Теплопроводность керамзитовых гранул. Коэффициент теплопроводности керамзитобетона
Теплопроводность керамзита, от чего зависит, технические характеристики
Керамзит представляет собой сыпучий стройматериал на основе обожженной глины с размером фракций в пределах 40 мм, насыпной плотностью от 200 до 800 кг/м3, хорошей стойкостью к влаге, температурным перепадам и другим внешним воздействиям и низким коэффициентом теплопроводности. Это делает его востребованным при изоляции полов, перекрытий, лоджий, засыпке оснований зданий и изготовлении легких стеновых блоков. Совмещает в себе функции утеплителя и наполнителя, при выборе конкретной марки и толщины формируемой прослойки основным ориентиром служат его способности к энергосбережению.
Значение коэффициента теплопроводности для керамзита
Сырьем служат легкоплавкие глины с повышенным содержанием окислов железа, глинистые сланцы и обычные сорта со вспучивающимися добавками. Главным требованием является образование равномерной ячеистой структуры с закрытыми порами при термической обработке от 1050 до 1300 °C. Характеристики, включая насыпную плотность, теплопроводность и размеры фракций, регламентированы ГОСТ 9757-90. Изоляционные свойства зависят от многих факторов, к основным из них относят:
- Химический состав глины и ее способность к вспучиванию.
- Технологию изготовления: керамзитовый гравий с порами, частично заполненными газом, сохраняет тепло лучше материала с обычным воздухом внутри. Максимальные показатели наблюдаются у гранул, полученных пластичным методом или так называемым «совместным обжигом».
- Размеры фракций и объем поризации. Чем выше насыпная плотность, тем хуже свойства, и наоборот. Хорошие показатели имеет гладкий гравий с замкнутой структурой мелких и равномерно распределенных ячеек, худшие – дробленный крупнопоризованный щебень и песок.
- Условия эксплуатации – уровень влажности. Стандартное значение водонасыщения варьируется в передах 8-20 %, в сравнении с минватой этот утеплитель лучше сохраняет свои полезные свойства при намокании, но обратной стороной являются сложности при выводе накопленной влаги. Указанный для него коэффициент теплопроводности будет актуальным только в случае обеспечения правильной гидроизоляции засыпаемых конструкций.
В зависимости от размера фракций и целевого назначения материала выделяют три основные разновидности:
1. Гравий – округлые гранулы диаметром в пределах 20-40 мм с прочной оболочкой и закрытой мелкопоризованной структурой, изготавливаемые преимущественно из легких сортов глины. Благодаря высоким изоляционным свойствам чаще других используется в качестве утеплителя при обустройстве полов по грунту и перекрытий.
2. Щебень – дробленные фракции в пределах 10-40 мм, содержащие зерна неправильной и угловатой формы. Основная сфера применения включает приготовление легких бетонов, в том числе для строительных блоков. Использование чистой щебенки в качестве утеплителя не всегда эффективно, эта разновидность имеет высокое водопоглощение и частично открытую структуру пор.
3. Керамзитовый песок – зерна с размером не более 5-10 мм, получаемые в процессе производства гравия или его дробления, используемые при заливке стяжек или выпуске стеновых блоков. Этот тип плотнее остальных и уступает им в энергосбережении.
При высоких требованиях к прочности и несущим способностям засыпаемых конструкций или изготавливаемых изделий нужный результат достигается при комбинировании марок, в остальных случаях материал не уплотняют. Толщину слоя выбирают по значению теплопроводности керамзита по фракциям.
| Вид строительных работ | Рекомендуемый размер гранул, мм | Допустимое содержание воды, % | Коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С |
| Утепление кровель | 10-20 | 0,5 | 0,09-0,1 |
| Изоляция межэтажных и чердачных перекрытий | 5-10 | 0,11 | |
| Обустройство полов по грунту | 10-20 | 6 | 0,12 |
| Геотехнические работы | 30 | 0,18-0,19 |
Сравнение с другими материалами
Минимальная рекомендуемая толщина керамзитовой прослойки при укладке горизонтальных перекрытий составляет 10 см, полов по грунту – 25-30, точное значение определяет расчет. Гранулы обожженной глины не относятся к самым легким и практически не используются при обустройстве вертикальных конструкций, в ряде случаев их целесообразно заменить минеральной ватой, пенополистиролом или другими утеплителями.
