Теплопроводность керамики — Отделка и Ремонт

Планируя строительство дома, застройщики в первую очередь приступают к выбору оптимального материала, оценивая при этом наиболее приоритетные качества. Одним из таких является способность материала к теплосохранению, обеспечивающее частичную экономию при строительстве и эксплуатации здания.

В данной статье мы будет рассматривать данное свойство одного из самых популярных материалов. Итак, теплопроводность керамического кирпича: насколько важна данная характеристика, как она связана с другими показателями и что влияет на ее изменение?

Что представляют собой изделия из керамики

Для начала вкратце разберемся, что же представляет собой кирпич керамический, и какими свойствами он обладает.

Состав и свойства

Основным компонентом при производстве является мелкозернистая глина. Помимо нее в состав входит песок, вода и добавки, способные повысить исходное качество сырья и готовой продукции.

Например, пластификатор значительно повышает пластичность раствора и препятствует растрескиванию изделий. Соотношение сырья в будущем определяет основной набор свойств изделий, а, точнее, их числовые значения.

Ориентировочные пропорции сырья керамического кирпича

Рассмотрим усредненные показатели при помощи таблицы.

Таблица 1. Характеристики керамического кирпича:

Марка морозостойкости	Морозостойкость – одно из достоинств изделий. Она может достигать 250-300 циклов. Стоит показатель в зависимости от плотности, прочности. Чем они выше, тем большее количество циклов замораживания и оттаивания сможет выдержать изделие.
Теплопроводность	Коэффициент теплопроводности керамического кирпича нельзя назвать его самой сильной стороной. Он – повышен. А с чем это связано, мы рассмотрим чуть ниже.
Плотность и прочность	Марки прочности – М50-М250, 300. Плотность может достигать 2100 кг/м3. Согласитесь, это – завидные показатели для многих материалов.
Усадка	Кирпич усадке подвержен. Точное значение назвать сложно, во многом это зависит от вида изделия. Например, клинкерный кирпич почти не поддается усадке, она составляет не более 3-5%.
Гигроскопичность	Водопоглощение свойственно керамике, значение – около 8-10%. Но, опять же, многое зависит от типа кирпича, его плотности и технологии изготовления.
Экологичность	Об экологичности судить достаточно сложно. Ведь она зависит от месторождения основного сырья. Хотя все производители в один голос заявляют, что изделия абсолютно безопасны и, по сути, так это и должно быть.
Огнестойкость	Не горит. Может противостоять высокой температуре на протяжении длительного периода времени.

Классификация изделий и их основные различия

Существует большое количество различных видов керамического кирпича. Они отличаются между собой назначением, структурой, размером и другими показателями. Рассмотрим подробнее.

По назначению, изделия могут быть:

• Рядовыми. Их применяют при кладке стен и перегородок. Последующая отделка, как правило, требуется. Материал отличается повышенной плотностью и, как следствие коэффициентом теплопроводности.

Рядовое изделие, фото

• Лицевыми. Служат они для облицовки строений, возведения заборов и многое другое. К таким изделиям предъявляются повышенные требования в отношении внешнего вида. Сколы и иные дефекты не допустимы.

Лицевое изделие

Структура кирпича определяет существование следующих видов:

• Пустотелые изделия. Они – более легковесные и менее плотные, серьезной нагрузке подвергаться не могут.

Пустотелый кирпич

• Полнотелые же — наоборот: прочные и тяжелые, а теплопроводность керамического кирпича полнотелого сравнительно завышена.

Полнотелые изделия

На основе размеров изделий также сформирована классификация:

• Кирпич с маркировкой 1НФ называется одинарный. Он имеет габариты равные 250*120*65 мм.

Размеры и вес одинарного кирпича

• Маркировка 1,4 НФ указывает на то, что перед вами – полуторный, или утолщенный кирпич. Его высота несколько больше и составляет 88 мм.

Утолщенный кирпич

• Двойные изделия имеют маркировку 2,1 НФ, высота их – 138 мм.

Кирпич двойной

• Особенным размером обладают евро-изделия. Они отличаются не только толщиной, но и высотой, которые составляют 85 и 65 мм соответственно.

Евро изделия

Как уже говорилось выше, керамический кирпич может иметь различную марку по прочности и, в зависимости от нее, определяется область применения изделий при строительстве. Марки могут быть следующими: М50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250.

