Блок керамический теплопроводность: Керамический блок 380мм или теплоэфективный керамический блок Кайман30. Сравнительный расчёт на примере дома нашего каталога.

Теплая керамика или газобетон, сравнение

Выбор материала для строительства дома должен быть максимально осмысленным и учитывать все возможные риски. В нашей статье мы сравним два самых популярных конкурента среди стеновых материалов:

• Газоблок
• Керамоблок

Экологичность

• Керамические блоки – максимально экологичный материал благодаря простому натуральному составу: вода, глина, древесные опилки.
• Газобетон – искусственно созданный материал. Он состоит из цемента, алюминиевой пудры, извести, песка.

Теплопроводность

Сравнивая аналогичные по толщине стены и плотности керамические блоки с газосиликатными, мы видим, что коэффициент теплопроводности у газобетона чуть ниже, соответственно он чуть теплее. Но тут есть несколько важных моментов:

• Для газобетона показатель раcсчитывается в сухой среде. Однако идеальных условий не бывает, и с ростом влажности показатель теплопроводности вырастает в 3 раза. Когда газосиликат выходит с завода, его влажность может доходить до 50%. Это связано с обработкой водяным паром в печах автоклава. Не все производители газобетона афишируют, что расчёт теплопроводности производится без учета клея или раствора, на который он укладывается.
• Керамический блок расcчитывается по теплопроводности уже с учетом использования цементно-песчаного раствора, что как раз даёт более реальные показатели.

Надо понимать, что фактически по теплопроводности эти блоки сопоставимы. Но керамический материал держит свои характеристики весь срок службы.

Прочность

Прочность – один из самых важных показателей, от него зависит какую нагрузку может выдержать материал в кладке.

• Газобетон – прочность в зависимости от производителя М35 — М50
• Керамический блок – прочность в зависимости от производителя М75-М150

М150 означает, что каждый м2 выдерживает 150 кг. Если сделать расчёт нагрузки на 1 метр кладки газосиликатного блока и керамического, то получается разница в 2 раза!

Также есть показатель — прочность на сжатие (МегаПаскали).

• Газобетон – 1-5 МПа
• Керамоблок – 10-15 Мпа

Крепление в блок

Керамический блок выдерживает нагрузку
на вырыв до 500 кг (5кН)

Газобетонный блок – до 300 кг (3кН)

Технология кладки

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.

Геометрия

У газобетона средние отклонения от заявленных размеров 1-2 мм. Это позволяет производить тонкошовную кладку на клей, что уменьшает количество мостиков холода через швы. Также это позволяет наносить более тонкий слой штукатурки в дальнейшем, экономя средства.

У керамоблока средние отклонения 5-6 мм. Поэтому шов при кладке должен быть 8-12 мм. Использование тёплого кладочного раствора компенсирует этот момент, так как он был специально создан для керамических блоков, с максимально приближенным показателем по теплотехнике

Вес

Керамический блок легче почти в 2 раза, чем аналогичный блок из газосиликата. Это позволяет сократить нагрузку на фундамент и облегчить кладку строителям. Всё это тоже может позволить сэкономить дополнительные деньги.

Морозостойкость

Этот показатель у обоих материалов отвечает нормам – F50–F100 в зависимости от производителя.

Скорость строительства дома

• Кроме вышеописанных пунктов (дополнительное армирование, вес, нанесения клея в вертикальные швы), у газобетонных блоков есть ещё одна особенность – это последующая отделка стен штукатуркой. Её нельзя производить сразу, так как газоблок слишком влажный. Как правило, дом отстаивается ещё около 1-2 лет, просушивая газосиликатные блоки.
• Тёплая керамика изначально сухая – отделку можно производить сразу при положительной температуре.

Комфорт в доме

• Керамоблок имеет свойство как поглощать влагу, так её и отдавать. Тем самым в доме происходит регуляция влажности без приборов и систем. За счёт своей высокой инерционности, керамические блоки имеют теплоёмкость выше, чем у газоблока. Это означает что зимой керамический материал набирает тепло и потом медленно его отдаёт в помещения, тем самым контролируя комфортную температуру в доме. А летом обратная ситуация – теплая керамика аккумулирует в своих пустотах прохладный воздух, не давая теплому воздуху заполнить внутренние помещения. Это позволяет сэкономить на отоплении и кондиционировании дома в разные сезоны проживания.
• Газоблок отдаёт влажность годами и таких свойств не имеет.

Дом из керамических блоков также больше подойдёт, если у вас в семье есть аллергики. Это связано с абсолютной гипоаллергенностью блоков.

В газосиликате же присутствуют выделения пыли, что нужно иметь в виду.

Цена

Цены на аналогичные блоки по плотности и толщине в среднем идентичны. Цены у каждого материала больше разнятся по производителям – есть премиальные бренды керамических блоков (напр. Поротерм) и также у газобетона есть свои лидеры (напр. Ytong).

Огнестойкость

Оба материала проходят по низким показателям горючести – предел огнейстойкости до 4 часов.

Долговечность

• История строек из газосиликата рассказывает нам, что по истечении 15-20 лет внешние стены подвергаются усадке около 2 мм. Это может негативно сказаться на целостности кладки. Мы знаем этот материал 40 лет, больше этих сроков надежность пока оценить не представляется возможным.
• Керамический блок появился гораздо раньше, можно отметить уже 100-летний юбилей. Но если мы посмотрим вглубь истории построек из керамического материала, то можем увидеть сегодня строения с 20-ти вековой историей. На фото одно из таких строений – отель Анно (Любек, Германия), первое упоминание о котором датируется 1305г.

Нужно ли утеплять блоки Porotherm. Дом из камня.

Почему Porotherm 44, 51 не надо утеплять

Для этого разберемся в технологиях изготовления керамических блоков. Porotherm производят из смеси глины, песка и выгорающих примесей. Казалось бы, обычный кирпич. Но это не так.

В формы для блоков помещается глина. Ее заранее доводят до состояния пластилина. Так она становится податливой, приобретает однородную текстуру: пропадают уплотнения и пустоты в материале. Так изготовитель добивается высокой прочности блоков и избежания лопин и трещин в них. Дополнительно к глине добавляют выгорающие примеси — винербергер (мелкие древесные опилки). Блоки помещаются в печь для обжига. Там глина затвердевает и закаляется, а мелкие древесные опилки выгорают. Именно поры задерживают в себе тепловую энергию, так сам блок становится теплым.

Коэффициент теплопроводности блоков Porotherm равен 0.15-0.17 Вт/(м·°С), а пустотелого кирпича 0.20 Вт/(м·°С). В теории это означает, что за один час через квадратный метр плиты Porotherm толщиной 1 см перетекает 0.15 ккал теплоты, а через кирпич — 0.20 ккал теплоты, что соответственно больше. То есть блоки Porotherm удерживают в себе больше тепла, а высвобождают менее (0.15 Вт/(м·°С)) и становятся теплее кирпича или древесины, теплопроводность которой 0.25 Вт/(м·°С). Теплые стены = теплый дом.

Такие поризованные блоки толщиной 440 и 510 мм способны удержать тепло в условиях сильных морозов: до минус 45°С. Они имеют высокий уровень теплосопротивления. Одного слоя будет достаточно в условиях теплого и умеренного климата.

А для холодного климата выгоднее построить менее массивную стену из Porotherm 30 или 25 и дополнительно утеплить стены снаружи.

Преимущества однослойных стен из Porotherm 44 и 51  

● Дешево — если взять сопоставимые по качеству материалы, то однослойная стена выходит дешевле многослойных. Конечно, чем крупнее габарит блоков, тем дороже они стоят (поштучно). Но на покупку качественного утеплителя уходит намного больше средств, чем на крупногабаритный блок.

● Быстро — квадратный метр стены из блоков Porotherm 44 возводится в среднем за час, а квадратный метр многослойной конструкции (блоки + утеплитель + облицовка кирпичом) строят около 3 часов.

● Сердито — шутка. Однослойные конструкции менее подвержены риску увлажнения. Например, деформация минеральной ваты или пенополистирола приводит к попаданию влаги на блоки. Это верный путь к потере прочности. Придется демонтировать облицовку и заменять утеплитель. На однослойную стену достаточно нанести выравнивающий слой штукатурки.

Тепло не только в блоках, но и между ними

Важная особенность для создания кладки блоков Porotherm — использование теплосберегающего раствора. Он наносится только на горизонтальные швы, при этом полностью исключается заполнение раствором вертикальных промежутков между блоками. Конструкция блока предусматривает вертикальные пазы-гребни. Они вставляются один в другой, словно пазл, поэтому излишняя кладка раствора приведет к потере тепла.

Не стоит волноваться, что весь раствор осядет в пустоты и блоки не скрепятся между собой. Это не так. Именно во избежание этого подготавливают теплый раствор: в сухую смесь вливается подогретая вода (но не кипяток). Теплый раствор имеет более легкую текстуру и улучшенные связующие свойства.

Особо точные по размерам керамоблоки возводятся на тонкий слой клея или клеящей пены.

Теплосберегающие свойства керамоблоков Porotherm снижаются, если использовать обычный цементно-песчаный раствор. В процессе затвердевания образуются горизонтальные мостики холода, которые пропускают большую часть тепла наружу.

Дополнительный способ утепления — минимизировать доборные элементы 

Доборными считаются элементы блоков Porotherm, для которых необходимо вертикальное заполнение раствором. Это может быть примыкание углов, изгибы стен и перегородки. То есть, там где ребристая поверхность одного блока стыкуется с ровной стороной другого.

Вертикальная кладка раствора приносит дополнительные теплопотери. Поэтому важно снизить количество доборных элементов до минимума. Для этого важно соблюдать размеры дома, рассчитанного по чертежам и проектам. Площадь и длину стен домов из блоков Porotherm специально планируют так, чтобы в одной стене помещались только целые элементы. Доборные части остаются только в углах здания.

Как выбрать блок Porotherm по размерам

Размеры блоков Porotherm отличаются лишь по длине, остальные значения у разных деталей одинаковы:

● ширина = 24.8 см

● высота = 23.8 см.

● а вот длина зависит от необходимой ширины стен, так как блоки возводятся поперек стены, рельефный длинной стороной друг к другу.

Длина = 25см, 38см, 44см, 51см

Выбор размера блока зависит от нескольких факторов, которые важно рассматривать в совокупности.

● Условия проживания — если нужно построить загородный дачный домик для летнего проживания, то выбирайте плиты Porotherm 38, а для круглогодичного жилья — блоки 44 см и 51 см. Но это условие подходит для умеренного и теплого климата, без сильных зимних морозов. Так мы постепенно подходим к следующему фактору.

● Климат — для холодного климата недостаточно одних блоков в стене, к ним обязательно добавляют утеплитель. Поэтому выбирают Porotherm 38 или 25. Так стена не несёт большую нагрузку на фундамент. Блоки играют роль основания, а теплосопротивлением занимается утеплитель.

● Прочность и ширина фундамента (если таковой уже имеется) — бывает и так, что домовладелец строит дом в поясе с умеренным климатом. Вроде все очевидно — выбираем Porotherm 44. Но фундамент был подготовлен заранее и оказался слишком узким для таких блоков. По требованиям СНиП от 23.02.2003 ширина кладки блоков может превышать ширину цоколя максимум на 20%. Если и это условие невыполнимо, то выбирается вариант стен для холодного климата (основание стены 25 см + утеплитель).

Примечание: для однослойных стен в качестве дополнительного утепления используется слой воздухопроницаемой штукатурки слоем 4-7см.

Для многослойных стен — утеплитель 12 см. Не забудьте указать ширину дополнительного утепления в проектах и предварительных расчетах.

Места с дополнительным утеплением

Если в стенах из керамоблоков помещены железобетонные и металлические элементы, то они утепляются дополнительным слоем материала с уличной стороны.

Ригели над оконными и деревянными проемами закрываются 10 сантиметровым слоем минеральной ваты. Ригели — железобетонные балки-перемычки. Предназначены для сохранения прочности стены в местах окон и дверей. Железобетонный материал пропускает больше тепла, нежели поризованные керамоблоки, поэтому важно утеплить их дополнительным слоем.

Также утепляются и железобетонные рамы, которые проходят между перекрытиями этажей или устанавливаются перед нижним брусом кровли.

Если в здании находятся внутренние  несущие стены, то они привязываются к наружным блокам. Места соединения утепляются аналогично.

Утепление в холодном климате

Используют блоки Porotherm 25.

Утеплители выбирают паропроницаемые — минеральную вату и газобетон низкой степени. Они создают естественный воздухообмен стены, что снижает риск появления влаги.

Не рекомендуются следующие утеплители для климата с суровыми зимами: пенопласт, экструдированный пенополистирол, пеностекло. Они имеют обратный эффект — намокание стены.

Виды утеплителей

Минеральная вата: вид — жесткие плиты. Выбирают с плотность от 125 кг/м куб и более.

