Керамические стеновые и теплоизоляционные материалы в современном строительстве

Казанская государственная архитектурно-строительная академия

Курсовая работа

на тему

Керамические стеновые и теплоизоляционные материалы в современном строительстве

Кафедра строительного материаловедения

Научный руководитель

Габидуллин М.Г.

Реферат студентки первого курса

архитектурного факультета

группы 01−103 Селивановой О.

г. Казань 1999 г.

• 1. Применение кирпичной кладки в строительстве
• 1.1 Актуальность применения кирпича в современном строительстве
• 1.2 Применение кирпича в комбинированных стеновых системах
• 1.3 Определение вариантов эффективного применения кирпича
• 1.4 «Проветривание» комбинированных стен
• 1.5 Производство кирпича
• 2. Теплоэффективные ограждающие конструкции жилых и гражданских зданий
• 2.1 Технические решения наружных стен из крупных панелей, кирпича, мелких и крупных блоков и ячеистого бетона
• 2.2 Применение наружной и внутренней тепловой изоляции
• 3. Физические основы нормирования теплотехнических свойств керамического кирпича и камня
• 3.1 Общее состояние производства стройматериалов
• 3.2 Учет теплотехнических показателей кирпича в новом ГОСТ 530–95
• 3.3 Влияние кладочного раствора на теплопроводность стены в реальных условиях эксплуатации
• 4. Исследование и использование пустотелого поризованного керамического камня и кирпича в строительстве
• 4.1 Результаты исследований физико-механических характеристик эффективного поризованного камня и кирпича
• 5. Влияние режима охлаждения на свойства изделий
• 5.1 Влияние скорости охлаждения при производстве пористокерамических изделий на формирование их свойств
• 5.2 Оптимизация режима охлаждения
• 6. Механохимическая активация сырья как способ повышения эффективности метода полусухого прессования Кирпича
• 6.1 Полусухое прессование
• 7. Морозостойкость керамических стеновых материалов
• 8. Технология изготовления и сырье для производства эффективных пустотелых изделий
• 8.1 Сырье для производства эффективных пустотелых изделий
• 8.2 Формование
• 8.3 Сушилки
• 8.4 Колпаковая циркуляционная печь
• 8.5 Проблема или вывод
• Список использованной литературы

1. Применение кирпичной кладки в строительстве

1.1 Актуальность применения кирпича в современном строительстве

После введения новых требований по теплозащите зданий появился ряд публикаций, ставящих под сомнение возможность дальнейшего применения кирпича в строительстве. Так, например, автор пишет: «Сооружение стен из кирпича становится бесперспективным, так как при их плотности от 1000 до 1700 кг/м³ толщина наружных стен должна быть доведена до 0,8−1,5 м». В решениях Министерства строительства РФ делаются такие выводы:

" При повышенных требованиях к теплозащите использование традиционных стеновых материалов, таких как кирпич, становится экономически нецелесообразным" .

Проблема

Ситуация с критикой кирпича напоминает картину 60-х годов, когда в ходе индустриализации строительства все силы были брошены на освоение железобетонных изделий, а производство кирпича пришло в упадок. В результате в настоящее время мы имеем огромное количество простаивающих производственных площадей заводов ЖБИ, ЖБК, ДСК и дефицит качественного кирпича, связанный с тем, что реконструкция кирпичного производства велась слишком медленными темпами.

Авторам, рассчитывающим толщину стен из кирпича по его теплопроводности, хотелось бы посоветовать посчитать толщину стены из пенополистирольной плиты, исходя из ее несущей способности. Толщина такой стены получилась бы не менее 3 м.

Наряду с этим, большинство специалистов понимает, что в современных условиях следует возводить комбинированные стены, 2−5-слойные, с использованием кирпича в качестве проверенного временем облицовочного и конструкционного материала [б]. «Полнотелые керамические стеновые изделия могут быть экономически обоснованно использованы лишь в качестве облицовочных в сочетании с теплоэффективными изделиями» .

Изучая зарубежный опыт, мы видим, что страны с холодным климатом применяют 3 — и даже 5-слойные стеновые конструкции (Канада), а в более теплых странах, например в Австрии, техническое развитие кирпичного производства направлено в основном на улучшение теплоизоляционных свойств кирпича, так как его можно использовать как теплоизоляционный материал только при низких требованиях к теплопередаче стены.

Практически все наружные стены в Литве в настоящее время выполняют 3-слойными, а теплопроводность кирпича при этом не оказывает существенного влияния на сопротивление стен теплопередаче.

Учитывая вышеизложенное, считаем необоснованной критику ГОСТ 530–95 и предложения ввести в качестве основного показателя коэффициент теплопроводности [10, II]. Так называемый эффективный или пустотелый кирпич при использовании в слоистых конструкциях практически ничего не дает для повышения сопротивления теплопередаче стены, а использование пустотелого кирпича в качестве лицевого должно быть исключено вовсе, так как приводит к снижению капитальности стены.

Механические повреждения облицовочного слоя, выполненного из высокопустотного кирпича, приводят к образованию более глубоких выбоин, заметно снижающих общий эстетичный вид поверхности. Как справедливо отмечается специалистами, основным направлением современной науки должно быть «обеспечение надежности и долговечности зданий и сооружений при накоплениях повреждений и неординарных техногенных и природно-климатических воздействиях» .

