Удельная теплоемкость цемента: теплопроводность песка и глины
Отделочный материал, применяемый при наружных и внутренних работах, при капитальном строительстве и в косметическом ремонте – это штукатурка. Ее особенности зависят от вида, а их достаточно много, так как в смесь добавляются различные элементы, которые могут повышать ее основные качества либо добавлять эстетики покрытию. Посмотрим на некоторые виды, а также определимся, что такое теплопроводность штукатурки и какой показатель у различных типов материала.
Определение
Теплопроводностью материала называют перенос внутренней энергии от более нагретых частей к менее нагретым. Механизм переноса тепла отличается в зависимости от агрегатного состояния вещества, а также распределения температур по поверхности материала. Иными словами, способность тела проводить тепло — и есть теплопроводность. Определяется она количеством теплоты, которое способно проходить через определенную толщину материала, на определенном участке за обозначенное время (естественно, для удобства расчетов все показатели равны единице). Но штукатурки отличаются слоем нанесения — значит и показатель будет другим
Разновидности и описание
На выбор потребителей предлагаются материалы с различными механическими свойствами.
От этого во многом зависит удобство монтажа и свойства. По данному показателю различают:
- Пеноблоки
. Изготавливаются из бетона со специальными добавками. В результате химической реакции структура получается пористой. - Плиты.
Строительный материал различной толщины и плотности изготавливается при помощи прессования или склеивания. - Вата.
Продается в рулонах и характеризуется волокнистой структурой. - Гранулы (крошка).
с пеновеществами различной фракции.
подбор материала осуществляется с учетом свойств, стоимости и предназначения. Применение одинакового утеплителя для стен и чердачного перекрытия не позволит получить желаемый эффект, если не указано, что он предназначен для конкретной поверхности.
Сырьем для утеплителей могут выступать различные вещества. Они все делятся на две категории:
- органические на основе торфа, камыша, древесины;
- неорганические — изготавливаются из вспененного бетона, минералов, асбестосодержащих веществ и др.
Цементно-песчаная
В зависимости от прочности покрытия, выбирается пропорции песка к цементу – 1:4 или 1:3. Это также зависит от марки цемента и фракции песка. Данный раствор практически не эластичный, поэтому его используют для минеральных поверхностей в качестве основного покрытия, а не заделывании щелей и трещин. При плотности слоя 1800 кг/м3 коэффициент теплопроводности штукатурки будет равен 1,2.
Обобщения закона Фурье
Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье неприменим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл, а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:
Если время релаксации tau пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.
Декоративная
Это исключительно отделочный материал для финишных работ. В его состав могут входить полимерные и синтетические смолы, различные примеси, дающие ей необходимые эстетические свойства. Декоративная штукатурка может применяться для отделки фасадов и внутренних частей здания. Фасадный состав с полимерными добавками при плотности в 1800 кг/м3 имеет коэффициент теплопроводности 1.
Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов
Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).
Утепляющая
Это состав, в который входят различные добавки, предающие такие особенности, как:
- морозостойкость;
- прочность вне зависимости от количества осадков и окружающего климатического воздействия;
- звукопоглощение;
- высокая степень адгезии;
- хорошая эластичность.
В зависимости от добавок, коэффициент эластичности утепляющей штукатурки при плотности 500 кг/м3 составляет 0,2.
Таблица – выражение основных параметров теплопроводности песка
Данная таблица поможет как начинающим строителям, так и тем, кто не новичок в этом деле, быстро и точно рассчитать необходимое количество песочного материала для будущей застройки.
Таблица теплопроводности
Если используется строительный вид песка стандартного ГОСТ образца, то при массе 1600 кгм3 теплопроводность будет составлять 0,35 Вт м*град., а теплоемкость 840 Джкг*град.
Если используется влажный речной песок, то параметры будут такие: масса от 1900 кгм3 имеет теплопроводность 0,814 Вт м*град, а теплоемкость 2090 Джкг*град.
Все эти данные взяты из различных пособий о физических величинах и теплотехнических таблиц, где приведены многие показатели именно для строительных материалов. Так что полезным будет иметь такую книжечку у себя.
Перлитовая
Это одна из разновидностей декоративных штукатурок, которая состоит из вулканических пород. В состав штукатурки входят особые кислые стекла, которые придают покрытию эстетичный внешний вид и добавляют различные практичные качества. Уникальная способность, которой обладает материал, – вспенивание и увеличение в размерах при нагревании. Надо сказать, что перлитовая штукатурка способна увеличиться в объеме в 10 раз. Благодаря этому получается внешне плотный, но достаточно легкий слой для основной поверхности. Плотность слоя может колебаться в пределах 350…800 кг/м3, за счет чего колеблется и теплопроводность штукатурки – 0,13…0,9.
Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций
При разработке проекта постройки необходимо учесть все возможные варианты и пути потери тепла. Большое его количество может уходить через:
- стены – 30%;
- крышу – 30%;
- двери и окна – 20%;
- полы – 10%.
Теплопотери неутепленного частного дома
При неверном расчете теплопроводности на этапе проектирования, жильцам остается довольствоваться только 10% тепла, получаемого от энергоносителей. Именно поэтому дома, возведенные из стандартного сырья: кирпича, бетона, камня рекомендуют дополнительно утеплять. Идеальная постройка согласно таблице теплопроводности строительных материалов должна быть выполнена полностью из теплоизолирующих элементов. Однако малая прочность и минимальная устойчивость к нагрузкам ограничивает возможности их применения.
Нужно знать! При обустройстве правильной гидроизоляции любого утеплителя высокая влажность не повлияет на качество теплоизоляции и сопротивление постройки теплообмену будет значительно выше.
Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей
Самым распространенным вариантом сочетание несущей конструкции из высокопрочных материалов с дополнительным слоем теплоизоляции. Сюда можно отнести:
- Каркасный дом. При его постройке каркасом из древесины обеспечивается жесткость всей конструкции, а укладка утеплителя производится в пространство между стойками. При незначительном уменьшении теплообмена в некоторых случая может потребоваться утепление еще и снаружи основного каркаса.
- Дом из стандартных материалов. При выполнении стен из кирпича, шлакоблоков, утепление должно проводиться по наружной поверхности конструкции.
Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме
Сухая
Есть такое понятие «сухая штукатурка». Для незнающих в строительной терминологии это означает обыкновенный гипсокартон. По сути, листы состоят из тех же элементов, что и обычная гипсовая штукатурка (жидкая), за исключением того, что они высушены, спрессованы, сформованы и укреплены на картонных листах. Теплопроводность сухой штукатурки также будет зависеть от плотности материала. Средний коэффициент теплопроводности равен 0.21.
Известковая
Наиболее распространенный вид штукатурки для внутренних работ. Одним из главных ее качеств можно назвать чистую белизну, что отлично подходит под дальнейшие финишные работы, в особенности окрашивание или нанесение декоративных жидких обоев. Состоит смесь из гашеной извести, речного песка. Пропорции могут быть разными. Теплопроводность при плотности 1500 кг/м3 будет равна 0.7.
Для каждой из смесей предусмотрены свои показатели, которые обозначаются на упаковке. Надо сказать, что бумажный мешок сухой смеси – инструкция не только по эксплуатации, но и составу. Там можно найти основные свойства каждого из составов.
Свойства
Областей применения песка много и любое строительство обязательно использует песок для составляющих частей постройки:
- изготовление фундаментной основы здания;
Изготовление фундаментной основы
- бетонные перекрытия, плиты или колонны и т.д;
Бетонные перекрытия
- применяют при изготовлении фильтров, например под бетонную конструкцию;
- даже для изготовления стекла.
Разновидностей песка тоже много, а следовательно различны и свойства каждого.
Химический состав позволяет применять любой из видов в определенных работах, чтобы добиться лучшего результата и повысить некоторые эксплуатационные характеристики готового здания.
Есть пески, которые образуются:
- природным способом;
Природный
- при искусственной обработке.
Они различаются составом, размером и даже обработкой. В природе песок получается благодаря естественному разрушению более крупных пород минералов на мелкие песчинки. Но на это уходит много времени.
Ускорить процесс можно благодаря современным методам добычи.
Берутся крупные кристаллы или минералы и под механическим воздействием расщепляются на более мелкие практически одинаковые песчинки.
