Теплопроводность кирпичной кладки

Кирпич в строительстве используется повсеместно, как  для масштабных сооружений, так и для частных построек. Такая популярность обоснована, ведь этот стройматериал обладает многими параметрами, среди которых прочность, долговечность и относительно неплохая шумо- и теплоизоляция. Основным конкурентом в частном строительстве тут является дерево, поэтому мы будем сравнивать теплопроводность кирпича и дерева.

Для начала разберем то, какими бывают кирпичи, каковы его разновидности и что, где и когда используется. После этого вашему вниманию будет представлен обзор деревянных стройматериалов с описанием их качеств и недостатков. Ну а в заключение мы сделаем вывод о том, какой материал лучше и как его правильно применять в строительстве.

Само собой большое внимание мы уделим теплопроводности, и опишем этот параметр для всех рассматриваемых тут видов строительного материала. Проводимое сравнение даст вам возможность сделать правильный выбор.

Разновидности кирпичей

Клинкерный

Эта разновидность имеет самый высокий коэффициент теплопроводности. Именно поэтому, несмотря на прекрасные качественные показатели прочности, данный материал редко используют при возведении стен. Он чаще всего применяется для мощения дорог и создания полов в промышленных помещениях.

Коэффициент (λ) равняется значению – 08 – 09 Вт/(м*К). Это очень большой показатель, который делает бессмысленным использование клинкера для строительства утепленных конструкций. Для этих целей существуют иные строительные материалы.

Силикатный

Далее идет стройматериал из силиката. Существует множество разновидностей этого стройпродукта, и уровень потери тепла тут напрямую зависит от веса блока. То есть тем меньше весит силикатный брикет, чем меньше потеря тепла будет у постройки, созданной из него.

Так, полнотелый брикет, например, двойной силикатный кирпич М 150, будет существенно терять тепло (λ – 0,7 – 0,8). А вот уже щелевой силикат будет иметь коэффициент равный значению – 0,4, что практически в два раза эффективнее.

Однако силикат, будучи дешевым изделием, требует качественного дополнительного утепления.  Да и показатели прочности и долговечности у него довольно посредственные.

Керамический

В особую категорию выделяются керамические изделия, которые имеют множество разновидностей. Все их разбирать мы не будем, а остановимся на самых используемых.

К таковым относятся:

• Полнотелый.
• Пустотелый.
• Огнеупорный.
• Щелевой.
• Теплая керамика.

Все эти материалы применяются при кладке. Каждый из них имеет свое значение сохранения и потери тепла. Логично, что полнотелый материал имеет самый слабый показатель сохранности теплоты – 05-0,8 Вт/(м*К). Это объясняется его весом.

Далее идёт пустотелый кирпичный продукт, принимающий значение λ, равным – 0,57. А щелевой керамическое изделие, имеющее более развитую пустотную систему  – 0,4.

Теплая керамика, является самой теплосберегающей, не только среди керамических продуктов, но и среди всех кирпичных разновидностей (λ – 0,11). Однако хрупкость этого материала не позволяет его использовать во многих строительных конструкциях.

Особняком стоят огнеупорные керамические стройматериалы. Например, теплопроводность шамотного кирпича принимает значение в 06-08 Вт/(м*К). Этот показатель практически идентичен показателю полнотелого кирпичного продукта.

Данное совпадение не удивительно, ведь шамот представляет собой обожженный глиняный брусок, который имеет повышенные огнеупорные качества.

Иные виды

Нужно отметить, что теплопроводность керамического кирпича наиболее низкая среди всех видов строительных материалов подобного рода. Понятное, дело, что не всякая керамика является нетеплопроводной, как уже было замечено выше, многое зависит от веса строительного брикета.

Так, самой нетеплопроводной керамикой является поризованный кирпич, и отмеченная нами ранее теплая керамика. Поризованный брусок, сделан таким образом, что помимо имеющихся щелей, в нем также присутствует особая структура, которая снижает его собственный вес. Этот фактор и дает возможность для сохранения тепла.

А может дерево

Преимущества деревянных конструкций

Как говорилось в самом начале, мы сравним теплопроводность кирпичной кладки и деревянных конструкций. Естественно, что это нам не удастся без обзора свойств этого самого дерева. Мы сравним не только теплопроводность, но и другие не мене важные характеристики.

Итак, начнем все же с показателя сохранности тепла. Деревянные конструкции тут лучше многих кирпичных аналогов. Дерево в силу своих особенностей имеет куда меньший коэффициент  λ.

Однако обо всем по порядку. Сравнивая теплопроводность дерева и кирпича, нужно понимать, что дерево бывает разное.

Вот самые используемые породы деревьев, а также изделия из них:

• Цельный дуб.
• Хвойные породы.
• ДСП и прочие подобные плиты.

Все они имеют коэффициент теплопроводности, который значительно меньше, чем у кирпичных стройматериалов. Самый низкий показатель у древесины, которая режется вдоль волокон. Там λ равна 0,1.

Но и у древесины нарезанной  поперек волокон показатель потери тепла минимален – 0,18 – 0,23 Вт/(м*К). ДСП имеет данное значение в пределах 0,15 ВТ/(м*К).

Недостатки деревянных конструкций

Становится понятным, что древесина более подходит для строительства стен в зданиях, так как обладает лучшими свойствами нужными для сохранения тепла. Однако почему все же кирпичная кладка более распространена?

Ответ тут прост. Несмотря на то, что коэффициент теплопроводности кирпича выше, чем у деревянной конструкции, последняя имеет ряд недостатков, которые и наталкивают строителей в пользу кладки.

Вот эти недостатки:

• Цена. Качественная древесина, особенно цельная (а другая для возведения стен и не подходит) стоит довольно больших денег.
• Долговечность. Несмотря на свою стоимость, дерево недолговечно, оно подвержено таким неприятностям, как усушка, образование синевы, гнили и т. д. Что бы всего этого избежать и продлить срок службы, деревянные конструкции нужно дополнительно обрабатывать специальными веществами.
• Пожароопасность. Дерево горит. Причем горит довольно хорошо. Кирпичная кладка, а тем более шамотная во много раз пожаробезопансее, чем деревянная конструкция.
• Подверженность влиянию природных факторов. Дерево очень боится солнца, атмосферных осадков и прочего.

