Как определить коэффициент теплопроводности бетона и от чего он зависит

Каждую партию бетона сопровождает паспорт, где указана прочность, плотность и прочие характеристики. Но есть показатель, отражающий важное для потребителя свойство, о котором в паспорте качества не говорится. Это теплопроводность, от которой зависит комфорт в доме. 

Теплопроводность – ключевой фактор энергосбережения

Любой материал обладает способностью проводить тепло. Это свойство и называют теплопроводностью. Единицей измерения является λ Вт/м*°С, то есть, сколько тепловой энергии (Вт) будет передано через строительный материал толщиной 1 метр, чтобы температура с другой стороны поднялась на 1 градус Цельсия. Иногда коэффициент указывают в Кельвинах (Вт/м*°К), что не меняет значения. 

Лучше всего сберегает тепло вакуум в термосе, 0,005 Вт/м*°К. Из применяемых в строительстве самый расточительный алюминий, у которого λ = 209,3 Вт/м*°С (у меди показатель 389,6). 

Зачем вообще понимание Т, есть же отдельная наука теплотехника? Ответ простой – чтобы экономить на обогреве жилья и оплате коммунальных услуг. Поэтому интересует нас типичный, распространенный бетон, и мы понимаем, что чем меньше его теплопроводность, тем больше он сберегает тепло. 

Прежде чем перейти к деталям, пара слов о том, что может влиять на показатель Т бетона (как и другой строительной смеси или раствора):

Прямо будут влиять:

• Плотность монолита. Чем она выше, тем выше теплопроводность;
• Наличие армирования. Т стали – 45,4, поэтому у ЖБИ коэффициент самый высокий (1,690 и до 2,040);
• Состав (из какой породы наполнитель, щебень, гранит или туф с керамзитом), вид вяжущего вещества (Т полистиролбетона 0,055 – 0,145), наличие добавок, пластификаторов и т.д.
• Внутренняя структура бетонной конструкции. У ячеистых и пористых типов бетона Т ниже, чем у типовых марок. 

Косвенное влияние на теплопроводность и потери тепла окажут:

• Наличие влаги в монолите. При измерениях обычно указывают два значения – состояние «А» (2% и меньше) и состояние «Б» (3% и больше). Чем больше влаги, тем больше будет теряться тепло, при этом временно будут колебаться значение показателя Т; 
• Толщина стен, перекрытий, фундаментов и т.д. Конечно, метровая стена редкость, но чем она толще, тем меньше будут потери тепла, несмотря на то, что теплопроводность не изменится; 
• Армирование само по себе увеличит показатель, а если создаст «мостики (пояски) холода», то возрастут и тепловые потери.

Отдельно отметим, почему эту характеристику не указывают в сопроводительных документах. На значение могут влиять свойства раствора и правильность укладки. 

На примере популярного в любом строительстве бетона марки М350 это выглядит следующим образом:

• Подвижность Р3 позволяет заливку ленточного фундамента без дополнительных мероприятий. Фактическая теплопроводность при этом будет равна расчётному значению;
• Если залитый раствор дополнительно утрамбовать вибратором, смесь уплотнится, показатель Т увеличится, но увеличится и прочность. 

Поэтому для оценки теплоизоляционной эффективности будущего строения ориентируются на справочные материалы. Фактические показатели не будут сильно отличаться от расчетных значений. 

Отдельно заметим, что любая таблица будет содержать не одно, а три значения коэффициента λ. И это нормально, главное – правильно их использовать. Например, для тяжелого бетона D2400 это выглядит так:

• В сухом состоянии – 1,690 Вт/м*°С;
• Расчетное значение состояние А (влажность <2%) – 1,920 Вт/м*°С;
• Расчетное значение состояние Б (влажность >35) – 2,040 Вт/м*°С.

Цифры правильные и дают понимание, как может меняться коэффициент в различных ситуациях. 

Важно! Повышение влажности бетона – причина того, почему в межсезонье часто бывает зябко, несмотря на то, что температура снаружи ещё выше нуля. Просто потери тепла становятся интенсивнее. 

Пора перейти к вопросу выбора бетона, который обеспечит прочность конструкции и снизит затраты на отопление.

Классификация бетонов и расчет коэффициента теплопроводности

С точки зрения теплопроводности, основными факторами в классификации бетонов являются плотность, тип наполнителя и структура. 

В усредненном виде сравнительная таблица для популярных марок М150-М400 будет выглядеть следующим образом:

Видно, что порода, из которой делается наполнитель, и плотность оказывают самое большое влияние на значение Т. 

При этом теплоизоляционный состав будет самым экономичным, но из него нельзя возводить несущие стены. Решить задачу энергосбережения без несущих стен, не теряющих тепло, невозможно. Поэтому группу теплоизоляционных бетонов разделили на три категории:

1. Теплоизоляционный (λ <0,1 D150 – D225). Теплоизоляция чердаков, подвалов и т.д. без несущей нагрузки.
2. Теплоизоляционно-конструкционный (λ 0,1 – 0,14 D250 – D350). Наружные ненесущие стены или стены с силовым внутренним железобетонным каркасом;
3. Конструкционно-теплоизоляционный (λ 0,1 – 0,18 D400 – D600),

По прочности это совсем немного – В0,35, В0,5 – В1 и В1,5 – В2,5, поэтому работа ведется над легкими бетонами как компромиссом между прочностью и сохранением тепла.

Энергосбережение обеспечивает состав легких бетонов, которые относятся (с некоторыми ограничениями) к конструкционным маркам М35-М50. Это перлитобетон и керамзитобетон. Впрочем, применяются и другие наполнители, так что состав легкого бетона выглядит так:

• Цемент, от его марки зависит прочность;
• Наполнители – вспученный перлит, керамзит, туф, пемза, шунгизит, доменные и прочие шлаки, вермикулит и некоторые другие. Они-то и обеспечивают снижение теплопроводности;
• Песок, причем некоторые марки керамзитобетона производятся на основе керамзитового песка;
• Вода.

У каждого типа легкого бетона (не путать с обычными типами, ведь недорогой бетон марки М150 тоже относят к лёгким) с теплоизоляционными свойствами есть свои особенности. 

Можно посмотреть, как в этой группе распределяется теплопроводность, в зависимости от плотности и породы наполнителя.

Ещё раз отметим, прочность и теплопроводность являются противоположными характеристиками. Легкие бетоны – действительно приемлемый компромисс для небольшого дома. Ведь на первом месте всегда прочность, теплоизоляционные свойства можно повысить и внешней теплоизоляцией.

Как определяют теплопроводность

Сделать это можно несколькими способами:

• Расчётный метод. Например, формула Некрасова для влажности 3%:

• Для керамзитобетона на кварцевом песке с поризацией плотностью 1000 кг/м3, d = 1, значение λ будет равным 0,41. В сухом состоянии - 0,33, что хорошо согласуется с практикой. 
• Экспериментальных методов несколько. Они основаны на прямом измерении разницы температур с двух сторон образцов. Проводятся периодически, уточняя эмпирические расчетные величины.

Можно использовать любые справочные данные, чтобы выбрать, из какого бетона построить теплый, но прочный и надежный дом. Если остались неясности, звоните, наши специалисты проконсультируют по дополнительным вопросам.