Технология — наклеить на блоки с помощью специального клея и нанести тонкий слой паропроницаемой штукатурки.

Минеральная вата: вид — гибкие плиты. Подходит для утепления керамоблоков с плотностью  45-80 кг/м куб.

Технология — гибкую минеральную вату разместить между фасадной обрешеткой, накрыть дышащей мембраной и прикрепить дюбелями. Закрыть облицовочным материалом: кирпичом, сайдингом, плиткой или декоративным камнем.

Газобетонные плиты с плотностью 100-200 кг/м куб.

Технология — плиты наклеить на блоки Porotherm, ставя их на несущее основание — фундамент. Оштукатурить или закрыть облицовочным кирпичом.

Керамический кирпич является самонесущим, он также опирается на фундамент. Важно оставлять зазоры между плитами утеплителя и кирпичной стеной. Это способствует улучшенной вентиляции. Так стена становится трехслойной.

Главный критерий для выбора утеплителя — это долговечность материала. Качественная минеральная вата от известных производителей прослужит 35 лет и более, а газобетонные плиты —  50 лет. Чем выше плотность минеральной ваты, тем дольше будет срок ее эксплуатации. Со временем материал начинает оседать и истончаться. Поэтому минвата с плотностью ниже 45 кг/м куб прослужит менее 25 лет.

Газобетонные плиты представляют собой вспененный камень. При отсутствии переувлажнения материала, его долговечность сравнимы с показателями кирпича и плотного бетона.

Практические советы

1. Выбирая блоки Porotherm 44 и 51, оставьте их без утепления. Достаточно слоя штукатурки с обеих сторон стены.

2. Кладку керамоблоков совершайте только теплым раствором.

3. Используйте минимум доборных элементов для предотвращения излишних теплопотерь

4. Для холодного климата утепление блоков обязательно.

5. Ширина стены из блоков совместно с утеплителем не должна превышать ширину фундамента не более, чем на 20%.

6. Для утепления стен выбирайте блоки Porotherm 25.

7. Дополнительно утепляйте железобетонные и металлические элементы в стенах.

8. Выбирайте утеплитель с большей плотностью — он долговечнее.

Сравнение газобетона и теплой керамики

Газобетон и теплая керамика являются большими конкурентами на рынке строительных материалов, и обычному самостройщику, чтобы построить дом, нужно сперва сравнить их. В данном обзоре мы постараемся пройтись по всем аспектам строительства из автоклавного газоблока и теплой(поризованной) керамики.

Итак, для начала определимся, что важно человеку, который хочет построить для себя дом. Люди хотят построить себе дом как можно дешевле, быстрее, теплее, долговечней и без проблем в процессе эксплуатации. И все эти вопросы мы рассмотрели по следующим пунктам:

1. Состав материалов(экологичность).
2. Плотность (вес).
3. Геометрия блоков.
4. Требование к фундаменту.
5. Теплопроводность.
6. Теплоемкость.
7. Прочность.
8. Звукоизоляция.
9. Огнестойкость.
10. Удобство резки.
11. Скорость кладки.
12. Наличие армопояса.
13. Водопоглощение.
14. Морозостойкость.
15. Крепление крепежей.
16. Затраты на отделку.
17. Стоимость.

Состав материалов

Керамические блоки являются экологическими и состоят из специальной глины, которую обжигают в печах при высокой температуре.

Автоклавный газобетон состоит из цемента, песка и газообразующих добавок (алюминиевая пудра и известь). В процессе производства, под высоким давлением насыщенного пара и температуры, алюминиевая пудра и известь реагируют между собой и нейтрализуются, создавая в газобетоне поры.

Все эти компоненты в целом создают искусственный камень – тобермарит, который также является абсолютно экологическим материалом.

Плотность (вес)

Керамические блоки обладают плотностью около 900 кг/куб. Газобетонные блоки могут быть различной плотности. В частном строительстве применяют газобетон плотностью от D300 до D600. Чем плотность ниже, тем меньше прочность на сжатие, но тем лучше сохраняется тепло.

Низкая плотность блоков, при одинаковой толщине, обеспечивает более легкий дом, что требует менее массивного фундамента, то есть, экономия на бетоне.

Теплопроводность

Теплопроводность является одной из самых важных характеристик внешних стеновых блоков, чем теплопроводность меньше, тем лучше сохраняется тепло в доме, и тем меньше затраты на отопление.

По СНиПу считается, что для средней полосы России, сопротивление теплопередаче стены должно составлять 3,2 м2 С°/Вт.

Такое сопротивление теплопередаче обеспечивается следующими стеновыми блоками:

• Газобетон D300 – 300мм.
• Газобетон D400 – 400мм.
• Газобетон D500 – 500мм.
• Теплая керамика – 500 мм.

Если смотреть на теплопроводность не отдельно взятого блока, а стены в целом, то играет роль еще и толщина швов. Чем швы тоньше, тем теплее стена. В газобетоне клеевой шов получается около 2 мм, что сводит к минимуму мостики холода.

В теплой керамике швы будут около сантиметра, что сильно ухудшает тепловое сопротивление стены при кладке на обычный раствор. Потому для кладки керамических блоков применяют специальный теплый раствор, который намного лучше сохраняет тепло.

Стоимость клея для газобетона и теплого раствора для керамики примерно одинакова, но расход клея для газобетона в 5 раз меньше. Но стоит отметить, что в газобетоне вертикальные шва нужно заполнять, а в теплой керамике не нужно, что экономит теплый раствор примерно на 30%.

Теплоемкость

Теплоемкость зависит от плотности материала, чем плотность выше, тем больше теплоемкость. Теплоемкость больше у керамических блоков, то есть, тепло будет сохраняться дольше, но и прогреваться будет дольше. Для дома с круглогодичным проживанием, теплоемкость практически не важна.

Прочность

Газобетон является очень пористым материалом, из-за чего он хрупкий, и имеет плохую прочность на изгиб, что часто является причиной усадочных трещин. Чтобы такого не происходило, газобетон приходится армировать, и использовать армопояс.

Но стоит отметить, что прочности на сжатие газобетонов D400 и D500 вполне хватает для возведения двухэтажного дома. Качественный автоклавный газобетон D400 обладает классом прочности на сжатие – B2,5.

В качественной теплой керамике, класс прочности на сжатие составляет B5 или B7. 5, что в два-три раза выше чем у газоблока D400. То есть, из керамических блоков можно строить более высокие дома, этажностью до 9 этажей. Так что по прочности на сжатие выигрывает теплая керамика.

Удобство распиливания

Газобетон является более хрупким и мягким материалом, от того и работать с ним проще, и распиливать его намного проще. Газобетон можно пилить обычной ручной пилой, а для распила теплой керамики нужно применять специальные электроинструменты, к примеру, пилу “алигатор”.

С точки зрения самостройщика, газобетон намного проще пилить и делать в нем штробы.

Геометрия блоков

Заводской автоклавный газобетон имеет отклонение в размерах блоков 1-2мм.

У теплой керамики отклонение (4-5мм). То есть газобетон намного ровнее по всем плоскостям, что позволяет делать более тонкие швы и наносить меньший слой штукатурки.

Удобство и скорость кладки

Для кладки газоблока применяется тонкошовный клей, расход которого очень невелик. Можно замешать целое ведро клея, нанести тонкий слой, и быстро выложить на него около 10 блоков газобетона. Далее теркой идеально выравниваете плоскость газоблоков, выравнивание рядов происходит очень быстро. Из недостатков кладки газоблока отметим требование к армированию самой кладки и наличие армопояса. Более подробно про это читайте в нашей отдельной статье.

Для кладки керамоблоков применяется раствор, которого нужно замешивать намного больше, швы получаются в 5 раз толще, что связано с большой погрешностью в геометрии блоков (4-5мм). Для теплой керамики не требуется промазка вертикальных швов, так как там присутствуют пазы.

Стоит отметить, что газобетонные блоки намного крупнее, что опять же ускоряет кладку.

Газоблок — (600*250*200).

Теплая керамика — (380*250*220). 

Как итог, сами газобетонные блоки укладываются намного проще, быстрее и экономней по клею. Но газобетон требует армирование рядов и армопояс под перекрытия. Но даже с учетом этого, газобетон немного выгоднее по трудозатратам.  

Водопоглощение

Хоть газобетон и является пористым материалом, воду он впитывает слабо. Это связано с капиллярным подсосом газобетона, который составляет всего 30 мм. То есть, если газобетон находится под проливным дождем, он промокнет максимум на 30 мм. В одинаковых условиях, кирпич и теплая керамика напитаются водой намного сильнее, так как капиллярный подсос у них намного больше.

Если рассмотреть капиллярный подсос газобетона более подробно, то причиной такого хорошего показателя являются сами поры, которые прерывают мелкие капилляры, затрудняя прохождение воды в толщу блока.

Стоит отметить, что свежий автоклавный заводской газобетон выходит из завода очень мокрым, влажность его составляет около 40%. Связано это с тем, что в автоклавах создается огромное давление водяного пара, которое и насыщает газобетон.

Полное высыхание газобетона до равновесной влажности происходит примерно за два года, зависит это от толщины стены, плотности газобетона и прочим факторам.

Внешнюю отделку газобетона лучше начинать на следующий год, когда газобетон частично высохнет.

Морозостойкость

Морозостойкость теплой керамики и газобетона сопоставима, и производители заявляют класс морозостойкости не менее F50.

Средние слои газобетона ни при каких обстоятельствах не могут наполнится водой. По многочисленным испытаниям, качественные газобетонные блоки выдерживают от 50 циклов заморозки/оттаивания без потерь физико-механических свойств.

Физика данного процесса такова, что, когда вода в порах замерзает, лишняя вода адсорбционно под давлением занимает свободное пространство в других порах, не разрывая поры на части. В результате, газобетон выдерживает множество циклов замерзания-оттаивания.

Главное, чтобы вода не попадала на газобетон сверху, так как она там может застоятся, не успеть впитаться и при замораживании разрушить наружные поры газобетона.

Огнестойкость

И газобетон, и теплая керамика являются огнестойкими, и не поддерживают горение.

Материалы способны выдерживать длительные пожары без существенной потери несущей способности.

Звукоизоляция

Газобетон, в виду своей низкой плотности, является плохим звукоизолятором, потому, для перегородок между жилыми комнатами лучше использовать полнотелый кирпич. Теплая керамика в плане звукоизоляции лучше, но она также проигрывает обычному полнотелому кирпичу.

Крепление крепежей

Ходят слухи, что на газобетон нельзя ничего повесить, и что обычный гвоздь или шуруп вырывается без малейших усилий. С одной стороны, это так и есть, но если использовать специальные дюбеля по газобетону или химические анкеры, то вопрос с крепежом отпадает. Так как небольшой дюбель на вырывание показывает нагрузку около 150 кг, а химический анкер может выдержать до полтонны.

В поризованной керамике пластмассовые дюбеля держаться хуже чем в газобетоне, чтобы не быть голословными, очень рекомендуем вам посмотреть тестирование крепежей на газоблоке и теплой керамике в видео на 29 минуте.

Затраты на отделку

Если в качестве внешней или внутренней отделки вы планируете использовать штукатурку, то ее слой будет тоньше в том случае, где стена более ровная, то есть, где блоки ровнее, там будет и меньший расход штукатурки. В плане количества штукатурки, выигрывает газобетон, но для него нужно использовать специальную тонкослойную, с хорошей паропроницаемостью штукатуркой, которая дороже. 

То есть, в газобетоне расход штукатурки будет меньше, а сама штукатурка дороже. В итоге, по штукатурке выйдет одинаковая стоимость как для газоблока, так и для теплой керамики.

В газобетонных стенах намного быстрее и проще делать штробы под провода, розетки и трубы.

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.

Газоблок против керамики(видео)

Характеристики керамических блоков

Керамические блоки представляют собой энергосберегающий строительный материал для возведения наружных несущих и самонесущих стен, внутренних несущих стен и перегородок при строительстве малоэтажных домов

Размеры, масса и другие характеристики блоков Поротерм

Австрийский концерн Wienerberger является крупнейшим производителем керамических блоков для строительства малоэтажных домов. Долголетний опыт работы по производству пустотелых керамических блоков POROTHERM, в сочетании с современной технологией производства гарантирует наивысшие качество продуктов, а также системное проектирование и строительство зданий.

Керамический пустотный блок POROTHERM представляет собой теплую поризованную керамику. При подготовке сырья в глиняную массу добавляют мелкие древесные опилки. После выгорания опилок при обжиге, образуются мелкие поры, занимающие до 20% объема керамического черепка. По сравнению с обычной керамикой, поризованная имеет меньшую плотность и коэффициент теплопроводности.