Поэтому в настоящее время появился целый ряд новых фасадно-облицовочных материалов, таких как;

керамический гранит,

супернаполненные пластмассы,

плиты из шлакокаменного литья,

стеклофибробетон и др.

Однако кирпич, в силу высокой степени апробации и повсеместной распространенности, в обозримом будущем сохранит свои позиции в качестве облицовочного и конструкционного материала. Различные теплоизоляционные материалы, используемые совместно с кирпичом, придают комбинированным (слоистым) стеновым системам необходимое сопротивление теплопередаче.

1.2 Применение кирпича в комбинированных стеновых системах

Некоторые возможные стеновые системы представлены в таблице и рис. 1 а, б, в, г, д, е.

Рис. 1. Варианты комбинированных стен для утеплителя с а) <0,042; б) <0,075; в) <0,097; г) <0,11; д) <0,12; е) <0,018

Утеплитель заштрихован, кирпич не заштрихован.

Все варианты комбинированных стен на рис. 1 представлены для толщины в 2,5 кирпича, за исключением рис. 1 а, где при применении высокоэффективных утеплителей и стеклопластиковых связей толщина стены может быть выполнена в 2 кирпича. Стены меньшей толщины значительно проигрывают в капитальности и устойчивости и в данной работе не рассматриваются.

На рис 1 б показана модифицированная колодцевая кладка [37], которая особенно эффективна с различными засыпками и заливными утеплителями. К тому же в последнее время разработан целый ряд мобильных заливных установок.

Штучные теплоизоляторы используют в совмещенной кладке (рис. 1 в), а менее эффективные теплоизоляционные заливные материалы могут быть применены по схеме рис. 1 г, где кирпичная кладка исполняет роль опалубки.

Стены из керамблоков «Победа-Кнауф» (рис. 1 д), облицованные кирпичом [36], несколько «не дотягивают» до требуемого сопротивления теплопередаче. Однако здесь может выручить отделка внутренней поверхности эффективными теплоизоляционными материалами.

И, наконец, для материалов низкой теплоэффективности, сочетающих и конструкционные свойства, применяется схема монолитной стены (рис. 1 е). Однако такие стены, как правило, теряют в долговечности и эстетичности.

Для различных теплоизоляционных материалов (см. таблицу) и схем их применения (рис.1) определено сопротивление стен теплопередаче R _т.п. по формуле:

R _т.п. =S₁/₁ + K. S₂ /₂

где S₁ и S₂ — толщина конструкционного и теплоизоляционного слоя; ₁ и ₂ ^- теплопроводность конструкционного и теплоизолирующего слоя; К — коэффициент, учитывающий теплопотери в связях, перемычках и растворных швах. Полученные данные, представленные в последней графе таблицы, позволяют обеспечивать необходимое сопротивление теплопередаче при выборе теплоизолирующего материала и варианта комбинированной стены.

1.3 Определение вариантов эффективного применения кирпича

Анализируя таблицу, можно отметить, что не все варианты использования приведенных материалов обеспечивают необходимый уровень теплозащиты. Так, например, пенобетон с высокой плотностью и низким коэффициентом теплопроводности не может быть использован даже по схеме рис. 1 е для монолитной стены, а аэрированный легкий бетон также не обеспечивает необходимую теплозащиту. Пенобетон высокой пористости с от 0,04 до 0,075 при заливке колодцевой кладки по схеме рис. 1 б или рис. 1 г не только с некоторым запасом обеспечивает необходимую теплозащиту, но и представляется одним из самых эффективных вариантов по себестоимости.

Таблица 2

При составлении таблицы хотелось бы привести данные о стоимости 1 м² различных стен, так как себестоимость является одним из основных параметров для сравнения различных стеновых конструкций и материалов, однако в связи с отсутствием устоявшихся цен авторы редко приводят их в своих публикациях.

При разработке комбинированных стен и стеновых материалов следует учитывать как общие, так и индивидуальные требования к свойствам материалов в зависимости от их назначения. В конструкции комбинированной стены функционально необходимо 4 слоя, однако возможно и меньшее число слоев при совмещении одним из них нескольких близких функций. Например, кирпич может быть использован в качестве конструкционно-облицовочного слоя. Возможно и большее число слоев, если теплоизоляционный слой выполняется из двух видов материалов, например из плит ППС и более огнестойкой минераловатной плиты с прокладкой между ними.

Отделочный внутренний слой выполняется, как правило, из нескольких видов материалов и может вносить существенную добавку к сопротивлению теплопередаче стены, особенно в случае недостаточности теплоизоляционного слоя.

1.4 «Проветривание» комбинированных стен

Отдельно хотелось бы затронуть вопрос проветривания стен, который в последнее время поднимается многими авторами, занимающимися оптимизацией комбинированных стеновых конструкций [9, 38]. Группа авторов, например [б], считает, что «полноценная в эксплуатационном плане 3-слойная стена должна включать воздушную прослойку между наружным слоем и слоем утеплителя»

Вентилируемые полы и стены издавна делают в деревянных конструкциях [37], подверженных гниению, а нужно ли это при применении не гниющих материалов?

На наш взгляд, это пошло с «легкой руки» рекламных проспектов инофирм [38], внедряющих системы навесных фасадов и оправдывающих технологически получаемые пустоты как «вентиляционную систему». С одной стороны, воздушная прослойка действительно способствует более быстрому высыханию стены, с другой стороны, она выключает из теплозащиты наружный лицевой слой и способствует намоканию внутренних слоев при повышенной влажности воздуха.

