прошарку від його товщини

Мал.6б

З діаграм стає зрозумілим, що опір теплопередачі вертикального прошарку 10 ... 150мм практично незмінний R= 0,14...0,17 м²*С°/Вт (см.рис.6а),а еквівалент коефіцієнту теплопровідності повітря в прошарку тільки збільшується (див. мал. 6б). Логічно можна припустити, що на реальні теплоізоляційні властивості блоку з кераміки, більшою мірою, має впливати масив рядів замкнутих порожнистих чарунок, що розташовано паралельно площині стіни, а не вітіювата структура ребер. Розташування рядів повітряних прошарків паралельно стіні обумовлено напрямком теплового потоку. От же чим більше буде масив з таких замкнутих прошарків, тим кращі повинні бути теплоізоляційні властивості матеріалу. Отже блок "Porotherm 44 P + W" повинен мати кращі теплоізоляційні якості, ніж блок "Керотерм". Товщина порожнин "Porotherm 44 P + W" становить в середньому 10-11мм і товщина простінка 6мм, а товщина порожнин "Керотерм" складає від 15 до 30мм з тією ж товщиною простінка.
Тепер розібравшись з тим, що в дійсності в більшій мірі впливає на теплоізоляційні властивості блоку, я пропоную ознайомиться з теплотехнічним розрахунком моделі блоку "Porotherm 44 P + W". Його я вирішив розглянути як завідомо більш теплий блок, в порівнянні з блоком "Керотерм". У розрахунку використані стаціонарні умови, тобто умови при яких весь блок рівномірно прогрітий і температура повітря в прошарках всюди однакова (0 С °). У реальному житті такого бути не може, але це дає можливість проаналізувати, на що здатний керамічний блок в ідеальних "тепличних" умовах.

ПОДИВИТИСЬ РОЗРАХУНОК МОЖНА ТУТ

Я отримав наступні значення для блоку: R=1,95 м²*С°/Вт и λе =0,23 Вт/(м•°С). Розрахунковий коефіцієнт теплопровідності λ на 57, % більше, а розрахунковий опір теплопередачі R блоку менше на 40%. Вочевидь, що у випадку з блоком "Керотерм", його показники теж будуть не на стільки оптимістичні як заявлені виробником і швидше за все наблизяться до даних табличних значень, тобто коефіцієнт теплопровідності складе десь λ =0,4 Вт/(м•°С).
Звичайно, дома з керамічного блоку будуть тепліші, ніж зі звичайної цегли, однак я не рекомендував би використовувати ці матеріали без додаткового утеплення.

Для того, що б досягти опір теплопередачі R = 3,3 м² * С ° / Вт, для розглянутих зразків, їх слід утеплювати.

В довершення сказаного хочу звернути увагу читача на відміну характеристик пустотних блоків, що постачаються на ринок України і блоків, які наприклад виготовляють для Великобританії (Poroton Cellular Clay Block - T12 365).
Цей пустотний блок має наступні характеристики 365 x 248 x 249, його вага 14,1кг. Щільність керамічного матеріалу блоку шляхом обчислення при порожнистості 50% складає лише P=1258 кг/м³. Виробник заявляє, що загальний коефіцієнт теплопровідності для зазначеного блоку "Poroton Cellular Clay Block - T12 365" у висушеному стані складе λ =0,12 Вт/(м•°С), тобто майже такий же як і заявлений для "Porotherm 44 P + W"- λ =0,13 Вт/(м•°С) зі щільністю P= 1540 кг/м³.
Або ось наприклад "Porotherm T12 425" це аналог "Porotherm 44 K Profi" (див. мал. 7 та порівняльну таблицю)
 

Porotherm T12 425 це аналог Porotherm 44 K Profi

Мал.7

Назва матеріалів

Середня щільність, керамічного матеріалу
P,кг/м³

Заявлений загальний
Коефіцієнт теплопровідності блоку λ,Вт/(м·°С)

Розміри

Об'єм
V, м³

Маса
m, кг

Марка
Міцності
на стиск
М, кг/см²

Porotherm T12 425

 

1305

 

0,12

425x
248x
249

 

0,0262

 

17.1

 

М100

Porotherm 44 K Profi

 

1500

 

0,12

440х
250х
249

 

0,0274

 

20.3

 

М100

Таким чином, порівнюючи ці дані можна зрозуміти, що не можуть два однакових за структурою блоки з різною щільністю керамічного матеріалу, мати один і той же показник коефіцієнту теплопровідності λ=0,12 Вт/(м•°С). На мій погляд ці значення явно підігнані під певну планку і досить грубо.

