Одной из важнейших характеристик бетона, безусловно, является его теплопроводность. Меняться этот показатель у разных видов материала может в значительных пределах. Зависит теплопроводность бетона, прежде всего, от вида использованного в нем наполнителя. Чем легче материал, тем лучшим изолятором от холода он является.
Что такое теплопроводность: определение
При возведении зданий и сооружений могут использоваться разные материалы. Жилые и производственные постройки в условиях российского климата обычно утепляются. То есть, при их строительстве применяются специальные изоляторы, основным назначением которых является поддержание комфортной температуры внутри помещений. При расчете необходимого количества минеральной ваты или пенополистирола в обязательном порядке принимается во внимание теплопроводность использованного для возведения ограждающих конструкций основного материала.
Очень часто здания и сооружения в нашей стране строятся из разных видов бетона. Также для этой цели используются кирпич и дерево. Собственно самой теплопроводностью называется способность вещества к переносу энергии в своей толще в силу движения молекул. Идти подобный процесс может, как в твердых частях материала, так и в его порах. В первом случае он называется кондукцией, во втором — конвекцией. Остывание материала гораздо быстрее идет в его твердых частях. Воздух, заполняющий поры, задерживает тепло, конечно же, лучше.
От чего зависит показатель
Выводы из всего вышесказанного можно сделать следующие. Зависит теплопроводность бетона, дерева и кирпича, как и любого другого материала, от их:
- плотности;
- пористости;
- влажности.
С увеличением плотности бетона повышается и степень его теплопроводности. Чем больше в материале пор, тем лучшим изолятором от холода он является.
Виды бетона
В современном строительстве могут использоваться самые разные типы этого материала. Однако все существующие на рынке бетоны можно классифицировать на две большие группы:
- тяжелые;
- легкие пенистые или с пористым наполнителем.
Теплопроводность тяжелого бетона: показатели
Такие материалы также делятся на две основные группы. В строительстве могут использоваться бетоны:
- тяжелые;
- особо тяжелые.
При производстве второй разновидности материала применяются такие наполнители, как металлический скрап, гематит, магнетит, барит. Используются особо тяжелые бетоны обычно только при строительстве объектов, основным назначением которых является защита от радиации. В эту группу входят материалы с плотностью от 2500 кг/м3.
Обычные тяжелые бетоны изготавливают с применением таких видов наполнителя, как гранит, диабаз или известняк, изготовленные на базе горного щебня. В строительстве зданий и сооружений используется подобный материал плотностью 1600-2500 кг/м3.
Какая же может быть в данном случае теплопроводность бетона? Таблица, представленная ниже, демонстрирует показатели, характерные для разных типов тяжелого материала.
Вид бетона | Особо тяжелый | Тяжелый для ж/б конструкций | На песке |
Показатель теплопроводности Вт/(м°С) | 1,28-1,74 | При плотности 2500кг/м3 — 1,7 | При плотности 1800-2500 кг/м3 - 0,7 |
Теплопроводность ячеистого бетона легкого
Такой материал также классифицируется на две основные разновидности. Очень часто в строительстве используются бетоны на основе пористого наполнителя. В качестве последнего применяется керамзит, туф, шлак, пемза. Во второй группе легких бетонов наполнитель используется обычный. Но в процессе замеса такой материал вспенивается. В результате после созревания в нем остается много пор.
Теплопроводность бетона легкого очень низкая. Но при этом и по прочностным характеристикам такой материал тяжелому уступает. Используют легкие бетоны чаще всего для возведения разного рода жилых и хозяйственных построек, не подвергающихся серьезным нагрузкам.
Классифицируют легкие бетоны не только по способу изготовления, но и по назначению. В этом плане существуют материалы:
- теплоизоляционные (с плотностью до 800 кг/м3);
- конструкционно-теплоизоляционные (до 1400 кг/м3);
- конструкционные (до 1800 кг/м3).
Теплопроводность ячеистого бетона легкого разных видов представлена в таблице.
Вид бетона | Теплоизоляционный | Конструкционно-теплоизоляционный | Конструкционный |
Максимально допустимая теплопроводность Вт/(м°С) | 0,29 | 0,64 | Не нормируется |
Теплоизоляционные материалы
Такие бетонные блоки обычно используют для обкладки стен, собранных из кирпича или залитых из цементного раствора. Как видно из таблицы, теплопроводность бетона этой группы может варьироваться в достаточно большом диапазоне.
Материал | Газобетон | Керамзитобетон |
Коэффициент теплопроводности Вт/(м°С) | 0,12-0,14 | 0,23-0,4 |
Бетоны этой разновидности чаще всего используются как утепляющие материалы. Но иногда из них возводят и разного рода незначимые ограждающие конструкции.
Конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные материалы
Из этой группы в строительстве чаще всего используются пенобетон, шлакопемзобетон, шлакобетон. Некоторые типы керамзитобетона плотностью свыше 0,29 Вт/(м°С) также могут быть отнесены к этой разновидности.