В любом случае, прежде чем рекомендовать такую вентиляционную систему, которая во многих конструкциях требует дополнительных затрат, необходимо провести исследования и сделать вывод о целесообразности ее применения.

При анализе различных утеплителей, применяемых в комбинированных стенах, необходимо отметить теплозащитные материалы, получаемые на месте строительства путем использования мобильных установок. Такая постановка вопроса теплозащиты видится нам наиболее перспективной, ведь при перевозке утеплителей на объект до 98%, например, в случае использования ППС, перевозится воздух.

1.5 Производство кирпича

Внедряя новые комбинированные стеновые конструкции, необходимо предусматривать их унификацию с известными в строительстве способами утепления, например колодцевой кладкой. Новые непривычные технологии, требующие переквалификации рабочих, скорее всего так и останутся на бумаге.

При использовании кирпича для изготовления конструкционного и лицевого слоя в комбинированных стеновых системах необходимы такие качества, как стабильность размеров, отсутствие трещин, ровный и яркий цвет лицевой поверхности и т. д.

На большинстве наших кирпичных заводов, выпускающих продукцию, зачастую не удовлетворяющую требованиям строителей, технология и оборудование настолько устарели, что обычной модернизацией отдельных участков здесь уже не обойтись.

Проблема

Состояние производственной отрасли производящей кирпичную продукцию говорит о том, что требуется строительство новых заводов изготавливающих кирпичные изделия с применением современных технологий, вместе с тем приобретение современных кирпичных заводов за рубежом связано с громадными капитальными затратами.

Между тем в России разработаны не менее эффективные, но зато более дешевые технологии и оборудование, позволяющие получать качественный кирпич. Например, по отечественной технологии, разработанной 000 «ИНТА», уже сегодня эффективно работает кирпичный завод в пос. Серебряные Пруды Московской области. Стоимость оборудования, установленного на заводе, почти на порядок ниже стоимости аналогичного импортного, капитальные затраты примерно в 2 раза меньше. Срок окупаемости три с половиной года.000 «ИНТА» проводит модернизацию уже действующего оборудования.

В условиях полного отсутствия заказов на комплектные кирпичные заводы финансирование разработок ведется за счет коммерческой деятельности.

000 «ИНТА» учредила первый в Омске рынок строительных материалов, который за год своей работы превратился по сути в оптовую базу стройматериалов, промоборудования и инструмента. В перспективе планируется ввод новых торговых павильонов с расширением ассортимента промышленной комплектации. Это позволит при возрождении спроса на кирпичные заводы обеспечить комплектацию оборудования в короткие сроки.

И все-таки, следует отметить, что и при современных повышенных требованиях к тепловой защите зданий кирпич остается основным конструкционным и облицовочным материалом.

Использование кирпича в комбинированных стеновых системах требует радикального повышения его качества путем строительства новых кирпичных заводов с использованием современных экономичных технологий и оборудования.

Опыт 000 «ИНТА» по организации оптового строительного рынка может быть использован в других регионах России для решения вопроса финансирования научных разработок.

Вывод

1. Эффективный (или пустотелый) кирпич при использовании в слоистых конструкциях практически ничего не дает для повышения сопротивления теплопередаче стены.

2. Использование пустотелого кирпича в качестве лицевого должно быть исключено вовсе, так как приводит к снижению капитальности стены.

теплоизоляционный кирпич керамический строительство

2. Теплоэффективные ограждающие конструкции жилых и гражданских зданий

2.1 Технические решения наружных стен из крупных панелей, кирпича, мелких и крупных блоков и ячеистого бетона

В соответствии с новой редакцией СНиП 11−3-79 «Строительная теплотехника» ЦНИИЭП жилища разработал технические решения наружных стен из крупных панелей, кирпича, мелких и крупных блоков и ячеистого бетона.

Новыми нормами предусмотрено резкое повышение требуемого приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, например, для стен жилых зданий на первом этапе (до 2000 г.) этот показатель увеличивается примерно вдвое, а на втором в 3,3−3,4 раза. Это вынуждает радикально менять подход к выбору материалов и конструкций наружных ограждений.

Расчеты и проектные проработки показали следующее.

Не удовлетворяют теплотехническим и экономическим критериям наружные стены сплошной (однородной) конструкции, в том числе легкобетонные, кирпичные, деревянные и ячеистобетонные.

Рассмотрим конструкцию наружных стен из кирпича. По данным ЦНИИЭП жилища, колодцевая кладка кирпичных стен толщиной 770 мм при использовании утеплителя с =0,04 Вт/ (м^. К) обеспечивает приведенное термическое сопротивление теплопередаче не более 2,85 м² К/Вт, т. е. удовлетворяет для большинства регионов только требованиям I этапа. При этом толщина внутреннего несущего слоя составляет 380 мм. Для II этапа внедрения такая стена пригодна для использования только при ГСОП <4500, что относится только к южным регионам страны. Аналогичная слоистая кирпичная стена с гибкими связями обеспечивает теплозащиту, равную 5,05 м² К/Вт, что достаточно практически для всех регионов России. Однако несущие слоистые кирпичные стены могут применяться только в домах высотой не более 4−5 этажей. Поэтому, в многоэтажных домах необходимо применять трехслойные кирпичные стены с поэтажно навесным фасадным слоем, либо целиком навесные наружные стены.