Тепер давайте розглянемо особливості порожнистого матеріалу, які змушують поглянути на його теплоізоляційні властивості під іншим кутом.

По-перше, в порожнистій структурі тепловий потік, що проходить через матеріал, буде намагатися викривлятися, огинаючи порожнини, заповнені повітрям. Це значно збільшує кількість теплоти, що протікає через структуру блоку. Щоб зрозуміти це явище краще, я зіставлю це з рухом води по трубопроводу. У місцях зменшення перерізу труби збільшується тиск потоку. Коефіцієнт теплопровідності керамічного матеріалу каркаса блока при щільності P=1540...1560 кг / м³ складе λ= 0,7 Вт / (м • ° С), тобто не на багато краще ніж у повнотілої кераміки. Крайні суцільні бічні торці з пазами i гребнями, з огляду на таку теплопровідність, по суті є найбільшими ділянками передачі тепла, званими містками холоду. Вони з'єднують на пряму фронтальну і торцеву поверхні блоку і тому мають найменший опір для руху тепла.
По-друге в прогрітій частині блоку тепло буде проходити інтенсивніше, тому що від розігріву матеріала блоку коефіцієнт теплопровідності матеріалу збільшується і передача тепла випромінюванням відбувається сильніше. Таким чином пустотні матеріали будуть тим ефективніше утеплювати, чим нижча температура випромінюючих поверхонь і навпаки.
По-третє, що стосується реального практичного застосування матеріалу, то слід зазначити, що блоки в процесі доставки і укладання можуть бути схильні до сколювання і утворенню тріщин, так як вони доволі крихкі. Дуже часто вони не охайно укладені (див. мал. 8). Після завершення монтажу частина зовнішніх стіни піддається штробленню під інженерні комунікації. Це може призвести до небажаних наслідків. Важливо знати, що якщо чарунки блоку мають сполучення із зовнішнім повітрям або з іншими чарунками, то в результаті проникнення холодного повітря із зовні або перетікання повітря із суміжних чарунок може спричинити зменшення загального опору теплопередачі стіновий конструкції. Теж саме можна сказати про вертикальні шви, на які не наносять клей. Теплообмін конвекцією там буде посилений.

кладка із керамоблоку

Мал.8

Тобто, чарунки в блоках повинні бути цілими і герметичними.

Перераховане мною не може не вплинути на енергоефективні якості матеріалу(див. мал. 9).

Реальна картина опору тепловтратам у керамоблоке

Мал.9

Тепер про складнощі монтажу. В процесі монтажу блоків великі пустоти, як на прикладі в блоці "Керотерм", не дають розчину або клею лягати на поверхню, провалюючись в порожнини. Це можна було б поправити дрібночарунковою сіткою, покладеної перед укладанням розчину / клею на блок, але ця ж дрібночарункова сітка заважає розчину (клею) склеювати два елемента горизонтально. Добрими пластичними якостями володіють полімерні клеї, але вони будуть як мінімум в два-три рази дорожче звичайних. Керамічний блок вимагає використання спеціальних дюбелів, які дорожчі за звичайні.
Тепер про інше. За об'ємом кладки блок "Керотерм" є еквівалентом об'єму 11,5 шт. цеглин , блок "Porotherm 44 P + W" за об'ємом є еквівалентом 13,32 шт. цеглин. Обидва блоки замінюють пристойний обсяг кладки з цегли, не використовуючи такої великої кількості води і суміші, але на ряду з цим вони володіють великою масою 17,5 і 20 кг. Це фізично ускладнює укладання, хоча для фундамента навантаження від стіни з керамічних блоків буде значно меншим ніж від стіни із повнотілої цегли. Трудовитрати тут, з одного боку, менші ніж при муруванні звичайної цегляної кладки і кладка відбувається значно швидше, але витрати сил напевно вищі. Штроблення, підрізання і вирізання отворів в стіні з пустотного блоку досить не складний процес, але на практиці скажу, що це потрібно робити тільки відповідним інструментом. Якщо взяти в руки перфоратор, то можна сильно зруйнувати структуру матеріалу.
Це матеріал добре підійде для малоповерхового будівництва, а також стане гарним заповненням в каркасному багатоповерховому будівництві.
І на останок про ціну.
Один блок "Кератерм" 380х248х238 пропонують за 34 грн. В одному метрі кубічному вміщається 44,6 шт. блоків, тобто виходить 1517 грн. за 1м³. Один блок "Porotherm 44 P + W" пропонують за 51 грн. В одному метрі кубічному вміщається 38,6 шт. блоків, тобто виходить 1968 грн. за 1м³.
Декларована витрата розчину для кладки з блоків "Кератерм" складає 0.1м³ на 1м³ стінової конструкції. Приймаємо кладку на теплому розчині "Тепловер М700". Вартість одного мішка такої суміші 120 грн. З одного мішка можна приготувати 0.024 м³ розчину, тобто необхідно 4,2 мішка розчину. Така кількість розчину буде коштувати 504 грн. Отримуємо мінімальні витрати на мурування стіни з блоку "Кератерм" в 2021 грн.
Декларована витрата розчину для кладки з блоків "Porotherm 44 P + W" складає 0.13м³ на 1м³ стінової конструкції. Приймаємо кладку на теплому розчині "Тепловер М700". Вартість одного мішка 120 грн. З одного мішка можна приготувати 0.024 м³, значить необхідно 5,4 мішка розчину. Така кількість розчину буде коштувати 650грн. Отримуємо мінімальні витрати на мурування стіни з блоку "Porotherm 44 P + W" в 2618 грн.
Зіставивши це з собівартістю цегляної кладки стає зрозуміло, що витрати на стіну з керамічних пустотних блоків практично в 2 рази більші.