Характеристики керамических блоков POROTHERM

• Пустотность блоков составляет 50%;
• Наличие щелевидных пустот, расположенных специальным образом, значительно увеличивают сопротивление теплопередаче, так как воздух обладает прекрасным теплоизолирующими свойствами и его коэффициент теплопроводности в 17-19 раз меньше, чем у поризованной керамики;
• Пустотность также позволяет уменьшить плотность изделия до 735-750 кг/м³;
• Форма боковой поверхности обеспечивает выполнение вертикального пазогребневого стыка, не требующего использования кладочного раствора, что упрощает процесс кладки и улучшает теплотехнические показатели стен.

Виды керамических блоков Porotherm

Размеры, масса и другие характеристики блоков Поротерм для наружных, несущих и самонесущих стен

Блоки Поротерм для внутренних перегородок

* – значение указано для термоизоляционного раствора с коэффициентом λ=0.2Вт/(м∙°С)
** – значение указано для обычного цементно -песчаного раствора.
Значения термического сопротивления определены согласно EN 1745.

Доборные блоки

Коэффициент теплопроводности керамических пустотных блоков

Пустотные керамические блоки Porotherm представляют собой эффективный строительный материал для возведения наружных несущих и самонесущих стен, внутренних несущих стен и перегородок.

Уникальные теплотехнические свойства блокам обеспечивают:

• материал – поризованная керамика;
• форма – щелевидные вертикальные пустоты, превращающиеся в кладке стены в замкнутые воздушные прослойки.

С точки зрения теплотехники блок является неоднородным материалом. Если провести сечение перпендикулярное к плоскости стены то в него попадут стенки из поризованной керамики толщиной t=8-12 мм, разделенные воздушными прослойками. Поризованная керамика сама по себе имеет более высокие теплотехнические показатели по сравнению с обычной плотной керамикой.

Согласно СНиП II-3-79** приведенное термическое сопротивление R неоднородной ограждающей конструкции определяется согласно п.2.8. Методика определения термического сопротивления согласно п.2.8. относительно сложная по сравнению с методикой расчета для стен из однородных материалов. Формула для определения термического сопротивления стены из однородных материалов, для которых коэффициент теплопроводности λ известен и имеет вид:

Где δ, (м) – толщина материала стены,
λ, (Вт/ м2∙°С) – коэффициент теплопроводности материала стены.

В случае многослойной конструкции стены в формуле будет столько членов вида δ/λ сколько и слоев.

Для определения термического сопротивления неоднородных конструкций используют как экспериментальные, так и расчетные методы. Значение R, определенное экспериментально можно использовать для расчета так называемого приведенного значения l по формуле приведенной ниже:

где U, Вт/(м2∙°С) – коэффициент теплопередачи.

Значение U для стен из Porotherm 38 на теплоизолирующем кладочном растворе с коэффициентом теплопроводности λ=0,2 Вт/(м∙°С) составляет 0,35 Вт/(м2∙°С).

Тогда
(м2∙°С)/Вт

Находим коэффициент теплопроводности:
(Вт/(м∙°С)

Для Porotherm 44 и Porotherm 50 соответственно:
Вт/(м∙°С)

Вт/(м∙°С)

Технические характеристики керамических пустотных блоков Porotherm

* – при применении легкого (теплого) кладочного раствора с λ=0.2Вт/(м∙°С)
** – при использовании цементно-песчаного кладочного раствора.

Расход стеновых материалов на единицу объема / площади стен

Сравнение блоков POROTHERM и других строительных материалов
Толщины стен из рядового кирпича и блоков из ячеистого бетона эквивалентные блокам Porotherm на теплоизолирующем растворе по теплотехническим характеристикам (м)

Толщины стен из рядового кирпича и блоков из ячеистого бетона эквивалентные блокам Porotherm на обычном растворе по теплотехническим характеристикам (м)

Сравнение необходимой толщины стен

Толщина стен рассчитана по формуле

Важно!
К расчету стоимости стен из блоков Porotherm

Для корректного сравнения стоимости стен из керамических пустотных блоков Porotherm с другими материалами следует учитывать следующее:

• Стоимость стены следует определять для 1 м2, т. е. расчет следует выполнять для конечной строительной продукции «стена в деле» = стоимость_материалов + стоимость_работ.
• Расчет для м3 будет ошибочным! Для одних и тех же фасадов дома при различных толщинах стен будет получаться различная кубатура.

Следует обязательно учитывать, что стены из Porotherm не требуют утепления в отличие от кирпичных. Поэтому в расчете для кирпичной кладки помимо кирпича и раствора должны быть учтены все дополнительные материалы для утепления, включая сетку по утеплителю для устройства штукатурки.

Распространенная ошибка – сравнения цен на кирпич и блоки Porotherm по приведенным показателям (грн/м3, грн/1000 шт.). Вообще блок дороже чем кирпич. Было бы странно, если бы такое технологичное изделие как Porotherm стоило дешевле обычного кирпича.

Но, блок по своим теплотехническим характеристикам позволяет выполнить однослойные стены (не требующие дополнительного утепления), а кирпичная кладка нет. А утепление это дополнительные трудозатраты и материалы.

В итоге стоимость 1 м2 стены из блоков Porotherm не дороже (в некоторых случаях даже дешевле) чем, стоимость 1м2 кирпичной стены с утеплением. При этом, скорость выполнения кладки из керамических блоков Porotherm в 2.5-3 раза больше, чем кирпичной. В случае кирпичной кладки к срокам каменных работ следует еще добавить сроки по устройству утепления.

На этом поставим точку в этой статье, а о том как правильно делать кладку стен из керамических блоков читайте здесь: masterovoy.com.ua/blog/kladka-sten-iz-keramicheskih-blokov/

Сергей Волнянский, ПСК Мастеровой

Приглянулся проект? Мы Бесплатно Просчитаем Всё Для Вас (+ Акция…

Таблица теплопроводности кирпича, его плотность, морозостойкость и теплоемкость

Сфера применения материала определяется его эксплуатационными характеристиками. Комплекс рассматриваемых свойств должны соответствовать требованиям, предъявляемых строительному кирпичу при сооружении внешних стен, перекрытий, фундамента. Возведение конструкций подразумевает выбор изделий различного назначения:

• Силикатный – рядовой, лицевой, пустотелый, полнотелый.
• Керамический – жаростойкий и все разновидности предыдущего вида.
• Клинкерный – для облицовки фасадов.

Оглавление:

1. Коэффициент теплопроводности
2. Что такое теплоемкость?
3. Значение морозостойкости

Теплотехнические характеристики

Показатели определяют энергопотребление дома, затраты на обогрев помещений. Проектирование сооружений, расчеты ограждающих конструкций учитывают эти параметры.

Коэффициент теплопроводности

Материалы обладают свойством проводить тепло от нагретой поверхности в более холодную область. Процесс происходит в результате электромагнитного взаимодействия атомов, электронов и квазичастиц (фононы). Основной показатель величины – коэффициент теплопроводности (λ, Вт/), определяемый как количество теплоты, проходящее через единицу площади сечения за единичный интервал времени. Малое значение положительно влияет на сохранение теплового режима.

Согласно ГОСТ 530-2012 эффективность кладки в сухом состоянии характеризуется коэффициентом теплопроводности:

• ≤ 0.20 – высокая;
• 0.2 < λ ≤ 0.24 – повышенная;
• 0.24 — 0.36 – эффективная;
• 0.36 — 0.46 – условно-эффективная;
• ˃ 0.46 – обыкновенная (малоэффективная).

Чем больше плотность, тем выше теплопроводность – не совсем верное утверждение. Структура содержит закрытые поры и полости (пустотелый), наполненные воздухом с коэффициентом ≈ 0,026. Благодаря этому, изделия со щелевыми отверстиями лучше поддерживают тепловой режим внутри сооружений. В инженерных расчетах необходимо учитывать величину теплопроводности кладочной смеси, значение показателя выбирают от 0.47 и выше, в зависимости от состава.

Теплопроводность красного изделия ниже, чем у силикатного.

Физические процессы нагрева и удержания тепла можно охарактеризовать величинами:

• Коэффициент теплоотдачи – теплообмен на границе поверхности твердого тела и воздушной среды. Это мощность теплового потока, приходящаяся на плоскость 1 м², обратно пропорциональная разнице температур тела и теплоносителя (воздух). Чем выше теплопроводность, тем больше теплоотдача.
• Полное тепловое сопротивление – способность противостоять передаче тепла. Значение обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи. Исходя из расчетной формулы R = L/λ, легко рассчитать оптимальную толщину кладки. λ – постоянный параметр, R – тепловое сопротивление указано в таблице 4 СП 131.13330.2012 для климатических зон России.

Теплоемкость

Необходимое количество тепла, подведенного к телу для увеличения температуры на 1 Кельвин – определение понятия «полная теплоемкость». Единица измерения: Дж/К или Дж/°C. Чем больше объем и масса тела (толщина стен и перекрытий), тем выше теплоемкость материала, лучше поддерживается благоприятный температурный режим. Наиболее точно это свойство подтверждают характеристики:

• Удельная теплоемкость кирпича – количество тепла, необходимое для нагрева единичной массы вещества за единичный интервал времени. Единица измерения: Дж/кг*К или Дж/кг*°C. Используется для инженерных расчетов.
• Объемная теплоемкость – количество тепла, потребляемое телом единичного объема для нагрева за единицу времени. Измеряется в Дж/м³*К или Дж/кг*°C.

Тепловая конвекция непрерывна: радиаторы нагревают воздух, который передает тепло стенам. При понижении температуры в помещениях происходит обратный процесс. Увеличение удельной теплоемкости, снижение коэффициента теплопроводности стен обеспечивают сокращение затрат на обогрев дома. Толщина кладки может быть оптимизирована рядом действий:

• Применение теплоизоляции.
• Нанесение штукатурки.
• Использование пустотного кирпича или камня (исключено для фундамента здания).
• Кладочный раствор с оптимальными теплотехническими параметрами.

Таблица с характеристиками различных видов кладок. Использованы данные СП 50.13330.2012:

	Плотность, кг/м³	Удельная теплоемкость, кДж/кг*°С	Коэффициент теплопроводности, Вт/м*°C
Обыкновенный глиняный кирпич на различном кладочном растворе
Цементно-песчаный	1800	0.88	0.56
Цементно-перлитовый	1600	0.88	0.47
Силикатный
Цементно-песчаный	1800	0.88	0.7
Пустотный красный различной плотности (кг/м³) на ЦПС
1400	1600	0. 88	0.47
1300	1400	0.88	0.41
1000	1200	0.88	0.35

Морозостойкость кирпичной кладки

Устойчивость к воздействию отрицательных температур – показатель, влияющий на прочность и долговечность конструкции. Кладка в процессе эксплуатации насыщается влагой. В зимний период вода, проникая в поры, превращается в лед, увеличивается в объеме и разрывает полость, в которой находится – происходит разрушение. Морозоустойчивость, как правило, низкая, водопоглощение не должно превышать 20 %.

Определение количества циклов замораживания и оттаивания без потери прочности каждого вида изделия позволяет выявить морозоустойчивость (F). Значение получают опытным путем. В лаборатории проводят многократную заморозку в холодильных камерах и естественное оттаивание образцов.

Коэффициент морозостойкости – отношение прочности на сжатие опытного и исходного элемента. Изменение показателя более 5 %, наличие трещин, отколов сигнализируют об окончании испытаний. Марки изделий содержат характеристики по морозостойкости: F15 (20, 25, 35, 50, 75, 100, 150). Цифровой параметр указывает на количество циклов: чем выше число, тем надежнее возводимая система.

Приобретение кирпича высокой марки морозостойкости опустошит бюджет, заложенный на строительство. Меры по улучшению свойств конструкций, продлению срока эксплуатации в зонах холодного климата без увеличения расходов:

• Применение паро- и гидроизоляции.
• Обработка кладки гидрофобными составами.
• Контроль, своевременное исправление дефектов.
• Надежная гидроизоляция фундамента.

От выбора материала для кладки, его удельной теплоемкости, теплопроводности, морозостойкости зависит срок и комфорт эксплуатации дома. Сложные расчеты, составление сметы расходов лучше доверить опытным специалистам, имеющим опыт в строительстве и проектировании.

Крупноформатные керамические блоки (тёплая керамика): преимущества и характеристики

Главная / Статьи / Теплая керамика

Тёплая керамика — керамический поризованный кирпич крупного формата. Представляет новое поколение кирпича, сочетая новейшие технологии производства и традиции кирпичного домостроения. Активно используется в малоэтажном и высокоэтажном строительстве для возведения наружных и внутренних стен. По сравнению с обычным кирпичом поризованная керамика имеет два основных преимущества: поризованная структура и крупный формат, — что значительно улучшает теплотехнические и качественные свойства продукции.

1. Почему тёплая керамика?
2. Преимущества поризованного кирпича
3. Сравнение теплопроводности различных видов кирпича и блоков
4. Правильное ведение кладки
 

Почему тёплая керамика?