После в песок в различных пропорциях добавляются и другие составляющие, придающие дополнительные свойства готовому песочному материалу.
Если задумано индивидуальное строительство
При возведении дома важно учитывать технические характеристики всех составляющих (материала для стен, кладочного раствора, будущего утепления, гидроизоляционных и пароотводящих плёнок, финишной отделки). Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:
Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:
| Номер п/п | Материал для стен, строительный раствор | Коэффициент теплопроводности по СНиП |
| 1. | Кирпич | 0,35 – 0,87 |
| 2. | Саманные блоки | 0,1 – 0,44 |
| 3. | Бетон | 1,51 – 1,86 |
| 4. | Пенобетон и газобетон на основе цемента | 0,11 – 0,43 |
| 5. | Пенобетон и газобетон на основе извести | 0,13 – 0,55 |
| 6. | Ячеистый бетон | 0,08 – 0,26 |
| 7. | Керамические блоки | 0,14 – 0,18 |
| 8. | Строительный раствор цементно-песчаный | 0,58 – 0,93 |
| 9. | Строительный раствор с добавлением извести | 0,47 – 0,81 |
Важно. Из приведённых в таблице данных видно, что у каждого строительного материала довольно большой разброс в показателях коэффициента теплопроводности.. Это связано с несколькими причинами:
Это связано с несколькими причинами:
- Плотность. Все утеплители выпускаются или укладываются (пеноизол, эковата) различной плотности. Чем ниже плотность (больше присутствует воздуха в теплоизоляционной структуре), тем ниже проводимость тепла. И, наоборот, у очень плотных утеплителей этот коэффициент выше.
- Вещество, из которого производят (основа). Например, кирпич бывает силикатным, керамическим, глиняным. От этого зависит и коэффициент теплопроводности.
- Количество пустот. Это касается кирпича (пустотелый и полнотелый) и теплоизоляции. Воздух – самый худший проводник тепла. Коэффициент его теплопроводимости – 0,026. Чем больше пустот, тем ниже этот показатель.
Строительный раствор хорошо проводит тепло, поэтому любые стены рекомендуется утеплять.
Теплоаккумулирующая способность материалов
Теплоаккумулирующая способность материалов, то есть способность материала удерживать тепло, оценивается удельной теплоемкостью, т.е. количеством тепла (в кДж), необходимым для повышения температуры одного килограмма материала на один градус. Например, вода имеет удельную теплоемкость, равную 4,19 кДж/(кг*K). Это значит, например, что для повышения температуры 1 кг воды на 1°K требуется 4,19 кДж.
| Материал | Плотность, кг/м 3 | Теплоемкость, кДж/(кг*K) | Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*K) | Масса ТАМ для теплоаккумулирования 1 ГДж теплоты при Δ= 20 K, кг | Относительная масса ТАМ по отношению к массе воды, кг/кг | Объем ТАМ для теплоаккумулирования 1 ГДж теплоты при Δ= 20 K, м 3 | Относительный объем ТАМ по отношению к объему воды, м 3 /м 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Гранит, галька | 1600 | 0,84 | 0,45 | 59500 | 5 | 49,6* | 4,2 |
| Вода | 1000 | 4,2 | 0,6 | 11900 | 1 | 11,9 | 1 |
| Глауберова соль (декагидрат сульфата натрия)* | 14600 т 1300 ж |
1,92 т 3,26 ж |
1,85 т 1,714 ж |
3300 | 0,28 | 2,26 | 0,19 |
| Парафин* | 786 т | 2,89 т | 0,498 т | 3750 | 0,32 | 4,77 | 0,4 |
Для водонагревательных установок и жидкостных систем отопления лучше всего в качестве теплоаккумулирующего материала применять воду, а для воздушных гелиосистем – гальку, гравий и т.п. Следует иметь в виду, что галечный теплоаккумулятор при одинаковой теплоаккумулирующей способности по сравнению с водяным теплоаккумулятором имеет в 3 раза больший объем и занимает в 1,6 раза большую площадь. Например, водяной теплоаккумулятор диаметром 1,5 м и высотой 1,4 м имеет объем 4,3 м 3 , в то время как галечный теплоаккумулятор в форме куба со стороной 2,4 м имеет объем 13,8 м 3 .
Плотность аккумулирования теплоты в значительной степени зависит от метода аккумулирования и рода теплоаккумулирующего материала. Она может быть аккумулирована в химически связанном виде в топливе. При этом плотность аккумулирования соответствует теплоте сгорания, кВт*ч/кг:
- нефть – 11,3;
- уголь (условное топливо) – 8,1;
- водород – 33,6;
- древесина – 4,2.
При термохимическом аккумулировании теплоты в цеолите (процессы адсорбции – десорбции) может аккумулироваться 286 Вт*ч/кг теплоты при разности температур 55°C. Плотность аккумулирования теплоты в твердых материалах (скальная порода, галька, гранит, бетон, кирпич) при разности температур 60°C составляет 14 17 Вт*ч/кг, а в воде – 70 Вт*ч/кг. При фазовых переходах вещества (плавление – затвердевание) плотность аккумулирования значительно выше, Вт*ч/кг:
- лед (таяние) – 93;
- парафин – 47;
- гидраты солей неорганических кислот – 40 130.
| Материал | Удельная теплоемкость, кДж/(кг*K) | Плотность, кг/м 3 | Теплоемкость, кДж/(м 3 *K) |
|---|---|---|---|
| Вода | 4,19 | 1000 | 4187 |
| Металлоконструкции | 0,46 | 7833 | 3437 |
| Бетон | 1,13 | 2242 | 2375 |
| Кирпич | 0,84 | 2242 | 1750 |
| Магнетит, железная руда | 0,68 | 5125 | 3312 |
| Базальт, каменная порода | 0,82 | 2880 | 2250 |
| Мрамор | 0,86 | 2880 | 2375 |
К сожалению, лучший из приведенных в таблице 2 строительных материалов – бетон, удельная теплоемкость которого составляет 1,1 кДж/(кг*K), удерживает лишь ¼ того количества тепла, которое хранит вода того же веса. Однако плотность бетона (кг/м 3 ) значительно превышает плотность воды. Во втором столбце таблицы 2 приведены плотности этих материалов. Умножив удельную теплоемкость на плотность материала, получим теплоемкость на кубический метр. Эти величины приведены в третьем столбце таблицы 2. Следует отметить, что вода, несмотря на то, что обладает наименьшей плотностью из всех приведенных материалов, имеет теплоемкость на 1 м 3 выше (2328,8 кДж/м 3 ), чем остальные материалы таблицы, в силу ее значительно большей удельной теплоемкости. Низкая удельная теплоемкость бетона в значительной степени компенсируется его большой массой, благодаря которой он удерживает значительное количество тепла (1415,9 кДж/м 3 ).
Теплопроводность строительных материалов
Одним из важнейших показателей строительных материалов, особенно в условиях российского климата, является их теплопроводность, которая в общем виде определяется как способность тела к теплообмену (то есть распределению тепла от более горячей среды к более холодной).
В данном случае более холодная среда – это улица, а горячая – внутреннее пространство (летом зачастую наоборот). Сравнительная характеристика приведена в таблице:
Коэффициент рассчитывается как количество тепла, которое пройдет через материал толщиной 1 метр за 1 час при разнице температур внутри и снаружи на 1 градус Цельсия. Соответственно, единицей измерения строительных материалов является Вт/ (м*оС) – 1 Ватт, разделенный на произведение метра и градуса.