• М50 – наименее прочны. Применяются обычно при строительстве, например, столбов для ограждений, заборов.
• М 75 и М100 могут использоваться при возведении стен почти любых, помимо несущих.
• А вот М 125 вполне может быть применена при строительстве несущей конструкции.

Более высокие марки изделий используют при возведении цоколя и иных конструкций, на которые будет оказываться существенная нагрузка.

Значение теплопроводности и ее зависимость от иных характеристик и факторов, понятие теплой керамики

Как становится очевидным, теплоемкость керамического кирпича стоит в прямой зависимости от плотности и прочности изделий. Чем они выше, тем способность к теплосохранению ниже.

• Например, теплопроводность керамического полнотелого кирпича плотностью 1800 кг/м3 составляет около 0,85 Вт*мС, а вот пустотелое изделие с показателем средней плотности в 1400 кг/м3 может похвастать более низким значением, равным около 0,55 Вт*мС.
• Поризованные изделия обладают самым низким из всех перечисленных коэффициентом, он может составлять около 0,25.
• Самой низкой способностью к сохранению тепла обладает клинкерный кирпич. Это опять же связано в его крайне высокой плотностью, которая достигает 2100 кг/м3.

Читать еще:  Армирующий пояс

Рассмотрим при помощи таблицы соотношения плотности и теплопроводности различных видов кирпича.

Таблица 2. Кирпич керамический: теплопроводность различных видов изделий:

Вид изделия	Плотность, кг/м3	Коэффициент теплопроводности в сухом виде, Вт*мС.
Рядовой керамический кирпич полнотелый	1600-1900	0,5-0,7
Клинкерный кирпич	2100	0,8-0,9
Кирпич теплая керамика	1150-1400	0,22-0,35
Печной кирпич керамический	1600-1900	0,5-0,7

Обратите внимание! На данный момент крайне популярным стало строительство кирпичных домов «теплая керамика». Изделия, используемые для их возведения, отличаются высоким показателем плотности и, при этом, пониженным коэффициентом теплопроводности. Привлекает также застройщиков возможность применять изделия самостоятельно. Строительство своими руками поможет значительно сэкономив, компенсировав высокую стоимость на материал, так как цена сравнительно немалая.

Видео в этой статье:

Пример расчета оптимальной толщины стены, практические способы повышения способности к теплосохранению

Каким образом можно повысить способность стены к сохранению тепла?

Существует несколько способов:

• В первую очередь стоит упомянуть о технологии укладки. Соблюдая ее, вы сможете подчеркнуть высокие показатели качеств керамических изделий.
• Утепление конструкции, разумеется, значительно снизит коэффициент теплопроводности здания. Важно выбрать наиболее оптимальный метод. Например, создание воздушного зазора при этом будет наиболее эффективным.
• Крайне популярным вариантом является применение керамического кирпича в качестве облицовочного материала, а вот основные стены можно выложить с использованием ячеистого бетона, например. В этом случае, строение будет наиболее теплым.

А как же рассчитать толщину стены, если застройщик все же решил строить здание исключительно из кирпича? Все достаточно просто. Оптимальным вариантом является кладка в полтора или два кирпича – эти виды наиболее распространены.

Толщина стен зависит от региона и климатических условий в первую очередь, поэтому при расчете следует учитывать так называемый коэффициент сопротивления теплоотдаче, который индивидуален для каждого региона. Указан он в СНиП. Среднее значение равно 3,4, поэтому в нашем примере мы и будем его использовать.

Предположим, что кирпич мы применяем рядовой керамический полнотелый, с плотностью в 1600 кг/м3 и теплопроводностью равной 0,5 Вт*мС.

0,5*3,4=1,7. Значение получается крайне большим. Однако, при расчете необходимо учитывать теплопроводность утеплителей и вычитать ее. Чем интенсивнее будет утепление, тем меньшей будет рекомендуемая толщина стены.

В заключение

Коэффициент теплопроводности керамического кирпича, как мы выяснили, зависит от вида изделий и их плотности. И чем последняя выше, тем способностью к теплосохранению ниже.

Однако, несмотря на мало конкурентный показатель, существуют методы повышения данной способности, которые помогут застройщику построить теплый дом.