Cамый важный выбор при строительстве дома — выбор строительного материала. Подходящих для строительства дома материалов и технологий множество: газобетонные блоки, кирпич керамический и силикатный, дерево. У всех есть свои достоинства и недостатки. Чтобы материал можно было назвать высококачественным, он должен отвечать некоторым требованиям, причем отвечать им комплексно. Вот эти требования: традиционность и длительная история применения; долговечность и надежность; экологичность; эксплуатационные преимущества; эстетика; теплотехнические свойства; ликвидность. Таким требованиям соответствует только кирпич.

Керамический кирпич — древнейший строительный материал, созданный человеком. Это материал, проверенный временем, единственный, позволяющий возводить «вечные» дома. Кирпич обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, он экологичен и пригоден для самых разных архитектурных проектов. Различные виды кирпича могут использоваться как для возведения самой стены, так и для облицовки дома. Благодаря особой капиллярной системе кирпич обладает свойствами естественного кондиционера, что способствует созданию благоприятного микроклимата в доме. Пожалуй, единственный недостаток материла — длительность ведения кладки. Кирпич легко адаптируется к требованиям времени. Отвечая на запросы рынка, этот материал трансформируется, сохраняя при этом все свои достоинства, так появился крупноформатный поризованный кирпич.

Поризованный кирпич представляет новое поколение кирпича, сочетая новейшие технологии производства и традиции кирпичного домостроения. Активно используется в малоэтажном и высокоэтажном строительстве для возведения наружных и внутренних стен. Современный поризованный кирпич отличается от традиционного размером и структурой. Поризованная структура кирпича представляет собой множество мелких пор в теле кирпича, за счет чего снижается вес стены и улучшаются ее «теплозащитные» свойства. Не менее важная характеристика тёплой керамики – ее размер. крупноформатный кирпич может заменять в кладке до 14,5 стандартных кирпичей, а значит, временные затраты на основной процесс строительства – кладку стены – существенно сократятся. В среднем, срок ведения кладки сокращается в 2-2,5 раза. Огромный плюс поризованных кирпичей состоит также в том, что они имеют низкую теплопроводность, что позволяет использовать их без дополнительного утепления. Это делает стену однородной и более долговечной.

Преимущества поризованного кирпича

Поризованный кирпич обладает всеми достоинствами традиционного керамического кирпича, а также дополнительными преимуществами:

• небольшой вес снижает нагрузку на нижележащие конструкции
• высокие теплоизоляционные свойства
• повышенная звукоизоляция
• большие размеры позволяют ускорить кладку
• высокая прочность
• высокая морозостойкость (небольшое водопоглощение)
• долговечность и экологичность
• наличие пазогребневого соединения у крупноформатных блоков позволяет выполнять кладку, не применяя раствор в вертикальных швах (отсутствие «мостиков холода»)
• сокращение транспортных расходов ввиду крупного формата поризованного кирпича
• сокращение затрат на фундамент за счет легкости крупноформатных блоков (поризованные  кирпичи на 35-47% меньше, чем вес такого же по объему количества кирпичей, что снижает нагрузку на фундамент; экономия средств на фундамент до 60%)
• экономичность. В эксплуатации дом из теплой керамики значительно дешевле, нежели дом из иных материалов – решение задачи энергосбережения (показатели теплопроводности кладки λ0  варьируются  в интервале 0,154-0,26 Вт/м 0С в зависимости от кирпича).

Сравнение теплопроводности различных видов кирпича и блоков

Пример теплопроводности по некоторым видам материалов

Группы изделий по теплотехническим характеристикам

Группы изделий по теплотехническим характеристикам	Коэффициент теплопроводности кирпичной кладки в сухом состоянии λ,Вт/(м°С)
Высокой эффективности	До 0,20
Повышенной эффективности	Св. 0,20 до 0,24
Эффективные	Св. 0,24 до 0,36
Условно-эффективные	Св. 0,36 до 0,46
Малоэффективные (обыкновенные)	Св. 0,46

Правильное ведение кладки

Предварительная раскладка. Выбор формата поризованных блоков. Приступая к строительству дома из поризованного кирпича целесообразно провести предварительную раскладку первого ряда крупноформатных поризованных кирпичей без раствора. Это позволит предварительно оценить, как будет вестись кладка и заранее подобрать оптимальные пути решения возможных сложностей.

Наиболее эффективно использование крупноформатного поризованного кирпича формата 14,5NF, NF — натуральный формат рядового кирпича. Тогда в качестве доборных, то есть предназначенных специально для углов и проемов, к нему подойдут кирпичи форматов 10,8NF и 11,3NF. Необходимо определить места, где будет происходить стыковка кирпичей и заранее определить количество необходимых доборных элементов. За счет точной подгонки блоков до начала кладки можно серьезно оптимизировать расход материала.

Для строительства эркеров можно использовать крупноформатные камни – 10,8 и 14,5 NF, однако менее трудоемко использовать мелкоформатный камень 2,1NF. Возведение эркера, как и любых других стен в доме, начинается от угла. Поризованные камни раскладываются между стенами по карте раскладки. Рекомендуется предварительно выполнить раскладку 3-5 камня на фундаменте для определения зазора между ними, который образуется по внешнему периметру стены из-за ее выгнутой конфигурации. Зазор замеряется по внешней стороне блока.

Подбор сухой смеси. При ведении кладки из поризованного кирпича рекомендуется использовать сухие смеси. Сухие смеси по своим теплоизоляционным  характеристикам схожи с блоками, что увеличивает однородность стены, ликвидирует мостики холода. Повышается, в первую очередь, качество стен дома, а не качество ведения кладки. Сухие смеси представляют собой теплый раствор – это раствор с добавками, благодаря которым сохраняются теплотехнические свойства стены и сокращаются потери тепла через швы между кирпичами.

Теплопроводность тёплого раствора низкая, что улучшает его теплотехнические показатели в 3-4 раза в сравнении с обычным кирпичом. За счет легкости и высоких теплотехнических свойств расход сухой смеси для теплого раствора сокращается более чем в 1,5 раза. Теплозащитные свойства стены из крупноформатного кирпича с использованием теплого раствора улучшаются на 10%, а для стены из кирпича стандартного размера – на 40%. Кроме этого, свойства теплого раствора удерживать влагу и отдавать ее в атмосферу почти такие же как и у кирпича, что делает стену более однородной по своим свойствам.

Технология строительства. Кладку начинают с углов зданий. Для этого используются уровень и капроновая нить, которая натягивается между возведенными углами, соединяя две точки, и образует прямую линию. Нитка монтируется по крайней верхней точке торцевых кирпичей. Это позволяет соблюсти уровень кладки, как по вертикали, так и по горизонтали.

Перед началом кладки подготовленный раствор расстилается по гидроизоляции ровным слоем толщиной 2-3 см. В процессе кладки происходит подгонка кирпича по уровню натянутой нити, которая отражает направление и ровность кладки. Шов между рядами кирпичной кладки после укладки кирпича составляет 1-1,5 см. Часть раствора уложенного на нижний ряд проникает в пустоты верхнего ряда кирпича и обеспечивает связь рядов, придавая жесткость всей конструкции стен

При возведении стены из кирпича рекомендуется использовать специальную пластиковую сетку, которая способствует сокращению расхода раствора и не позволяет попадать раствору в пустоты камня. При этом в самой кладке блоки укладываются как обычный одинарный кирпич с перевязкой каждого ряда блоков следующим в шахматном порядке.

Согласно нормативным требованиям, для кирпича толщина горизонтальных швов должна быть от 10 до 15 мм, вертикальных в пределах 8-15 мм. Однако вертикальные швы при использовании поризованных камней не заполняются, поскольку они стыкуются между собой с помощью пазогребневой системы.

В процессе строительства готовые участки стены целесообразно укрывать пленкой, защищая их от осадков. После того, как стены будут возведены до уровня окон, следует готовиться к установке перемычек. При этом перемычки могут опираться как на поризованный кирпич, так и на обычный пустотелый. Например, если размеры поризованного кирпича затрудняют выход на перемычку, необходимую высоту добирают до нужного уровня обычными пустотелыми кирпичами.

что лучше. Как правильно выбрать материал для дома

Несмотря на то, что блоки Porotherm на российском строительном рынке появились более десяти лет назад, дискуссии на тему кирпич или керамический блок что лучше, не утихают и сегодня. Чтобы разобраться в этом вопросе, следует начать с того, что споры о том, какой стеновой материал лучше, в общем виде вообще бессмысленны. Для каждого объекта какой-либо стеновой материал будем самым лучшим, а другой проигрывать по некоторым техническим характеристикам.

Строя дачный домик вполне естественно выбрать для стен брус или оцилиндрованное бревно, но при строительстве городской многоэтажки использовать этот материал будет естественно невозможно. Поэтому сравнивать лучше кирпич или теплая керамика можно только в определенных пределах.

Сравнение кирпича и керамических блоков по техническим показателям

Одной из основных технических характеристик, учитываемых в проектировании и строительстве зданий, является прочность материала. По керамическим блокам Porotherm класс прочности составляет от М100 до М150, то есть каждый квадратный сантиметр изделии способен выдержать нагрузку в 100/150 кгс. У кирпича разбег прочности по маркам больше от М75 до М300, соответственно и больше возможностей подобрать оптимально подходящее к определенным условиям изделие.

Для многоэтажного строительства требования к материалам для несущих конструкций по классу прочности высокие, поэтому выбор конечно должен быть сделан в пользу кирпича. Для коттеджного домостроения, когда количество этажей более 3-х практически не бывает, большой класс прочности считается избыточным, и блоков марки М125 вполне достаточно. Но сегодня строительство домов из керамических блоков переживает бум именно в загородных коттеджных поселках, за счет чего материал и получил такую популярность.

Вторая характеристика, по которой споры кирпич или керамический блок, что лучше ведутся самые жаркие, это теплопроводность материала. Для силикатного кирпича он равен 0,81, а для керамического кирпича 0,35-0,41, для поризованных блоков всего 0,143. Чем меньше этот коэффициент, тем соответственно меньше тепла за единицу времени утекает из помещения. Поэтому все утверждения, что в домах со стенами из керамики будет холодно совершенно беспочвенны.

По такому показателю, как морозостойкость, оба материала практически одинаковы и подходят для строительства во всех российских климатических зонах.

Еще одна немаловажная характеристика водопоглощение. При стандартном коэффициенте от 6 до 13%, у керамических блоков она может достигать величины 18-19%. Это не критично и говорит лишь о том, что при строительстве в местности с повышенной влажностью и наличием большого количества грунтовых вод потребуется хорошая система водоотведения.

Сравнение можно продолжать и оно будет идти с таким же переменным успехом. То есть в каком-то показателе будет выигрывать кирпичная кладка, а в другом керамические блоки.

Плюсы и минусы стеновых материалов

Для того, чтобы не навязывать вам выбор которого-то из сравниваемых материалов, просто перечислим преимущества и недостатки каждого из них, а выбор предоставим вам.

Преимущества

Керамические блоки	Кирпич
Малый вес материала, позволяющий снизить нагрузку на фундамент и уменьшить его габаритные размеры	Высокий класс материала по прочности (до М300) позволяет использовать его при строительстве любых зданий и сооружений
Быстрота кладки, сокращающая время возведения стен в 3 раза	Хорошо удерживает тепло в течении длительного времени за счет способности аккумулировать его в самом материале
Уменьшение количества кладочного раствора на 30% за счет меньшего кол-ва блоков в кладке и его отсутствия в вертикальных пазово-гребневых швах	Производится в нескольких вариантах: кладочный, лицевой и т. д.. Поэтому дополнительная отделка фасада не требуется
Большие габаритные размеры позволяют избежать многослойности кладки, для стены толщиной 510мм достаточно 1 блока	Небольшие габаритные размеры позволяют выполнять фигурную, в том числе и арочную кладку
Наличие пор и пустот в тебе блока улучшает звукоизоляционные свойства	Сочетается со всеми видами строительных материалов

Недостатки

Надеемся, что приведенные выше сравнения помогут вам ответить на вопрос кирпич или керамические блоки что лучше. Но все технические характеристики керамики действительны только для заводских блоков Porotherm. Если приобретаются под видом теплой керамики блоки кустарного производства, то о их настоящих характеристиках можно только догадываться. Часто даже габаритные размеры, которые в настоящих блоках точны до миллиметра, в керамике несертифицированных производителей очень далеки от идеала. Поэтому главный вывод: если блоки настоящий Porotherm, то для строительства загородного дома их выбирать стоит.

Измерение теплопроводности керамики с помощью TLS-100

Возможность точного измерения теплопроводности материалов имеет решающее значение для определения областей применения, для которых их свойства идеально подходят. Существует множество способов проведения испытаний на теплопроводность керамики, однако не все методы одинаковы. Точность каждого метода является важным решающим фактором в дополнение к более практическим соображениям, таким как длина измерения и простота настройки тестирования.

