Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Коэффициент теплопроводности строительных бетонов представляет собой критический параметр при проектировании ограждающих конструкций зданий согласно требованиям СП 50.13330.2024 «Тепловая защита зданий». Данная характеристика определяет способность материала передавать тепловую энергию и непосредственно влияет на энергоэффективность объектов капитального строительства. Согласно ГОСТ 25192-2012 «Бетоны. Классификация и общие технические требования» с изменением № 1 от 21 июня 2023 года, бетоны подразделяются по средней плотности, что определяет их теплофизические свойства.
Приложение М к СП 50.13330.2024 содержит расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий для двух условий эксплуатации ограждающих конструкций. Условия эксплуатации А соответствуют сухому и нормальному влажностному режиму помещений в сухой и нормальной зонах влажности, а условия Б характеризуют более влажные режимы. Выбор расчетных теплотехнических характеристик производится по таблице 2 СП 50.13330.2024 в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства по приложению А.
Значения коэффициентов теплопроводности бетонов различаются более чем на порядок: от 0,08 Вт/(м·°С) для ячеистых бетонов марки D300 при условиях А до 1,88 Вт/(м·°С) для тяжелого бетона плотностью 2500 кг/м³ при условиях Б. Данный широкий диапазон позволяет инженерам-проектировщикам подбирать оптимальные материалы для конкретных климатических условий строительства и требуемых теплотехнических характеристик ограждающих конструкций.
Тяжелые строительные бетоны с плотностью в диапазоне 2200–2500 кг/м³ характеризуются повышенными значениями теплопроводности, что обусловлено их плотной структурой и использованием тяжелых заполнителей на основе природного гранита, известняка или гравия. Согласно данным приложения М СП 50.13330.2024, коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации А составляет 1,28–1,63 Вт/(м·°С), а при условиях Б увеличивается до 1,46–1,88 Вт/(м·°С).
Для бетона плотностью 2400 кг/м³ коэффициент теплопроводности при условиях А составляет 1,51 Вт/(м·°С), а при условиях Б достигает 1,74 Вт/(м·°С). Увеличение теплопроводности при переходе от условий А к условиям Б связано с повышением эксплуатационной влажности материала. Влага, содержащаяся в порах бетона, обладает теплопроводностью 0,56 Вт/(м·°С), что существенно выше теплопроводности воздуха 0,026 Вт/(м·°С), содержащегося в порах сухого материала.
Тяжелые бетоны применяются преимущественно в конструкциях, где требуется высокая прочность и несущая способность: фундаменты, несущие стены, перекрытия, колонны монолитных каркасов. При использовании тяжелого бетона в ограждающих конструкциях необходимо предусматривать дополнительный теплоизоляционный слой для обеспечения нормируемого сопротивления теплопередаче по СП 50.13330.2024. Толщина теплоизоляции определяется теплотехническим расчетом в зависимости от градусо-суток отопительного периода конкретного региона строительства.
Железобетонные конструкции, содержащие арматурную сталь, имеют несколько повышенную эффективную теплопроводность по сравнению с неармированным бетоном. Теплопроводность стали составляет 58 Вт/(м·°С), что создает локальные теплопроводные включения. При процентном содержании арматуры до 3% по объему конструкции, что характерно для большинства железобетонных изделий, влиянием арматуры на приведенное сопротивление теплопередаче можно пренебречь согласно методике расчета по приложению Г СП 50.13330.2024.
Для высокоармированных конструкций с содержанием арматуры более 3% необходимо учитывать теплопроводные включения при определении приведенного сопротивления теплопередаче. Расчет производится численными методами с использованием двухмерных температурных полей или применением программных комплексов теплотехнического расчета, сертифицированных для применения в строительном проектировании.