Продукция из оксида циркония (ZrO₂)

Oписание продукции по ссылкам на этой странице приведет вас к английской версии веб-сайта CeramTec International.

Продукты, отмеченные иконкой с российским флагом доступны на русском языке.

• Волочение проволоки, компоненты
• Волочильные инструменты
• Зубная керамика
• Подложки на основе стабилизованного диоксида циркония
• Подшипниковые технологии в автомобилестроении
• Приспособления для формовки

• Промышленные режущие инструменты
• Режущие инструменты
• Трубы и трубопроводы
• Трубы из высококачественной керамики
• Уплотнительные технологии (уплотнительные кольца, подшипники)

Газоблок со временем теряет прочность (процесс карбонизации силикатов — переход силикатов в мел). В связи с этими показателями его нужно армировать в кладке каждые 3 ряда + делать армирование в стенах длиннее 6 метров, оконных проемах, и в других местах с усиленной нагрузкой. Это удорожает стоимость кладки и увеличивает время возведения.

Керамические блоки не теряют прочность в кладке. Можно спокойно возводить стены без дополнительного армирования. Есть примеры постройки 10-этажных зданий из тёплой керамики с несущими стенами без армирования.

Сравнительная оценка тепловых характеристик

Для оценки теплового сопротивления (R_th) как фактора, влияющего на теплопередачу от кристалла полупроводникового прибора в систему охлаждения и через нее в окружающую среду, в ходе исследований были проведены измерения и получены экспериментальные данные от пяти групп нескольких вариантов исполнения образцов подложек с нанесенной на них металлизацией.

Результаты тестирования теплового сопротивления приведены на рис. 3. Все образцы, используемые для оценки теплового сопротивления R_th, металлизированы медью толщиной 0,3 мм с обеих сторон подложки. Как и ожидалось, подложка, выполненная из керамики на основе оксида алюминия толщиной 0,63 мм, показала наивысшее значение R_th, что обусловлено низкой теплопроводностью такой керамики — всего 24 Вт/мК.

Рис. 3. Результаты тестирования теплового сопротивления

В результате измерений установлено, что на образцах подложек из материала HPS9% (ZTA) толщиной 0,32 мм с металлизацией по технологии DBC и подложек из Al₂O₃ толщиной 0,32 мм, также с металлизацией по технологии DBC, значения теплового сопротивления R_th находятся в одном и том же диапазоне.

Читать еще:  Сколько в 1 м2 метров

Керамика на основе AlN с металлизацией DBC, как обладающая наивысшей теплопроводностью 180 Вт/мК, несмотря на использование керамического слоя толщиной 0,63 мм, показала самое низкое значение теплового сопротивления R_th.

Теплопроводность керамики на основе Si₃N₄ имеет теплопроводностью 90 Вт/мК (табл. 1), что вдвое меньше, чем у AlN, и этот факт объясняет, почему подложка из нитрид-кремниевой керамики с металлизацией по технологии AMB показывает аналогичное керамике AlN с технологией DBC тепловое сопротивление R_th, только с толщиной в два раза меньше, чем у подложки, выполненной из нитрида алюминия, а именно 0,32 мм для Si₃N₄-керамики по сравнению с 0,63 мм для керамики на основе AlN.

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость: таблица теплопроводности материалов

керамических материалов при их испытании на дефор* мацию под постоянной нагрузкой при повышающейся температуре. На рис. 2 кривая деформации различных по фазовому составу материалов имеет различный вид.

Как указывалось, на прочностные свойства керамики влияют ее структура и пористость. С повышением пори­стости все ее прочностные характеристики снижаются вследствие концентрации напряжений вокруг пор и уменьшения – контактной поверхности соприкосновения отдельных зерен (рис. 3). Керамика мелкозернистого строения, как правило, обладает большей прочностью, чем крупнозернистая, при одном и том же фазовом и химическом составе.

При оценке механических свойств керамики следует иметь в виду, что результаты измерений в значительной степени определяются методикой подготовки образца и проведения испытаний, в первую очередь степенью об­работки его поверхности, скоростью нагружения и ха­рактером распределения нагрузки.