2.2 Применение наружной и внутренней тепловой изоляции

Проблему утепления стен существующих зданий технически можно решать путем их утепления либо с наружной, либо с внутренней стороны. Выполненные расчетно-аналитические и проектные разработки показали, что устройство дополнительной теплоизоляции снаружи здания:

защищает стену от переменного замерзания и оттаивания и других атмосферных воздействий;

выравнивает температурные колебания основного массива стены, благодаря чему исключается появление в нем трещин вследствие неравномерных температурных деформаций, что особенно актуально для наружных стен из крупных панелей; благоприятствует увеличению долговечности несущей части наружной стены; сдвигает точку росы во внешний теплоизоляционный слой, благодаря чему исключается отсыревание внутренней части стены; создает благоприятный режим работы стены по условиям ее паропроницаемости, исключающий необходимость устройства специальной пароизоляции, в том числе на оконных откосах, что требуется в случае внутренней теплоизоляции;

формирует более благоприятный микроклимат помещения;

позволяет в ряде случаев улучшить оформление фасадов реконструируемых или ремонтируемых зданий;

не уменьшает площадь помещений;

обеспечивает возможность утепления зданий без создания дискомфортных условий проживания или выселения жильцов.

возрастание теплоаккумулирующей способности массивной части стены. Например, при наружной теплоизоляции кирпичных стен они при отключении источника тепла остывают в 6 раз медленнее стен с внутренней теплоизоляцией при одной и той же толщине слоя утеплителя. Из вышесказанного следует, что в первую очередь следует применять наружную теплоизоляцию стен зданий.

Недостаток этого способа состоит в необходимости устройства лесов снаружи здания.

Этого недостатка лишен способ утепления наружных стен изнутри здания. Кроме того, внутренняя теплоизоляция более выгодна для уменьшения теплопотерь в углах здания. Однако в общем балансе теплопотерь значительно более эффективной оказывается наружная теплоизоляция, и в первую очередь из-за существенного превышения суммарной длины теплопроводных включений примыканий внутренних стен и перекрытий по фасадам здания над длиной теплопроводных включений в его углах.

Если при наружной теплоизоляции потери через теплопроводные включения снижаются при утолщении слоя утеплителя и в ряде случаев его значениями можно пренебречь, то при внутренней теплоизоляции негативное влияние этих включений возрастает с увеличением толщины слоя утеплителя. В случае устройства теплоизоляции снаружи толщина слоя утеплителя может быть на 25−35% меньше, чем для случая внутренней теплоизоляции.

Внутреннюю теплоизоляцию допустимо применять только при невозможности использования наружной при обязательном расчете и проверке годового баланса влагонакопления в конструкции.

Указанные соображения легли в основу технических решений утепления стен существующих зданий, в частности разработаны системы утепления с оштукатуриванием фасадов; системы утепления с защитно-декоративным экраном; системы утепления с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами.

Рис.2. Система утепления стен с оштукатуриванем фасадов (вариант жестких связей).

1-утепляемая стена;

2-утеплитель;

3-водоотбойная лента;

4-клеящий слой;

5-винтовой дюбель с шайбой

Системы утепления с оштукатуриванием фасадов (рис.2) предусматривают клеевое или механическое закрепление утеплителя с помощью анкеров, дюбелей и каркасов к существующей стене с последующим покрытием его защитными слоями. Помимо общего требования к надежному закреплению слоев к существующей стене, в данной системе утепления обязательным по условиям годового баланса влагонакопления является требование к паропроницаемости накрывочных штукатурных слоев. В зависимости от толщины фасадных штукатурных слоев применяют две разновидности устройства системы: с жесткими и гибкими (подвижными или шарнирными) крепежными элементами (кронштейнами, анкерами), с помощью которых закрепляют плиты утеплителя к существующей стене. Первую используют при малых толщинах штукатурных слоев 8−12 мм. В этом случае температурно-влажностные деформации тонких слоев штукатурки не вызывают ее растрескивания, а нагрузка от веса может восприниматься жесткими крепежными элементами, работающими на поперечный изгиб и растяжение от ветрового отсоса.

При значительных толщинах штукатурных слоев в 20−30 мм применяют гибкие крепежные элементы, которые не препятствуют температурно-влажностным деформациям штукатурных слоев и воспринимают только растягивающие напряжения, обеспечивая передачу нагрузок от веса штукатурных слоев через плиты утеплителя на существующую стену здания.

Система утепления с жесткими крепежными элементами предусматривает устройство адгезионного (клеящего) слоя толщиной 2−5 мм, а при неровном основании 5−10 мм, с помощью которого производят выравнивание основания и наклеивание (в частности, монтажное) плит утеплителя. После их механического закрепления крепежными элементами на них наносят базовый слои штукатурки толщиной 3−5 мм, аналогичный адгезионному, и в него втапливают армирующую полимерную сетку или стеклосетку из щелочестойкого стекла. На базовый слой для его лучшего сцепления с накрывочным (отделочным) слоем, согласования цвета слоев и повышения водонепроницаемости штукатурки наносят промежуточный грунтовочный слой специального состава толщиной 2−4 мм. Отделочный слой представляет собой объемно окрашенные штукатурные массы с зернами различной крупности. В зависимости от этого толщина отделочного слоя может составлять 3−5 мм. Общая толщина штукатурных слоев, как правило, не превышает 12 мм. В этой системе необходимо по соображениям пожаробезопасности применять утеплители из негорючих материалов, например, минераловатных плит.

