Стены из ячеистого бетона. Дилемма: класть или клеить?

Необходимость строить ограждающие конструкции с низкой теплопроводностью не только жесткое требова­ние строительных норм [1], но и веление времени в условиях постоянно растущих цен на топливо. Одно из возмож­ных направлений в решении данной проблемы, которое уже завоевало себе множество сторонников, заключается в использовании блоков из ячеистого бетона как в качестве конструкционно-теплоизоляционных, так и чисто теплоизоляционных элементов. Однако потенциал ячеистого бетона все еще раскрыт не полностью. Ключе­вая проблема, препятствующая его широкому внедрению, заключаются в значительном расхождении истинных теплотехнических характеристик ячеистого бетона, получаемых в лабораторных условиях, с наблюдавшимися ра­нее на практике. По этой причине в СНиП II-3-79* заложено значительное превышение расчетного коэффициента теплопроводности от 27% (плотность 400 кг/м3, условия эксплуатация А) до 85% (плотность 600 кг/м3, условия эксплуатация Б). Анализу одной из возможных причин такого расхождения, а именно, оценке влияния швов в кладке, посвящена данная статья.

Необходимость перехода от растворных «мостиков холода» при возведении стен из материалов с низкой тепловодностью к использованию современных клеев на основе сухих строительных смесей обсуждается уже давно. Однако мы не смогли найти корректную оценку эффекта такого перехода, учитывая значительно более высокую стоимость клея. В связи с этим нами была поставлена задача: рассчитать сопротивление теплопередаче стены из блоков марки D500 и D700 производства ООО «Алит» с размерами по фасаду 200 ´ 400 мм, сложен­ных на цементно-песчаном растворе толщиной 10 мм и полимерцементном клее толщиной 2 мм, а также макси­мальную разность температур на наружной и на внутренней поверхности стены. Толщина стены принималась из условия обеспечения сопротивления теплопередаче R0 = 3,79 м2. 0С/Вт (требование [1] по Иркутску) слоем ячеист­ого бетона без швов:

L ³ l0.(3,79 – 1/8,7 – 1/23)

(1)

Исходные данные для сухих материалов приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Характеристики материалов и размеры элементов для расчетов.

Материал

Плотность,

r0, кг/м3

Коэффициенттеплопровод-ностиl0, Вт/(м. 0С)

Толщина стены по (1), L, м

Площадь блока по фасаду,S1, м2

Площадь шва по фасаду на 1 блок,S2, м2

Ячеистый бетон D500

524

0,12

0,45

0,08

 

Ячеистый бетон D700

711

0,16

0,60

0,08

 

Цементно-песчаный раствор

1800*

0,58*

   

0,0061

Полимерцементный клей

 

0,58**

   

0,0012

Взято из [1].

**Взято как для цементно-песчаного раствора.

Температура воздуха в помещении tВ = 20 0С, температура наружного воздуха tН = –38 0С.

Коэффициент теплопроводности полимерцементного клея намеренно приняли равным таковому для цементно-песчаного раствора, чтобы исключить из рассмотрения все другие эффекты, сосредоточив внимание на толщине шва. По этой же причине ограничились использованием данных для сухих материалов.

Оценку влияния толщины шва можно сделать, исходя из среднего коэффициента теплопроводности, учитывающего отношение площадей каждого материала:

lСР = (l0,1.S1 + l0,2.S2)/ (S1 + S2)

(2)

Значения средних коэффициентов теплопроводности и оценочная величина сопротивления теплопередаче по формуле [1]:

R0 = (1/8,7 + L/lСР + 1/23)

(3)

для всех четырех вариантов кладки приведены в Таблице 2.

Для подтверждения этой оценки и определения максимальной разницы температуры поверхности стены применили расчет стационарного трехмерного температурного поля по алгоритму, описанному в [2], в соответствии со схемой, приведенной на Рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема температурного поля участка стены из блоков D700 с толщиной шва 10 мм.

Расчеты производили методом последовательных приближений с критерием сходимости 0,0001 0С. Начальное приближение задавали из условия одномерного теплового потока:

tН = tН + (tВ – tН)/(23.(1/8,7 + L/l0 + 1/23))

tВ = tВ – (tВ – tН)/(8,7.(1/8,7 + L/l0 + 1/23))

ti = tН + (tВ – tН).Zi/L

(4)

где tНtВti – температура наружной и внутренней поверхности стены и температура i-того слоя с координатой Zi внутри стены, соответственно, l0 – коэффициент теплопроводности ячеистого бетона. Расчет среднего сопротивления теплопередаче участка стены производили по формуле [2]:

R0(tВ – tН)/(23.(tСР – tН))

(5)

где tСР – средняя температура наружной поверхности стены. Расчет температурного поля сводился к постепенному искривлению первоначально плоских изотемпературных поверхностей по осям швов в направлении середины стены по мере приближения к точке сходимости. Максимальное изменение температуры наблюдалось в точке пересечения швов, а минимальное в центре блока. Результаты расчетов приведены в Таблице 2.

Таблица 2. Результаты расчетов

Вариант кладки

lСР по (2), Вт/(м. 0С)

R0 по (3)2 . 0С/Вт

R0* по (5)2 . 0С/Вт

DtН max0С

DtВ max0С

1. Блоки D500, раствор

0,153

3,108

3,111

0,80

1,37

2Блоки D500, клей

0,126

3,707

3,710

0,23

0,34

3Блоки D700, раствор

0,190

3,320

3,319

0,50

0,82

4Блоки D700, клей

0,166

3,768

3,774

0,13

0,175

5.Блоки D500 300 ´600 мм, клей

0,124

3,771

3,773

0,23

0,34

Как видно из Таблицы 2, два независимых способа определения сопротивления теплопередаче дают совпадающие в пределах точности расчетов результаты во всех рассмотренных вариантах. Сами же эти результаты позволяют сделать следующие выводы. Во-первых, увеличение толщины шва в кладке с 2 до 10 мм вызывает снижениесопротивления теплопередаче от 3,6, 5,2 % до 15,0¸ 20,4 % по сравнению с гипотетической монолитной стеной из ячеистого бетона такой же толщины (R= 3,91 м2 . 0С/Вт).

Во-вторых, эффект толщины шва тем выше, чем больше различие теплотехнических свойств основного материала и материала шва. В рассмотренных вариантах этот эффект для марки D500 превышает таковой для марки D700 на 40 %. Поэтому для более легких марок ячеистого бетона целесообразно уменьшать общее отношение площади швов к площади блоков, используя блоки больших размеров. Так сопротивления теплопередаче стены толщиной 450 мм из блоков D500 с размерами по фасаду 300´ 600 мм и толщиной шва 2 мм и стены толщиной 600 мм из блоков D700 с размерами по фасаду 200´ 400 мм и толщиной шва 2 мм совпадают и превышают этот показатель для «монолитной» стены лишь на 3,6 % (Таблица 2).

Таким образом, ответ на вопрос, вынесенный в заголовок статьи, однозначен – клеить, добиваясь минимально возможной толщины шва. Разумеется, достичь этого реально лишь с использованием блоков правильной формы и точных размеров. Альтернатива этому – значительное увеличение толщины стены.

Литература СНиП Строительная теплотехника. 2.Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. – М.: Стройиздат, 1973. – 287 с.

Опубликовано:

Строим вместе. №1 (35) 2005, с. 44-45.