- 0.1 Видео для справки
- 1 Применение материалов с небольшой теплопроводностью в утеплении домов
- 1.1 Пенопласт
- 1.1.1 Как выбрать качественный утеплитель
- 1.2 Минеральная вата
- 1.1 Пенопласт
| Материал | Теплопроводность,Вт/(м·град) | Теплоемкость,Дж/(кг·град) | Плотность,кг/м3 |
| Асбестоцемент | 27759 | 1510 | 1500-1900 |
| Асбестоцементный лист | 0.41 | 1510 | 1601 |
| Асбозурит | 0.14-0.19 | — | 400-652 |
| Асбослюда | 0.13-0.15 | — | 450-625 |
| Асботекстолит Г ( ГОСТ 5-78) | — | 1670 | 1500-1710 |
| Асфальт | 0.71 | 1700-2100 | 1100-2111 |
| Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84) | 42856 | 1680 | 2110 |
| Асфальт в полах | 0.8 | — | — |
| Ацеталь (полиацеталь,полиформальдегид) POM | 0.221 | — | 1400 |
| Береза | 0.151 | 1250 | 510-770 |
| Бетон легкий с природной пемзой | 0.15-0.45 | — | 500-1200 |
| Бетон на зольном гравии | 0.24-0.47 | 840 | 1000-1400 |
| Бетон на каменном щебне | 0.9-1.5 | — | 2200-2500 |
| Бетон на котельном шлаке | 0.57 | 880 | 1400 |
| Бетон на песке | 0.71 | 710 | 1800-2500 |
| Бетон на топливных шлаках | 0.3-0.7 | 840 | 1000-1800 |
| Бетон силикатный плотный | 0.81 | 880 | 1800 |
| Битумоперлит | 0.09-0.13 | 1130 | 300-410 |
| Блок газобетонный | 0.15-0.3 | — | 400-800 |
| Блок керамический поризованный | 0.2 | — | — |
| Вата минеральная легкая | 0.045 | 920 | 50 |
| Вата минеральная тяжелая | 0.055 | 920 | 100-150 |
| пенобетон, газо- и пеносиликат | 0.08-0.21 | 840 | 300-1000 |
| Газо- и пенозолобетон | 0.17-0.29 | 840 | 800-1200 |
| Гетинакс | 0.230 | 1400 | 1350 |
| Гипс формованный сухой | 0.430 | 1050 | 1100-1800 |
| Гипсокартон | 0.12-0.2 | 950 | 500-900 |
| Гипсоперлитовый раствор | 0.140 | — | — |
| Глина | 0.7-0.9 | 750 | 1600-2900 |
| Глина огнеупорная | 42826 | 800 | 1800 |
| Гравий (наполнитель) | 0.4-0.930 | 850 | 1850 |
| Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка | 0.1-0.18 | 840 | 200-800 |
| Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка | 0.11-0.160 | 840 | 400-800 |
| Гранит (облицовка) | 42858 | 880 | 2600-3000 |
| Грунт 10% воды | 27396 | — | — |
| Грунт песчаный | 42370 | 900 | — |
| Грунт сухой | 0.410 | 850 | 1500 |
| Гудрон | 0.30 | — | 950-1030 |
| Железо | 70-80 | 450 | 7870 |
| Железобетон | 42917 | 840 | 2500 |
| Железобетон набивной | 20090 | 840 | 2400 |
| Зола древесная | 0.150 | 750 | 780 |
| Золото | 318 | 129 | 19320 |
| Каменноугольная пыль | 0.1210 | — | 730 |
| Камень керамический поризованный | 0.14-0.1850 | — | 810-840 |
| Картон гофрированный | 0.06-0.07 | 1150 | 700 |
| Картон облицовочный | 0.180 | 2300 | 1000 |
| Картон парафинированный | 0.0750 | — | — |
| Картон плотный | 0.1-0.230 | 1200 | 600-900 |
| Картон пробковый | 0.0420 | — | 145 |
| Картон строительный многослойный | 0.130 | 2390 | 650 |
| Картон термоизоляционный | 0.04-0.06 | — | 500 |
| Каучук натуральный | 0.180 | 1400 | 910 |
| Каучук твердый | 0.160 | — | — |
| Каучук фторированный | 0.055-0.06 | — | 180 |
| Кедр красный | 0.095 | — | 500-570 |
| Керамзит | 0.16-0.2 | 750 | 800-1000 |
| Керамзитобетон легкий | 0.18-0.46 | — | 500-1200 |
| Кирпич доменный (огнеупорный) | 0.5-0.8 | — | 1000-2000 |
| Кирпич диатомовый | 0.8 | — | 500 |
| Кирпич изоляционный | 0.14 | — | — |
| Кирпич карборундовый | — | 700 | 1000-1300 |
| Кирпич красный плотный | 0.67 | 840-880 | 1700-2100 |
| Кирпич красный пористый | 0.440 | — | 1500 |
| Кирпич клинкерный | 0.8-1.60 | — | 1800-2000 |
| Кирпич кремнеземный | 0.150 | — | — |
| Кирпич облицовочный | 0.930 | 880 | 1800 |
| Кирпич пустотелый | 0.440 | — | — |
| Кирпич силикатный | 0.5-1.3 | 750-840 | 1000-2200 |
| Кирпич силикатный с тех. пустотами | 0.70 | — | — |
| Кирпич силикатный щелевой | 0.40 | — | — |
| Кирпич сплошной | 0.670 | — | — |
| Кирпич строительный | 0.23-0.30 | 800 | 800-1500 |
| Кирпич трепельный | 0.270 | 710 | 700-1300 |
| Кирпич шлаковый | 0.580 | — | 1100-1400 |
| Листы пробковые тяжелые | 0.05 | — | 260 |
| Магнезия в форме сегментов для изоляции труб | 0.073-0.084 | — | 220-300 |
| Мастика асфальтовая | 0.70 | — | 2000 |
| Маты, холсты базальтовые | 0.03-0.04 | — | 25-80 |
| Маты минераловатные прошивные | 0.048-0.056 | 840 | 50-125 |
| Нейлон | 0.17-0.24 | 1600 | 1300 |
| Опилки древесные | 0.07-0.093 | — | 200-400 |
| Пакля | 0.05 | 2300 | 150 |
| Панели стеновые из гипса | 0.29-0.41 | — | 600-900 |
| Парафин | 0.270 | — | 870-920 |
| Паркет дубовый | 0.420 | 1100 | 1800 |
| Паркет штучный | 0.230 | 880 | 1150 |
| Паркет щитовой | 0.170 | 880 | 700 |
| Пемза | 0.11-0.16 | — | 400-700 |
| Пемзобетон | 0.19-0.52 | 840 | 800-1600 |
| Пенобетон | 0.12-0.350 | 840 | 300-1250 |
| Пенопласт резопен ФРП-1 | 0.041-0.043 | — | 65-110 |
| Пенополиуретановые панели | 0.025 | — | — |
| Пеносиликальцит | 0.122-0.320 | — | 400-1200 |
| Пеностекло легкое | 0.045-0.07 | — | 100..200 |
| Пеностекло или газо-стекло | 0.07-0.11 | 840 | 200-400 |
| Пенофол | 0.037-0.039 | — | 44-74 |
| Пергамент | 0.071 | — | — |
| Песок 0% влажности | 0.330 | 800 | 1500 |
| Песок 10% влажности | 0.970 | — | — |
| Песок 20% влажности | 12055 | — | — |
| Плита пробковая | 0.043-0.055 | 1850 | 80-500 |
| Плитка облицовочная, кафельная | 42856 | — | 2000 |
| Полиуретан | 0.320 | — | 1200 |
| Полиэтилен высокой плотности | 0.35-0.48 | 1900-2300 | 955 |
| Полиэтилен низкой плотности | 0.25-0.34 | 1700 | 920 |
| Поролон | 0.04 | — | 34 |
| Портландцемент (раствор) | 0.470 | — | — |
| Прессшпан | 0.26-0.22 | — | — |
| Пробка гранулированная | 0.038 | 1800 | 45 |
| Пробка минеральная на битумной основе | 0.073-0.096 | — | 270-350 |
| Пробка техническая | 0.037 | 1800 | 50 |
| Пробковое покрытие для полов | 0.078 | — | 540 |
| Ракушечник | 0.27-0.63 | 835 | 1000-1800 |
| Раствор гипсовый затирочный | 0.50 | 900 | 1200 |
| Резина пористая | 0.05-0.17 | 2050 | 160-580 |
| Рубероид (ГОСТ 10923-82) | 0.17 | 1680 | 600 |
| Стекловата | 0.03 | 800 | 155-200 |
| Стекловолокно | 0.040 | 840 | 1700-2000 |
| Туфобетон | 0.29-0.64 | 840 | 1200-1800 |
| Уголь каменный обыкновенный | 0.24-0.27 | — | 1200-1350 |
| Шлакопемзобетон (термозитобетон) | 0.23-0.52 | 840 | 1000-1800 |
| Штукатурка гипсовая | 0.30 | 840 | 800 |
| Щебень из доменного шлака | 0.12-0.18 | 840 | 400-800 |
| Эковата | 0.032-0.041 | 2300 | 35-60 |
Сравнение теплопроводности строительных материалов, а также их плотности и паропроницаемости представлено в таблице.