| Наименование | Удельный вес или насыпная плотность, кг/м3 | Коэффициент теплопроводности при нормальных условиях, Вт/м·°С |
| Гравий | 200-800 | 0,1-0,18 |
| Керамзит с разными размерами фракций | 800-1000 | 0,16-0,2 |
| Легкий керамзитобетон | 500-1200 | 0,18-0,46 |
| То же, на перлитовом песке | 800-1000 | 0,22-0,28 |
| Минеральная вата | 50 | 0,045 |
| 100-150 | 0,055 | |
| Базальтовая вата | 25-80 | 0,03-0,04 |
| Прошитые маты минеральной ваты на синтетическом связующем | 50-125 | 0,08-0,056 |
| Вспученный перлит | 100 | 0,06 |
| Вермикулит | 100-200 | 0,064-0,076 |
| Плиты пенопласта | 40 | 0,038 |
| Экструдированный пенополистирол | 35-45 | 0,028-0,03 |
| ППУ | 40-80 | 0,029-0,041 |
| Гранулированный и дробленный пенопласт | 8-30 | 0,036-0,053 |
| Легкое пеностекло | 100-200 | 0,045-0,07 |
| Эковата | 35-60 | 0,032-0,041 |
Бюджетной заменой является пенопласт, выигрывающий в плане теплопроводности в 2-3 раза и оказывающий более низкую весовую нагрузку. Максимальный эффект достигается при применении плит экструдированного пенополистирола (0,03 в сравнении с 0,1). К недостаткам относят слабую устойчивость ударным и механическим воздействиям и горючесть, при высоких требованиях к пожарной безопасности и несущим способностям предпочтение однозначно отдается керамзиту.
Материалы с волокнистой структурой не боятся огня, но их способности к энергосбережению полностью зависят от условий эксплуатации, намокание плит и матов недопустимо.
Сравнивать теплопроводность минваты и керамзита целесообразно при обустройстве перекрытий или аналогичных конструкций, в большинстве других случаев эти утеплители имеют разную область применения. Мелкий щебень или песок в стяжках можно заменить вермикулитом, перлитом или пеностеклом, но следует помнить, что эти сыпучие материалы в разы дороже.
stroitel-lab.ru
Теплопроводность керамзита в зависимости от фракции и насыпной плотности
Важнейшим критерием при выборе стройматериалов, используемых для возведения и обустройства любого сооружения, является теплопроводность. С уменьшением ее значения возрастает температура в комнатах, снижаются затраты на их отопление. Наилучшие теплоизоляционные характеристики присущи материалам, имеющим закрытоячеистую структуру. В строительстве часто применяют керамзит, высокая популярность которого также обуславливается относительно небольшим весом, отличными звукоизоляционными свойствами, доступной ценой.
Оглавление:
- Характеристики керамзита
- Показатель насыпной плотности
- Сравнение с другими популярными утеплителями
Согласно справочным данным, коэффициент теплопроводности данного материала составляет 0,1 – 0,18 Вт/(м*К). На значение этого показателя оказывает влияние совокупность факторов, основными из которых являются:
- влажность;
- размер гранул;
- насыпная плотность, толщина слоя.
Чтобы исключить зависимость теплопроводности керамзита от наличия влаги, следует заранее позаботиться о гидроизоляции пола.
Керамзит в качестве утеплителя
Классифицируя подобный утеплитель по способу получения и размеру гранул, выделяют несколько его разновидностей:
- гравий;
- щебень;
- песок.
Первый представляет собой округлые зерна размером 2-4 см, имеющие пористую структуру, покрытые прочной оболочкой. Именно наличие закрытых ячеек, содержащих в себе воздух, обуславливает возможность применения керамзитового гравия в качестве утеплителя. Получается он путем вспучивания лёгких сортов глины. Данная фракция характеризуется наилучшими теплоизоляционными свойствами.
Керамзитовый щебень – продукт дробления вспученной мягкой глины на фракции размером 1-2 см. В результате образуются элементы, имеющие неправильную, часто угловатую форму. Если в состав утеплителя будут входить зерна только такого вида, то теплопроводность керамзита будет несколько выше.
Побочным продуктом, образующимся при получении двух основных фракций, является керамзитовый песок, который представляет собой зёрна размером 0,5-1 см. Он обладает худшими теплоизоляционными свойствами по сравнению с гравием и щебнем. Данная разновидность используется, преимущественно, в качестве пористого наполнителя, входящего в состав бетонной стяжки.
Влияние насыпной плотности и толщины слоя на общую теплопроводность
При условии достижения равных теплоизоляционных свойств, слой керамзитового гравия будет иметь меньшую толщину в сравнении со щебнем. Нагрузка на перекрытие в первом случае ниже – это связано с разницей показателей насыпной плотности. Данный параметр характеризует отношение суммарной массы гранул (в данном случае керамзита) к их общему объему без учета промежутков между ними и неизбежно возникающих сколов.
Плотность керамзита принимает значения от 250 до 800 кг/м3.