Понятно, что наличие таких существенных недостатков, нейтрализация которых требует больших денежных трат, отпугивает потенциального потребителя. Отличная теплопроводность деревянных конструкций не способна спасти ситуацию, и большее количество потребителей отдает предпочтение именно кирпичным конструкциям.

Из дерева строится, в основном, элитное жилье, где никто и не думает экономить. Для обычных же зданий используется старый добрый строительный кирпич.

Приступаем к делу

Чем строить

Итак, мы определились, что наилучшим вариантом для создания стен будут являться керамические стройматериалы. Эти изделия хоть и не блещат низкими теплопроводными свойствами, однако, по другим показателям намного более привлекательны по сравнению с деревом.

Понятное дело, что для создания теплого дома одним кирпичом не обойтись. Нужна будет грамотная дополнительная теплоизоляция.

Мы не будем здесь останавливаться на том, какими материалами лучше утеплять стены. Отметим лишь вскользь некоторые моменты.

Коэффициент теплопроводности кирпичной стены, как уже было сказано, довольно высок (доходит до значения в 0,8, в зависимости от разновидности материала). При использовании кирпичной кладки и теплоизоляционного материала в зимнее  время могут возникнуть проблемы связанные с накапливанием влаги внутри стены. Это очень негативно влияет на ее качественные свойства и долголетие.

Для предотвращения описанной ситуации предусмотрена одна инженерная хитрость. О ней мы и поговорим далее.

Воздушный зазор

Да, это хитрость называется воздушный зазор в кирпичной кладке. Многие знают про него, однако не все правильно его создают.

Вот инструкция по созданию воздушного зазора:

• В первом ряду кладки между кирпичными брусками оставляются зазоры, которые нельзя заполнять цементным раствором. Расстояние между этими зазорами должно составлять около 1 метра.
• По всей высоте стены, между кирпичной кладкой и утеплителем оставляется небольшое пространство, через которое и должен «ходить» воздух.

Таким образом, создается, и вентиляция, и регулируется температура в помещении.

Обратите внимание! Ни в коем случае нельзя делать стяжку или иное перекрытие на последнем ряду кладки, которое закрывало бы путь для циркуляции воздуха. Этим вы лишаете смысла всю задумку воздушного зазора.

Напоследок

Как видите, коэффициент теплопроводности кирпичной кладки, можно понизить, не прибегая к каким-либо радикальным методам. И что самое главное, вам не нужно тратить большие денежные средства или же жертвовать качественными показателями вашего жилища.

К тому же, если вы решите создавать стены из огнеупорного кирпичного материала, то вы получаете и дополнительную степень безопасности, которой не удалось бы достичь, возводя основания из дерева. Несмотря на то, что коэффициент теплопроводности шамотного кирпича довольно высок, все же это хороший выбор в пользу безопасности.

Также нельзя не отметить и индекс изоляции воздушного шума кирпичной кладки. Он так же, как и теплопроводность, не обладает сверхкачественными показателями, однако является вполне достаточным. А при дополнительной звукоизоляции вы будете себя чувствовать весьма комфортно.

При создании кладки из керамического материала, показатель индекса воздушного шума, колеблется на границе 50 Дб. Данное значение является средним с тенденцией к низкому.

Однако оно довольно комфортное. При усилении кладки звукоизоляционными материалами, можно повысить значение изоляции шума вплоть до стабильного среднего.

Вывод

Понятно, что кладку можно производить  и своими руками. У нас на сайте вы найдете множество информации о том, как это сделать. Вы найдете информацию о  кладке, как из кирпича, так и пеноблока. Этот материал, кстати, интересен многими своими характеристика.

Говоря про теплопроводность красного кирпича, хотелось бы закончить разговор на следующем. Данный показатель очень важен для дома: не пренебрегайте им, и тогда тепло не покинет ваше жилище. Если у вас остались какие-то вопросы, то в представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.

klademkirpich.ru

Почему регулировать теплопроводность стен их толщиной неправильно?

Низкая теплопроводность полнотелого кирпича

Теплопроводность выпускаемого ныне полнотелого кирпича довольно высокая, и стены толщиной в метр все равно не будут такими теплыми, как в дворянских и купеческих постройках XVIII века.
вестно, что многоэтажки со стенами «советской» постройки толщиной в 80 см в сильные морозы нуждаются в дополнительном отоплении. А и при реконструкции старинных деревянно-кирпичных зданий зачастую просто погружают нижний кирпичный этаж в землю, превращая его в подобие фундамента, рассчитывая, что дополнительные затраты на достройку будут намного меньше сумм, которые могут потребоваться на отопление нижнего кирпичного этажа.

Коэффициенты теплопроводности кирпичей:

«Суперэффективный» пустотелый кирпич: 0,25 — 0,26 Вт/м°С

Кирпич красный пустотелый:  0,3 — 0,5 Вт/м°С

Кирпич красный полнотелый: от 0,6 до 0,7 Вт/м°С

Чувствительность к резким перепадам температуры

Дом с толстыми неутепленными каменными стенами чрезвычайно чувствителен резким перепадам температуры. Достаточно оставить его на два-три дня без отопления, и внутри кирпичной кладки начинает конденсироваться влага. Этот процесс стремительно захватывает все новые и новые слои вплоть до появления капель и ледяных кристаллов внутри помещения. Стена промерзает, становится рыхлой, ее теплопроводность резко падает до катастрофической отметки, появляется опасность развития плесени и грибка. Отсыревший многотонный массив очень трудно просушить впоследствии.

Точка росы внутри стены

Кроме того, какой бы толстой не была неутепленная кирпичная стена, точка росы будет находиться всегда в ее толще, ведь поддерживать одинаково высокую температуру внутренних и внешних слоев кладки – значит отапливать улицу. Кирпич для таких стен должен быть очень высокого качества с водопоглощением не выше, чем у глазурованной керамики.

Когда хороша толстая стена?

Толстые каменные стены хороши для средиземноморского и тропического климата: нет опасности промерзания, сглаживаются сезонные и суточные колебания температур, в жару можно обходиться без кондиционера.