Жирным шрифтом выделены наиболее эффективные материалы, применяющиеся в строительстве домов.
Ниже представлена наглядная схема, из которой легко увидеть, какую толщину должна иметь стена из разных материалов, чтобы она удерживала одинаковое количество тепла.
Очевидно, что по этому показателю преимущество за искусственными материалами (например, пенополистиролом).
Примерно такую же картину можно увидеть, если составить диаграмму строительных материалов, которые наиболее часто применяются в работе.
При этом большое значение имеют условия окружающей среды. Ниже приведена таблица теплопроводности строительных материалов, которые эксплуатируются:
- в обычных условиях (А);
- в условиях повышенной влажности (Б);
- в условиях засушливого климата.
Данные взяты на основе соответствующих строительных норм и правил (СНиП II-3-79), а также из открытых интернет-источников (веб-страницы производителей соответствующих материалов). Если данные по конкретным условиям эксплуатации отсутствуют, то поле в таблице не заполнено.
Чем больше показатель, тем больше тепла он пропускает при прочих равных условиях. Так, у некоторых видов пенополистирола этот показатель равен 0,031, а у пенополиуретана – 0,041. С другой стороны, у бетона коэффициент на порядок выше – 1,51, следовательно, он пропускает тепло значительно лучше, чем искусственные материалы.
Сравнительные потери тепла через разные поверхности дома можно увидеть на схеме (100% — общие потери).
Очевидно, что большая часть уходит именно из стен, поэтому отделка этой части помещения – наиболее важная задача, особенно в условиях северного климата.
Видео для справки
Применение материалов с небольшой теплопроводностью в утеплении домов
В основном сегодня используются искусственные материалы – пенопласт, минеральная вата, пенополиуретан, пенополистирол и другие. Они очень эффективны, доступны по цене и достаточно легко монтируются, не требуя особых навыков работы.
- при возведении стен (требуется меньшая их толщина, поскольку основную нагрузку по сбережению тепла берут на себя именно теплоизоляционные материалы);
- при обслуживании дома (тратится меньше ресурсов на отопление).
Пенопласт
Это один из лидеров в своей категории, который широко используется в утеплении стен как снаружи, так и внутри. Коэффициент составляет примерно 0,052-0,055 Вт/(оС*м).
Как выбрать качественный утеплитель
При выборе конкретного образца важно обращать внимание на маркировке – именно она содержит все основные сведения, влияющие на свойства.
Например, ПСБ-С-15 означает следующее:
Минеральная вата
Еще один довольно распространенный утеплитель, который применяется как во внутренней, так и в наружной отделке помещений, – это минеральная вата.
Материал достаточно долговечный, недорогой и несложен в монтаже. Вместе с тем, в отличие от пенопласта, она хорошо впитывает влагу, поэтому при ее использовании необходимо применять и гидроизоляционные материалы, что удорожает монтажные работы.
Удельная теплоемкость цемента: теплопроводность песка и глины
Песок считается самым распространенным материалом, который используется во всех сферах жизнедеятельности человека особенно в строительстве. Вряд ли найдется современное здание, где бы ни применялся песок, как составляющий материал. Его используют для бетонной смеси или обычного раствора для кладки кирпичной стены. О теплоемкости песка пойдет речь в статье.
- Достоинства
- Свойства
- Виды
- Речной — без примесей и глины
- Карьерный
- Искусственный
- Кварцевый
- Что собой представляет теплоемкость — общая и удельная
- Таблица — выражение основных параметров теплопроводности песка
- Какой песок лучше всего использовать для изготовления бетона?
- Заключение
- Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость
Достоинства
Песок обладает рядом достоинств, благодаря которым здание эксплуатируется долгие годы. К основным можно отнести:
- сейсмоустойчивость;
- хорошо переносит резкие перепады температур, от сильных морозов до жаркого климата;
- низкое сжатие материала, помогает размещать на нем тяжелое основание, а заодно дополнительно амортизировать всю постройку. Это особо актуально в районах с частыми землетрясениями;
- водопроницаемость, которая позволяет проводить очистку многих жидкостей;
- широкий спектр применения в других областях.
Не зря песок гост 8736 используют при установке фильтров. Если песок достаточно слежался, то вода не будет проходить сквозь него на большую глубину.
Но прежде чем начинать работать с песком, стоит ознакомиться и с другими его свойствами, например с коэффициентом фильтрации, уплотнения, насыпной плотностью, удельным весом и теплоемкостью песка.
Этот важный критерий необходим при проектировании будущего строения. Есть множество факторов, которые влияют на теплоемкость.
Стоит сразу подчеркнуть, что теплоемкость и теплопроводность два разных качества, имеющие разные обозначения и цифровые выражения. Ниже вы сможете самостоятельно ознакомиться с таблицей, где приведены параметры этих обоих коэффициентов для песка.
Свойства
Областей применения песка много и любое строительство обязательно использует песок для составляющих частей постройки:
- изготовление фундаментной основы здания;
Изготовление фундаментной основы
- бетонные перекрытия, плиты или колонны и т.д;
- применяют при изготовлении фильтров, например под бетонную конструкцию;
- даже для изготовления стекла.
Разновидностей песка тоже много, а следовательно различны и свойства каждого.
Химический состав позволяет применять любой из видов в определенных работах, чтобы добиться лучшего результата и повысить некоторые эксплуатационные характеристики готового здания.
Есть пески, которые образуются:
- природным способом;
- при искусственной обработке.
Они различаются составом, размером и даже обработкой. В природе песок получается благодаря естественному разрушению более крупных пород минералов на мелкие песчинки. Но на это уходит много времени.
Ускорить процесс можно благодаря современным методам добычи.
Берутся крупные кристаллы или минералы и под механическим воздействием расщепляются на более мелкие практически одинаковые песчинки.
После в песок в различных пропорциях добавляются и другие составляющие, придающие дополнительные свойства готовому песочному материалу.
Вот основные виды песков, которые применяются в строительстве.
Речной — без примесей и глины
Речной песок имеет природно-естественное происхождение. Его чаще всего применяет в строительстве. Также важным свойством считается его состав, в котором нет посторонних примесей, вроде глины или органических материалов.
Обычно имеет серый или желтоватый оттенок. Речной песок считается наиболее чистым в отличие от карьерного песка. Его добывают из русел рек, но требуются серьезные затраты и техническое обеспечение. Отсюда и высокая стоимость материала.
Карьерный
Карьерный песок отличается в первую очередь составом, потому что содержит ряд ненужных примесей, типа глины, органики, пыль, кварцевые кристаллы и требует дополнительной очистки от них.
Если применять неочищенный карьерный песок, то готовая конструкция может серьезно пострадать, так как примеси содержащиеся в составе песка, могут дать серьезные негативные последствия.
Песчинки в карьерном песке значительно меньше и стоимость этого вида ниже, чем речного.
Искусственный
Песок, имеющий искусственное происхождение.
Название говорит за себя его не существует в природе. Он производится из дробления различных минералов:
Этот тяжелый песок применяют лишь для отделки стен постройки или стяжки пола, или в декоративных растворах.
Кварцевый
Кварцевый песок редко используется в строительных работах и является искусственно созданным материалом. Главный его плюс в полном отсутствии посторонних примесей, ведь он производится путем измельчения кристаллов белого кварца.
Особо эффективно применять этот вид песка в создании фильтров потому, что его главным свойством является высокая грязеемкость.
Одним из важных свойств песка, который обязательно учитывается еще в процессе проектирования застройки, является теплоемкость.
Что собой представляет теплоемкость — общая и удельная
Понятие теплоемкости — это способность любого материала нагреваться. И хотя в обычной жизни мы мало придаем значение подобным свойствам предметов, при строительстве данный коэффициент общей теплоемкости обязательно учитывается, это в первую очередь касается выбранных материалов. Особенно при планировании теплоизоляции.
