Як визначити коефіцієнт теплопровідності бетону і від чого він залежить

Кожну партію бетону супроводжує паспорт, де вказана міцність, щільність і інші характеристики. Але є показник, що відображає важливу для споживача властивість, про яку в паспорті якості не говориться. Це теплопровідність, від якої залежить комфорт у будинку.

Теплопровідність – ключовий чинник енергозбереження

Будь-який матеріал має здатність проводити тепло. Цю властивість і називають теплопровідністю. Одиницею виміру є λ Вт/м*°С, тобто, скільки теплової енергії (Вт) буде передано через будівельний матеріал завтовшки 1 метр, щоб температура з іншого боку піднялася на 1 градус Цельсія. Іноді коефіцієнт вказують в Кельвінах (Вт/м*°К), що не міняє значення.

Краще за все зберігає тепло вакуум в термосі, 0,005 Вт/м*°К. З вживаних у будівництві наймарнотратніший алюміній, у якого λ = 209,3 Вт/м*°С (у міді показник 389,6).

Навіщо взагалі розуміння Т, є ж окрема наука теплотехніки? Відповідь проста – щоб економити на обігріві житла й оплаті комунальних послуг. Тому цікавить нас типовий, поширений бетон, і ми розуміємо, що чим менше його теплопровідність, тим більше він зберігає тепло.

Перш ніж перейти до деталей, пара слів про те, що може впливати на показник Т бетону (як і іншої будівельної суміші або розчину):

Прямо впливатимуть:

• Щільність моноліту. Чим вона вища, тим вище теплопровідність;
• Наявність армування. Т сталі – 45,4, тому у ЗБВ коефіцієнт найвищий (1,690 і до 2,040);
• Склад (з якої породи наповнювач, щебінь, граніт або туф з керамзитом), вид терпкої речовини (Т полістиролбетона 0,055 – 0,145), наявність добавок, пластифікаторів і так далі.
• Внутрішня структура бетонної конструкції. У комірчастих і пористих типів бетону Т нижче, ніж у типових марок.

Непрямий вплив на теплопровідність і втрати тепла матимуть:

• Наявність вологи в моноліті. При вимірах зазвичай вказують два значення – стан «А» (2% і менше) і стан «Б» (3% і більше). Чим більше вологи, тим більше втрачатиметься тепло, при цьому тимчасово коливатимуться значення показника Т;
• Товщина стін, перекриттів, фундаментів і так далі. Звичайно, метрова стіна рідкість, але чим вона товща, тим менше будуть втрати тепла, попри те, що теплопровідність не зміниться;
• Армування саме по собі збільшить показник, а якщо створить «містки (поясочки) холоду», то зростуть і теплові втрати.

Окремо відмітимо, чому цю характеристику не вказують в супровідних документах. На значення можуть впливати властивості розчину і правильність укладання.

На прикладі популярного у будь-якому будівництві бетону марки М350 це виглядає таким чином:

• Рухливість Р3 дозволяє заливку стрічкового фундаменту без додаткових заходів. Фактична теплопровідність при цьому дорівнюватиме розрахунковому значенню;
• Якщо залитий розчин додатково утрамбувати вібратором, суміш ущільниться, показник Т збільшиться, але збільшиться і міцність.

Тому для оцінки теплоізоляційної ефективності майбутньої будови орієнтуються на довідкові матеріали. Фактичні показники сильно не відрізнятимуться від розрахункових значень.

Окремо помітимо, що будь-яка таблиця міститиме не одно, а три значення коефіцієнта λ. І це нормально, головне – правильно їх використати. Наприклад, для важкого бетону D2400 це виглядає так:

• У сухому стані – 1,690 Вт/м*°С;
• Розрахункове значення стан А (вологість <2%) – 1,920 Вт/м*°С;
• Розрахункове значення стан Б (вологість >35) – 2,040 Вт/м*°С.

Цифри правильні та дають розуміння, як може мінятися коефіцієнт в різних ситуаціях.

Важливо! Підвищення вологості бетону – причина того, чому в міжсезонні часто буває зимно, попри те, що температура зовні ще вище за нуль. Просто втрати тепла стають інтенсивніше.

Пора перейти до питання вибору бетону, який забезпечить міцність конструкції й понизить витрати на опалювання.

Класифікація бетонів і розрахунок коефіцієнта теплопровідності

З точки зору теплопровідності, основними чинниками в класифікації бетонів є щільність, тип наповнювача і структура.

В усередненому виді порівняльна таблиця для популярних марок М150-М400 виглядатиме таким чином:

Видно, що порода, з якої робиться наповнювач, і щільність роблять найбільший вплив на значення Т.

При цьому теплоізоляційний склад буде найекономічнішим, але з нього не можна зводити стіни, що несуть. Вирішити завдання енергозбереження без стін, що несуть, не втрачають тепло, неможливо. Тому групу теплоізоляційних бетонів розділили на три категорії:

1. Теплоізоляційний (λ <0,1 D150 – D225). Теплоізоляція горищ, підвалів і так далі без навантаження, що несе.
2. Теплоізоляційно-конструкційний (λ 0,1 – 0,14 D250 – D350). Зовнішні стіни, що не несуть, або стіни з силовим внутрішнім залізобетонним каркасом;
3. Конструкційно-теплоізоляціоний (λ 0,1 – 0,18 D400 – D600).

За міцністю це зовсім небагато – В0, 35, В0, 5 – В1 і В1, 5 – В2, 5, тому робота ведеться над легкими бетонами як компромісом між міцністю і збереженням тепла.

Енергозбереження забезпечує склад легких бетонів, які відносяться (з деякими обмеженнями) до конструкційних марок М35-М50. Це перлітобетон і керамзитобетон. Втім, застосовуються й інші наповнювачі, так що склад легкого бетону виглядає так:

• Цемент, від його марки залежить міцність;
• Наповнювачі – спучений перліт, керамзит, туф, пемза, шунгізит, доменні й інші шлаки, вермикуліт і деякі інші. Вони-то і забезпечують зниження теплопровідності;
• Пісок, причому деякі марки керамзитобетону робляться на основі керамзитового піску;
• Вода.

У кожного типу легкого бетону (не плутати зі звичайними типами, адже недорогий бетон марки М150 теж відносять до легких) з теплоізоляційними властивостями є свої особливості.

Можна подивитися, як в цій групі розподіляється теплопровідність, залежно від щільності та породи наповнювача.

Ще раз відмітимо, міцність і теплопровідність є протилежними характеристиками. Легкі бетони – дійсно прийнятний компроміс для невеликого будинку. Адже на першому місці завжди міцність, теплоізоляційні властивості можна підвищити й зовнішньою теплоізоляцією.

Як визначають теплопровідність

Зробити це можна декількома способами:

• Розрахунковий метод. Наприклад, формула Некрасова для вологості 3%:

• Для керамзитобетону на кварцевому піску з поризацією щільністю 1000 кг/м³, d = 1, значення λ буде рівним 0,41. У сухому стані - 0,33, що добре узгоджується з практикою.
• Експериментальних методів декілька. Вони грунтовані на прямому вимірі різниці температур з двох сторін зразків. Проводяться періодично, уточнюючи емпіричні розрахункові величини.

Можна використати будь-які довідкові дані, щоб вибрати, з якого бетону побудувати теплий, але міцний і надійний будинок. Якщо залишилися неясності, телефонуйте, наші фахівці проконсультують з додаткових питань.