Толстые стены – это рискованно и дорого. Но и хорошо утепленная тоненькая кладка в половинку или четверть кирпича – другая, совершенно неоправданная крайность. Дело в том, что умеренно массивная, защищенная от теплопотерь каменная стена способна аккумулировать тепловую энергию и постепенно отдавать ее в пространство помещения. Теплые, сухие, кирпичные стены – отличный источник мягкого домашнего тепла. Они как губка впитывают энергию систем водяного отопления или инфракрасных излучателей, и сами становятся вторичными источниками энергии инфракрасного диапазона. Комфортные условия в такой комнате быстро восстанавливаются даже после интенсивного сквозного проветривания; рядом с толстыми хорошо теплоизолированными стенами можно поставить и кровать, и рабочий стол – их поверхность не будет «холодить».

Какой же должна быть толщина кирпичных стен?

Исходя из вышеизложенного в практике каменного строительства поступают следующим образом: кирпичную кладку толщиной 40-50 см утепляют снаружи любым качественным пористым материалом достаточной толщины. В результате получают комфортный теплоинерционный дом, стены которого имеют двух- или даже трехкратный запас прочности и защищены от разрушающего воздействия влаги.

 Расчет толщины кирпичной стены

При расчетах данного типа используются данные параметры:

• размеры стандартного кирпича: 250*120*65 мм;
• вес одного кирпича: 3,2 кг;
• вес одного м³ кирпича — 1600 кг.

При минимальной зимней температуре толщина стены должна составлять 51-64 см, при использовании утеплителя со стороны улицы толщина снижается до 25 см.

Исходя из вышеуказанных данный произведем расчет количества кирпича для нашего дома.

Примем во внимание факт, что проживаем в местности с зимними температурами до -25С°.

 

Размеры стен:

• Высота — 3 метра.
• Длина: 2 стены по 6 м, 2 стены по 4 м .

Общая площадь стен: 6*3+6*3 + 4*3+4*3 = 50 м²

Площадь одного кирпича: 0,012*0,065 = 0,0078 м²

Общее количество кирпичей: площадь стены/ площадь одного кирпича =( 50/0,0078 )*2= 12820 штук. Умножение на два произошло потому, что стена будет возводиться » в два кирпича».

Общий вес стен: вес одного кирпича*общее количество кирпичей = 3,2*12820=41024 кг

Требуемый объем кирпича: общий вес стен/вес одного м³ кирпича = 41024/1600=25,64 м³.

Для определения стоимости кирпича потребуется лишь знание стоимости одного метра кубического. Далее эта цифра умножается на требуемый объем кирпича и сумма одной из Ваших базовых затрат на стройку становится понятной.

 

www.postroim.net

Краткое описание закона Фурье

Теплопроводность, как и водопоглощение или морозостойкость кирпича, играет очень важную роль при выборе строительного материала, необходимого для возведения несущих стен, каких-либо облицовочных работ, кирпичной кладки при устройстве межкомнатных перегородок. Изделие не только позволяет создать неповторимый стиль, но и обеспечивает тепло и уют в доме. Этот фактор является важным при его выборе.

Закон Фурье при расчете теплопроводности.

Показатели, позволяющие анализировать тепловой поток, находятся под влиянием различных температур. Это объясняется постепенным переходом тепловой энергии из горячего состояния в холодное. Если температура довольно высокая, то данный процесс можно наблюдать открыто. При высокоинтенсивной передаче тепла наблюдается градация в уровне температур.

Чтобы глубже исследовать теплопроводность и тепловой поток, учитывая площадь поперечного сечения, ученый Фурье открыл закон, который показывает, по каким причинам материалы способны прекрасно задерживать тепло, улучшая свою изоляцию. Степень переноса теплоты может быть обозначена специальным коэффициентом (КТ) — λ.

Значение тепловой энергии измеряется в таких единицах, как ватт, сокращенно Вт. Этот показатель способен уменьшать свой уровень на 1°С в результате прохождения расстояния в 1 мм при температурном различии. В процессе лабораторных исследований Фурье было обнаружено, что чем меньше коэффициент теплопроводности, тем выше уровень сохранения тепла строительным материалом, поэтому его можно отнести к более теплому.

Данный показатель, который важен в строительстве, в наибольшей степени обусловлен плотностью строительной продукции. Если уровень значения плотности материала понижается, это приводит к снижению его теплового показателя. Для плотных тяжелых экземпляров характерно повышенное значение коэффициента.

Если строительный материал обладает более легким весом и меньшей прочностью, то его величина является небольшой. Коэффициент, который зависит от плотности строительного материала, находится под влиянием таких характеристик, как водопоглощение кирпича и его морозостойкость.

Уровень показателя силикатных изделий

Теплопроводность основных видов кирпичей, и другие характеристики кирпича.

Сфера применения силиката зависит от его качественных характеристик. Сюда входят теплопроводность, водопоглощение и морозостойкость кирпича. Силикат обладает повышенной склонностью к водопоглощению, поэтому он не используется при кладке фундаментов, подвалов или цоколей, так как эти сооружения имеют высокий уровень влажности.

Сухой силикатный материал обладает теплопроводностью (Т), составляющей 0,8 Вт/м*К. Керамические изделия имеют более высокую величину данного параметра, поэтому Т кладки сооружений из них составляет 0,9 Вт/м*К, что на 0,2 Вт/м*К больше, чем в первом случае. Показатель, составляющий 0,35-0,70 Вт/(м°С), а также средняя плотность сухого силикатного кирпича находятся в линейной зависимости, поэтому данная величина не зависит от количества и расположения пустот.

Силикатные изделия имеют значение теплового показателя переноса энергии меньше, чем керамические, поэтому они применяются для отделки фасадов. Для получения теплоэффективных стен применяется многопустотный силикатный кирпич, а также камень. Их плотность не более 1450 кг/м³. Эффект достигается только при аккуратном ведении кирпичной кладки, предполагающей использование нежирного кладочного раствора, который наносится тонким слоем и имеет плотность не более 1800 кг/м³. Раствор не должен заполнять пустоты в изделии.

Величина показателя красного кирпича

Для полнотелого красного кирпича характерна самая низкая способность к сохранению тепла, составляющая 0,6-0,8 Вт/м*К. По этой причине возводить энергоэкономичные сооружения целесообразно из пустотелых изделий. Их показатели теплопроводности намного ниже и составляют около 0,56 Вт/м*К.