Возможность использования утеплителей из полимерных и других горючих материалов должна подтверждаться соответствующими стандартными огневыми испытаниями с выполнением дополнительных противопожарных мероприятий.

Система утепления с гибкими крепежными элементами включает теплоизоляционный слой из плит утеплителя необходимой толщины, закрепляемых насухо к утепляемой стене путем накалывания их на гибкие кронштейны, а также фиксации с помощью армирующей металлической сетки и шпилек с последующим покрытием двумя или тремя слоями штукатурки.

Используемые материалы

В качестве утеплителя могут использоваться такие материалы, как пенополистирол, пеноизол и т. п., поскольку толщина защитно-декоративных слоев штукатурки, равная 25−30 мм, как правило, достаточна для обеспечения необходимой пожаробезопасности. Наиболее распространено применение в этой системе в качестве утеплителя полужестких минераловатных плит на синтетическом связующем. Плиты утеплителя устанавливают с соблюдением правил перевязки швов: смещение швов по горизонтали, зубчатая перевязка в углах здания, обрамление оконных проемов плитами с вырезами «по месту» и т. п.

Крепежные элементы (винты, кронштейны, шпильки) выполняют из коррозионностойкой стали, а армирующую сетку с размером ячеек 20×20 мм — из стали с гальваническим цинковым покрытием поверхности.

На поверхности плит утеплителя для сцепления с ним и закрытия армирующей сетки, шпилек и гибких кронштейнов наносят слой «обрызга» толщиной 7−8 мм из растворной смеси на цементно-известковом вяжущем. После затвердевания (схватывания) слоя «обрызга», на него наносят грунтовочный слой толщиной 10 мм, обеспечивающий защиту плит от атмосферных воздействий и металлических деталей от коррозии, а затем накрывочный защитно-декоративный слой.

Системы утепления с защитно-декоративным экраном выполняют с воздушным вентилируемым зазором между утеплителем и экраном из-за недостаточной паропроницаемости системы. По этой причине такая система утепления называется «вентилируемый фасад». В этих системах за счет вентиляции обеспечивается

снижение влажности утеплителя и существующей стены, что способствует повышению общего термического сопротивления стены

улучшение температурно-влажностного режима помещения

способствует также повышению воздухообмена через наружную стену

предохраняет утеплитель от механических повреждений, атмосферных осадков, а также ветровой и радиационной эрозии

позволяет придать фасадам разнообразную выразительность за счет использования различных типов конструкций, форм, фактур и цветов отделки облицовочных элементов. При этом появляется возможность легко ремонтировать и обновлять «одежду» фасадов.

Изготовление экранов

Для изготовления экранов применяют металл (сталь или алюминий), асбестоцемент, стеклофибробетон, пластмассы и другие материалы. В качестве экранов использует также крупноразмерные панели, состоящие, например, из внешней декоративной алюминиевой оболочки, заполненной пенополиуретаном. Толщина панелей 25 и 50 мм при ширине 500 мм и высоте до 18 м. Использование экранов из различного рода листов плитных и линейных элементов позволяет круглогодично выполнять работы по утеплению фасадов и индустриализировать их проведение, что представляется весьма важным, учитывая огромное число зданий, подлежащих утеплению. При этом обеспечивается повышение качества и долговечности наружной отделки зданий.

Системы утепления с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами обладают достаточной паропроницаемостью и не требуют обязательного устройства вентилируемого воздушного зазора. В то же время из-за различных механических и температурно-влажностных деформаций основной стены и облицовочного кирпичного слоя высота последнего ограничивается 2−3 этажами. Поэтому при утеплении зданий большей этажности при облицовке кирпичом основная проблема заключается в организации поэтажно навешиваемого облицовочного слоя.

Утепление стен малоэтажных деревянных домов можно выполнять с использованием любой из вышеперечисленных систем. При этом практически нет пожарных ограничений к используемым материалам, что значительно расширяет их номенклатуру, позволяет использовать для отделки фасадов обшивочные доски, а в качестве утеплителей такие материалы, как пенополистирол, пеноизол и т. п.

Итак, переход на новые теплотехнические нормативы не сопряжен со значительным удорожанием стен строящихся зданий. Проведенные в институте расчеты показали, что на первом этапе имеет место некоторое (на 0,2−0,5%) снижение стоимости 1 м² наружных стен. В панельных конструкциях это достигается за счет замены дорогого керамзитобетона более дешевым тяжелым бетоном, а в кирпичных стенах — за счет уменьшения их толщины. На II этапе внедрения имеет место небольшое удорожание наружных стен на 0,5−1,5%. Однако, экономия тепла составляет 30−35%.

Применение новых тепло-эффектных окон и балконных дверей вызывает существенное удорожание, примерно на 16 у.е. /м² общей площади.

Стоимость утепления наружных стен существующих зданий в значительной степени зависит от принятого конструктивного варианта. Наиболее дешевым является вариант утепления с оштукатуриванием фасадных поверхностей (19 у.е. /1 м² общей площади), при облицовке же кирпичом стоимость работ по утеплению возрастает на 30%, а при применении декоративных экранов («вентилируемый фасад») стоимость возрастает в 1,8−2 раза (в зависимости от стоимости используемых экранов).

Вывод

За счет экономии тепла увеличение единовременных затрат во вновь строящихся зданий окупается в течение 7−8 лет, а в существующих домах — в течение 12−15 лет.