Портативная измерительная система

Thermtest, TLS-100 (рис. 1), выполняет измерения теплопроводности и удельного сопротивления почвы, твердых тел и порошков в диапазоне от 0,1 до 5 Вт / мК. Измерения выполняются в соответствии со стандартом ASTM D5334 и имеют воспроизводимость 2% и точность 5%. Это оборудование является отличным и удобным выбором для использования в лаборатории и в полевых условиях и может работать при температурах от -40 до 100 ° C. На этой странице приложения мы продемонстрируем способность Thermtest TLS-100 проверять теплопроводность керамического стеатита и глинозема, обожженного бисквитом, двух важных материалов в промышленных приложениях.

Рис. 1. Thermtest TLS-100 — это мощный инструмент для тестирования измерителей теплопроводности в удобном портативном корпусе.

Стеатит, также известный как мыльный камень, высоко ценится за его термостойкие изоляционные свойства. Он широко используется в электрических панелях, строительстве дровяных печей, столешницах и в качестве форм для расплавленного металла из-за его способности поглощать и медленно выделять тепло, которому он подвергается, не становясь нестабильным или не разрушаясь. Физические свойства этого материала могут различаться в разных карьерах в результате различного минерального состава и условий давления и температуры во время формации.Как и стеатит, глинозем, обожженный бисквитом, используется в аэрокосмической, автомобильной и крупномасштабной промышленности благодаря своим изоляционным свойствам при высоких температурах. Это материал, который легко поддается обработке и обработке, поэтому он является удобным выбором.

Рисунок 2 . Фотография стеатитовых форм для создания металлических предметов. Стеатит отлично подходит для использования в качестве форм, поскольку он обладает высокой термостойкостью. ¹

Методика испытания теплопроводности керамики

TLS-100 работает путем введения игольчатого зонда в образец и выполняет измерения в течение заданного периода времени, когда образец нагревается и остается охлаждаться.Такая установка приводит к минимальному повреждению образца во время испытания. Для этого конкретного испытания ученые Thermtest разрезали образцы глинозема, обожженного бисквитом, и стеатита пополам. Игольчатый зонд TLS-100 был покрыт тонким слоем термопасты, и две части каждого образца были зажаты вокруг зонда, обеспечивая отличный тепловой контакт (Рисунки 3 и 4). Для каждого образца было проведено в общей сложности пять измерений со временем тестирования 120 секунд. TLS-100 одновременно измеряет как теплопроводность, так и тепловое сопротивление.

Рис. 3. Схема, иллюстрирующая метод, используемый для размещения игольчатого датчика TLS-100 между двумя образцами из бисквитного оксида алюминия и стеатита.

Рис. 4. Фотографии, показывающие испытательную установку, используемую для измерения теплопроводности керамического стеатита и глинозема, обожженного бисквитом, в лаборатории Thermtest.

Результаты измерений теплопроводности керамики

Значения теплопроводности и теплового сопротивления, измеренные TLS-100, перечислены в таблице 1. Средняя теплопроводность 5,077 Вт / мК была получена для оксида алюминия, обожженного бисквитом, что точно находится в пределах принятого диапазона теплопроводности от 5 до 5,25 Вт / мК для этого материала. Значение 3,107 Вт / мК, полученное для образца стеатита, также хорошо соответствует стандартным материалам, которые обеспечивают теплопроводность стеатита 3 Вт / мК.

Таблица 1. Теплопроводность керамики: теплопроводность и термическое сопротивление стеатита и глинозема, обожженного бисквитом, полученные с помощью TLS-100 в лаборатории Thermtest Lab.

Бисквитный оксид алюминия			Стеатит
Тест №	Теплопроводность (Вт / мк)	Термическое сопротивление (мК / Вт)	Тест №	Теплопроводность (Вт / мК)	Термическое сопротивление (мК / Вт)
1	5,005	0,199	1	3. 098	0,322
2	4,953	0,201	2	3,076	0,325
3	5,137	0,194	3	3.203	0,312
4	5,181	0,192	4	3,085	0,324
5	5,108	0,195	5	3.075	0,325
Среднее значение	5,077	0,196	Среднее	3,107	0,322

Эти тесты демонстрируют способность Thermtest TLS-100 быстро и точно измерять теплопроводность керамики с минимальным повреждением самого образца. При поиске оборудования для измерения теплопроводности TLS-100 — отличный выбор, который можно использовать как в лаборатории, так и в полевых условиях для анализа широкого спектра образцов.

Элегантный термокерамический блок для дома и бизнеса

Измените свое пространство с помощью самых инновационных. термокерамический блок доступен на Alibaba.com. Они входят в обширную коллекцию, которая включает несколько типов с точки зрения дизайна и размеров. Благодаря неограниченной универсальности используемых материалов. Термокерамический блок можно использовать для изготовления любых изделий различного назначения. Соответственно, вам попадутся самые подходящие. термокерамический блок для удовлетворения ваших потребностей в соответствии с вашими требованиями.

Эти. Изготовлены из прочных и прочных материалов. Термокерамический блок отличается удивительной долговечностью. Благодаря высокой температуре плавления и низкой теплопроводности. Термокерамический блок обладает высокой термостойкостью, что делает его идеальным для использования в качестве посуды и других важных домашних и промышленных компонентов. Их легко чистить благодаря их антипригарным свойствам. Таким образом, вы всегда сможете сохранить. термокерамический блок в их первоначальном привлекательном состоянии.

Все. Термокерамический блок на Alibaba.com обладает невероятной прочностью и способностью удерживать тяжелые грузы без поломки. В то же время расширение. Термокерамический блок впечатляюще химически инертен. В связи с этим они совместимы практически со всеми типами химических соединений. Это делает их идеальными для хранения и переноски нескольких продуктов и других товаров. При совершении покупок на сайте первоклассное качество. Термокерамический блок имеет гарантию, потому что все поставщики надежны на основе своих проверенных отчетов о стабильной поставке продукции премиум-класса.

Получите максимальное соотношение цены и качества, приобретая продукцию высочайшего качества. Оцените замечательное. термокерамический блок на сайте Alibaba.com и определите, что лучше всего соответствует вашим потребностям. Сравните предложения из нескольких. термокерамический блок оптовые торговцы и поставщики на сайте и получают лучшие предложения для оптимального возврата.

(PDF) Оптимизированный расчет тепловых характеристик заполненных керамических блоков для кладки

В этой статье исследуются четыре различных строительных блока с четырьмя различными полыми формами: ромб,

треугольник и маленький или большой прямоугольник, а также мы анализируем влияние различных

наполнители: воздух, перлит, минеральная вата, пенополиуретан и аэрогель. Кроме того, мы также принимаем во внимание горизонтальное соединение блоков

(простой раствор, шпунт и паз), потому что именно

чаще всего применяются при строительстве кирпичных стен.

Материалы заполненных блоков кладки

Обожженная глина. Обожженная глина представляет собой минеральный агрегат, состоящий из водных силикатов алюминия

(Al2O3 · 2SiO2 · 2h3O) со свободным кремнеземом или без него [4]. Огнеупорная глина устойчива к высоким температурам и

должна выдерживать минимальную температуру 1515 ° C. Коэффициент теплопроводности огнеупорной глины

стандартизирован в приложении A EN 1745: 2012, где значения теплопроводности перечислены в зависимости от

чистой сухой плотности материала и уровня значимости.Стандарт рекомендует использовать свойства материала

при 50% -ном фрактиле. В индустрии кирпичных блоков производители

пытаются снизить плотность своих глиняных блоков, конечно, принимая во внимание сопутствующее ухудшение механических свойств

. Стандарт содержит значения от 1000 кг / м3 до 2400

кг / м3, а теплопроводность сухого материала при 10 ° C варьируется от 0,20 до 0,77 Вт / мК.

Воздух.В наши дни большинство строительных блоков содержат в своих полостях естественный воздух. Конструкция этих блоков

основана на длине основного теплового тракта, а не на оптимизированных тепловых свойствах всего блока

, включая движущийся воздух. Поскольку воздух действует как жидкость даже в небольших зазорах, эквивалентная теплопроводность

воздушных зазоров в строительных блоках может значительно превышать теплопроводность

неподвижного воздуха и обычно выше, чем у твердых изоляционных материалов

.

(согласно EN ISO 6946: 2007, даже воздушная полость толщиной 5 мм имеет меньшее тепловое сопротивление, чем плита средней MW

с аналогичной толщиной).Очевидно, что натуральный воздух — самый дешевый «наполнитель».

Перлит. Перлит — это вулканическое стекло с относительно высоким содержанием воды. Он имеет особую характеристику

, которая при нагревании значительно расширяется. В процессе производства перлит

измельчается и нагревается до 850-900 ° C. При этой температуре поверхность перлита размягчается, и вода

, захваченная материалом, превращается в пар и улетучивается. Следовательно, объем материала

увеличивается от 7 до 16 раз от его первоначального объема.Вспученный перлит (рис. 4а) имеет белый цвет,

, высокопористый, с высокой теплоизоляционной способностью (λ = 0,045 — 0,070 Вт / мК). Перлит

широко используется в легких штукатурках, бетоне и растворе (кладке), изоляционных материалах и потолочной плитке.

Минеральная вата. Минеральная вата обычно изготавливается из смеси камней, основной компонент — базальт

. Смесь сырья подается в печь, где она нагревается примерно до 1500 ° C.

Из печи расплавленный минерал вводится в пространство с высокоскоростными прядильными головками

, которые создают волокна. После этого волокна охлаждают и собирают в отстойной камере. После

охлаждения волокон добавляется связующее. Затем «ватный мат» сжимается и помещается в камеру полимеризации

с температурой около 200 ° C, где полимеризуется добавленное связующее.

В конце производственной линии продукт из минеральной ваты разрезается на плиты заданного размера или

гранулируется (рис.4б). Минеральная вата имеет отличную теплоизоляцию и способность звукопоглощения

. Он также огнестойкий, поэтому часто используется для пассивной противопожарной защиты.

Пенополиуретан. Полиуретан — это полимер, в котором органические звенья соединены уретановыми звеньями.

Полимеры PUR обычно получают реакцией ди- или полиизоцианата и аполиола.

Термореактивные и термопластичные полиуретаны можно различать; однако большинство из них

термореактивных.Термореактивные уретаны не плавятся при нагревании. Существует два основных типа пен PUR

: с закрытыми и открытыми ячейками. В случае пены с «закрытыми ячейками» исходные ячейки остаются нетронутыми,

, следовательно, они не позволяют воздуху проходить через материал. Жесткие пенопласты с закрытыми порами

применимы для теплоизоляции (рис. 4c). Недостатком пен PUR является то, что они взаимодействуют со светом

. Если пенополиуретан изготовлен из ароматических изоцианатов и подвергается воздействию видимого света, он

обесцвечивается.Более того, УФ-излучение вызывает химические реакции, ведущие к ухудшению качества [5].

Аэрогель. Аэрогель представляет собой твердое вещество с очень низкой плотностью, полученное из геля, в котором жидкий компонент

заменен газообразным материалом. Первыми аэрогелями были силикагели, с тех пор несколько

176 Science and Engineering 2015

Теплопроводность — обзор

3.2.4 Теплопроводность эпоксидных смол

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло, и она представляет собой количество тепловой энергии, протекающей в единицу времени через единицу площади с температурным градиентом 1 ° на единицу расстояния.Теплопроводность — необходимая характеристика для рассеивания образовавшейся тепловой энергии в системе. До сих пор сообщалось о различных исследованиях, направленных на повышение теплопроводности эпоксидных смол, и среди них исследования, основанные на микро- и наноматериалах, вызвали больший исследовательский интерес. Ganguli et al. [66] разработали химически функционализированные композиты из вспученного графита и эпоксидной смолы с конечной целью повышения теплопроводности. Композиты, состоящие из 20 мас.% Функционализированного графита, показали значительно улучшенную теплопроводность, равную 5.8 Вт / м · К по сравнению с 0,2 Вт / м · К чистой эпоксидной смолы, то есть примерно 28-кратное улучшение теплопроводности [66]. Veca et al. [67] также получили более высокую теплопроводность эпоксидной смолы за счет использования углеродных нанолистов, полученных из расширенного графита.

Yung et al. [68] достигли увеличения теплопроводности примерно на 217% для композита эпоксид / нитрид бора. Это было выполнено с помощью обработки поверхности силаном нитрида бора и смешивания многомодального размера частиц при синтезе композита [68].Хуанг и др. [69] сообщили о существовании очень высокой теплопроводности эпоксидного композита на основе нанотрубок, функционализированного полиэдрическим олигосилсесквиоксаном (ПОСС). Улучшение теплопроводности примерно на 1360% было получено при введении 30 мас.% Функционализированного POSS нитрида бора [69].

Исследование Xu et al. [70] сообщили о более высокой теплопроводности эпоксидных композитов, содержащих нитрид бора (BN) и нитрид алюминия (AlN) с обработанной поверхностью, из-за пониженного сопротивления термического контакта между эпоксидной смолой и частицами из-за увеличения межфазного взаимодействия между ними.Обработка поверхности частиц с использованием силана оказалась более осуществимой, чем обработка ацетоном и кислотой. Эпоксидные композиты с 57 об.% BN, обработанного силаном, показали теплопроводность 10,3 Вт / м K. Кроме того, добавление 60 об.% AlN, обработанного силаном, привело к теплопроводности 11,0 Вт / м K [70].