Теплопроводность кирпича зависит не только от производственной технологии. Этот показатель находится в зависимости от множества факторов: влажности, объемного веса, пористости (размера пор материала). Достаточная плотность и пустотность этого изделия, составляющая 40-50%, соответствует показателю Т, равному 0,2-0,3 Вт/м*К. При этом толщина стен должна быть значительно меньше, чем в постройках из силиката.

Коэффициент теплопроводности, единица измерения которого исчисляется в ваттах, определяет количество тепла, способного проникнуть через кирпичную стену, имеющую метровую толщину.

Разница температуры должна составлять в 1°C по обе стороны стены. Чем выше данное значение, тем хуже характеристики коэффициента.

Наиболее важным свойством шамотного кирпича является тепловой эффект, что следует учитывать в процессе кладки печей и каминов. Чтобы обеспечить тепло в жилье, необходимо выбирать строительные материалы, обладающие низким коэффициентом теплопроводности, единицей измерения которого являются Вт/м°С или Вт/м*К.

Заключение

Показатель указывает на то, до какой степени может сохраняться тепло кирпичных стен сооружения. Это свойство объясняет, как данный материал не только проводит, но и передает тепло. Определить этот показатель можно с помощью коэффициента теплопроводности кирпича, который был получен на основе лабораторных исследований ученых.

Еще статьи по теме:

Теплопроводность кирпичной стены

Теплопроводность – один из важнейших показателей, характеризующих качество возводимого сооружения. И это неудивительно: ведь от этого коэффициента зависят не только затраты на отопление помещений, но и степень комфортности проживания в доме. Также в строительных расчетах часто фигурирует коэффициент теплосопротивления (сопротивление теплоотдаче), обратный теплопроводности (чем выше первый, тем ниже второй, и наоборот).

Теплопроводность сооружения зависит от показателей используемого вида кирпича, от параметров раствора, типа кладки, применяемых строительных технологий и утепляющих материалов.

Коэффициент теплопроводности кирпичей

Данный коэффициент обозначается буквой λ и выражается в W/(m*K).

Показатель λ достаточно широко варьируется, в зависимости от типа кирпичей и способа их изготовления. В основном, на данный коэффициент влияют материал кирпича (клинкерный, силикатный, керамический) и относительное содержание пустот. До 13% пустотности кирпичи считаются полнотелыми, выше – пустотелыми. По уменьшению коэффициента λ линейка строительной продукции будет выглядеть следующим образом:

1. Клинкерный кирпич λ= от 0,8 до 0,9. Этот тип стройматериалов не предназначен для строительства утеплённых стен и чаще используется для изготовления полов и мощёных дорог.
2. Силикатный кирпич полнотелого типа λ= от 0,7 до 0,8. Чуть ниже, чем у предыдущего типа, но строительство стены с его использованием требует серьёзных мер по утеплению.
3. Керамический кирпич полнотелый λ= от 0,5 до 0,8 (в зависимости от сорта).
4. Силикатный, с техническими пустотами λ= 0,66.
5. Керамический кирпич пустотелого исполнения λ= 0,57.
6. Керамический кирпич щелевого типа λ= 0,4.
7. Силикатный кирпич щелевого типа – показатель λ аналогичен керамическому щелевому (0,4).
8. Керамический поризованный λ= 0,22.
9. Тёплая керамика λ= 0,11. Имея отличные показатели теплосопротивления, тёплая керамика уступает прочим видам кирпичной продукции по прочности, и поэтому применение её ограничено.

Важно при расчёте также учитывать, что для различных климатических регионов сопротивление теплоотдаче материалов будут варьироваться, в достаточно широких пределах Информацию о соотнесении теплоотдачи с климатическими параметрами, можно почерпнуть в СНиПе 23-02-2003.

Теплопроводность кладки

Теплосопротивление кирпичей является важнейшим коэффициентом и в ряде случаев является определяющим параметром при проектировании здания и выбора кладки. Вместе с тем, сопротивление теплоотдачи сооружения зависит не только от показателя λ используемых кирпичей, но и от применяемого строительного раствора.

Наиболее частым является случай, когда теплосопротивление раствора существенно ниже, чем сопротивление кирпича.

Так, коэффициент теплоотдачи раствора на основе цемента и песка равен 0,93 W/(m*K), а цементно-шлакового раствора – 0,64.

Путем суммирования коэффициентов сопротивления теплоотдаче кирпича и раствора разработаны специальные таблицы коэффициента теплопередачи, которые можно посмотреть в ГОСТе 530-2007. Ниже приведена выдержка из таблицы:

Таблица – Теплопроводность кладки

Расчет стены

Для того, чтобы использовать коэффициент теплосопротивления кирпичной стенки на практике, необходимо воспользоваться следующей формулой:

r = (толщина кладки, м)/(теплоотдача, W/(m * K)),

где r – сопротивление теплоотдаче кирпичной стены. При расчетах также необходимо учитывать степень влажности помещения и климатический регион.

Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены

В ряде случаев коэффициент λ оставляет желать много лучшего. К тому же нарушение технологии строительства может привести к изменению теплоотдачи в большую сторону. Если применять жидкий раствор при возведении стены из щелевого кирпича, то связующий материал проникнет в пустоты и отрицательно скажется на показателях теплосбережения (сопротивление теплопередаче уменьшится).

Что делать, чтобы увеличить сопротивление теплоотдаче?

Методы уменьшения теплопередачи стены:

1. Применение более энергосберегающих материалов (кирпичей с большей степенью пустотности).
2. При строительстве из щелевого кирпича применять густой раствор.
3. Прокладывание во внутреннем слое теплоизолирующих материалов. На рынке представлен огромный выбор теплоизоляции. Из наиболее популярных можно назвать стекло- и минераловатные материалы, пенополистирол, керамзит и другие. При применении утеплителей необходимо обеспечить пароизоляцию стены, чтобы избежать разрушения материалов.
4. Оштукатуривание поверхности.