§ 3. Теплофизические свойства

К теплофизическим свойствам керамики относятся ее теплоемкость, теплопроводность, тепловое расшире­ние, лучеиспускание. Теплоемкость керамического ма­териала кристаллической структуры подчиняется зако­ну Дюлонга и Пти, по которому она приблизительно рав­на 24,7 Дж/(г-атом-К). Теплоемкость весьма сильно меняется при низких температурах и незначительно при высоких, особенно после 1000°С. Теплоемкость есть свойство самого вещества, она не зависит от структур­ных особенностей конкретного изделия, его пористости и плотности, размеров кристаллов и других факторов, поэтому теплоемкость единицы структурно различных, но одноименных по составу материалов одинакова.

Теплопроводность характеризует скорость перено­са теплоты керамическим материалом. Она очень раз­лична и зависит от состава кристаллической и стекло­видной фаз, а также от пористости. Теплопроводность материала принято характеризовать уравнением теплово­го потока

где Q — количество теплоты, Вт; б — толщина стенки, см; F — пло­щадь прохождения теплового потока, см2″, т — время; 11, f2— темпе­ратура, °С, соответственно на горячей и холодной поверхностях.

Теория теплопроводности основана на представле­нии о переносе теплоты в твердых неметаллических телах тепловыми упругими волнами—фононами. Тепло­проводность вещества зависит от длины свободного про­бега фононов и степени нарушения гармоничности коле­баний тепловых волн во время их прохождения через данное вещество. В связи с этим степень теплопровод­ности определяют структура вещества, число и вид ато­мов и ионов, рассеивающих волновые колебания. Кри­сталлы с более сложным строением решетки, как пра­вило, имеют более низкую теплопроводность, так как степень рассеивания тепловых упругих волн в такой ре­шетке больше, чем в простой. Снижение теплопроводно­сти наблюдается также при образовании твердых рас­творов, так как при этом возникают дополнительные центры рассеивания тепловых упругих волн. В стеклах, характеризующихся разупорядоченным строением, дли­на пробега фононов не превышает межатомных рассто­яний, и теплопроводность стекла соответственно мень­ше, чем теплопроводность керамического материала, со­держащего, как правило, значительное количество кри­сталлических фаз.

Особенно важно учитывать при применении керами­ки изменение теплопроводности во время ее нагрева. Общая закономерность здесь такая: теплопроводность спеченной керамики кристаллического строения, особен­но оксидной, с повышением температуры, как правило, сильно падает. Исключение составляет диоксид цирко­ния, теплопроводность которого с повышением темпера­туры возрастает. Теплопроводность стекла, а также ке­рамики, содержащей значительное Количество стекла, например муллитокремнеземистой, с повышением тем­пературы увеличивается. На рис. 4 показано изменение теплопроводности некоторых видов керамики в зависи­мости от температуры. Теплопроводность пористой теп­лоизоляционной керамики, изготовляемой из чистых ок­сидов,— основное свойство, по которому определяют область ее применения. Теплопроводность тесно связа­на с пористостью.

Термическое расширение керамики — следствие уве.-’ лличения амплитуды колебаний ее атомов или ионов от­носительно их среднего положения, происходящих под влиянием температуры. Поэтому температурный коэф­фициент линейного расширения ТКЛР керамики (далее употребляется «коэффициент линейного расширения») непостоянен при любой температуре. Для подавляюще-

Рис. 5. Линейное расширение некоторых видов технической керамики (Zr02 в зависимости от степени его стабилизации)

Ш 800 1200 К00 2000 Температура, ‘С

Читать еще:  Гидрофобизатор что это

§ 0 400 800 1200 IfiOO 200П. Тенпературп’С

Рис. 4. Теплопроводность не­которых видов керамики

1 — ВеО плотноспекшийся; 2 — SiC; 3 — MgO плотноспекшийся; 4 — AlaOj, корунд; В — ZrO? стабилизи­рованный плотноспекшийся

го большинства керамических материалов он повыша­ется с температурой (рис. 5). Различают истинный ко­эффициент линейного расширения и средний, т. е. от­несенный к определенному интервалу температур:

Обычно измеряется не объемный, а линейный коэф­фициент, практически составляющий 1/з объемного. Это отношение справедливо для изотропных поликристалли­ческих материалов, в том числе и керамических.