В первую очередь следует применять наружную теплоизоляцию стен зданий.

3. Физические основы нормирования теплотехнических свойств керамического кирпича и камня

3.1 Общее состояние производства стройматериалов

Дефицит кирпича в последние годы стал восполняться расширением производства пустотелого кирпича. Заводам выгодно его выпускать: на производство расходуется меньше энергоносителя, сырья, сокращается время обжига. На Норском керамическом заводе (Ярославль) при участии НИИСФ разработана технология и выпущена первая партия керамических камней размером 25×12×138 мм типа «Поротон» плотностью 950−1000 кг/м³, теплопроводностью 0,36−0,40 Вт/ (м°С). Марка изделий 100; 125.

Промышленность стройматериалов России вышла на новый качественный уровень производства кирпича. Вместе с тем строительные и научные организации не разработали новых технологий кладок из пустотелого кирпича и камней. В зарубежных странах кладку из крупнопустотного кирпича и камня выполняют на клею или на растворе по технологии, исключающей заполнение пустот.

Проблема

У нас же до сих пор используют ту же технологию кладки, что и для полнотелого кирпича, при которой крупные пустоты заполняются раствором. Поэтому построенные в бесконтрольный период кирпичные здания с применением пустотелого кирпича имеют наружные стены с заниженным уровнем теплоизоляции. Они не только не удовлетворяют современным требованиям по экономии тепловой энергии при эксплуатации, но и не обеспечивают санитарно-гигиенические требования, поскольку стены и узлы промерзают. На практике получилось так, что применение каждого нового типа кирпича порождает новую конструкцию стены с отличающимися теплозащитными качествами.

Многообразие типов пустотелого кирпича и камня обуславливается номенклатурой, введенной в новый ГОСТ 530–95. Двадцать семь типов пустотелого кирпича и камня в нем приведены в качестве рекомендуемых. В действительности разновидностей кирпича может оказаться и больше, поскольку заводам предоставлено право выпускать по согласованию с заказчиком и другие варианты исполнения пустотелой продукции. Предприятия предпочитают выпускать продукцию, которая им выгодна. Однако застройщик должен знать теплотехнические параметры, а точнее теплопроводность покупаемого кирпича и выбрать для себя более приемлемый по этому показателю.

Принижение значимости теплотехнической эффективности кирпича, так как принятый в ГОСТ 530–95 половинчатый подход к оценке теплотехнической эффективности кирпича, выражающийся в констатации значения теплопроводности, позволяет считать любой кирпич «хорошим», тогда как по прочности и морозостойкости степень его качества (пригодности) оценивается по соответствию кирпича приведенным в ГОСТе маркам. Такой подход принижает значимость теплотехнической эффективности кирпича в период непрекращающегося роста цен на энергоносители.

3.2 Учет теплотехнических показателей кирпича в новом ГОСТ 530–95

В целях повышения уровня теплозащитных качеств кирпичной кладки в новый ГОСТ 530–95 введен в качестве контролируемого параметра, наравне с прочностью и морозостойкостью, показатель теплопроводности. При этом он должен определяться на фрагменте кирпичной стены, т. е. с учетом влияния раствора и воздуха в пустотах на ее теплозащитные качества. Определять теплопроводность кирпича в кладке для отапливаемых зданий вполне правомерно, так как теплопроводность кирпича вне кладки, на 50−60% лучше, чем в кладке. Такой показатель был бы характеристикой абстрактной, неприемлемой для проектирования стен.

Принятый в ГОСТ 530–95 половинчатый подход к оценке теплотехнической эффективности кирпича, выражающийся в констатации значения теплопроводности, позволяет считать любой кирпич «хорошим», тогда как по прочности и морозостойкости степень его качества (пригодности) оценивается по соответствию кирпича приведенным в ГОСТе маркам. Такой подход принижает значимость теплотехнической эффективности кирпича в период непрекращающегося роста цен на энергоносители. Этого нельзя было допускать и потому, что в новом ГОСТ 530–95 значительно снижены требования к размеру пустот. Теперь разрешается ширину щелевидных пустот увеличивать с 12 до 16 мм, размер стороны квадратных пустот до 20 мм. Стены, возведенные из такого кирпича, холоднее, так как содержат кладочного цементно-песчаного раствора значительно больше, чем стены из пустотелого кирпича, изготовленного с учетом требований прежнего ГОСТ 530–80. Раствор теплопроводнее керамики и тем более воздуха в пустотах. Но самое главное заключается в его отрицательном влиянии на влажностный режим и еще большее снижение теплозащитных качеств стены в условиях эксплуатации здания. Влажная стена сильнее и быстрее промерзает и теряет свои теплозащитные качества именно в тот период, когда резко возрастает необходимость экономии тепла.

3.3 Влияние кладочного раствора на теплопроводность стены в реальных условиях эксплуатации

Количество кладочного раствора в 1 м³ наружной кирпичной стены, выполненной из полнотелого одинарного кирпича с нормативной толщиной швов 10−12 мм составляет 0,23 м³. Пустоты шириной 15−20 мм заполняются в кирпичах до 50% и расход раствора на 1 м³ кладки составляет уже 0,4 м³ [I].