Похожие статьи

Отсечная гидроизоляция кирпичных стен

Как сделать кирпичную стену в квартире

Расчет толщины утеплителя для кирпичной стены

О теплотехнических требованиях в ГОСТ 530-2007 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия»

Объем выпуска пустотелых керамических изделий в России стал составлять около 80%. Значительно расширена номенклатура эффективных керамических изделий, в том числе из пористой керамики. Оборудование, используемое для производства пустотелого кирпича и камня в основном импортное, приобретение которого началось в первые годы перестроечного периода. В кирпичах и камнях допустимые размеры щелевых пустот увеличили с 12 до 16 мм, диаметр вертикальных цилиндрических пустот и размер стороны квадратных пустот с 16 до 20 мм [1]. Увеличенные размеры пустот были введены в ГОСТ 530-95 [2]. Одновременно Госстроем России планировалось поручить научно-исследовательским институтам совместно со строителями разработать новые технологии кладки, исключающие заполнение пустот раствором, подобные зарубежным.

Поскольку работа над новыми технологиями не завершена, большинство строительных организаций продолжают вести кладку стен по технологии, разработанной для полнотелого кирпича. В результате расход раствора на кладку стен увеличился с 0,20-0,24 м 3 до 0,3-0,4 м 3. что привело к перерасходу цемента на 50-100 кг на один кубический метр кладки, а раствора до 300 кг. Попавший в пустоты раствор снижает теплозащитные свойства стен, не улучшая их прочностные показатели. Экспериментальные исследования температурно-влажностного режима кладок из современного пустотелого кирпича и камня позволили ввести в новый ГОСТ 530-2007 [3] требования, отражающие сложившееся положение в кирпичной промышленности и строительстве. Было бы неправильно вводить обязательные требования, ограничивающие размеры пустот в кирпичах и камнях до 8-12 мм, поскольку это повлекло бы за собой временную остановку многих предприятий. Вместе с тем избежать заполнения раствором пустот крупнее 12 мм при возведении стен возможно с использованием различных технологических приемов. Принятое решение в ГОСТ 530-2007 позволяет заводам и строителям самостоятельно выбирать более приемлемый для них вариант.

Введенные в стандарт новые требования отражают заинтересованность строительной индустрии в объективной оценке теплотехнической эффективности выпускаемой продукции и повышении ее качества. Определение коэффициента теплопроводности кладки из пустотелого кирпича и камня будет осуществляться на фрагменте стены, изготовленном по технологии, исключающей заполнение пустот кладочным раствосом. то есть при одинаковом расходе по сравнению с полнотелым. Такой метод позволяет производителю сопоставлять теплотехническую эффективность своей продукции с выпускаемой на других заводах, поскольку при изготовлении фрагмента стены для испытаний полностью устраняется влияние нарушений технологии ведения кладки стены, часто допускаемых в построечных условиях. Строителям будет практически невозможно перекладывать вину за снижение теплозащитных качеств на кирпичные заводы. Вместе с тем не запрещается проводить испытания пустотелого кирпича и камня на фрагментах стен или непосредственно на стенах эксплуатируемого здания, возведенных по технологии, применяемой для кладки из полнотелого кирпича, о чем должна быть сделана запись в протоколе испытаний. Полученные значения коэффициентов теплопроводности кладок обоими способами могут использоваться при проектировании наружных стен при условии соблюдения соответствующего приведенным коэффициентам теплопроводности технологического регламента, являющегося неотъемлемой частью проекта здания. Данные таблицы Г.2, приведенной в стандарте [3], позволяют производителю принять достаточно обоснованное решение для повышения теплотехнической эффективности керамического стенового или облицовочного кирпича и камня. Для этих целей целесообразно увеличить количество щелевых пустот за счет уменьшения их ширины с перекрытием сквозных теплопроводных керамических диафрагм, повысить пористость черепка. Рациональные размеры и расположение пустот в кирпичах позволит до 30% снизить теплопроводность кладки по сравнению с кладкой, выполненной из кирпича со стандартными размерами пустот, заполненных раствором. Информация о теплотехнических свойствах кладок позволяет и заказчику выбирать устраивающую его продукцию или ставить перед заводом вопрос о выпуске кирпича с уменьшенными размерами пустот и повышенными теплозащитными свойствами. Дополнительные затраты заказчика на освоение производства пустотелого кирпича или камня с улучшенными теплотехническими свойствами окупятся при строительстве за счет снижения расхода цемента до 50-100 кг на один кубический метр кладки стены.

Сложившаяся практика возведения стен из пустотелого теплоэффективного камня и кирпича по той же технологии, что и из полнотелого, снижала конкурентоспособность огнестойкого долговечного конструкционно-теплоизоляционного стенового и лицевого кирпича и камня по сравнению с заведомо худшими материалами в решении проблемы энергосбережения и повышения долговечности наружных стен.

В новый стандарт введено требование, устанавливающее для лицевых керамических кирпичей марку по морозостойкости не ниже Р 50. Такое повышение вызвано качественным изменением физических процессов в наружных стенах с повышенным уровнем теплоизоляции, что привело к большему количеству циклов перехода наружной температуры через 0 o С в облицовочном слое, приводящих к преждевременному разрушению наружных стен.

Для определения морозостойкости кирпича принят метод объемного замораживания, более жесткий по сравнению с методом одностороннего замораживания. Статистически обработанные результаты испытаний, полученные методом одностороннего замораживания, приблизительно на 20% дают превышающие данные, получаемые при объемном замораживании. При разработке метода одностороннего замораживания считалось, что использование метода объемного замораживания приводит к «необоснованной» выбраковке фактически долговечных кирпичей и поэтому к дополнительным технологическим затратам. Предполагали также, что пропускаемый брак при испытаниях методом одностороннего замораживания будет приносить меньше ущерба народному хозяйству, чем выбраковка хорошей продукции при объемном замораживании. Но практика эксплуатации зданий показала, что затраты на ремонт разрушенных участков на фасадах стен с бракованными кирпичами, допущенными в строительство после испытаний методом одностороннего замораживания, значительно превышают затраты на выпуск лицевого кирпича повышенной морозостойкости. При этом создаются и большие трудности при ремонте в подборе цвета лицевого кирпича, что приводит к ухудшению внешнего вида фасада зданий.

Таблица. Теплотехнические свойства кирпичной кладки из пустотелого керамического кирпича

Плотность, кг/м 3

Расход раствора на 1 м 3 кирпичной кладки, м 3

Массовое отношение влаги кирпичной кладки в условиях эксплуатации Б, ω,%

Реализация требований нового межгосударственного стандарта значительно повышает роль производителей пустотелого керамического кирпича и камня во взаимоотношениях с проектировщиками и строителями при решении проблемы повышения теплозащитных качеств и долговечности наружных стен энергоэффективных зданий.