С точки зрения увеличения теплопроводности эпоксидной смолы, Teng et al. [71] использовали нековалентно функционализированные нанолисты графена, полученные путем π-π-стэкинга молекул пирена, сопровождаемого функциональной сегментированной полимерной цепью.Полученный эпоксидный композит имел превосходную теплопроводность за счет увеличенной площади поверхности в результате улучшенной дисперсии графена и взаимодействий графен-эпоксид. Композиты с 4 phr нанолистов нековалентно функционализированного графена показали примерно на 20% и 267% большую теплопроводность, чем соответствующие эпоксидные композиты на основе чистого графена и исходных MWCNTs [71]. В другом исследовании Song et al. [72] также разработали нековалентно функционализированный графен путем обработки 1-пиреномасляной кислотой, а затем использовали его для получения нанокомпозита эпоксид / графен.Полученный нанокомпозит показал отличную теплопроводность около 1,53 Вт / м · К [72]. Чаттерджи и др. [73] использовали расширенные нанопластинки графена, функционализированные амином, для обогащения теплопроводности эпоксидной смолы, и в результате было получено увеличение теплопроводности примерно на 36% для 2 мас.% Графена [73].

Moisala et al. [74] исследовали влияние SWCNTs и MWCNTs на теплопроводность эпоксидной смолы. Присутствие MWCNT действительно увеличивало теплопроводность эпоксидной смолы, но не в ожидаемом диапазоне.В то же время нанокомпозит эпоксид / ОСУНТ даже неожиданно показал более низкую теплопроводность, чем чистый эпоксид [74]. Для получения положительного эффекта и полной эффективности ОУНТ Bryning et al. [75] изготовили нанокомпозиты эпоксид / ОУНТ с использованием ОУНТ, обработанных поверхностно-активными веществами и ДМФА. В результате обработанные композиты на основе SWCNT демонстрируют повышенную теплопроводность, а композит с обработанным поверхностно-активным веществом композитом содержит больше SWCNT и дает большее улучшение примерно на 65% для 0.1 объемная доля ОУНТ [75]. Исследование Biercuk et al. [76] сообщили об увеличении теплопроводности примерно на 125% при комнатной температуре с добавлением 1 мас.% Неочищенных ОУНТ. В другом исследовании Yu et al. [77] сообщили о повышенной теплопроводности эпоксидной смолы за счет включения гибридного наполнителя из ОСУНТ и графитовых нанопластинок из-за снижения сопротивления интерфейса, вызванного дополнительной организованной перколяционной сеткой [77]. Исследование Du et al. [78] достигли примерно 220% улучшения теплопроводности за счет использования отдельно стоящих ОСУНТ в эпоксидной смоле.Эти отдельно стоящие ОУНТ обладали пониженным термическим сопротивлением поверхности раздела в эпоксидной матрице. Эти материалы были приготовлены из композита SWCNT / PMMA с 1 мас.% Путем удаления содержания PMMA с помощью газификации с последующей пропиткой эпоксидной смолой [78].

Чтобы расширить вклад теплопроводности МУНТ в эпоксидные смолы, Ян и др. [79] практиковали синтез эпоксидного композита с использованием привитых бензолэтрикарбоновой кислотой MWCNTs (BTC-MWCNTs), полученных после модификации Фриделя-Крафтса. Отмечена более высокая растворимость и совместимость BTC-MWCNT в эпоксидной матрице, чем у чистых MWCNT.Композиты, содержащие 5 об.% BTC-MWCNT, показали выдающуюся теплопроводность 0,96 Вт / м · К, то есть улучшение примерно на 684% по сравнению с чистой эпоксидной смолой, и это показано на рис. 3.3 [79]. Другое исследование Cui et al. [80] разработали МУНТ с диоксидом кремния, используя золь-гель метод, а затем внедрили в эпоксидную матрицу для улучшения ее теплопроводности. Наблюдалось увеличение теплопроводности примерно на 51% для нанокомпозитной системы с 0,5 мас.% МУНТ, покрытых диоксидом кремния, а также примерно на 67% для 1 мас.% МУНТ, покрытых диоксидом кремния [80].

Рис. 3.3. Теплопроводность композитов эпоксидная смола / MWCNT. (A) Теоретическая модель Нана и композиты с различным содержанием (B) первичных MWCNT, (C) обработанных кислотой MWCNT и (D) BTC-MWCNTs [79].

В другом исследовании Zhou et al. [81] использовали синергетический эффект MWCNT и микрокарбида кремния (SiC) в качестве гибридного наполнителя для улучшения теплопроводности эпоксидной смолы. Гибридный наполнитель, состоящий из 5 мас.% MWCNT и 55 мас.% Micro-SiC, дает примерно в 23 раза большую теплопроводность, чем у чистой эпоксидной смолы [81].В другом исследовании Yang et al. [82] получили более высокую теплопроводность эпоксидной смолы за счет использования гибридного наполнителя, состоящего из МУНТ с привитыми триэтилентетрамином и нано-SiC, функционализированного силаном [82]. Im et al. [83] также наблюдали улучшенную теплопроводность эпоксидной смолы за счет использования гибридного наполнителя из оксида графена и МУНТ.

Shimazaki et al. [84] подготовили прозрачный нанокомпозит наноцеллюлоза / эпоксид, содержащий 58 мас.% Наноцеллюлозы с превосходной теплопроводностью> 1 Вт / м К.Это произошло из-за высококристаллической природы наноцеллюлозы, которая действовала как эффективные фононные пути в нанокомпозитах [84]. Повышенная теплопроводность некоторых выбранных эпоксидных композитов сведена в Таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Сравнение теплопроводности некоторых выбранных эпоксидных композитов

Теплопроводность металлической керамики

[PDF] ВЛИЯНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВЛАЖНОСТЬ НА ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ПОЛЫХ БЛОКОВ

1 декабря, ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ НА ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ПОЛЫХ БЛОКОВ Jozef Lipiak Faculty of Civi…

R -A

SA 2 0 12

-A d

Передовые исследования в научных областях 2012

nc

AL CO NFE RE

N

va

C

E

in

IR

IR

TU

ed R esea rc h

3–7 декабря 2012 г.

Sc

ien

ti fi c A re as

—

V

ВЛИЯНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВЛАЖНОСТИ ВЛАЖНОСТИ ТЕПЛОВОЙ ОТВЕРСТИЯ БЛОКИ Jozef Lipiak

Kittová Terézia

Факультет гражданского строительства Словацкого университета в Братиславе Словацкий университет в Братиславе, факультет строительных конструкций [электронная почта защищена]

Факультет гражданского строительства Словацкого университета в Братиславе, Институт судебной экспертизы [электронная почта защищена ]

Аннотация: В статье рассматривается проблема пространственного распространения диффузии водяного пара в полостях керамической плитки.Вопрос распространения диффузии водяного пара в керамической кладке с полостями еще не получил удовлетворительного объяснения, поэтому в данной статье описывается возможное распространение диффузии водяного пара под действием различных факторов на эффекты этого распространения. Ключевые слова: керамическая плитка, вертикальное направление, полость, пространственное распространение.

I. ВВЕДЕНИЕ Блоки с полостями, ориентированными в вертикальном направлении, в настоящее время являются наиболее часто используемыми строительными материалами. Производители, однако, имеют только

эквивалента теплопроводности и влажности

в горизонтальном направлении.При рассмотрении некоторых видов теплотехнических связей необходимо знать эквивалентную теплопроводность переноса влаги в кладке по вертикали в процессе из-за характера и направленности температуры и влажности наружного потока внутрь помещения (ветровой дождь, перегрев из-за солнечного излучения (конденсация пара в результате охлаждающей поверхности длинноволнового излучения), а также из-за потоков водяного пара изнутри дома (диффузия водяного пара в отопительный сезон).Структура пустотелых блоков оптимизирована только для горизонтального направления распространения теплотехнических свойств, поэтому в вертикальном направлении блоки могут демонстрировать значительно худшие тепловые свойства, особенно в деталях в углах, чердаках, окнах и т. Д. Хотя производители указывают, в принципе, только исключительные свойства горизонтального направления потока (перпендикулярно поверхности стен) для оценки практических деталей конструкции часто необходимо оценить также тот факт, что кладка является не только изотропным материалом, и ее влажностная эквивалентная теплопроводность варьируется для других направлений потока.Это решение также в значительной степени является неопределенным из-за неопределенности параметров модели и входных данных, такой широкой системы определения. Сложность этих неопределенных параметров и их решений, а также неопределенность входных параметров и граничных условий возникают и улучшают инструменты, которые решают проблемы деталей зданий, конструкций и зданий на уровне твердых частиц. Характерными свойствами керамической плитки являются не только блоки теплоемкости, но также перенос воды в газовой фазе (диффузия, эффузия, термодиффузия и конвекция), пористость, прочность и долговечность.Важной особенностью является поведение блоков при заданных условиях окружающей среды и соблюдение способности тепловых свойств, которыми обладает керамическая плитка. Эти свойства мало влияют на толщину плитки, структуру и форму полостей в блоке.

Рисунок 1.1. Поперечные перфорированные элементы 250х440х238мм, данные предоставлены производителем.

МЕЖДУНАРОДНАЯ ВИРТУАЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ http://www.arsa-conf.com

В последний период было разработано несколько программ моделирования, учитывающих эффекты гигроскопичности

РАЗДЕЛ 12.Промышленное и гражданское строительство

— 1832 —

R -A

SA 2 0 12

-A d

Передовые исследования в научных областях 2012

nc

AL CO NFE RE

N

va

C

E

in

IR

TU

ed R esea rc h

декабря, 3. — 7. 2012

Sc

ien

ti fi c A re as

—

поверхностей и коэффициент воздухообмена полученной относительной влажности.С помощью этой программы мы можем лучше определять поведение блоков в реальных условиях. Это также зависит от правильности блока входных данных и условий окружающей среды.2 II.

Рисунок 2.2. Перфорированные профили 250x300x238 мм, геометрия 5,7 / 1,6 [STN EN 1745, 2004].

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ НА ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКОЙ ПЛИТКИ

Влияние геометрии на тепловые свойства керамической плитки геометрической формы определяется двумя числами и составляет (рис. 1.1, рис. 1.2): —

количество линий с отверстиями

—

количество отверстий в одном

поперечных ребрах лемехов определяется как сумма толщины поперечных ребер, деленная на длину элемента, и выражается в процентах [ EN 1745, 2004], это значение дается как геометрическая информация для каждого блока.Теоретической предпосылкой для выбора знания геометрии являются следующие фундаментальные геометрические эффекты на тепловые свойства керамической плитки: —

количество рядов с полостями

—

толщина полости между ребрами (соотношение поперечных ребер)

—

шахматная доска, размещенная или размещенная в рядах полости

—

фигурных полостей

λматериал (Вт / мК) блоки кладки 0,34 0,42 0,51 0,60

Только оптимизирована структура полости для горизонтального направления, распространения тепла и влаги, поэтому керамическая кладка имеет в вертикальном направлении заметно худшие тепловые свойства влажности.III.

CFD ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КЕРАМИЧЕСКОЙ ПЛИТКИ

Эквивалентная теплопроводность блоков мы можем определить на основе численного решения распределения тепла и проводимости, конвекции, излучения. Эквивалентная теплопроводность стенок рассчитывается на основе численного решения распределения теплопроводности, конвекции и излучения в характерном разрезе блоков. Затем это результат CFD-анализа, характеристики полного теплового потока в разрезе, который затем используется для расчета результирующего эквивалента теплопроводности [Свобода, 2010]:

R (м2 · К / Вт) при толщине 100 мм λequwalls (Вт / мК) С коэффициентом теплопроводности раствора (Вт / мК) 0,16 0,32 0,80 0,65 / 0,15 0,62 / 0,16 0,55 / 0,18 0,58 / 0,17 0,56 / 0,18 0,50 / 0,20 0,53 / 0,19 0,51 / 0,20 0,46 / 0,22 0,49 / 0,20 0,47 / 0,21 0,43 / 0,23

Рисунок 3.1. Минимальная модель для моделирования блоков, необходимая для расчета эквивалентной теплопроводности. [Свобода, 2010] Рисунок 2.1. Перфорированные профили 250x300x238 мм, геометрия 5 / 1,6 [СТН ЕН 1745, 2004].