Теплопроводность кладочного раствора плотностью 1800 кг/м³ в сухом состоянии и керамики при той же плотности почти одинакова. Цементно-песчаный раствор обладает значительно большей способностью поглощать влагу из воздуха. Это объясняется тем, что цементно-песчаный раствор приблизительно при одинаковой керамическим кирпичом пористости, равной 30−35%, имеет значительно больше микропор диаметром меньше 10^-5 см. А они-то как раз и играют доминирующую роль в насыщении кирпича влагой из воздуха помещения, т. е. в сорбционном процессе [З]. Максимальное значение сорбционной влажности керамического кирпича не превышает 1%, a цементно-песчаного раствора 5−6%.

При сильных морозах часть накопившейся влаги в цементно-песчаном растворе и в значительно меньшем объеме в керамике превращается в лед, теплопроводность которого составляет 2,3 Вт/ (м°С), что в 4,3 раза превышает теплопроводность воды и в 20 раз теплопроводность влажного воздуха, равную 0,027 Вт/ (м°С). Это и обусловливает более высокое расчетное значение теплопроводности по сравнению с сухим состоянием.

Для установления количественных зависимостей влияния кладочного цементно-песчаного раствора на влажностный режим стен из пустотелого кирпича в климатической камере исследовались четыре фрагмента стен. Толщина фрагментов составляла 0,64 м. Один фрагмент был собран из пустотелого кирпича без раствора с горизонтальными и продольными вертикальными герметизирующими прокладками. Второй фрагмент изготовлен из полнотелого кирпича с расходом раствора 0,2 м³. Третий и четвертый фрагменты изготовлены из пустотелых кирпичей с расходом раствора соответственно 0,3 и 0,4 м³ на 1 м³ кладки.

Исследования в климатической камере проводились в течение трех месяцев при t_н= - 10,3°С, tв=20°C; (ц_в=60%, ц_н=97%, соответствующих среднемесячным значениям наиболее холодного месяца в Москве, т. е. января. Эксплуатационная влажность стены из пустотелого кирпича без кладочного раствора толщиной в 2,5 кирпича в климатических условиях с t_н до — 10 °C и ц_н ⁼97% не должна превышать 1%. В кладке же, выполненной из пустотелого кирпича на цементно-песчаном растворе с расходом раствора 0,2 м³ на 1 м³ влажностное состояние черепка заметно менялось. Средняя влажность черепка, составляющая в воздушно-сухом состоянии 0,2%, увеличилась до 1,2% (максимальное значение 2,2%) Влажность же раствора составила 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 м³ на 1 м³ кладки из пустотелого кирпича среднее значение влажности кладки составило 2,3%, при расходе раствора 0,4 м³ влажность кладки повысилась до 2,9%. В двух последних случаях среднее массовое значение влажности превышает расчетное значение, заложенное в СНиП II-3−79* для определения теплозащитных качеств кирпичных стен, равное 2%, соответственно.

Рис. 3. Зависимость теплопроводности полнотелого керамического кирпича, цементно-песчаного раствора и кладки из полнотелого кирпича от влажности:

1 - полнотелый керамический кирпич _о=1800 кг/м³;

2 - то же цементно-песчаный раствор _о =1800 кг/м³ состава 1: 3;

3 — кирпичная кладка при положительной температуре;

4 — кирпичная кладка при отрицательной температуре наружного воздуха (по данным многолетних наблюдений эксплуатируемых зданий)

Зависимость теплопроводности кладки из полнотелого кирпича от влажности при положительных температурах носит линейный характер (рис.3). При отрицательных температурах эта закономерность резко меняется в количественном отношении и приобретает нелинейный характер. Кроме того, она характеризуется широкой областью значений.

У кладки из пустотелого кирпича область зависимости теплопроводности от влажности существенно шире, чем у кладки из полнотелого кирпича.

Рис. 4. Зависимость теплопроводности пустотелого керамического кирпича, цементно-песчаного раствора и кладки из пустотелого кирпича от влажности:

1 - пустотелый керамический кирпич _о =1100−1400кг/м³; 2-то же цементно-песчаный раствор _о =1800 кг/м³ состава 1: 3;

3 — кирпичная кладка из пустотелого керамического кирпича _о =1100−1400 кг/м³ при отрицательной температуре (по данным натурных обследований наружных стен зданий);

4 — то же при расходе раствора 0,22 м³ на 1 м³ кладки; 5 — то же при расходе раствора 0,4 м³ на 1 м³ кладки

Из рис. 4 складывается впечатление, что кладка из пустотелого кирпича имеет намного лучшие значения теплопроводности, чем из полнотелого. Но если учесть, что в кладке из пустотелого кирпича содержится значительно больше кладочного раствора, что предопределяет существенное различие в эксплуатационной влажности, то это представление окажется не столь уж и неоспоримым. Так, определенное по графику (см. рис.4) среднее значение теплопроводности кладки из пустотелого кирпича плотностью 1400 кг/м³ (расход раствора 0,4 м³) при расчетной эксплуатационной влажности 3% равно 0,78 Вт/ (м°С), что всего лишь на 4% лучше определенной по графику (см. рис.4) теплопроводности кладки из полнотелого кирпича плотностью 1800 кг/м³, равной 0,81 Вт/ (м°С), при эксплуатационной влажности 2%.

Проблема

Практически весь выпускаемый нашей промышленностью пустотелый кирпич имеет плотность 1100−1400 кг/м³, следовательно, теплопроводность кладки из него в сухом состоянии составит 0,35−0,4 Вт/ (м°С). Различие не превышает 14%. Потребителю трудно оценить значимость такого несущественного различия и тем более его влияние на теплозащитные качества стен. Но самое главное в том, что по теплопроводности в сухом состоянии нельзя рассчитать сопротивление теплопередаче стены и установить толщину, хотя часто индивидуальные застройщики учитывают именно этот параметр.

