ТЕПЛОЭФФЕКТИВНЫЙ СТЕНОВОЙ КАМЕНЬ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

В настоящее время становится актуальным применение стеновых материалов, позволяющих снижать толщину возводимых стен. В качестве таких материалов используются стеновые камни, которые применяются в строительстве малоэтажных домов, а также для заполнения межэтажных промежутков каркасных зданий. Стеновые камни позволяют не только улучшить внешний вид возводимых сооружений, увеличивая при этом их эксплуатационные и эстетические характеристики, но и в 3-4 раза сократить продолжительность строительства.

В Свердловской области производство стеновых камней для малоэтажного строительства организовано на многих предприятиях строительной индустрии. Как правило, их изготавливают методом вибропрессования. Стеновой камень состоит из оболочки, обладающей хорошей несущей способностью, и термовкладыша, который увеличивает термическое сопротивление ограждающей конструкции. На рисунке 1 представлена схема стенового камня, который состоит из скорлупы и двух термовкладышей. Стеновой камень имеет стандартные размеры 390х190х188 мм.

Рис. 1. Схема стенового камня

В качестве скорлупы стенового камня, как правило, используют материал, имеющий прочность не менее 3 МПа. К таким материалам относятся керамзитобетон, мелкозернистый бетон. Подобные стеновые камни изготавливают из мелкозернистого бетона с термовкладышем из пенополистирола плотностью 30 кг/м3. К недостаткам существующих стеновых камней можно отнести низкое термическое сопротивление, равное 0,357 м2•°С/Вт, в то время как требуемое термическое сопротивление ограждающих конструкций для зданий, построенных в Свердловской области, должно быть не менее R0=3 м2•°С/Вт. В этом случае, при кладке стен зданий из подобных стеновых камней их толщина составит 1,52 м, т.е. возводимая стена будет состоять из восьми рядов стеновых камней при их толщине в 0,19 м.

Как видно из рисунка 2, толщина стен, изготовленных из различных материалов, для Свердловской области будет меняться в пределах от 0,30 м (для блока «Теплостен») до 1,01 м (для стенового камня из мелкозернистого бетона с термовкладышем из пенополистирола). Все стеновые камни имеют низкое термическое сопротивление, что объясняется высоким коэффициентом теплопроводности керамзитобетона и мелкозернистого бетона (таблица 1).

Рис. 2. Величины толщин стен для Свердловской области  (R0=3,0 м2•°С/Вт), изготовленных из следующих материалов: а - блок «Теплостен»; б - стеновой камень предлагаемой конструкции; в - брус деревянный; г - пенобетон; д - керамзитобетон; е - стеновой камень из мелкозернистого бетона с термовкладышем из пенополистирола

Таблица 1

Теплофизические характеристики стеновых камней

С целью подбора оптимальных состава и конструкции стенового камня для малоэтажного строительства было изучено влияние давления пресса на свойства керамзитополистиролбетонной смеси, которое изменяли в пределах от 0,7 до 4,76 МПа. Для уменьшения плотности в керамзитобетонную смесь вводили гранулированный пенополистирол в соотношениях 25% и 50% от объема керамзита. После этого керамзитополистиролбетонную смесь подвергали воздействию сжимающих нагрузок.

В процессе эксперимента установлено, что с увеличением давления прессования объем керамзитополистиролбетонной смеси с 25% гранулированного полистирола от объема керамзита уменьшается на 10-45%, а при введении 50% полистирола - на 20-45%. При этом в керамзитополистиролбетонной смеси в основном сжимается вспученный пенополистирол, который деформируется и уменьшает свой объем на 50%. При давлении прессования, равном 4,7 МПа, опыты прекращали, так как зерна керамзита в керамзитополистиролбетонной смеси начинали разрушаться, а зерна пенополистирола деформировались значительно (до 95%). Показано, что с увеличением давления прессования от 0,7 до 4,7 МПа плотность данного бетона возрастает от 517 до 1002 кг/м3 (рис. 3), и поэтому в составе керамзитобетонной смеси не рекомендуется использовать гранулы пенополистирола.

 Рис. 3. Зависимость плотности керамзитополистиролбетонной смеси от давления прессования (состав c 25% пенополистирола)

Нами также рассчитаны термические сопротивления стеновых камней, изготовленных различными составами бетона и термовкладышей. Теплофизические характеристики нескольких моделей стеновых камней представлены в таблице 2. Установлено, что наилучшим материалом для изготовления скорлупы стенового камня является керамзитобетон. Кроме того, подобран состав керамзитобетонной смеси, обеспечивающий увеличение термического сопротивления стенового камня. Наилучшая модель стенового камня состоит из скорлупы, изготовленной из керамзитобетона с теплопроводностью, равной 0,595 Вт/м•°С, и термовкладыша из пенополистирола с теплопроводностью 0,026 Вт/м•°С. Данный стеновой камень обладает термическим сопротивлением, равным R0=1,823 м2•°С/Вт, что является приемлемым для строительства зданий в Свердловской области. Толщина стены, возведенной из разработанного нами стенового камня, в данном случае составит всего 0,38 м.

Таблица 2

Теплофизические характеристики стеновых камней

Производство теплоэффективных стеновых камней может быть организовано на существующих предприятиях методом вибропрессования без существенного переоснащения технологического оборудования.