λматериал (Вт / м · K) кирпичей 0,34 0,42 0,51 0,60

R (м2 · K / Вт) толщиной 100 мм λэквивалент (Вт / м · K) С коэффициентом теплопроводности раствора (Вт / мК) 0,16 0,32 0,80 0,70 / 0,14 0,66 / 0,15 0,59 / 0,17 0,63 / 0,16 0,60 / 0,17 0,54 / 0,19 0,57 / 0,18 0,55 / 0,18 0,49 / 0,20 0,53 / 0,19 0,51 / 0,20 0,46 / 0,22

МЕЖДУНАРОДНАЯ ВИРТУАЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ http: // www.arsa-conf.com

Где d — толщина блоков (м), A — смоделированная площадь поперечного сечения, перпендикулярная направлению теплового потока (м2), — разница температур (K), Q — тепловой поток rate (Вт), hi — коэффициент теплопередачи на внутренней поверхности (Вт / (м2 · K)), он — коэффициент теплопередачи на внешней поверхности (Вт / (м2 · K)). А. Эквивалентные блоки анизотропной теплопроводности В исследовании [6] указывается соотношение зависимости между эквивалентной теплопроводностью в вертикальной и горизонтальной линиях для ряда модельных блоков, различающихся количеством и размером воздушных карманов.Во всех случаях воздух составлял 52% от

РАЗДЕЛ 12. Промышленное и гражданское строительство

— 1833 —

R -A

SA 2 0 12

-A d

Передовые исследования в научных областях 2012

nc

AL CO NFE RE

N

va

C

E

in

IR

TU

ed R esea rc h

3–7 декабря 2012

Sc ien

ti fi c A re as

—

V

Общая площадь поперечного сечения блока (этот процент соответствует средней доле воздушных полостей в существующих строительных блоках).На рис. 3.2 показан CFD-анализ, на котором можно увидеть значительную зависимость отношения эквивалентной теплопроводности блоков по вертикали и горизонтали к направлению теплового потока и от среднего размера поперечного сечения воздушных полостей в керамической плитке. .

последующее описание теплового потока в пустотелых блоках и общей кладке. IV.

МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕНОСА ВЛАГИ В КЕРАМИЧЕСКОМ КИРПИЧЕ

Когда мы говорим о современных вычислительных процедурах, описывающих перенос влаги в полости керамических блоков, мы должны пересмотреть существующие знания о механизмах транспортных и движущих потенциалов.Взаимодействие диффузии водяного пара и переноса жидкости в строительных элементах лучше всего можно объяснить графически на рис. 1.4. Поток влаги в порах капилляров Относительная влажность

Давление пара Внутри

Возрастающая влажность

Наружная

Диффузия водяного пара Диффузия водяного пара и перенос жидкости Капиллярная циркуляция Рис. 4.1 Перенос влаги в пористых строительных материалах.

Перенос влаги за счет диффузии водяного пара в керамической плитке необходимо дополнить эффектом влаги на поверхности и капиллярной диффузией на перенос, а часто и эффект конвекции влаги в воздухе.Учитывая тот факт, что эти явления имеют разные приводные механизмы, может иметь место явление, противоположное тому, что обычно предполагалось. Это предположение выражается следующим образом: g = gv + gl

(1) Где: gv описывает диффузию водяного пара и пара, а конвекционный разброс gl отражает управление капиллярной влажностью.

(2)

λ Рисунок 3.2. ориентация температурного поля и теплового потока в модельном разрезе блоков. [Свобода, 2010]

Общий результат этого анализа показывает, что полая преформа должна иметь в 2 раза более высокую теплопроводность в вертикальном направлении, чем в горизонтальном.Фактические фитинги, однако, имеют более сложные формы полостей, и поэтому необходимо доработать и улучшить

INTERNATIONAL VIRTUAL CONFERENCE http://www.arsa-conf.com

Где: [кг / (м2.с) ],

г

(3) — плотность потока влажности

() — коэффициент диффузионного сопротивления материала в зависимости от влажности [-], a (T) — коэффициент диффузии водяного пара в температуре воздуха зависимая [кг / (мПа), с], pv

— парциальное давление водяного пара [Па],

га

— плотность потока воздуха [кг / (м2.s)],

РАЗДЕЛ 12. Промышленное и гражданское строительство

— 1834 —

R -A

SA 2 0 12

-A d

Передовые исследования в научных областях 2012

nc

AL CO NFE RE

N

va

C

E

in

IR

TU

ed R esea rc h

декабря, 3. — 7. 2012

Sc

ien t 9000i A re as

—

V

a T

— плотность воздуха [кг / м3],

Dm — вес, связанный с коэффициентом диффузии [кг / (м.с)],

— термодинамическая температура [K],

Rh3O — газовая постоянная для водяного пара [Дж / (кг.K)], (462 Дж / (кг.K)), λm, l — проводимость капилляра перенос влаги [кг / (мПа), с], с

— всасывание [Па].

V. ДИФФУЗИЯ ВОДЯНОГО ПАРА В КЕРАМИЧЕСКОЙ ПЛИТКЕ Причиной градиента диффузии водяного пара является парциальное давление водяного пара. Благодаря действию, которое компенсирует парциальное давление водяного пара за счет взаимодействия молекул, называется диффузия водяного пара.Распространение водяного пара через заполненную воздухом часть пор, капилляров, а также через воздушную полость в керамической плитке, поэтому зависит от пористости и формы полости керамического кирпича.

Рис.3.1 Макроструктура керамического кирпича в 12-кратном увеличении, 1 — керамический, 2-пористый.

Кинетическая теория газов описывает распространение молекул в газовых смесях с помощью следующих уравнений, содержащих три возможных разброса водяного пара: массовая доля, температура и полное давление.Если этот принцип применить к явлению распространения водяного пара в воздухе, при условии, что общий градиент давления пренебрежимо мал, мы получим следующее упрощенное уравнение:

DT — коэффициент термодиффузии [кг / (м2.sK) ]. Диффузия, вызванная разницей в массовой доле, часто называется диффузией Фика. В идеальном газе, который соответствует соотношению между массовой долей компонента и его долей в общем давлении, может быть диффузия водяного пара в воздухе для практических целей, как описано следующим уравнением: (5) где: gv — плотность потока диффузии водяного пара [кг / (м2.s)], — диффузия водяного пара, воздушный коэффициент [кг / (м.с.Па)], p — парциальное давление водяного пара [Па]. Вместо этого парциальное давление водяного пара часто используется для расчета диффузии водяного пара концентрации паров. В случае неизотермических условий это недопустимо. Только в больших порах материала может происходить диффузия в пористых строительных материалах по сравнению с диффузией водяного пара в воздухе или даже в полости керамического кирпича. VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В отличие от теплопередачи в строительных элементах, которая, несомненно, является движущей потенциальной температурой, потенциальный поток влаги охватывает широкий спектр физических явлений.Хотя теоретически возможно изменить потенциал за одну секунду, правильный выбор имеет большое значение для широкого применения и точности математических моделей и компьютерных программ, которые развиваются на их основе. В то время как влага может течь в испаряющейся или жидкой форме с различными драйверами, большинство публикаций предусматривает два или более потенциалов в ее потоке. Но, как и раньше, методы расчета все еще находятся в разработке, и сегодня это стандартные методы, основанные на методе Глейзера, который учитывает только несколько сервисов в строительных блоках.Дело в том, что это система нелинейных уравнений, которую можно решить только численно. Эти решения неточны из-за влияния неопределенности и разветвленности системы. Из-за сложности этих параметров и их решений, а также неопределенности входных данных и граничных условий возникают и совершенствуют инструменты, которые решают проблемы в строительстве на уровне твердых частиц. ЛИТЕРАТУРА [1]

[2]

(4) [3]

где: [кг / (м2.с)],

гв

—

диффузия

поток

плотность [4]

м — массовая доля водяного пара по отношению к общей массе паровоздушной смеси [-],

INTERNATIONAL ВИРТУАЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ http://www.arsa-conf.com

Matiašovský, P., Veselský, J., Koronthályová, O., Puškár, A .: Komplexný prenos tepla, vzduchu a vody v konštrukciách budlava, 2007 STU Bratis ). Марихонас, С., Георгиус, С., Модестас, К., Миндаугас, А.: ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ КЕРАМИЧЕСКОЙ КЛАДКИ В МНОГОСЛОЙНОМ КОРПУСЕ (2007). Schijndel, van A.W.M .: 2D И 3D МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛА И ВЛАЖНОСТИ (HAM), Строительство и окружающая среда 38 стр. 319-327 (2010). Vertaľ, M .: Analýza transportu tepla a vlhkosti obvodovými stenami, dizertačná práca TU Košice (2009).

РАЗДЕЛ 12. Промышленное и гражданское строительство

— 1835 —

R -A

SA 2 0 12

-A d

Передовые исследования в научных областях 2012

nc

AL CO NFE RE

N

va

C

E

in

IR

TU

ed R esea rc h

3 декабря.- 7. 2012

ti fi c A re as

—

V

[7]

[8]

ien

[6]

Sc

[5]

Šubrt R .: Anizotropie stavebních materiálů a její vliv na tepelné mosty, 2006. Svoboda, Z .: Šíření tepla ve zdivu z dutinových tvarovek ve svislém směru. Сборник конференции «Simulace budov a techniky prostředí SBTP 2010», стр. 3-6, Praha 2010. Svoboda, Z. — Kubr, M .: Ekvivalentní tepelná vodivost zdiva z dutinových keramických tvarovek ve směru svisléhokupelného.Тепельная охрана будов 5 (2010), с. 13-17. STN EN 1745 (73 0597), Murivo a výrobky na murovanie. Metóda stanovenia výpočtových hodnôt tepelnoizolačných vlastnosti. SÚTN 2004.

МЕЖДУНАРОДНАЯ ВИРТУАЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ http://www.arsa-conf.com

РАЗДЕЛ 12. Промышленное и гражданское строительство

— 1836 —

Сильно сжимаемые и анизотропные пластинчатые керамические губки с превосходными теплоизоляционными и акустическими характеристиками

Подготовка губок SAC

Процесс изготовления и концепция конструкции анизотропных пластинчатых губок SAC показаны на рис.1а, б. По сравнению с предыдущими методами приготовления керамических аэрогелей ^22,28,32 , наш метод изготовления прост и масштабируем (рис. 1c). Процесс изготовления губок SAC в основном включает три процедуры: приготовление золь-гелевого раствора поли (винилового спирта) (ПВС) -TEOS-AlCl ₃ , формование золь-гелевого раствора с раздувом и прокаливание асфальтобетона. прядение PVA-SiO ₂ –Al ₂ O ₃ композитных (PSAC) губок (дополнительный рис. 1).

Фиг.1: Приготовление SiO ₂ –Al ₂ O ₃ композитные керамические губки (губки SAC).

a Принципиальная схема процесса конструирования и приготовления губок SAC. b Схема, показывающая высокую сжимаемость губок SAC. Губки SAC обладают анизотропными механическими свойствами и высокой сжимаемостью благодаря уникальной пластинчатой ​​структуре. c Фотография большого образца губки SAC, демонстрирующая масштабируемость метода приготовления. d Фотография типичной круглой губки SAC диаметром 16 см. e Фотография, показывающая квадратную губку SAC, вырезанную из большого образца в d . Шкала шкалы и , 1 см. На вставке в правом верхнем углу — фотография слоя микрофибры, отслаивающегося от квадратной губки SAC. f Фотография образца кубической губки SAC, полученная путем наложения нескольких квадратных листов губки SAC. Это показывает, как можно отрегулировать толщину пластинчатой ​​губки SAC.Масштабная линейка f , 1 см.

В нашей работе ПВС использовался в качестве вещества для повышения клейкости для TEOS и AlCl ₃ для ускорения процесса гелеобразования, а также в качестве шаблона для формирования микроволокон во время процесса выдувного формования (дополнительный рис. 2 и дополнительное обсуждение). ТЭОС гидролизовали при катализе H ₃ PO ₄ в прядильном растворе, а взаимодействия между ПВС, ТЭОС и AlCl ₃ исследовали с помощью инфракрасных спектров с преобразованием Фурье и ²⁷ Al, ^{29 Анализ спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР)} Si (дополнительный рис.3, дополнительный рисунок 4 и дополнительное обсуждение). Мы можем быстро получить прозрачные и прядильные растворы, добавив немного AlCl ₃ в растворы, потому что AlCl ₃ также может служить кислотным катализатором, способствующим гидролизу TEOS (дополнительный рисунок 5 и дополнительное обсуждение). Как показано на дополнительном рис. 6, прядильные растворы с некоторым количеством AlCl ₃ становятся прозрачными через 15 минут, тогда как раствор предшественника SiO ₂ без AlCl ₃ остается в эмульсионном состоянии через 3 часа.Следовательно, добавление AlCl ₃ может значительно сократить время приготовления прядильных растворов.