На практике в качестве утеплителя используют смесь трех фракций: гравия, щебня, песка. Подобным образом достигается наибольшая жесткость и наименьшая толщина слоя, а также предотвращается конвекционное движение прогретого воздуха по образовавшимся пустотам между гранулами. Поэтому, рассчитывая высоту слоя керамзита, правильнее будет руководствоваться величиной истинной плотности, которая в 1,5-2 раза превышает насыпную. Рекомендуемая толщина его при укладке на грунт – 25-30 см. При утеплении бетонного перекрытия она не должна быть менее 10 см.
Сравнение с минватой и пенопластом
Пенопласт обладает хорошими утеплительными свойствами, которые выражаются конкретным значением — 0,047 Вт/(м*К). Он широко применяется для отделки многоквартирных или частных домов, офисных зданий. Но, не смотря на большую, на первый взгляд, эффективность плиты пенопласта (относительно слоя керамзита) – это далеко не всегда так.
Там, где требуется обустройство поверхностей, подвергающихся частым механическим воздействиям, существенным нагрузкам, лучше использовать смесь гравия и щебня. Однако при теплоизоляции стен, пола чердачных помещений пенопласт будет эффективнее. К тому же он обладает незначительным весом, характеризуется меньшей толщиной по сравнению с другими утеплителями. Все это позволяет применять его там, где излишние нагрузки на перекрытие недопустимы.
При утеплении пенопластом не требуется устройство дополнительной гидроизоляции. Однако ему, как и большинству полимерных материалов, присуща горючесть.
Минеральная вата также широко применяется для защиты жилья от холодов. Но и в этом случае не стоит сравнивать теплопроводность минваты и керамзита, даже несмотря на то, что значение ее в первом случае намного ниже (0,048-0,07 Вт/(м*К)). Используют такие утеплители в разных случаях. Так, для обшивки стен, потолков в частных домах с внутренней стороны помещения ни гравий, ни щебень, ни, тем более, керамзитовый песок абсолютно не пригодны. Минвата же здесь будет практически незаменима.
Однако она является довольно объемным утеплительным материалом. Любые попытки ее спрессовать приведут к уменьшению объема содержащегося в минвате воздуха, а значит, к снижению эффективности. К тому же использовать минеральную вату следует крайне осторожно. Данный вид утеплителя негативно воздействует на организм человека. Подобная характеристика говорит о том, что все работы по укладке следует производить только с применением средств индивидуальной защиты.
stroitel-list.ru
О теплопроводности керамзитобетона на кварцевом песке
В статье приведены результаты опытов по определению коэффициентов теплопроводности керамзитобетона с воздухововлекающими добавками на гранулированном шлаке и обычном строительном (кварцевом) песке. Не оспаривая достоверности полученных авторами данных, необходимо отметить, что число опытов и их анализ недостаточны, чтобы сделать какие-либо обобщающие выводы. За последние годы опубликовано много данных по теплопроводности различных видов керамзитобетонов. При этом установлено, что его поризация, а также введение в состав кварцевого песка вместо керамзитового не отражается на значениях коэффициента теплопроводности в сухом состоянии при неизменной объемной массе бетона. Этот вывод подтверждает и рисунок. Существенный разброс не позволяет выделить влияние каких либо факторов на зависимость λС = f(γC). В пределах изменения объемной массы от 800 до 1200 кг/м3 она может быть принята линейной λС = 0,29 γC - 0,03.
Хотя в среднем значения λС для керамзитобетонов с воздухововлекающими добавками на кварцевом песке удовлетворяют уравнению, для этого вида бетона зависимость λС = f(γC) характеризуется особенно большим разбросом. Помимо этого коэффициент теплопроводности для таких бетонов более чувствителен к изменению влажности. Если для керамзитобетонов на керамзитовом песке значение КВЛ колеблется в пределах 0,4-1,3 и в среднем составляет 0,9, то для керамзитобетонов на кварцевом песке с воздухововлекающими добавками – соответственно от 0,6 до 2,2 и в среднем 1,3. Это обстоятельство, казалось бы, должно привести к худшим теплофизическим свойствам таких бетонов. Однако из-за меньшей водопотребности и сорбционной способности керамзитобетоны на кварцевом песке характеризуются меньшей (в среднем на 30%) влажностью. В результате в эксплуатационных условиях ограждающие конструкции из керамзитобетона на кварцевом песке с воздухововлекающими добавками обеспечивают то же сопротивление теплопередачи, что и конструкции из керамзитобетона на керамзитовом песке (без поризации воздухововлекающими добавками). Об этом свидетельствует десятилетний опыт использования таких бетонов в строительстве. Изготовлено и смонтировано около 20 млн. м3 ограждающих конструкций, при этом не потребовалось ни увеличения их толщины, ни снижения проектной объёмной массы керамзитобетона. В настоящее время подобную технологию применяют около 150 заводов. Только в Москве из керамзитобетона на кварцевом песке с воздухововлекающими добавками ежегодно изготовляется более 800 тыс. из панелей и блоков для жилых и общественных зданий. Использование таких бетонов не ухудшает теплозащитные свойства конструкций. Это подтверждают данные табл. 1, в которой приведены обобщенные результаты испытаний панелей (в натурных условиях) и фрагментов (в климатических камерах), выполненных в НИИМосстрое и МНИИТЭП.