Газоблоки і піноблоки

ГАЗОБЛОКИ та ПІНОБЛОКИ

Блоки з ніздрюватого бетону, це теж продукт оточений різними міфами. Не знаю звідки, але вважається, що це матеріал не екологічний і шкідливий для здоров'я. Менеджери з продажу стверджують, що з блоків марок D 500 можна зводити чотириповерховий будинки без підсилень стінових конструкцій і що цей матеріал не гігроскопічний, тобто не здатний до вбирання вологи.
Газобетон виготовляється з цементно-піщаного розчину з додаванням газоутворюючого матеріалу. Можуть також бути додані і інші добавки. Газоутворення відбувається від додавання дрібнодисперсного алюмінію в розчин, в результаті утворюються водень, що спінює цементний розчин, і алюмінати кальцію. Після цього ледь зміцнені тужавленням блоки поміщають в автоклав, а потім висушують.
По-перше вже стає зрозуміло, що нічого шкідливого для здоров'я у газоблоці немає. Алюмінат кальцію не токсична і стійка сполука. Що стосується піноблоків, то у виготовлені використовується та ж технологія, але без доведення автоклавом. Газоутворювач замінений спеціальною піноутворюючою емульсією. Вона буває органічна та синтетична. Синтетична емульсія небезпечна для здоров'я. Властивості у піноблока і газоблока дуже схожі.
Отже це матеріал з великою кількістю пор і варто розповісти про нього трохи більше. Знову взявши в руки вже відому вам книгу "Будівельна теплотехніка огороджуючих частин будівель" знаходжу, що скелет матеріалів, найчастіше має дуже велику теплопровідність (глина, цемент, кремній), але коли вони наповнені газозаповненими порами, відбувається симбіоз самого матеріалу і газів (повітря)в них. Коефіцієнт теплопровідності повітря, що міститься в порах матеріалу, має дуже незначне значення в порівнянні з теплопровідністю основної речовини матеріалу і залежить головним чином від розмірів і форми пор( наприклад коефіцієнт теплопровідності повітря становить від λ = 0,024 Вт/(м • °С) при розмірі пор близько 0,1 мм, він зменшується до λ= 0,031 Вт/(м • °С) при розмірі пор близько 2 мм.
Коефіцієнт теплопровідності пористого матеріалу дорівнює середньому значенню між коефіцієнтом теплопровідності основної речовини матеріалу і коефіцієнтом теплопровідності повітря, що міститься в порах. Важливо що б пори були замкнутими інакше виникають конвективні потоки в самому матеріалі. Отже, чим більше замкнутих пор на одиницю об'єму і чим менше їх розмір, тим теплішим матеріал буде. Розглянувши матеріал ближче (див. мал. 10) можна побачити, що газоблок складається в основному з замкнутих пор від 0,3 мм до 2 мм.

пористість газобетона

Мал.10

При виборі блоків з ніздрюватого бетону важливими є два показника, це щільність і клас бетону з якого він виготовлений. Почнемо з класу бетону. Приблизну таблицю перекладу класу бетону в марочну міцність можна побачити нижче.