При эксплуатационной влажности разброс значений л увеличивается и составляет 20−50% на 1% влажности, а для кладок с разницей эксплуатационной влажности в 2% это различие может составлять уже 100%. Такая разница в теплотехнической эффективности кирпича уже существенна для потребителя. Однако в ближайшее время из-за отсутствия финансирования практически невозможно получить и ввести в СНиП П-3−79* «Строительная теплотехника. Нормы проектирования» расчетные значения теплопроводности, учитывающие эксплуатационную влажность на всю обширную номенклатуру выпускаемых в настоящее время заводами пустотелых кирпичей и камней. Имеющиеся в СНиП П-3−79* данные по теплопроводности пустотелых кирпичей (приложение 3 п.91−93) нельзя распространять на все их типы, так как учитывается только плотность кирпича без размера пустот. Как следствие этого, невозможно объяснить различие в расходе раствора при кладке. Так, при плотности пустотелого кирпича 1000 кг/м³ плотность кладки (с учетом раствора) составляет 1200 кг/м³, при плотности пустотелого кирпича 1300 кг/м³ плотность кладки (с учетом раствора) увеличивается до 1400 кг/м³, т. е. только на 100 кг/м³, при плотности же пустотелого кирпича 1400 кг/м³ плотность кладки снова увеличивается на 200 кг/м³ и составляет 1600 кг/м³. Совершенно не понятно, по каким причинам это происходит, и не ясно, относятся эти данные к кирпичу или камню. Если к кирпичу (так написано в СНиП), то как быть с кладкой из камней или утолщенных кирпичей. Очевидно, что это ошибка. Скорее всего, когда эти данные вводили в СНиП, строительная промышленность выпускала всего лишь три или четыре типа пустотелых кирпичей. И вот с 1979 г. они перекочевывают из одной редакции теплотехнического СНиПа в другую. Тот же, кто пытается использовать эти данные для расчета теплопроводности кладки стен из современных пустотелых керамических материалов, допускает большую погрешность.

По нашему мнению, целесообразно ввести в ГОСТ 530–95 требование указывать значения теплопроводности кирпича как в сухом состоянии, так и при расчетном значении эксплуатационной влажности. Значение эксплуатационной влажности кладки формируется тепловлагофизическими свойствами керамики и раствора, а также их количественным содержанием в 1 м³ стены.

Предлагается также в ГОСТ 530–95 керамические материалы разделить на четыре группы:

1. Теплоизоляционные, с теплопроводностью в кладке в сухом состоянии до 0,3 Вт/ (м°С).

2. Эффективные, с теплопроводностью в кладке в сухом состоянии 0,3−0,46 Вт/ (м°С)

3. Условно-эффективные, с теплопроводностью в кладке в сухом состоянии 0,461−0,58 Вт/ (м°С).

4. Обыкновенные, с теплопроводностью в кладке в сухом состоянии выше 0,58 Вт/ (м°С).

Поскольку некоторые строительные организации начали применять новые технологии кладки из пустотелого кирпича, целесообразно в ГОСТ 530–95 ввести разрешение заводам по согласованию с потребителем проводить испытания на теплопроводность пустотелого кирпича на фрагменте кладки стены, изготовленном по технологии, исключающей заполнение пустот раствором.

Вывод

Введение в ГОСТ 530−95 сделанных предложений повысит заинтересованность заводов в выпуске кирпича с рациональными размерами пустот, что будет способствовать значительному повышению теплозащитных качеств наружных кирпичных стен.

4. Исследование и использование пустотелого поризованного керамического камня и кирпича в строительстве

4.1 Результаты исследований физико-механических характеристик эффективного поризованного камня и кирпича

Заводом ЗАО «Победа Кнауф» освоен выпуск керамических эффективных стеновых изделий — поризованного камня двойного формата с пустотами — 2NF и пустотелого кирпича с повышенными теплотехническими свойствами.

Основным направлением повышения эффективности производства и применения керамического кирпича и камня является снижение их массы, уменьшение плотности.

Увеличение высоты изделий и замена полнотелого кирпича эффективными пустотелыми камнями:

позволяет повысить производительность труда, как на кирпичных заводах, так и на стройплощадке,

снижает расход сырья,

улучшает теплотехнические показатели кладки стен.

СНиП II-22−81 «Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования» содержит данные для проектирования стен зданий из полнотелых изделий и с малой пустотностью до 15−20%. В целях уточнения свойств кладки из высоко-пустотных керамических камней в ЦНИИСК им. Кучеренко проведены исследования физико-механических характеристик эффективного поризованного камня — 2NF и пустотелого кирпича, а так же кладки из них. Эти исследования позволили разработать предложения по проектированию с учетом особенностей работы пустотелых изделий в кладке.

Основные положения прочности каменной кладки разработаны профессором Л. И. Онищиком на основе статистической обработки экспериментальных данных. Размеры опытных образцов кладки приняты 38×51 см при высоте 110−120 см, что обеспечивает сохранение при испытании основных особенностей натурной кладки.

Испытания прочности и деформативности кладки проведены при центральном сжатии на растворах различной прочности из камней размером 250×120×138 мм и облицовочного одинарного кирпича (табл.3).

Таблица 3.