Если бы материалы кирпичной кладки находились при эксплуатации в сухом состоянии, то повышенное содержание цементно-известково-песчаного раствора плотностью 1800 кг/м 3 не приводило бы к ощутимому снижению теплозащитных качеств наружных кирпичных стен, поскольку его коэффициент теплопроводности (λ), равный в этих условиях 0,58 Вт/(м* o С), при одинаковой плотности с керамикой (1800 кг/м 3 ), незначительно превышает ее теплопроводность, равную 0,55 Вт/(м* o С). Но, к сожалению, они в условиях эксплуатации имеют существенно отличающуюся влажность, которая значительно повышает λ стены. Сорбционная влажность цементно-известково-песчаного раствора приближается к 5%, а полнотелого керамического кирпича не превышает 1%.

Сорбционная влажность стеновых и облицовочных материалов из пористой керамики, например, ОАО «Победа ПСР», как правило не превышает 0,6%. Определенная экспериментальным способом эксплуатационная влажность кирпичной кладки на взятых из стен пробах при массовом соотношении материалов (кирпич. раствор), равном 3:1, при относительной влажности наружного воздуха φ_н = 97%, соответствующей сри в январе месяце (Москва, С.-Петербург), составляет существенно ббльшую величину. Целесообразно отметить преимущество в этом стен из пористой керамики (рис. 1). На ее более низкое значение эксплуатационной влажности повлияла не только особенность структуры пор, но и значительно меньшее количество раствора в стенах из крупноформатных керамических камней. В условиях эксплуатации кирпичная стена набирает наибольшее количество влаги в период максимального влагонакопления, то есть в марте месяце. В этот период кирпич и раствор находятся в сверхсорбционном состоянии. Раствор, набравший влагу, в результате соприкосновения отдает ее порам кирпича, повышая общее влагосодержание кладки. Влага, замкнутая в крупных порах, имеет теплопроводность 0,55 Вт/(м* o С), что почти в 20 раз выше теплопроводности влажного воздуха, равной 0,027 Вт/(м* o С). При сильных же морозах часть накопившейся влаги в известково-цементно-песчаном растворе и в значительно меньшем объеме в керамике превращается в лед, теплопроводность которого составляет 2,3 Вт/(м* o С), что в 4 раза превышает теплопроводность жидкой влаги. Кроме того, образовавшийся лед является барьером в стене на пути уходящего наружу из помещения пара. Это увеличивает влагосодержание материалов и снижает теплозащитные качества стены и морозостойкость лицевого кирпича в облицовочном слое.

По этим причинам, на основании результатов натурных и лабораторных исследований, расчетное (нормативное)значение эксплуатационной влажности кирпичной кладки из плотного кирпича для условий эксплуатации Б принято равным 2%, существенно превышающим максимальное значение сорбционной влажности керамики, равной 1%. Для цементно-известково-песчаного раствора нормативное значение влажности для условий эксплуатации Б принято равным 4%. Оно несколько ниже максимального сорбционного значения, равного 5-6%. Часть влаги из раствора передается примыкающей керамике. Особенно это заметно в кладке из пустотелого кирпича, имеющего более развитую наружную поверхность, соприкасающуюся с влажным раствором, почти в два раза превышающую площадь полнотелого. Да и раствора в кладке из пустотелого кирпича на 30-40% больше, чем в кладке из полнотелого. Поэтому пустотелый кирпич входит в эксплуатационное влажностное состояние за более короткие сроки.

Установление количественных зависимостей влияния кладочного раствора на влажностный режим стен выполнялось в климатической камере на трех фрагментах стен размером 1,8 x 1,8 x 0,38 м, изготовленных в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко совместно с НИИСФ. Кирпичи применялись Голицынского завода с шириной щелей 12, 16 и 20 мм. При изготовлении фрагментов замерялся расход раствора. Аналогичные испытания выполнялись в натурных условиях и в климатической камере на стенах толщиной 640 мм, изготовленных из кирпича с квадратными пустотами 20 x 20 мм. Изготовление фрагментов стен для испытаний выполнялось с фиксированным расходом раствора 0,23 м3, 0,3 и 0,4 м3 на кубический метр кладки квалифицированными каменщиками. Раствор применялся цементно-известково-песчаный плотностью 1800 кг/м 3 состава 1:0,9:8 (цемент:известь:песок) по объему на портландцементе марки 400 с осадкой конуса 9 см. Стены, испытанные в натурных условиях, изготавливались по технологии, разработанной для полнотелого кирпича, то есть с частичным заполнением пустот раствором. Консистенция и плотность раствора не контролировались. Допускалось «омолаживание» раствора, не использованного до обеда, то есть с нарушениями технологического регламента, присущими построечным условиям. Поэтому результаты теплотехнических испытаний кладки стен в натурных условиях существенно отличались в худшую сторону от полученных в климатической камере. Анализ результатов испытаний проводился по данным, полученным в климатической камере. Фрагменты стен были изготовлены из 21-пустотного кирпича плотностью 1000 кг/м 3 и 1400 кг/м 3 с размером пустот 20 x 20 мм. Кладка фрагментов выполнялась на цементно-известково-песчаном растворе плотностью 1800 кг/м 3 с осадкой конуса 9 см. Толщина горизонтальных растворных швов составляла 12 мм, вертикальных 10 мм. В целях сравнения теплотехнической эффективности фрагментов стен, первый был изготовлен по технологии, полностью исключающей заполнение пустот раствором, то есть по технологии, соответствующей кладке из полнотелого кирпича. Расход раствора составлял 0,23 м 3. Второй и третий фрагменты изготовлены, соответственно, с расходом раствора 0,3 м 3 и 0,4 м 3 на один кубический метр кладки, то есть с частичным заполнением пустот. Плотность кладки из пустотелого кирпича плотностью 1000 кг/м 3 соответственно составляла 1180 кг/м 3. 1310 кг/м 3 и 1490 кг/м 3. Из пустотелого кирпича плотностью 1400 кг/м 3 плотность повысилась до 1492 кг/м 3. 1618 кг/м 3 и 1798 кг/м 3.