Способность проводить тепло и сохранять на длительное время — это важный фактор и обязателен при учете, если планируется постройка жилого дома. Есть разница между общей и удельной теплоемкостью песка. Также отличными считаются понятия:
- способность воспринимать, удержать и накопить энергию тепла;
- изначальная физическая характеристика теплоемкости минерала, входящего в состав песка.
Главным нюансом, который необходимо учитывать при расчетах теплоемкости является не только дополнительные наполнители песка или молекулярная структура, но и его масса. Из-за прямой зависимости количества песка от состава, цифровой показатель теплоемкости постоянно плавает.
Бетон является самой распространенной смесью, которая используется строителями, при ее изготовлении следует правильно рассчитать пропорции цемента и песка. Тут узнаете о расходе цемента на 1 куб бетона.
Самым распространенным и популярным отделочным материалом в строительстве по праву является штукатурка Ротбанд. Здесь все его необходимые технические характеристики.
Ремонт кухни требует определенных материальных затрат и подходить к нему необходимо с большой ответственностью. Перейдя по ссылке ознакомитесь со стеновыми панелями из пластика.
Итоговый параметр учитывает теплофизические характеристики песчаного материала, и привязывается к конкретному количеству песка.
Поэтому, когда в процессе строительства меняется количество песочного материала в растворе, срезу же меняется и коэффициент теплоемкости. Так что для удобства расчетов существует обозначение — удельная теплоемкость песка.
При этом из расчетов практически исключается объем материала, а точнее используется лишь минимальное его значение, 1 кг мытой песчаной смеси.
Для удобства определения теплоемкости материала, в данном случае песка, используются готовые таблицы, в которых приведены расчеты. Их и применяют строители для проведения вычислений.
Теплопроводность также является важным значением, учитываемым при планировании теплоизоляционных работ. Подбор правильного материала очень важен, от него зависит, какое количество тепловой энергии вам придется затрачивать на обогрев готового помещения.
Главная проблема, это низкая теплоемкость песочного материала и готовое помещение, особенно если это жилой дом, требует дополнительной теплоизоляции. Теплопроводность зависит от плотности самого материала. Еще одним важным моментом является влажность песка.
Как указано в таблице ниже, при ее повышении увеличивается и теплопроводность песочного материала.
Таблица — выражение основных параметров теплопроводности песка
Данная таблица поможет как начинающим строителям, так и тем, кто не новичок в этом деле, быстро и точно рассчитать необходимое количество песочного материала для будущей застройки.
Если используется строительный вид песка стандартного ГОСТ образца, то при массе 1600 кгм3 теплопроводность будет составлять 0,35 Вт м*град., а теплоемкость 840 Джкг*град.
Если используется влажный речной песок, то параметры будут такие: масса от 1900 кгм3 имеет теплопроводность 0,814 Вт м*град, а теплоемкость 2090 Джкг*град.
Все эти данные взяты из различных пособий о физических величинах и теплотехнических таблиц, где приведены многие показатели именно для строительных материалов. Так что полезным будет иметь такую книжечку у себя.
Какой песок лучше всего использовать для изготовления бетона?
Повсеместное использование песка в строительных работах позволяет расширить круг применения. Он является универсальным средством для приготовления различного вида раствора:
- для бетонных смесей;
- на стяжку полов;
- декоративную штукатурку стен;
- укладку стен блоками или кирпичом;
- заливку несущих пли;
- изготовление монолита.
Перечислять можно еще, главное понять суть. Но при возведении различного рода конструкций используется песок с различным составом и свойствами.
Уникальное свойство, перехода из рыхлого состояния в плотное. Позволяет использовать этот материал для защитной и естественной амортизации основы строения.
Если выделять производственную составляющую бетона, то здесь строительные организации да и частные строители отдают предпочтение именно речному песку. Его свойства позволяют начать использование без дополнительных манипуляций вроде промывки, как например карьерного.
Самым чистым среди добываемых песков является тот, который добывается со дна действующих рек. Он проходит дополнительный промывочную обработку и может сразу же использоваться по назначению. Однородная масса и отсутствие лишних примесей делают этот вид песка самым востребованным, несмотря на стоимость.
Бетон — особенный материал и требует точного расчета пропорций составляющих, а его качество зависит от наличия глинистых пород в песке. Ведь свойства глины в обволакивании песчинок добытого материала, что напрямую воздействует на качественное сцепление песка с другими составляющими бетонной смеси, в числе которых цемент.
По характеристикам песок еще делится на классы:
- первый класс;
- второй класс;
- специальные пески.
Каждая из перечисленных групп используется для применения бетонных изделий, но только для узкого круга. Так, например, первый класс используется для отливки бетона, чьими основными характеристиками является:
- качество;
- высокая сопротивляемость к внешним воздействиям;
- резкие перепады температуры, в числе которых морозостойкость.
Пески, относящиеся ко второму классу, применяются лишь для изготовления материалов, не требующих повышенной влагостойкости, например для плитки или облицовочных конструкций.
Специальные песчаные смеси необходимы при возведении бетонных или железобетонных конструкций. Подобные смеси позволяют усилить ряд показателей на сжатие и устойчивость к перепадам атмосферных сред.
Более подробно о свойствах и применении песка смотрите на видео:
Заключение
Песок — это уникальный природный материал, который помогает решать многие строительные вопросы. Свойства данного материала позволяют использовать его при возведении сложнейших конструкций.
А благодаря низкой теплоемкости этот материал идеально подходит для возведения помещений, где требуется поддерживать низкие температуры без резких перепадов.
Испокон веков песок использовался человеком, и считался самым надежным строительным материалом, который создала природа. Многообразие видов и сфер применения, помогает заранее продумать, какими свойствами будет обладать построенное здание.
Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость
Приведена обширная таблица теплопроводности строительных материалов, а также плотность и удельная теплоемкость материалов в сухом состоянии при атмосферном давлении и температуре 20…50°С (если не указана другая температура). Значения даны для более 400 материалов!
Следует обратить внимание на величину теплопроводности строительных материалов в таблице, поскольку эта характеристика, наряду с их плотностью, является наиболее важной. Особенно теплопроводность важна для строительных материалов, применяемых в качестве теплоизоляции при утеплении строительных конструкций.
Теплопроводность строительных материалов существенно зависит от их пористости и плотности. Чем меньше плотность, тем ниже теплопроводность материала, поэтому низкая теплопроводность свойственна пористым и легким материалам (значения плотности строительных материалов, металлов и сплавов, продуктов и других веществ вы также сможете найти в подробной таблице плотности).
Например, в нашей таблице теплопроводности материалов и утеплителей можно выделить следующие строительные материалы с низким показателем коэффициента теплопроводности — это аэрогель (от 0,014 Вт/(м·град)), стекловата, пенополистирол пеноплэкс и вспененный каучук (от 0,03 Вт/(м·град)), теплоизоляция МБОР (от 0,038 Вт/(м·град)), газобетон и пенобетон (от 0,08 Вт/(м·град)).
Теплопроводность строительных материалов — таблица
Время твердения (схватывания, застывания) бетона в зависимости от температуры
Заливка бетона в холодное и жаркое время года требует особых навыков и знаний, т.к. работы с цементной смесью осложняются, а период ее высыхания резко уменьшается или возрастает. Изменение скорости твердения бетона в зависимости от температуры обусловлено замедлением процессов гидратации и удержанием большого количества жидкости в толще материала.
Для ускорения застывания и предупреждения дефектов используются специальные строительные приемы, полимерные и противоморозные добавки.
Стадии набора прочности бетонной конструкцией
Схватывание и твердение растворов на основе цемента обусловлено его химическим взаимодействием с водой. Силикаты, алюминаты и алюмоферриты, которые входят в состав портландцемента, обеспечивают повышение прочности на различных стадиях отверждения.
Скорость химических реакций зависит от наличия катализаторов (специальных добавок) и температуры.
Бетонные конструкции бывают разные, исходя из этого следует рассчитывать соотношение компонентов раствора и предполагать сроки схватывания и твердения.
Стадия схватывания
В состав цементного порошка входит трехкальциевый алюминат (3СаО*Al2O3), трехкальциевый силикат (алит, 3СаО*SiO2), двухкальциевый силикат (белит, 2CaO*SiO2) и алюмоферрит. Алит, который занимает большую часть массы портландцемента, участвует в обеих стадиях отверждения. При затворении водой и в начале стадии схватывания он выделяет тепло, которое увеличивает скорость реакции.