Легкие конструкционно-теплоизоляционные бетоны на пористых заполнителях характеризуются существенно более низкими значениями теплопроводности по сравнению с тяжелыми бетонами. Наиболее распространенным видом таких бетонов является керамзитобетон на основе обожженных гранул вспученной глины. Согласно приложению М СП 50.13330.2024, коэффициент теплопроводности керамзитобетона зависит от его плотности и составляет от 0,18 Вт/(м·°С) для материала плотностью 600 кг/м³ до 0,66 Вт/(м·°С) для плотности 1800 кг/м³ при условиях эксплуатации Б.
Керамзитобетон плотностью 1000 кг/м³ имеет коэффициент теплопроводности 0,33 Вт/(м·°С) при условиях А и 0,41 Вт/(м·°С) при условиях Б. Это в 3,7–4,2 раза ниже, чем у тяжелого бетона аналогичной влажности. Снижение теплопроводности достигается за счет использования пористого керамзитового гравия или щебня с насыпной плотностью 300–600 кг/м³, что создает в структуре бетона замкнутые воздушные поры.
Аглопоритобетон на основе вспученных шлаковых или зольных гранул имеет близкие теплофизические характеристики к керамзитобетону. При плотности 1200 кг/м³ коэффициент теплопроводности аглопоритобетона составляет 0,41 Вт/(м·°С) при условиях А и 0,47 Вт/(м·°С) при условиях Б. Данные материалы эффективно применяются в однослойных наружных стенах малоэтажных зданий или в качестве конструкционного слоя многослойных ограждающих конструкций.
При проектировании ограждающих конструкций из легких бетонов необходимо учитывать не только их теплофизические, но и прочностные характеристики. Керамзитобетон плотностью 1000 кг/м³ соответствует маркам по прочности М75–М100, что достаточно для возведения самонесущих стен малоэтажных зданий. Для несущих стен многоэтажных зданий применяют керамзитобетон повышенной плотности 1400–1600 кг/м³ марок М150–М250.
Важным аспектом является защита легкобетонных конструкций от переувлажнения. Согласно разделу 8 СП 50.13330.2024, при проектировании ограждающих конструкций необходимо проверять выполнение требований по недопустимости накопления влаги в материале конструкции за годовой период эксплуатации. Для керамзитобетона предельно допустимое приращение влажности составляет 5% по массе согласно таблице 11 СП 50.13330.2024.
Ячеистые бетоны автоклавного твердения, включающие газобетон и газосиликат, обладают наименьшими значениями теплопроводности среди всех типов строительных бетонов. Согласно ГОСТ 31359-2024 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия», введенному в действие с 1 января 2025 года, и приложению М СП 50.13330.2024, коэффициент теплопроводности ячеистых бетонов марок D300–D800 составляет от 0,08 до 0,26 Вт/(м·°С) при различных условиях эксплуатации.
Газобетон марки D400, наиболее распространенный в жилищном строительстве, имеет коэффициент теплопроводности 0,10 Вт/(м·°С) при условиях А и 0,11 Вт/(м·°С) при условиях Б. Это в 15 раз ниже теплопроводности тяжелого бетона, что позволяет возводить однослойные наружные стены требуемого сопротивления теплопередаче без дополнительного утепления в большинстве климатических районов России.
Низкая теплопроводность ячеистых бетонов обусловлена их высокой пористостью до 85% по объему. Поры диаметром 0,5–2 мм равномерно распределены по всему объему материала и заполнены воздухом с теплопроводностью 0,026 Вт/(м·°С). Получение ячеистой структуры осуществляется химическим газообразованием в процессе приготовления бетонной смеси с последующим автоклавным твердением при температуре 180–200°С и давлении 0,9–1,2 МПа.
Класс ячеистого бетона по прочности на сжатие определяется по ГОСТ 31359-2024 и обозначается буквой B с указанием гарантированной прочности в МПа. Газобетон D400 соответствует классам прочности B1,0–B1,5, что обеспечивает несущую способность для самонесущих стен зданий высотой до 5 этажей. Для несущих стен многоэтажных зданий применяют газобетон повышенной плотности D500–D600 классов B2,5–B3,5.