Для приобретения равновесного влажностного состояния, соответствующего воздушно-сухому, в климатической камере до испытаний при t_B =20 o C, φ_B =40% фрагменты выдерживали в специальном помещении. Поскольку для наступления стационарных условий диффузии водяного пара требуется продолжительное время, то исследования в климатической камере проводили в течение трех месяцев при t_H =-20 o С, t_B =20 o С. Пробы материалов для определения влажности отбирали в соответствии с расходом на 1 м 3 стены. То есть при расходе раствора 0,23 м 3 это соотношение составляло 1:3 (одна часть раствора:три части керамики), при 0,3 м 3 принималось 1:2, а при 0,4 м 3 соответственно 1:1,5. В кладке, выполненной с расходом раствора 0,23 м 3. влажность керамики с 0,2% в воздушно-сухом состоянии увеличилась до 1,2% с максимальным значением 2,2% на расстоянии 0,33 толщины стены от наружной поверхности. Влажность раствора в этом месте составляет 5,4% при среднем значении 3,3%. Среднее массовое отношение влажности кладки составило 1,8% при максимальном значении 3,8 %. При увеличении расхода раствора до 0,3 м 3 на 1 м 3 кладки из пустотелого кирпича среднее значение влажности кладки составляет 2,3%, при расходе раствора 0,4 м 3 влажность кладки повысилась до 2,9% (рис. 2). В двух последних случаях среднее массовое отношение влажности, соответственно, на 15% и 45% превышало нормативное значение, равное 2%. Во всех трех случаях массовое отношение влаги (максимальное и среднее значения) цементно-известково-песчаного раствора в кладке почти не увеличивается и, тем более, не уменьшается. Среднее же значение влажности кладки растет в большем темпе, чем влажность раствора. Это, очевидно, связано со способностью раствора отдавать сверхсорбционную влагу керамике контактным путем и восполнять потерянное количество за счет диффузии водяного пара из теплого помещения.

Теплопроводность кладки из пустотелого кирпича с диапазоном значений плотности 1000-1400 кг/м 3. в который практически укладывается почти весь выпускаемый нашей промышленностью пустотелый кирпич, при расходе раствора 0,23 м 3 в сухом состоянии находится в пределах от 0,26 до 0,41 Вт/(м* o С). Различие не превышает 16%.

При увеличении расхода раствора до 0,3 м 3 плотность кладки, например, из пустотелого кирпича ϒ=1000 кг/м 3 возрастает с 1180 кг/м 3 до 1310 кг/м 3. При расходе раствора 0,4 м 3 плотность кладки повышается до 1490 кг/м 3. Среднее значение влажности кирпичной кладки изменяется с 1,8% соответственно до 2,3% и 2,9%. Такое изменение влажности и плотности приводит к повышению коэффициента теплопроводности стены с 0,43 до 0,54 Вт/(м* o С) и 0,59 Вт/(м* o С), то есть соответственно на 25,6% и 37,2%. При плотности кирпича 1400 кг/м 3 в результате увеличения расхода раствора до 0,3 м 3 и 0,4 м 3 коэффициент теплопроводности кирпичной стены возрастает с 0,56 Вт/(м* o С) до 0,65 и 0,70 Вт/(м* o С), то есть на 16% и 25,0%. Более существенное увеличение теплопроводности кирпичной стены из пустотелого кирпича плотностью 1400 кг/м 3 происходит при применении цементно-песчаного кладочного раствора плотностью 2000 кг/м 3. при том же расходе раствора, равном 0,3 м 3 и 0,4 м 3. значение коэффициента теплопроводности увеличивается до 0,74 Вт/(м* o С и 0,77 Вт/(м* o С), то есть на 27,6% и 32,8%. Это приводит также и к увеличению плотности кладки (рис. 3, табл.). Вместе с тем следует отметить, что наличие кладочного цементно-известково-песчаного раствора плотностью 1800 кг/м 3 в пустотах кирпичей оказывает меньшее влияние на увеличение коэффициента теплопроводности стены, чем увеличение его влажности. Это обусловливается рыхлым состоянием раствора в пустотах, находящегося в виде частиц (комочков) неправильной формы, разделенных воздушными мелкими полостями. Плотность раствора в рыхлом виде составляет 1200-1400 кг/м 3 и приблизительно равна плотности примененного пустотелого керамического кирпича (у брутто).

Кроме того, попавший в пустоты раствор разделил крупную воздушную полость на несколько воздушных прослоек, каждая из которых в результате полного прекращения передачи теплоты конвекцией обладает дополнительным термическим сопротивлением в стене. Созданное изменение условий теплопередачи в какой-то степени компенсирует влияние лишнего раствора на снижение теплозащитных качеств кирпичных стен из пустотелого кирпича. Заметно худшие влажностные условия складываются в пустотах в результате применения кладочного тяжелого раствора плотностью 2000-2200 кг/м 3. особенно при повышенной консистенции. Жидкий раствор легко проникает в пустоты, оседает внизу в «литом» виде. Плотность, влажность и теплопроводность тяжелого раствора в воздушной прослойке практически не отличается от теплофизических параметров раствора, находящегося в горизонтальных швах кладки. Влажность тяжелого раствора в кирпичной кладке может повышаться до 6-8%, что изменяет влажность и теплопроводность стены на 30-40%. Проваливание кладочного раствора в пустоты создает для каменщиков большие проблемы в создании равной растворной постели в горизонтальных швах кладки. Провалившийся раствор образует разрывы в горизонтальных швах, создающие благоприятные условия для циркуляции воздуха в пустотах. Созданная таким способом продольная фильтрация воздуха снижает теплотехническую эффективность пустотелых керамических стеновых и лицевых материалов. В целях исключения условий для попадания кладочного раствора в пустоты и создания ровного горизонтального шва без разрывов в ОАО «Победа ЛСР» принято к продаваемой крупноформатной пустотелой керамической продукции в обязательном порядке прилагать сетки с ячейками размером не более 10 х 10 мм для прокладки в горизонтальных растворных швах.