Стадия схватывания проходит в первые часы после заливки опалубки. Скорость начала реакции и длительность процесса зависят от состава смеси и температуры воздуха. При нормальных температурах (+18…+22°С) бетон схватывается через 2,5-3 часа. Из них 1,5-2 часа проходит до начала реакции, а 1 час уходит непосредственно на схватывание.
В горячей среде схватывание происходит активнее и начинается более быстро. Весь процесс может занять менее 1-2 часов, из которых реакция — 15-20 минут.
Стадия твердения
Стадия формирования бетонного камня начинается по завершении схватывания. Твердение материала происходит за счет удаления свободной воды. Часть жидкости испаряется во внешнюю среду, а другая — связывается с молекулами силикатов и алюминатов, образуя стойкие комплексы. Чтобы не нарушить баланса между связываемой и испаряющейся водой, нужно обеспечить оптимальную влажность и температуру среды.
Основным реагентом на стадии твердения является алит. Белит обеспечивает постепенное упрочнение материала в процессе эксплуатации: за счет его свойств прочность материала через 2-3 года может составлять до 250% прочности после твердения.
Стандартный срок затвердевания бетона
Стандартное время застывания бетона составляет 28-30 дней. Нормальные условия для отверждения — температура +15…+22°С и влажность 60-100%. Длительность отверждения зависит от условий процесса, марки бетона и наличия дополнительных добавок в растворе.
Корреляция прочности бетона с временем выдерживания и температурой среды.
Зависимость времени набора прочности от марки бетонной смеси
Повышение прочности бетона на сжатие коррелирует с увеличением вязкости смеси. Это означает, что с увеличением марки материала время схватывания и твердения сокращается.
Продолжительность реакций для бетона разных марок
| Марка материала | Время схватывания, часов | Время твердения, суток |
| М100 | 3-3,5 | До 30 |
| М200 | 2-2,5 | 14-25 |
| М300 | 1,5-2 | 7-14 |
| М400 | 1-2 | 4-7 |
| М500 | Специальные добавки |
Существует два типа добавок, регулирующих процесс твердения раствора:
- Ускоряющие. Реагенты этого типа сокращают время до начала схватывания на 30-40%, ускоряют затвердевание и улучшают прочностные свойства материала. Они добавляются в смесь при промышленной штамповке бетонных изделий, заливке фундаментов, перекрытий и иных строительных конструкций при пониженных температурах. Наиболее дешевые ускоряющие добавки — это хлористый кальций и поташ (углекислый калий). В перечень востребованных строительных составов для ускорения отверждения входят: Релаксор, Аддимент В3, Форт-УП2, Поззолит-100, Конкрит-Ф и др.
- Замедляющие. Пластификаторы и замедлители схватывания положительно влияют на удобоукладываемость и подвижность раствора. Они применяются при доставке бетона в передвижных смесителях, задержках в строительстве и заливке конструкций при температуре выше +25…+30°С. Пластифицирующие свойства замедлителей позволяют отказаться от виброуплотнения при укладке бетона с малой подвижностью. Наиболее распространенными замедляющими добавками являются НТФ-кислота, цитрат и глюконат натрия, Линамикс, SikaPlast 520 N, Frem Linas 200 и др.
При заливке в условиях низких температур используются противоморозные реагенты. Они понижают температуру замерзания воды, препятствуя ее фазовым переходам при 0…+4°С.
В зависимости от вида и концентрации добавок они позволяют работать с бетонным раствором при температуре до -15…-25°С. К морозоустойчивым реагентам относятся нитрит натрия, нитрат-нитрит кальция, карбамид и др.
Набор прочности бетона в зависимости от температуры
Температура окружающей среды определяет скорость реакций, которые формируют бетонный камень. Повышенная температура воздуха смещает баланс в сторону испарения жидкости, а пониженная — тормозит процессы гидратации в растворе.
При высоких температурах
Для профилактики неравномерности и быстрого высыхания в бетон добавляются замедляющие добавки, а готовая конструкция смачивается в процессе застывания.
Высокая температура и влажность применяются при производстве стандартных бетонных изделий в автоклавах. Такие условия обеспечивают быстрое схватывание и максимальное твердение конструкций.
В прохладное время
При низких температурах раствор долго схватывается, а затем в течение длительного времени остается хрупким по сравнению с марочной прочностью. Химические реакции происходят до температуры фазовых превращений воды.
При отрицательной температуре
Набор прочности бетона при различных температурах
| Срок застывания, суток | Доля от 28-суточной прочности, достигнутой при оптимальных условиях твердения | |||||
| При -3°С | При 0°С | При +5°С | При +10°С | При +20°С | При +30°С | |
| 1 | 3 | 5 | 9 | 12 | 23 | 35 |
| 2 | 6 | 12 | 19 | 25 | 40 | 55 |
| 3 | 8 | 18 | 27 | 37 | 50 | 65 |
| 5 | 12 | 28 | 38 | 50 | 65 | 80 |
| 7 | 15 | 35 | 48 | 58 | 75 | 90 |
| 14 | 20 | 50 | 62 | 72 | 90 | 100 |
| 28 | 25 | 65 | 77 | 85 | 100 | |
В таблице рассмотрен набор прочности материала марок М200 и М300.
Снижение вязкости раствора
Во время схватывания бетонный раствор сохраняет свою пластичность. При движении в стационарной или подвижной бетономешалке смесь проявляет свойство тиксотропии — уменьшения вязкости состава при постоянной динамической нагрузке.
Характеристики действия пластификаторов на примере одного из наиболее популярных.
Слишком длительное перемешивание приводит к «перевариванию» бетона и снижению конструктивной прочности готовой конструкции. Чтобы сохранить подвижность раствора и избежать негативных эффектов, в смесь добавляются пластификаторы. Они удлиняют периоды схватывания и застывания.
Зависимость уровня набора прочности от показателей температуры материала
Низкая температура ингредиентов отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики бетонного камня. Если для смешивания используется холодная вода и наполнитель, то последующий уход за конструкцией не сможет обеспечить марочную прочность.
Учитывайте, как может измениться температура окружающей среды пока бетон будет затвердевать.
При температуре менее 10°С рекомендуется подогревать воду, которая применяется для изготовления. Если показатель термометра соответствует -5…0°С или ниже, то необходимо подогревать и мелкий наполнитель (речной песок).
Для сокращения времени схватывания и расходов на подогрев бетона в опалубке компоненты разогреваются до предельно допустимого уровня. Максимальное значение определяется составом и маркой портландцемента. При нагреве выше этой температуры готовая смесь будет реагировать менее интенсивно, что скажется на прочности конструкции.
Предельная температура компонентов бетонного раствора
| Вид цемента | Максимальная температура воды для затворения, °С | Предельная температура наполнителя, °С | Максимальная температура бетонного раствора после вымешивания, °С |
| Глиноземистый | 40 | 20 | 25 |
| Портландцемент марки М400 и выше |
Рекомендации по ускорению процесса
Соблюсти необходимые условия для заливки не всегда возможно: в жаркую и холодную погоду температура отклоняется от оптимальной не менее чем на 15-20°С, а влажность может составлять ниже 60%.
При заливке фундамента строители прибегают к мерам защиты бетона на этапе смешивания, но редко дополнительно подогревают готовую конструкцию. Это обусловлено тем, что основа здания должна пройти этапы усадки и стабилизации грунта. В этом случае возникшие дефекты не скажутся на прочности дома, а будут устранены с помощью дополнительного слоя бетона.
Важная величина: как узнать время схватывания бетона
Бетон – один из наиболее применяемых в современном строительстве материалов благодаря прочности, доступности, разнообразию видов и методов обработки.
Замешанное из цемента и воды с добавлением заполнителей «тесто» может принимать любую заданную форму и, в результате твердения, образовывать прочный, долговечный материал – цементный камень.
Стадии набора прочности бетона
Как происходит превращение подвижного раствора в твердое вещество?
Чтобы понимать этот процесс, нужно представлять состав бетона.
Главным компонентом бетонной смеси является портландцемент. Это вяжущее составляющее, в основе которого 4 минерала:
C2S двухкальциевый силикат,
C3S трёхкальциевый силикат,
C3A трёхкальциевый алюминат,
C4AF четырёхкальциевый алюмоферрит.