Марка бетону міцності на стиск

Клас бетону міцності на стиск

М 25

С1,5

М 25

С2

М 35

С2,5

М 50

С3,5

М 75

С5

М 100

С7,5

Нижче наведені блоки за їх щільністю і відповідністю маркам бетону.

Конструктивно-теплоізоляційні ніздрюваті бетони

Марка бетону за середньою щільністю

Середня щільність, кг/м³

Автоклавний

Неавтоклавний

Клас бетону міцності на стиск,

Марка за морозостійкістю

Клас бетону міцності на стиск,

Марка за морозостійкістю

D300, D350,D400, D500,

Від 270 до 530 включ.

С 1,5; С 2,0;
С 2,5; С 3,5

F15; F25; F35

С 1,5;
С 2,0

F15; F25;F35; F50

D600, D700,

Від 530 до 740 включ.

С 2,0;С 2,5;
С 3,5; С 5,0;
С 7,5

F15; F25;
F35; F50;
F75;F100

С 1,5; С 2,0;
С 2,5

F15; F25;F35; F50

D800, D900

Більше 740    »    950    »

С 3,5; С 5,0;
С 7,5; С 10

F25; F35;
F50; F75;
F100 

С 2,0; С 2,5;
С 3,5; С 5,0

F15; F25;F35; F50


 
Розглянувши марки бетонів з яких виготовляється блоки D 500 ,стає зрозумілим, що це не той матеріал який самостійно може виступати як несучий стіновий елемент для будівель в 4 ... 5 поверхів, але при вмілому посиленні конструкції стін і зборі навантажень він дійсно може бути придатним для будівництва таких будинків. У висотному будівництві він буде гарним заповнювачем. Не варто забувати, що щільність матеріалу має великий вплив на його міцність і довговічність. Той хто користувався ним на практиці знає, що дюбель встановлений в стіну з газобетону буде нести менше навантаження, ніж той який було вкручено в цегляну стіну. Сам по собі газобетон досить крихкий матеріал.
Разом із недоліками газоблок має і неочікувані переваги, однією з них є правильна геометрія. Вертикальне навантаження буде переноситися і розподілятися рівномірно і можна говорити, що кладка з такого матеріалу буде достатньо міцною. Максимальна марка морозостійкості для D500 повинна скласти F35, але її я розгляну трохи пізніше, після розгляду вологість.
Теплоємність кладки для газобетону D500 с=0,84 кДж/(кг•°С), Як і у випадку з пустотною керамікою цей матеріал значно менш щільний ніж цегла і буде приблизно на тому ж рівні по теплоакумуляційним властивостям як і пустотний керамічний блок.
Вологість wв=15,6%. Незважаючи на запевнення менеджерів по продажу про майже плавальні здібності газоблоку, він досить гігроскопічний, як і всі бетони. Колись на виставці спостерігав картинку, як шматок газоблоку обливали водою і вона збігала з нього не всмоктуючись, але коли на будівництві я зробив ті ж маніпуляції, цього не відбувалось, імовірно виставкові зразки обробляють гідрофобізатором. У порівнянні зі звичайною цеглою різниця по масі води, що всмоктується в газоблок буде майже в 7 разів більша, при рівному об'ємі кладок. Це по-перше значить, що матеріал не варто використовувати на цоколях. Приміщення з підвищеним вологісним режимом обов'язково оштукатурювати важкими розчинами, тобто М100 або більше, а також облицьовувати керамікою. Використовувати для зовнішньої обробки тільки паропроникні матеріали або створювати вентильовані прошарки.
Тепер про морозостійкість. Деякі виробники заявляють, що для D500 морозостійкість складає F 100. Як завжди тут я вдамся до допомоги "розумних книг". У виданні "Будівельної теплотехніки" говориться, що замерзання вологи в порах матеріалу відбувається при температурі нижче 0 ° С. Температура замерзання вологи в порах залежить від їх діаметру. Чим меншим буде діаметр пори, тим нижче буде температура замерзання в ньому води. Так, наприклад, в порах діаметром 1,57 мм вода замерзає при температурі -6,4 ° С; в капілярах діаметром близько 0,24 мм при -14,2 ° С, а в капілярах діаметром 0,1 мм при -18,6 ° С. Газоблок D500 ,як уже було сказано, має переважну кількість пор 0,3 ... 2 мм, тому вода буде замерзати в ньому при незначній мінусовій температурі, намагаючись зруйнувати структуру блоку. А так як блок крихкий і не такий вже міцний, то цей процес буде відбуватися доволі швидко. Так що думаю, що значення F 100 значно перебільшене. Але з іншого боку беручи до уваги те, що капілярна конденсація може бути тільки в капілярах дуже малого діаметру, при діаметрі вузького місця капіляра, більше 2 • 10-5см, то капілярної конденсації не відбувається. Це означає, що в нормальних умовах експлуатації, якщо стіна добре захищена від попадання на неї атмосферної вологи, і вологісний режим усередині приміщення дотримується, то морози такій стіні не страшні.

