Обзор популярных строительных материалов, применяемых в малоэтажном строительстве (кирпич, газобетон). Сравнение их основных характеристик

В настоящее время наибольшую популярность набирает малоэтажное Индивидуальное Жилищное Строительство (ИЖС), особенно актуально это направление строительства стало в свету последних событий 2020г. В связи с неблагоприятной эпидемиологической обстановкой, люди стали все больше интересоваться темой строительства загородного дома. Одним из главных вопросов строительства выступает выбор материалов для несущих и ограждающих конструкций. На современном рынке можно найти огромное количество предложений самых разнообразных строительных материалов и информационно неподготовленному человеку бывает сложно определиться с выбором. Современные здания и сооружения должны проектироваться с учетом важных требований ограждающим конструкциям, таких как:

• -    тепловая защита здания;

• -    защита от переувлажнения ограждающих конструкций;

• -    эффективность расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию;

• -    надежность и долговечность конструкции.

Ограждающие конструкции должны обладать необходимым сопротивлением теплопередаче чтобы обеспечить тепловую защиту здания, недопущение конденсации влаги на внутренней поверхности конструкции и другим параметрам.

В данной статье мы рассмотрим самые ходовые строительные материалы, применяемые при кладке стен – это кирпич и газосиликатный блок и проведем сравнительный анализ этих материалов.

Самый популярный строительный материал прошлого столетия – это красный глиняный кирпич. Первые кирпичные строения появились в Москве в 1450 году и на протяжении следующих 500 лет кирпич активно использовался при строительстве самых разнообразный зданий и сооружений. На сегодняшний день красный глиняный кирпич (керамический) по праву считается одним из самых прочных строительных материалов. Согласно [2] расчетное сопротивление кладки сжатию ( R ) из кирпича марки М150 на растворе марки М100 R =2,2МПа (эквивалентно 224т/м²). При этом кирпичная кладка имеет значительный удельный вес, приблизительно 1800кг/м³ и очень высокую теплопроводность λ=0,81 Вт/(м·ºС) при условии эксплуатации ограждающей конструкции Б (по [1]). Это значит, что для обеспечения тепловой защиты здания в соответствии с современными требованиями, необходимая толщина кирпичной стены должна составлять b к = 2,5 м, согласно теплотехническому расчету, представленному ниже (в данном расчете рассмотрены значения поэлементных требований п.5.1 «а» [1]):

_{R о}пр _{≥ R о}норм

R о ^норм = R о ^тр, где                                          (5.1) [1]

R отр =3,13 (м^°С) Вт при ГСОП=4961°Сшут/год                    табл. 3 [1]

ГСОП = (te- tom) Zom =(22 - (-2,2))*205=4961 °С^сут/год, где te = 22°С - расчетная температура внутреннего воздуха здания по [5];

t om = -2,2°С - средняя температура наружного воздуха по [4];

Z om = 205 суток - продолжительность отопительного периода сут/год по [4];

• *    Для выполнения расчета примем условно-однородный фрагмент стены;

Данные приняты для г.Москва.

R о ^пр=;                                              (Е.1)[1]

Rоусл = ± + 5RS +1- = -1 + 3,09 ■ 1   3,24(м • °С)/Вт, где

• a g              а н     О, 7              2 3

а в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²-°С); табл. 4 [1]

а н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²-°С); табл. 6 [1]

Rs - термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента, (м-°С)/Вт, определяемое для невентилируемых воздушных прослоек по таблице Е.1 [1], для материальных слоев по формуле:

R ^s = Г = ^ = 3,09 (м * °С)/Вт, где А д    0,81

• 5_s - толщина слоя, м;

X _s - расчетная теплопроводность материала слоя, Вт/(м^°С);

Конечно же, такая толщина стены экономически нецелесообразна, поэтому в современном строительстве однослойные кирпичные стены не применяют (как это было несколько десятилетий назад). Сегодня кирпичные стены носят многослойный характер. Они чаще всего состоят из несущего кирпичного слоя, теплоизолирующего слоя утеплителя и отделочного слоя. Если следовать теплотехническому расчету, представленному выше, то можно сделать вывод, что для обеспечения тепловой защиты здания необходим минимальный слой минераловатного утеплителя, имеющего теплопроводность Z=0,042 Вт/(м^°С) толщиной Ь ут = 0,11м и несущий слой из кирпича 1800кг/м³, Х=0,81 Вт/(м-°С), Ь к = 0,38м при условии эксплуатации ограждающей конструкции Б (по [1]) (толщина несущего слоя из кирпича принимается согласно конструктивным расчетом из условия обеспечения прочности, жесткости, устойчивости).

В настоящее время на смену кирпичным стенам пришли стены из ячеистого бетона (пено- и газоблоки). Первый дом, в котором применили пенобетон в качестве основного строительного материала, был построен в России в 1953 году, а уже несколько лет спустя количество возведенных зданий с использованием этого материала возрастало в геометрической прогрессии. Огромная популярность данного строительного материала объясняется тем, что наряду с неплохими несущими характеристиками, ячеистый бетон обладает относительно низким коэффициентом теплопроводности (конструкционно-теплоизоляционный: класса по прочности на сжатие не ниже В1,5, марки по средней плотности - не выше D700 [6]), что дает возможность использовать его в конструкции несущих и ограждающих стен без применения утеплителя. Самые распространенные марки ячеистого бетона по средней плотности, применяемые в малоэтажном строительстве (количество этажей до 3-х), в бескаркасной схеме здания - это D500 и D600. Коэффициент теплопроводности блоков D500 - Х=0,12 Вт/(м·ºС). Согласно [2] расчетное сопротивление кладки сжатию ( R ) из ячеистобетонных блоков автоклавного твердения класса В3,5 на растворе марки М100 R =1,5МПа (эквивалентно 153т/м²). При выполнении теплотехнического расчета, приведенного выше, можно сделать вывод, что толщина стены из блоков ячеистого бетона, необходимая для соблюдения энергоэффективных требований, составит Ь бл = 0,4м.

Таким образом, сведем полученные данные в табличной форме:

Таблица 1

Основные характеристики материалов, применяемых для несущих и ограждающих конструкций стен

Материал стен	Сопротивление кладки сжатию	Коэффициент теплопроводности	Толщина конструкции
1. Кирпич М150 на растворе М100	2,2 МПа	λ к =0,81 Вт/(м·ºС)	2,5м
2. Кирпич М150 + слой утеплителя	2,2 МПа	λ к =0,81 Вт/(м·ºС) λ ут =0,042 Вт/(м·ºС)	0,38м 0,11м
3. Блок ячеистого бетона D500, В3,5	1,5МПа	λ бл =0,12 Вт/(м·ºС)	0,4м

Исходя из полученных данных, можно сделать следующие выводы: энергоэффективным требованиям современных норм отвечают ограждающие конструкции из кирпича со слоем утеплителя минимальной толщины 110мм (для минераловатных утеплителей толщина принимается 150мм), а также конструкции из блоков ячеистого бетона (автоклавного твердения в данном случае) толщиной 400мм. Результаты получились приблизительно идентичными, определяющими же факторами предпочтения потребителем газобетона традиционному кирпичу выступает стоимость материала, скорость возведения кладки, сложность процесса кладки, стоимость и расход сопутствующих материалов (кладочные сетки, арматура, кладочный или клеевой раствор) и другие параметры.