Для приготовления бетонной смеси портландцемент смешивается с водой и заполнителями (шлак, гравий, щебень, песок). Иногда в смесь добавляются те или иные присадки, в зависимости от желаемых свойств бетона.
Минералы, входящие в состав цементного клинкера, при смачивании водой вступают в реакцию гидратации, в процессе которой образуются новые соединения, и бетон образует кристаллическую структуру.
Таким образом, твердение бетона – это кристаллохимический процесс.
В твердении бетона выделяют две стадии:
Бетон начинает схватываться уже через 2 часа, а через 60 минут после начала процесса он уже схватится. Пока бетон не схватился, его подвижность сохраняется.
Иногда, при невозможности немедленно заняться укладкой бетона, смесь слишком долго перемешивают, чтобы она не схватывалась. Это влияет на качество бетона не лучшим образом.
После того, как бетон схватился, начинается процесс твердения.
Сколько времени требуется на застывание
Полное отвердевание бетона может продолжаться многие месяцы, но во время строительных работ нужны определенные ориентиры, которых можно придерживаться.
Преждевременная нагрузка на бетон ную конструкцию может разрушить не набравший достаточной прочности бетон , а передерживание бетона в опалубке удорожает строительные работы и увеличивает продолжительность строительства.
Расчетной прочностью бетона называют ту прочность, которую бетон определенного класса достигает при нормальных условиях через 28 дней.
Срок твердения бетона без добавок
Как быстро бетон наберет прочность, зависит от многих факторов. В нормальных условиях скорость отвердевания бетона без добавок зависит от класса бетона.
В быту до сих пор встречается словосочетание «марка бетона». Оно ошибочно: по маркам классифицируется цемент, а бетон подразделяется на классы.
Таблица 1. Старая и новая маркировка бетона
Факторы, влияющие на твердение цементного раствора
Срок застывания бетона зависит от различных факторов:
качества исходных материалов;
температуры и влажности воздуха;
обработки бетона (утрамбовывание, виброобработка);
ухода за бетоном;
использования специальных добавок.
Согласно ГОСТ, нормальными условиями твердения бетона являются:
температура воздуха 18–22°С;
относительная влажность воздуха 100%.
При изменении температуры меняется и скорость затвердевания бетона. При повышении температуры в диапазоне 0°С – 100°С каждые 10°С повышения температуры увеличивают скорость протекающих процессов в 2–4 раза.
График твердения бетона при разных температурах
Когда температура становится выше, схватывание и отвердение бетона ускоряются; при понижении температуры – замедляются. При температуре ниже 5° С процесс набора прочности резко замедляется, а при отрицательных температурах прекращается.
Уменьшение влажности воздуха замедляет процесс застывания, поскольку бетон быстрее сохнет, и воды становится недостаточно для гидратации.
Способы регулирования скорости отвердевания бетона
В зависимости от задач, может потребоваться увеличить или снизить скорость твердения бетона. Можно повлиять на процессы температурно или химически.
Ускорение твердения
Для увеличения скорости твердения, применяют:
снижение водоцементного соотношения (повышение жесткости смеси, что снижает удобоукладываемость);
добавление в бетон специальных добавок-ускорителей.
Замедление твердения
Когда может понадобиться замедление отвердевания:
при изготовлении высокомарочных смесей, которые застывают очень быстро из-за повышенного содержания вяжущего компонента;
при необходимости транспортировки готовой смеси на дальние расстояния;
при заливке бетона в несколько этапов.
В этих случаях применяют специальные добавки, которые замедляют реакцию гидратации и гидролиза минералов клинкера, откладывая процесс схватывания на несколько часов.
Как узнать точное время затвердевания бетона?
Сроки полного отвердевания разных видов бетона варьируются в зависимости от состава. Примерное представление о продолжительности процессов твердения бетона с использованием марок цемента М200, М250, М300, М400, М500 и так далее, можно узнать из статей, графиков, специальных таблиц.
Таблица 2. Время застывания бетона на портландцементе М400, М500
Для того чтобы точно узнать, сколько времени понадобится, чтобы получить расчетную прочность бетона, используются два метода:
Узнать точные данные в лаборатории производителя.
Вызвать технолога на объект для взятия проб. Для образцов используют кубические отливки со стороной 10 см, которые должны твердеть в тех же условиях, что и основная конструкция. Затем проводятся испытания разрушающими методами, которые точно показывают марочную прочность бетона и сроки его схватывания и полного отвердевания.
Время застывания бетона в опалубке
Своевременная распалубка бетона повышает оборачиваемость оборудования для опалубки и оптимизирует сроки строительства.
Распалубочной прочностью называют прочность, достаточную, чтобы снять опалубку и дать стартовую нагрузку. Обычно она составляет 70% от расчетной прочности (или другую величину, оговоренную в проектной документации).
Для не ответственных конструкций, например, стяжек, отмостк и и других конструкций , работающих только на сжатие, допустима распалубка на 3–5-й день, по достижении прочности 30–40% от расчетной.
Современные бетоны с добавками могут достигать распалубочной прочности за 1–2 дня.
Сколько времени бетон застывает в воде
Твердение в воде – лучшие условия для набора прочности бетона. Непрерывное выдерживание в воде способствует более интенсивному увеличению модуля упругости, чем твердение на воздухе.
При выдерживании бетона на воздухе, на его поверхности, в результате обезвоживания, прекращается реакция гидратации, и образуются ячейки и поры; застывший на воздухе цементный камень имеет больше дефектов структуры, меньшую плотность и более высокую подверженность коррозии.
Уход за бетоном после заливки
Уход за бетоном имеет цель создать такие условия твердения, при соблюдении которых бетон будет набирать заданную прочность с нужной скоростью, а его структура будет максимально качественной.
Для оптимизации процесса отвердевания решающее значение имеет обеспечение правильной температуры и высокой влажности.
После укладки бетонной смеси и ее уплотнения (если таковое производилось), проводятся специальные мероприятия по уходу за бетоном.
Защита от испарения влаги
Отвердевание бетона внешне похоже на высыхание, но на самом деле, это реакция, которая происходит с обязательным участием воды. При застывании бетона на воздухе, его поверхность быстро высыхает, и реакция гидратации прекращается. Образуется разность давления в толще бетона и на его поверхности, что приводит к появлению дефектов в виде трещин .
Для защиты от пересыхания поверхность бетона закрывают водонепроницаемыми материалами, такими, как пленка, брезент, в некоторых случаях, слой опилок или песка, который постоянно смачивают.
Обеспечение равномерной температуры
При заливке массивных конструкций (например, плит фундамента) возникает еще одна проблема – температурный градиент.
Реакции гидратации происходят с выделением тепла. В массивных конструкциях возникает разница между температурами в толще бетона и на его поверхности. В толще слоя бетона температура может достигать 50–80°С. Если разница с температурой поверхности превышает 20–30°С, может произойти разрыв структуры бетона, что влечет интенсивное образование трещин на внешней стороне конструкции и потерю прочности.
Чтобы предотвратить градиент температур, необходимо снизить температуру всей конструкции. Для этого, после укрытия паро- или водонепроницаемым материалом, на поверхность бетона льют холодную воду, меняя ее после нагрева.
Снижение температуры не должно быть резким. Допускается снижать ее на 1–2° С в час, а для некоторых типов конструкций не более, чем на 12–13°С в сутки (эта информация указывается в регламенте).
Для проведения этих мероприятий необходимо знать точную температуру в толще бетона; по регламенту, ее необходимо измерять в первые сутки каждые 1–2 часа, а затем 1 раз в 8 часов и фиксировать полученные данные в специальных журналах . Для того, чтобы иметь возможность измерять температуру, при заливке в бетон вставляют трубочки на расстоянии не более 8 м друг от друга.
Защита от охлаждения
В зимнее время возникает задача сохранить тепло в бетоне , поскольку при температуре ниже плюс 5 ° С затвердевание прекращается. Главной задачей становится обеспечение твердения до приобретения бетоном критической прочности.
Критической прочностью называют прочность в зимнее время, по достижении которой замерзание воды в порах бетона уже не носит разрушающий характер (обычно 30-50% от расчетной прочности).