Морозостойкость ячеистых бетонов автоклавного твердения согласно ГОСТ 31359-2024 должна составлять не менее F25 для наружных стен зданий. Согласно актуализированному стандарту, перечень марок по морозостойкости ограничен пятью марками: F15, F25, F35, F50, F75. Производители рекомендуют ориентироваться на фактические результаты испытаний и не заявлять марки выше без подтвержденных оснований. Защита поверхности ячеистого бетона штукатурными системами или облицовкой дополнительно повышает его долговечность.
Эксплуатационная влажность материала ограждающих конструкций оказывает существенное влияние на его теплофизические свойства. Согласно СП 50.13330.2024, условия эксплуатации А соответствуют равновесной сорбционной влажности материала при относительной влажности воздуха 60%, а условия Б — при влажности 75%. Для различных типов бетонов увеличение эксплуатационной влажности при переходе от условий А к условиям Б приводит к росту коэффициента теплопроводности на различные величины.
Для тяжелого бетона плотностью 2200–2500 кг/м³ увеличение теплопроводности при переходе от условий А к условиям Б составляет 12–16%. При условиях А влажность составляет 2–3% по массе, при условиях Б повышается до 4–5%. Замещение воздуха в порах бетона водой приводит к пропорциональному увеличению теплопроводности, так как теплопроводность воды в 21 раз выше теплопроводности воздуха.
Для легких бетонов на пористых заполнителях влияние влажности более значительно. Керамзитобетон плотностью 1000–1400 кг/м³ при переходе от условий А к условиям Б увеличивает теплопроводность на 20–25%. Это связано с более высокой пористостью материала и большей способностью к сорбции влаги. Равновесная влажность керамзитобетона составляет 4–5% при условиях А и 7–9% при условиях Б.
Ячеистые бетоны марок D300–D600 наиболее чувствительны к изменению влажности. При переходе от условий А к условиям Б теплопроводность увеличивается на 35–50%. Газобетон D400 имеет коэффициент теплопроводности 0,10 Вт/(м·°С) при условиях А (влажность 5–6% по массе) и 0,11 Вт/(м·°С) при условиях Б (влажность 8–12% по массе).
Согласно таблице 11 СП 50.13330.2024, предельно допустимое приращение влажности для ячеистых бетонов за период влагонакопления составляет 6% по массе. Это требует обязательной проверки ограждающих конструкций из ячеистого бетона на недопустимость накопления влаги согласно разделу 8 СП 50.13330.2024. При необходимости предусматривается пароизоляционный слой со стороны помещений с повышенным влаговыделением.
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций производится согласно методике, изложенной в СП 50.13330.2024. Основным нормируемым показателем является приведенное сопротивление теплопередаче Rо пр, которое должно быть не менее нормируемого значения Rо норм, определяемого по формуле 5.1 СП 50.13330.2024. Нормируемое сопротивление зависит от градусо-суток отопительного периода ГСОП региона строительства, определяемых по СП 131.13330.2025 «Строительная климатология».
Градусо-сутки отопительного периода рассчитываются по формуле ГСОП = (tв – tот)·zот, где tв — расчетная температура внутреннего воздуха здания, принимаемая для жилых зданий 20°С; tот — средняя температура наружного воздуха отопительного периода; zот — продолжительность отопительного периода в сутках. Для климатических условий Москвы ГСОП = 4943 (°С·сут)/год, для Санкт-Петербурга — 5185 (°С·сут)/год, для Екатеринбурга — 6340 (°С·сут)/год.
Для наружных стен жилых зданий базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче определяются по таблице 3 СП 50.13330.2024. При ГСОП = 5000 (°С·сут)/год базовое значение составляет Rо тр = 2,8 (м²·°С)/Вт. Для промежуточных значений ГСОП расчет производится по формуле Rо тр = a·ГСОП + b, где коэффициенты a = 0,00035 и b = 1,4 для наружных стен жилых зданий.