Повышенная плотность и влагопоглощаю-щая способность кладочного раствора в условиях эксплуатации наружных стен зданий значительно снижают заложенные на заводе теплозащитные свойства кирпича. Отрицательное воздействие тяжелого цемент-но-песчаного раствора может превышать теплотехнический эффект, получаемый от рационального расположения пустот и по-ризации керамики. Поэтому кладку из пустотелого кирпича с поризованной керамикой следует выполнять на легких (теплых) растворах с пониженной влагопоглощающей способностью, достигаемой введением гид-рофобизирующих добавок. В зарубежной строительной практике при возведении стен руководствуются принципом соответствия теплотехнических свойств кладочного раствора теплотехнической эффективности кирпича. Отечественной промышленностью для этих целей освоен выпуск широкой номенклатуры теплых кладочных растворов плотностью от 1600 до 500 кг/м 3. с теплопроводностью от 0,81 до 0,21 Вт/(м* o С). На строительном рынке в большом объеме представлена аналогичная продукция и зарубежных фирм. Отмеченные выше отличия теплофизических свойств кирпичной кладки, выполненной из одинакового кирпича, но на растворах с отличающимися физическими параметрами, создают определенные трудности в построении объективной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности. Тем не менее, эта зависимость используется во многих зарубежных странах. В некоторых странах ее устанавливают в зависимости от плотности кладки. Если устанавливают зависимость теплопроводности от плотности кирпича, то указывают конкретные характеристики применяемого кладочного раствора. В отечественной строительной практике, начиная с 1962 года, кладку выполняли на тяжелом растворе (СНиП НА. 7-62) [4]. Конкретного значения плотности и расхода раствора на кубический метр кладки не указывалось. В связи с отсутствием информации о конкретной плотности раствора, значение коэффициентов теплопроводности кирпичных кладок, приведенных в нормативном документе, в настоящее время нельзя воспринимать однозначно, так как категория «тяжелых растворов» охватывает диапазон плотностей от 1700 до 2200 кг/м 3 с различием А до 40-50%.

Конечно, можно было бы сегодня признать, что приведенные данные соответствуют кладкам, выполненным на растворе плотностью 1800 кг/м 3. если бы в последующей редакции СНиП И-А. 7-71 [5] ко всем кирпичным кладкам плотностью от 1000 до 1800 кг/м 3 с теми же значениями коэффициентов теплопроводности не сделали уточнение, что они выполняются на любом растворе. В редакции СНиП II-3-79 [6] значения А для кладок из пустотелого кирпича сохранены полностью. Но к каждой плотности кладки добавлена информация по плотности кирпича. Что касается слов «на любом растворе» или «тяжелом растворе» их заменили «на цементно-песчаном растворе» без указания плотности. В последующих изданиях СНиП 11-3-79 в 1982 году и в 1998 году эти данные сохранены. Они перешли и в СП 23-101-2004 [7] и отражают свойства, как и в 1962 году, трех типов пустотелого кирпича.

Такой неконкретный подход к нормированию коэффициента теплопроводности керамического кирпича и камня в какой-то степени был терпим до 1980 года и даже до 1990 года, поскольку объем пустотелого кирпича в общем производстве керамических материалов не превышал 0,5%. В настоящее время его доля приблизилась к 80%. А номенклатура расширилась до 50 наименований. Заводы освоили новые технологии и перешли на более качественный уровень производства керамических изделий из пористой керамики в виде кирпичей высокой морозостойкости, крупноформатных камней, соответствующих по объему от 4 до 15 условных кирпичей. Это позволило при выполнении кладок из некоторых типов камней в несколько раз снизить расход раствора. Использование пористой керамики, рациональное расположение пустот в кирпичах при большом разнообразии их формы позволили существенно улучшить теплотехнические свойства кирпича.

В нормативных документах и СП 23-101-2004 [7] теплотехнические свойства современной керамической продукции до настоящего времени не нашли отражения. Имеющиеся данные по трем типам пустотелых кирпичей не могут быть использованы, так как размер пустот в них не соответствует утвержденным параметрам в ГОСТ 530-95. Поэтому были проанализированы данные 70 заводов по теплопроводности выпускаемых кирпича и камней, полученные при испытаниях в аккредитованных лабораториях без заполнения пустот. Полученные статистически обработанные данные приведены на рис. 4.

По отмеченным выше причинам, приведенные на рис. 4 данные по теплопроводности кладки из пустотелого кирпича плотностью 1000-1400 кг/м 3. выполненной без заполнения пустот раствором, несколько ниже данных, приведенных в СНиП по строительной теплотехнике с частичным заполнением пустот раствором, перешедших в дальнейшем в СП 23-101-2004 [7]. Некоторые различия в теплопроводности наблюдаются и в сравнении с зарубежными данными. Например, кладки из крупноформатных камней с поризованной керамикой, выпущенных в России, имеют более высокие значения коэффициентов теплопроводности.

Информация о теплотехнических свойствах кладок из различных типов кирпичей, которой будет обладать производитель, позволит и заказчику выбирать устраивающую его продукцию или ставить перед заводом вопрос о выпуске кирпича с уменьшенными размерами пустот и повышенными теплозащитными свойствами. Дополнительные затраты заказчика на освоение производства пустотелого кирпича или камня с улучшенными теплотехническими свойствами окупятся при строительстве за счет снижения расхода цемента до 50-100 кг на один кубический метр кладки стены.

Используемая литература

1. ГОСТ 530-80. Кирпич и камни керамические. Технические условия. М. 1980.
2. ГОСТ 530-95. Кирпич и камень керамический. Общие технические условия. М. 1995.
3. ГОСТ 530-2007. Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. М. 2007.
4. СНиП II-A. 7-62. Строительная теплотехника. Нормы проектирования. М. 1963.
5. СНиП II-A. 7-71 .Строительная теплотехника. Нормы проектирования. М. 1971.
6. СНиП II-3-79. Строительная теплотехника. Нормы проектирования. М. 1979.
7. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. М. 2004.

A. И. Ананьев. НИИСФ РААСН
B. П. Абарыков. Минмособлстрой
C. А. Бегоулев. А.С. Буланый ОАО «Победа ЛСР»
Журнал «Технологии строительства» 4(66)/2009

Источники: http://kirpichmaster.ru/vidy/teploprovodnost-kirpicha.html, http://pluskirpich.ru/steny/teploprovodnost-kladki.html, http://www.germostroy.ru/art_939.php

kirpich-sbm.ru