Используются разные методы сохранения тепла:
Прогрев электродами или инфракрасным излучением (последнее технологически сложно).
Установка тепляков с прогретым воздухом.
Использование сохраненного тепла реакции гидратации («тепловой осмос» или «метод термоса), для которого поверхность бетона укрывают теплоизоляционными материалами, такими, как минераловатные плиты, рулонные материалы в несколько слоев.
Противоморозные добавки. Если раньше использовался хлорид кальция, сейчас его применение, как и других хлоридов, не рекомендуется из-за агрессивного воздействия на арматуру. Чаще используют формиат кальция или натрия и другие соли-электролиты, снижающие температуру замерзания воды либо готовые комплексные добавки, обладающие не только противоморозным, но и пластифицирующим действием.
Применение добавок-ускорителей совместно с тепловой обработкой. В этом случае добавки нужны для быстрого достижения критической прочности, затем, при помощи согревающих или сохраняющих тепло мероприятий, обеспечивается оптимальная температура до достижения расчетной прочности бетона.
Надо ли поливать бетон водой?
Поскольку водная среда оптимальна для завердевания, полив бетона водой целесообразен, но только в летнее время, особенно, в жаркую погоду. Интенсивное обеспечение влажности позволяет снизить вероятность появления дефектов.
Набор прочности бетона – сложный химический процесс, который зависит от множества факторов. Для оптимизации строительных работ используются методы тепловлажностной обработки бетона. Современное решение – использование специальных добавок, регулирующих скорость отвердевания.
Температура бетона
Температура бетона – очень важный момент. Температура бетонной смеси должна быть в пределах от +5⁰С до +30⁰С. При температуре +5⁰С процесс твердения бетона сильно замедляется. Замедляется и первая фаза – схватывание, и последующий набор прочности. Если среднесуточная температура бетона +5⁰С, то нужно вдвое больше времени, чтобы бетон набрал такую же прочность, как при +20⁰С.
При температуре близкой к 0⁰С, бетон практически перестает набирать прочность, а если замерзнет свежий бетон, то могут произойти невозвратимые структурные разрушения. Реакция гидратации идет долго, вода не сразу вся реагирует с цементом, и несвязанная вода при замерзании образует в бетоне поры и капилляры. Замерзшая в этих капиллярах вода увеличивает свой объем до 9% и разрушает бетон, разрывая кристаллическим льдом связи цементного камня с зернами заполнителя. Результатом будет сильное снижение прочности бетона после оттаивания, этот бетон уже никогда не наберет марочную прочность.
Бетонирование при низких температурах
Для бетонирования при низких температурах применяют различные меры – используют быстротвердеющий цемент, увеличивают расход цемента, предварительно греют заполнители до +35⁰С и воду до +75⁰С и выше. Воду, нагретую до +80⁰С и более, добавляют в цемент, предварительно смешав с крупным заполнителем, считается, что иначе можно запарить цемент. Хотя, по лабораторному и строительному опыту, портландцемент М400 и М500 «запарить» не так просто.
Кроме того, при зимнем бетонировании греют опалубку и основание, добавляют в бетон противоморозные добавки и укрывают бетон «термосом», или строят над конструкцией парники. Часто этого далеко не достаточно. Хотя реакция гидратации экзотермическая, то есть идет с выделением значительного количества тепла, этого на морозе мало. Поверхностный нагрев бетона и внутренний прогрев – электродный или нагревательными проводами – дело сложное, затратное. И выгод у зимнего бетонирования по сравнению с летним – никаких.
Прочность бетона в разные сроки твердения при различных температурах
Приведем таблицу для отображения относительной прочности бетона (за единицу принята прочность 28-дневного бетона, твердеющего при +15 гр. С) в разные сроки твердения при различных температурах
| Срок твердения бетона, сут | 5 ⁰С | 10 ⁰С | 15 ⁰С | 25 ⁰С | 35 ⁰С |
| 3 | 0,15 | 0,2 | 0,3 | 0,37 | 0,45 |
| 5 | 0,25 | 0,32 | 0,45 | 0,54 | 0,6 |
| 7 | 0,35 | 0,44 | 0,6 | 0,7 | 0,72 |
| 10 | 0,45 | 0,52 | 0,7 | 0,77 | 0,77 |
| 15 | 0,55 | 0,65 | 0,8 | 0,85 | 0,85 |
| 28 | 0,8 | 0,92 | 1 | 1,05 | – |
Для индивидуальных строителей, еще не набравшихся опыта, можно привести такое правило:Если ожидается среднесуточная температура ниже +5⁰С на ближайшие 28 суток, заливать фундамент не рекомендуется.
Оставлять малозаглубленный и незаглубленный фундамент на зиму без нагрузки недопустимо. Если это все же произошло, нужно хорошо утеплить сам фундамент и грунт возле него любой насыпной теплоизоляцией – керамзитом, шлаком, или минватой, любым способом уменьшить промерзание грунта возле фундамента. Все арматурные выпуски из фундамента также нужно утеплять, на всю высоту.
Бывают случаи, когда бетонировать нужно именно зимой – это может быть связано с ценами на материалы, невозможностью доставки в теплое время года, или же с особенностями грунтов основания. Методы и технология зимнего бетонирования и прогрева бетона – долгая отдельная тема.
Бетонные работы при высоких температурах воздуха
Повышение температуры бетонной смеси выше +30⁰С ничего хорошего бетону не несет. Цемент активируется значительно быстрее, реакция гидратации ускоряется, и тем выделяет еще больше тепла. Слишком сильный нагрев бетона при этом является избыточным – начинается сначала резкое расширение вместе с фиксацией цементного камня и крупного заполнителя. Когда бетон начнет остывать – в ночное время, или если жара спадет, то он будет сжиматься, но образовавшаяся структура бетона будет этому сжатию противостоять.
Внутренние напряжения могут привести к деформациям бетона. Сверху бетон нагрет значительно сильнее, и избыточные остаточные напряжения у поверхности вызывают появление усадочных трещин. Время появления усадочных трещин – наступает примерно через 40-60 минут с момента заливки смеси в опалубку и продолжаться может от 3 до 18 часов.
Если нужно бетонировать в жару
В случае, когда температура воздуха выше +25⁰С, а относительная влажность менее 50%, следует:
Применять для приготовления бетонной смеси цементы с марочной прочностью, превышающей требуемую прочность бетона не меньше, чем в полтора раза, а также пластифицированные быстротвердеющие цементы (требуют ускорения технологического процесса). Для повышения удобоукладываемости смеси возможно вводить модификаторы.
- Также возможный вариант – замедлять схватывание и твердение бетона введением добавок – замедлителей.
- Бетонировать во время суток с самой низкой температурой воздуха или ночью, днем закрывать бетон от солнца.
- Возможно охлаждение бетона льдом. Нельзя допускать, чтобы температура бетонной смеси повышалась больше +35⁰С.
- Если вследствие усадки бетона произошло поверхностное растрескивание, возможно вибрировать смесь или простучать опалубку, но не позже, чем через 30-45 мин после завершения бетонирования.
- Свежеуложенный бетон нужно закрывать от солнца и ветра, чтобы как можно больше уменьшить обезвоживание. Бетон нужно прикрыть материалом, удерживающим влагу, и постоянно его увлажнять, возможно установить газонный распылитель. До схватывания бетон поливать нельзя. После того, как бетон схватится, нужно организовать постоянный полив, периодически поливать и оставлять бетон сохнуть недопустимо. Поливают водой и бетон, и все доступные поверхности опалубки.
- От солнца можно закрывать бетон по слою увлажненного материала (геотекстиля, дорнита, мешковины и т.д.) сверху отражающими фольгированными покрытиями.
Чем больше массив бетонной конструкции (и меньше модуль охлаждаемой поверхности, измеряемый отношением площадь/объем), тем с более сильной экзотермией проходит гидратация. При габаритах конструкций более 75 см минимального сечения бетон может перегреться и при температуре в +20⁰С, и для предотвращения усадочных трещин меры по охлаждению бетона нужно принимать в том же порядке. Строительные нормы регламентируют для конструкций с модулем поверхности меньше 3 держать верхний предел температуры бетонной смеси не более +25⁰С. Измеряют температуру бетонной смеси термометром на глубине не меньше 5 см от поверхности.