Рассчитаем требуемую толщину однослойной наружной стены из газобетона D400 для жилого здания в климатических условиях Москвы. Коэффициент теплопроводности газобетона D400 при условиях Б составляет λБ = 0,11 Вт/(м·°С). Для Москвы ГСОП = 4943 (°С·сут)/год, нормируемое сопротивление теплопередаче Rо норм = 0,00035·4943 + 1,4 = 3,13 (м²·°С)/Вт.
Приведенное сопротивление теплопередаче однослойной однородной стены определяется по формуле Rо = 1/αв + δ/λБ + 1/αн, где αв = 8,7 Вт/(м²·°С) — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены; αн = 23 Вт/(м²·°С) — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности для Северной строительно-климатической зоны; δ — толщина стены. Требуемая толщина стены: δтр = (Rо норм – 1/αв – 1/αн)·λБ = (3,13 – 0,115 – 0,043)·0,11 = 0,329 м. Принимаем толщину стены 375 мм по стандартным типоразмерам газобетонных блоков.
В современном строительстве широко применяются многослойные ограждающие конструкции, сочетающие несущий слой из бетона с повышенной прочностью и теплоизоляционный слой из эффективных утеплителей. Типовые конструктивные решения включают трехслойные стены с лицевым кирпичным слоем, утеплителем и внутренним несущим слоем из тяжелого или легкого бетона.
Для несущего слоя многоэтажных зданий применяется тяжелый бетон классов B15–B25 плотностью 2300–2400 кг/м³ или керамзитобетон классов B7,5–B15 плотностью 1400–1600 кг/м³. Толщина несущего слоя определяется прочностным расчетом и обычно составляет 140–200 мм для тяжелого бетона и 200–300 мм для керамзитобетона. Теплоизоляционный слой из минераловатных плит или пенополистирола толщиной 100–200 мм обеспечивает требуемое сопротивление теплопередаче конструкции.
Расчет приведенного сопротивления теплопередаче многослойной конструкции производится по методике приложения Г СП 50.13330.2024 с учетом теплопроводных включений в виде гибких связей, соединяющих слои конструкции. Для типовых решений с базальтопластиковыми связями диаметром 6 мм с шагом 500×500 мм коэффициент теплотехнической однородности составляет r = 0,92–0,95, что учитывается при определении приведенного сопротивления теплопередаче.
При проектировании многослойных ограждающих конструкций необходимо обеспечить защиту от переувлажнения согласно разделу 8 СП 50.13330.2024. Расположение слоев конструкции должно обеспечивать последовательное снижение сопротивления паропроницанию изнутри наружу. Для конструкции с несущим слоем из тяжелого бетона, теплоизоляцией из минераловатных плит и лицевым кирпичным слоем требуется предусмотреть вентилируемый воздушный зазор между утеплителем и кирпичной кладкой.
Вентилируемая воздушная прослойка толщиной 40–60 мм с продухами в нижней и верхней частях стены площадью не менее 75 см² на 20 м² площади стены обеспечивает удаление водяного пара, диффундирующего через конструкцию. Расчет температуры и парциального давления водяного пара в плоскостях конструкции производится по методике раздела 8 СП 50.13330.2024 для проверки условия недопустимости конденсации влаги внутри конструкции.
Дисклеймер: Данная статья носит информационно-справочный характер и предназначена для инженерно-технических работников, проектировщиков и технологов строительной отрасли. Все приведенные технические параметры, нормативные ссылки и расчетные методики основаны на действующих на момент подготовки материала нормативных документах.
Проектирование ограждающих конструкций должно выполняться квалифицированными специалистами с соответствующими допусками в строгом соответствии с требованиями актуальных редакций СП 50.13330.2024, СП 131.13330.2025 и других нормативных документов. Перед применением информации необходимо проверить актуальность использованных нормативных документов в информационных системах общего пользования.
Автор и издатель не несут ответственности за возможные последствия использования приведенной информации без надлежащей проверки и профессиональной адаптации к конкретным условиям проектирования.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.