Материал | Пенобетон | Шлакопемзобетон | Шлакобетон |
Коэффициент теплопроводности | 0,3 Вт/(м°С) | До 0,63 Вт/(м°С) | 0,6 Вт/(м°С) |
Очень часто такой бетон с низкой теплопроводностью используется непосредственно в качестве строительного материала. Но иногда его применяют и как изолятор, не пропускающий холода.
Как зависит теплопроводность от влажности
Всем известно, что практически любой сухой материал изолирует от холода гораздо лучше влажного. Связано это, прежде всего, с очень низкой степенью теплопроводности воды. Защищают бетонные стены, полы и потолки помещения от пониженных уличных температур, как мы выяснили, в основном благодаря наличию в материале пор, заполненных воздухом. При намокании последний вытесняется водой. А, следовательно, и значительно повышается коэффициент теплопроводности бетона. В холодное время года попавшая в поры материала вода замерзает. Результатом становится то, что теплосохраняющие качества стен, пола и потолков снижаются еще больше.
Степень влагопроницаемости у разных видов бетона может быть неодинаковой. По этому показателю материал классифицируются на несколько марок.
Марка бетона | W4 | W6 | W8 | W10-W14 | W16-W20 |
Водоцементное отношение (не более) | 0,6 | 0,55 | 0,45 | 0,35 | 0,30 |
Дерево как изолятор
И «холодный» тяжелый, и легкий бетон, теплопроводность которого низкая, конечно же, очень популярные и востребованные виды строительных материалов. В любом случае, фундаменты большинства зданий и сооружений возводятся именно из цементного раствора в смеси с щебнем или бутовым камнем.
Применяют бетонную смесь или же изготовленные из нее блоки и для возведения ограждающих конструкций. Но достаточно часто для сборки пола, потолков и стен используются и другие материалы, к примеру, дерево. Брус и доска отличаются, конечно же, гораздо меньшей прочностью, чем бетон. Однако и степень теплопроводности у дерева, разумеется, намного ниже. У бетона этот показатель, как мы выяснили, составляет 0,12-1,74 Вт/(м°С). У дерева коэффициент теплопроводности зависит, в том числе и от данной конкретной породы.
Вид древесины | Сосна | Липа, пихта | Ель | Тополь, дуб, клен |
Коэффициент теплопроводности Вт/(м°С) | 0,1 | 0,15 | 0,11 | 0,17-0,2 |
У других пород этот показатель может быть иным. Считается, что в среднем теплопроводность древесины поперек волокон равна 0,14 Вт/(м°С). Лучше всего изолирует пространство от холода кедр. Его показатель теплопроводности составляет всего 0,095 Вт/(м С).
Кирпич как изолятор
Далее для сравнения рассмотрим характеристики в отношении теплопроводности и этого популярного строительного материала. По прочностным качествам кирпич не только не уступает бетону, но зачастую и превосходит его. То же самое касается и плотности этого строительного камня. Весь используемый сегодня при возведении зданий и сооружений кирпич классифицируется на керамический и силикатный.
Обе этих разновидности камня в свою очередь могут быть:
- полнотелыми;
- с пустотами;
- щелевыми.
Конечно же, полнотелые кирпичи задерживают тепло хуже пустотных и щелевых.
Кирпич | Полнотелый силикатный/керамический | Силикатный/керамический с пустотами | Щелевой силикатный/керамический |
Коэффициент теплопроводности Вт/(м°С) | 0,7-0,8/0,5-0,8 | 0,66 /0,57 | 0,4/0,34-0,43 |
Теплопроводность бетона и кирпича, таким образом, практически одинакова. Как силикатный, так и керамический камень изолируют помещения от холода довольно-таки слабо. Поэтому дома, возведенные из такого материала, следует дополнительно утеплять. В качестве изоляторов при обшивке кирпичных стен так же, как и залитых из обычного тяжелого бетона, чаще всего применяются пенополистирол или минеральная вата. Можно использовать для этой цели и пористые блоки.
Как рассчитывается коэффициент теплопроводности
Определяется этот показатель у разных материалов, в том числе и у бетона, по специальным формулам. Всего может быть использовано две методики. Теплопроводность бетона определяется по формуле Кауфмана. Выглядит она следующим образом:
0,0935х(m) 0,5х2,28m + 0,025, где m — масса раствора.
Для влажных (более 3%) растворов используется формула Некрасова: (0,196 + 0,22 m2) 0,5 – 0,14.
Керамзитобетон плотностью 1000 кг/м3 имеет массу 1 кг. Соответственно, к примеру, по Кауфману в данном случае получится коэффициент 0,238. Определяется теплопроводность бетонов при температуре смеси в +25 С. У холодных и разогретых материалов ее показатели могут немного меняться.