Термическое расширение большинства монокристал­лов, как известно, анизотропно. В кристаллах с кубиче­ской решеткой расширение происходит равномерно по всем направлениям, как, например, у MgO. Однако сре­ди керамических материалов есть такие, у которых ани­зотропия термического расширения выражена очень сильно. В частности, у широко распространенных корун­да а-А1203 и муллита 3Al203-2Si02 также наблюдается анизотропия. Асимметрия строения кристаллической ре-

°cp = i/1 — LtJLtt Cs — Mi­ls-некоторых случаях для наглядности коэффициент линейного расширения удобно выразить в процентах (%):

Таблица 2. Средние значения коэффициента линейного расширения

Особенности кладки керамоблока

Высокие параметры теплосопротивления стены из керамических блоков обусловлены не только их форматом и низкой теплопроводностью, но и наличием шип-пазовой системы фиксации элементов. При кладке раствор используется только в горизонтальном шве, по вертикали блоки стыкуются, и между ними также образуется замкнутая воздушная полость. Вкупе с хорошей геометрией блоков такой способ значительно упрощает кладку, а стены получаются достаточно ровными. Что впоследствии упрощает уже отделочные работы – тонкослойной штукатуркой не обойдешься, но и лишнего объема из-за «горбов» накидывать не придется. Толщина кладочных швов стандартная.

Кладка из керамических блоков должна соответствовать СП «Каменные и армокаменные конструкции», в котором регламентируется толщина шва в 8-12 мм. Однако в Европе есть случаи, когда керамический блок укладывали на тонкий слой клея.

Тонкошовная кладка допускается, когда блоки шлифованные, что большая редкость для отечественного рынка ввиду их высокой стоимости. А для дополнительного сокращения теплопотерь сквозь швы, рекомендуется применять готовые кладочные смеси.

Швы из кладочного раствора между керамическими блоками влияют не только на прочность кладки, но и на ее теплопроводность. Через данные швы, ввиду их плотности, быстрее проходит холод. Чтобы холод не проходил через швы, при кладке керамических блоков используют специальный теплый кладочный раствор, в составе которого присутствует перлит, значительно улучшающий теплопроводность раствора. Тем самым, кладка в плане теплопроводности становится более равномерной.

С учетом только постельного шва и формата блоков, затраты на готовый теплый раствор в рамках общестроительного бюджета будут не настолько больше, чтобы выбирать самомес из соображений экономии.

Как и кирпичная, кладка из керамоблоков должна выполняться с перевязкой – существует специальная формула расчета шага перевязки, для получения оптимальной по монолитности и жесткости конструкции. S=0,4·H. Где:

• S – шаг перевязки;
• H – высота блока.

Высота блоков стандартная, 219 мм, шаг составит 88 мм, при этом увеличить его, к примеру, до 100 мм можно, а вот уменьшить, нельзя, согласно типовой технологической карте (ТТК) кладки стен из керамических блоков. По этой ТТК, под перекрытия из многопустотных железобетонных плит рекомендуется заливать армопояс.

Производители же блоков допускают возможность упрощенного усиления кладки арматурой без необходимости заливки армопояса.

Армопояс под перекрытиями не нужен – перед установкой плит перекрытия достаточно проложить арматуру по периметру стены и немного увеличить высоту кладочного раствора. Специалисты технической поддержки проконсультируют по всем вопросам, от выбора материала, до дальнейшей эксплуатации дома.

Что касается «вечного» вопроса по поводу вентзазора между стеной из керамики и облицовочным экраном из кирпича – он не нужен. Наличие свободного вентилируемого пространства обязательно в композитных системах, включающих слой теплоизоляции.

Полная инструкция по кладке блоков – в формате видео.

Стоимость

Теперь перейдем к самому важному вопросу – стоимости блоков и общей стоимости готового дома.

Стоимость кубометра керамоблоков и газоблоков примерно одинакова. Но, для достижения нужного теплового сопротивления нужно 400мм газоблока D400 или 500 мм керамических блоков. То есть, газобетона D400 нужно на 20% меньше.

Клея для кладки газобетона уйдет примерно в 4 раза меньше, что опять же экономия. Но, для кладки газобетона нужно использовать арматуру для армирования рядов, а также армопояс. Но в целом, дом из газобетона получается дешевле, быстрее, и для самостройщика проще. Но это только наше субъективное мнение. Принимайте свое решение самостоятельно, и покупайте материал, который вам больше подходит.