| На керамзитовом песке без воздухововлекающих добавок | 23 | 880-1150 | 1040 | 8,6-23,6 | 14,7 | 0,33-0,62 | 0,435 | 0,41 |
| На кварцевом песке с воздухововлекающими добавками | 33 | 950-1180 | 1070 | 7,2-13 | 10,6 | 0,31-0,59 | 0,445 | 0,43 |
Таким образом, несмотря на то, что зерна кварцевого песка обладают, как известно, повышенным коэффициентом теплопроводности (от 1,5 до 7 ккал/(ч*м*°С)), это не оказывает существенного влияния на теплопроводность керамзитобетона, содержащего значительное количество вовлеченного воздуха. Данный вывод подтверждается на основе общепринятых в теплофизике композиционных и зернистых материалов моделей упорядоченных систем, в основу которых положен принцип электротепловой аналогии. Рассматривая бетон как многокомпонентную систему, состоящую из последовательных двухкомпонентных систем; цементный камень (гидратированный цемент плюс капиллярные поры и поры вовлеченного воздуха), раствор (цементный камень плюс зерна песка), бетон (раствор плюс крупный заполнитель), можно рассчитать коэффициент его теплопроводности.
Как следует из теоретического анализа, улучшение теплозащитных свойств керамзитобетона с высоким содержанием керамзитового песка объясняется не особенностями структуры бетона, а повышенным объемом капиллярных пор в цементном камне.
| 0 | 838 | 394 | 162 | 0,18 | 0,18 |
| 0,2 | 762 | 176 | 186 | 0,17 | 0,17 |
| 0,3 | 827 | 78 | 255 | 0,15 | 0,17 |
| 0,5 | 880 | 96 | 302 | 0,16 | 0,17 |
| 0,7 | 902 | 79 | 385 | 0,16 | 0,16 |
| 1 | 1038 | 135 | 457 | 0,18 | 0,17 |
На основе найденных расчетно-экспериментальным методом зависимостей коэффициента теплопроводности цементного камня и керамзита от пористости при известных значениях коэффициента теплопроводности воздуха и кварцевого песка рассчитали значения коэффициентов теплопроводности керамзитобетонов, приведенных в работе (табл. 3). При этом учитывали, что гранулированный шлак, в отличие от керамзита, имеет стекловидную структуру, а это при неизменной пористости примерно в 1,5 раза снижает его коэффициент теплопроводности.
Как видно, наблюдается достаточно хорошая сходимость расчетных и экспериментальных значений. Расчет для керамзитобетона на керамзитовом песке показал, что при одинаковой объемной массе и вице керамзита коэффициенты теплопроводности бетонов на керамзитовом и кварцевом песках равны.
Следовательно, опыты не противоречат ранее полученным данным, а лишь еще раз подтверждают эффективность применения в легких бетонах, в том числе керамзитобетонах с воздухововлекающими добавками, мелких заполнителей со стекловидной структурой (граншлак, шлаковая пемза). Стендовые испытания показали, что в условиях Приднепровья возможно применение керамзитобетонов на кварцевом песке с воздухововлекающими добавками при толщине панелей 35 см и объёмной массе бетона не более 1150 кг/м3.
Коэффициенты теплопроводности таких бетонов при пересчете на эксплуатационную влажность (6%) примерно соответствуют требованиям СНиП 11-А-7-71. Применение составов керамзитобетона с объемной массой 1300 кг/м3 и содержанием кварцевого песка 400-500 кг/м3‚ что не рекомендовано инструкцией ВНИИЖелезобетона, приводит к повышению коэффициента теплопроводности.
Анализ показывает, что в зависимости от свойств керамзита и содержания кварцевого песка коэффициент теплопроводности керамзитобетона при той же объемной массе может колебаться в больших пределах, поэтому на практике перед началом массового производства необходима обязательная экспериментальная проверка.
При дефиците керамзита применять кварцевый песок для приготовления керамзитобетона при условии поризации смеси воздухововлекающими добавками и обеспечении требуемых значений объемной массы и коэффициента теплопроводности бетона, безусловно, можно.
Значения для предварительных расчетов можно принимать по СНиП, однако необходимо стремиться к использованию при приготовлении керамзитобетона и поризации воздухововлекающими добавками и эффективных пористых песков, снижающих объемную массу бетона, и позволяющих уменьшить толщину ограждений.
xn--90aiydt.xn--h1aalsr.xn--p1ai