Виробник вказує, що теплопровідність у матеріалу D500 λ=0,145 Вт/(м•°С), табличні значення нормативної документації вказують λ= 0, 15 Вт/(м•°С) . Що ж, тут виробник вказує досить чесний коефіцієнт. Дійсно цей матеріал теплий.
Вага блоку D500 (300*200*600) складе 16 кг, теж не легкий "шматок", хоча для фундаменту, як і у випадку з пустотною керамікою, цей матеріал створює менше навантаження ніж повнотіла кераміка. З перерахованих матеріалів газоблок обробляється найлегше і навіть з допомогою ручної пилки з побідитовими наконечниками. Як і у випадку з пустотною керамікою потрібно намагатися уникати роботи перфоратором, матеріал все ж крихкий. Матеріал потребує найменшу кількості розчину, що використовується для мурування. Велика швидкість зведення стін з газоблоку в порівнянні з цеглою очевидна.

Тепер про ціну! Блок D500 (300*200*600) коштуватиме 38,2 грн. за одну штуку. В одному метрі кубічному вміщається 28 штук блоків, порахувавши виходить 1070 грн. за 1 м³ газоблока.
Витрата розчину на 1м³ кладки складає 0.03 м³. Приймаю, що кладка на теплому розчині "Тепловер М700". Вартість одного мішка розчину 120 грн. З одного мішка можна приготувати 0,024 м³ розчину, тобто необхідно 1,25 мішка розчину які будуть коштувати 150 грн. Загальна сума витрат становить 1220 грн.

Зведена таблиця за матеріалами розглянутим в статті.

Назва матеріалів

Середня щільність, P,кг/м³

Загальний
Коефі--
цієнт тепло--
провідності λ,Вт/(м·°С)

Вологість
за масою
wв,%

Питома теплоємність
(на 1 кг маси) с, кДж/(кг·°С)

Собівартість матеріалів на 1м3 кладки
(літо2017р.), грн.

Марка
міцності
на стиск
М, кг/см²

Повнотіла цегла м100

1700...1760

0,81...0,87

0,53...0,9

0,84...0,88

1224...1480

М100

Пустотний керамічний блок м100

1560...1540/
(780-БРУТТО)

0,23...0,4

1

0,88

2021...2618

М100

Газобетонний блок D500

370...530

0,15

15,6

0,84

1220

М25..35


 
В кінцевому підсумку, спираючись на зведені дані таблиці можна виділити переваги і недоліки кожного матеріалу:
-цегла, це міцний, надійний, тепломісткий і доступний матеріал. Його недоліки це слабкі теплоізоляційні властивості і великі трудовитрати при муруванні;
-пустотний керамічний блок, в порівнянні з цеглою, володіє значно кращими теплоізоляційними якостями, хоч і не достатніми. Він укладається значно швидше. Кладка з нього має меншу теплоємність і вона не на стільки міцна як з цегли. Блок через свою пустотність має підвищену крихкістю. Цей матеріал найдорожчий, з усіх розглянутих;
-газоблок, це матеріал з найкращими теплоізоляційними якостями і з найпривабливішою вартістю. Він швидко і легко укладається, матеріал володіє майже однаковою з пустотним керамічним блоком теплоємністю. Його слабкими сторонами є найнижча міцність, в порівнянні з іншими матеріалами, а також крихкість і велика гігроскопічність.

Як архітектор, я проектував будинки з використанням всіх трьох типів матеріалу, і зі свого досвіду можу сказати, що значно простіше працювати з матеріалами, що мають суцільну структуру, вони практичніші при укладанні. Їх можна підрізати в будь-якому місці без урахування модульного розміру блоку і вони не вимагають такого скрупульозного технічного нагляду як при монтажі з пустотних блоків. Всі перераховані матеріали, при розумному і грамотному підході проектувальника, можуть ефективно працювати в стінових конструкціях.

Дата видання:12.10.2017
Автори: арх.Літинський А.В. та арх. Літинський О.В.


Litinsky and litinsky.com
 

© Всі права захищені.