Губки PSAC демонстрируют пластинчатую структуру (дополнительные рисунки 7 и 8), а микроволокна в губках PSAC имеют средний диаметр 4,8 мкм (дополнительный рисунок 9a). Губки SAC были получены путем прокаливания на воздухе предварительно формованных губок PSAC для удаления остаточных органических компонентов (рис. 1d). После прокаливания пластинчатая структура губок может быть сохранена, а диаметр микроволокон в губках SAC будет значительно уменьшен до ~ 2.7 мкм (дополнительный рис. 9б). Подготовленные губки SAC были исследованы с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) (дополнительный рис. 10), и характеристические пики, соответствующие Al _2p , Si _2p3 и Si _2s , могут быть отнесены к тетраэдрическому Al- легированная структура кремнезема. Пик при 120 эВ может быть отнесен к Al _2s из-за существования альфа Al ₂ O ₃ .

Мы также изготовили губки SiO ₂ без добавления AlCl ₃ в раствор прекурсора кремнезема (дополнительные рис.11–15). Хорошо известно, что губки, полученные прямым прядением, имеют неупорядоченную структуру, которая обычно обеспечивает плохое сопротивление сжатию. Добавление определенного количества AlCl ₃ к прядильному раствору дает губки с анизотропной пластинчатой ​​структурой и множеством уложенных друг на друга слоев микроволокон (рис. 1). Одиночный слой микроволокна можно отделить от блока губки SAC (рис. 1e и дополнительный фильм 1), и этот слой окажется прозрачным (дополнительный рис. 16). Кроме того, губки SAC могут быть разрезаны на различные формы и сложены до желаемой толщины благодаря слоистой структуре (рис.1д, е). Мы также продемонстрировали, что губка SAC после впитывания воды демонстрирует характеристики «гелеобразного состояния». Как показано на дополнительном рис. 17 a, b, когда губка впитывает воду, она превращается в гель. Результаты реологических испытаний показали, что модуль накопления постоянен и больше модуля потерь в диапазоне угловых частот 0,5–200 рад / с ^–1 (дополнительный рис. 17c).

Морфология губок SAC

На рис. 2а показан белый блок губки SAC. Случайное распределение волокон можно визуализировать, если смотреть на губку SAC сверху (рис.2b, c), а ламеллярная структура и ориентированное распределение волокон можно увидеть в поперечном сечении губки SAC (рис. 2d, e). Слоистая структура губок САК также хорошо видна на рис. 2е. Энергодисперсионный спектр и изображения элементарного картирования показывают, что губки SAC в основном содержат O, Si и Al (рис. 2g и дополнительный рис. 18). Эти элементы равномерно распределены по микроволокнам. Наша губка SAC легкая, что было продемонстрировано использованием тычинок мума Armeniaca для ее поддержки (рис.2ч). Плотность губки SAC может составлять всего 10 мг / см ^-3 , что сопоставимо с плотностью других неорганических аэрогелей ^22,25 . Подготовленные губки SAC можно разрезать на различные желаемые формы, такие как пятиконечная звезда, круг, треугольник и даже английские буквы, например, «T», «H» и «U» (рис. 2i).

Рис. 2: Микроструктура губок SAC.

a Фотография губки SAC. Шкала шкалы и , 1 см. b Изображение губки SAC на сканирующем электронном микроскопе.Масштабная линейка в b , 50 мкм. c Увеличенное изображение губки SAC на сканирующем электронном микроскопе. Масштабная линейка c , 5 мкм. d СЭМ-изображение поперечного сечения губки SAC. Масштабная линейка в d , 500 мкм. e Увеличенное изображение SEM в поперечном сечении губки SAC. Масштабная линейка в и , 50 мкм. f Фотография, показывающая пластинчатую структуру губок SAC. г СЭМ-изображение микроволокна в губке SAC и соответствующие изображения элементарного картирования Si, Al и O.Шкала в г ,5 мкм. h Фотография, на которой изображена губка SAC ( ρ = 13 мг · см ⁻³ ), помещенная на тычинку мума Armeniaca, чтобы показать ее легкий вес. Масштабная линейка х ,1 см. i Фотография губок SAC различной формы.

Гибкость и сжимаемость губок SAC

Мы качественно изучили гибкость и механическую сжимаемость губок SiO ₂ и губок SAC, сжав их с помощью металлического блока массой 370 г, как показано на рис.3. Две губки можно сжать до деформации более 80% благодаря их высокой гибкости и пористости. Однако губка SiO ₂ показывает плохую сжимаемость, и деформация не может полностью восстановиться (рис. 3а). Удивительно, но губка SAC полностью восстанавливает свою первоначальную форму без очевидных изменений размеров после сброса давления (рис. 3b и дополнительный ролик 2), что свидетельствует о ее характеристиках высокой сжимаемости. Обратите внимание, что губка PSAC не показала такого же эластичного восстановления, как губка SAC, что может быть результатом мягкости микроволокон PSAC (дополнительный рис.19).

Рис. 3: Гибкость и механическая сжимаемость губок SiO ₂ и SAC.

a Фотографии губки SiO ₂ до сжатия, во время сжатия и после освобождения. b Фотографии губки SAC до сжатия, во время сжатия и после выпуска. c Фотографии, демонстрирующие гибкость губок SAC. Схемы в правом верхнем углу фотографий используются для демонстрации складывания и развертывания образцов.Масштабная линейка c ,5 см. Атомистические модели волокна d SiO ₂ и волокна SAC e . f Кривые напряжение-деформация из молекулярно-динамического моделирования волокон SiO ₂ и волокон SAC при одноосном растяжении.

Анизотропная структура губок SAC также ответственна за их анизотропную сжимаемость. Чтобы проверить связь между структурой и анизотропной сжимаемостью, мы дополнительно сжали губки SAC в направлении x (параллельно сложенным слоям).Губки SAC также можно сжать с деформацией> 80%, но полностью восстановить форму невозможно (дополнительный рис. 20). Это явление значительно отличается от наблюдаемого, когда губки SAC сжимаются в направлении z (перпендикулярно сложенным слоям) (рис. 3b). Значительно различное сжатие губок SAC в двух ортогональных направлениях показывает, что губки SAC обладают уникальными анизотропными механическими свойствами, которые являются результатом анизотропной ламеллярной структуры; многие другие типы губчатых материалов с анизотропной структурой также демонстрируют подобное поведение. ^3,34,35,36 .Кроме того, губки SAC демонстрируют превосходную гибкость, которая была продемонстрирована при складывании и раскладывании губок SAC (рис. 3c, дополнительный рисунок 21 и дополнительный ролик 3).

Механические свойства волокон SiO ₂ и волокон SAC были исследованы методом молекулярной динамики (МД) (см. Подробности в дополнительных примечаниях). Моделирующие структуры из волокон SiO ₂ и SAC-волокон размером 10 × 10 × 20 нм были построены и растянуты вдоль оси z (рис.3г, д). На рис. 3f показаны кривые растяжения двух образцов. По результатам установлено, что модули Юнга ( E ) волокон SiO ₂ и волокон SAC составляют 142,0 ГПа и 168,6 ГПа соответственно. Предел прочности на разрыв волокон SiO ₂ составляет 13,8 ГПа, а соответствующая деформация растяжения составляет до 16,8%, что демонстрирует превосходную гибкость. Когда добавляется фаза Al ₂ O ₃ , волокна SAC все еще обладают пределом прочности на разрыв 11.6 ГПа (соответствует деформации растяжения 12,1%), что указывает на то, что волокна SAC также обладают хорошей пластичностью. Таким образом, моделирование методом МД предполагает, что волокна SAC демонстрируют более высокий модуль упругости, чем волокна SiO ₂ , что может объяснить, почему губки SAC обладают лучшей упругостью при сжатии. Кроме того, волокна SiO ₂ и волокна SAC обладают сопоставимой пластичностью и гибкостью.

Усталостное сопротивление сжатию губок SAC

Для дальнейшего изучения сжимаемости губок SAC мы количественно изучили их поведение при сжатии с помощью универсальной испытательной машины (дополнительный фильм 4).На рис. 4а показаны фотографии испытания на сжатие. Кривая растяжения при нагружении имеет три характерных участка (рис. 4б). Имеется стадия линейной упругой деформации при деформации <20%, что свидетельствует об упругом изгибе микроволокон SAC. Возникает стадия плато, которая длится до тех пор, пока деформация не достигнет 65%, что можно объяснить сжатием пространства между слоями микрофибры. Когда деформация превышает 65%, может наблюдаться нелинейный режим с резко повышенным напряжением, что является следствием уплотнения губок ПАВ.Наблюдаемые явления на кривых напряжения-деформации сжатия аналогичны явлениям, описанным для других губчатых материалов ^3,28,29,37 . Максимальная деформация может достигать 80% при приложенном напряжении 13,5 кПа, что свидетельствует о высокой сжимаемости губок SAC (рис. 4b). Кроме того, губки SAC с разной плотностью демонстрируют разную механическую прочность на сжатие (дополнительные рисунки 22 и 23). Обратите внимание, что плотность исходных губок составляет 10 мг / см ⁻³ . Мы регулировали плотность, сжимая губки до определенной толщины, и получали губки с разной плотностью.

Рис. 4: Механические свойства губок SAC при сжатии.

a Фотографии испытаний на многоцикловое сжатие. b Кривые напряжение-деформация при сжатии во время циклов нагружения-разгрузки с различной максимальной деформацией. c Кривые «напряжение-деформация при сжатии» при максимальной деформации 50% и различном количестве циклов. d Коэффициент потерь энергии △ U / U губок SAC при разном количестве циклов. e Максимальное сохранение напряжения в течение 600 циклов при максимальной деформации 50%. f Коэффициент Пуассона губок SAC по сравнению с деформацией. СЭМ-изображения на месте губок SAC г до сжатия, ч во время сжатия и i после выпуска. Эллипсом в h показаны соединения внахлест между волокнами. Масштабные линейки в г — и , 50 мкм. j Схема, показывающая морфологические изменения микроволокон в губках SAC во время цикла сжатия.

Предыдущие исследования предполагают масштабный закон E / E _s ~ ( ρ / ρ _s ) ³ (где свойства объемных составляющих твердых тел обозначены индексом «s» ) для клеточных материалов, состоящих из слабо взаимодействующих связок ³⁸ .Здесь мы имеем ρ _s = 2,6 г см ⁻³ для SiO ₂ -Al ₂ O ₃ керамика и ρ в диапазоне 10–30 мг см ^{— 3} для губок SAC. Вводя E _s = 168,6 ГПа для волокон SAC, полученных из МД-моделирования, закон масштабирования предполагает, что наши губки должны иметь модуль упругости от ~ 8 кПа до 130 кПа, что сопоставимо с тангенциальными модулями наших губок из Кривые растяжения на рис.4b.

Мы провели многоцикловые испытания на сжатие, чтобы оценить сжимаемость и сопротивление усталости при сжатии губок SAC (рис. 4c). Губки SAC могут выдержать 600 циклов нагрузки-разгрузки при максимальной деформации 50% при минимальной скорости нагружения 100 мм ^-1 . Губки SAC очень быстро упруго восстанавливаются, несмотря на высокую скорость загрузки-разгрузки. Кроме того, кривые «напряжение-деформация» не претерпели очевидных изменений после 600 циклов, показывая, что губки SAC обладают отличным сопротивлением усталости при сжатии и не демонстрируют явной пластической деформации.Коэффициент потерь энергии U / U можно определить по петлям гистерезиса между кривыми нагрузки и разгрузки, а рассчитанное значение △ U / U показано на рис. 4d. Коэффициент потерь энергии уменьшается с 0,33 для первого цикла до 0,31 для десятого цикла, а затем остается около 0,30 для последующих циклов. Коэффициент потерь энергии наших губок SAC меньше или сравним с таковым для других керамических аэрогелей ^22,28 , что показывает потенциал этого материала для демпфирования энергии.Кроме того, губки SAC сохраняют 88,3% своего первоначального максимального напряжения после 600 циклов сжатия (рис. 4e), демонстрируя их высокое сопротивление сжатию и прочную структуру. Мы также обнаружили, что губки SAC имеют нулевой коэффициент Пуассона во время цикла нагрузки-разгрузки, а коэффициент Пуассона почти не зависит от деформации сжатия (рис. 4f), что можно отнести к слоистой структуре губок SAC.

Механическая сжимаемость губок SAC плотностью 15 мг / см ^-3 , хранящихся при комнатной температуре в течение 2 месяцев, была изучена для оценки их механической стабильности после длительного хранения.Губки могут быть сжаты выше 80% деформации и почти полностью вернуться в исходное состояние без очевидных изменений размеров после сброса давления (дополнительный рис. 24). Кроме того, количественное исследование также показывает, что не наблюдается явного ухудшения механических свойств губки SAC после длительного хранения при комнатной температуре. Губки SAC сохраняют 96,9% начального максимального напряжения после 100 циклов сжатия (дополнительный рис. 25), что указывает на то, что наши губки могут сохранять хорошую эластичность при сжатии после длительного хранения.

Мы сделали снимки SEM, чтобы дополнительно прояснить механизм, управляющий сжимаемостью губок SAC (рис. 4g – j, дополнительный рисунок 26 и дополнительный фильм 5). Оригинальные губки SAC содержат много пустот (рис. 4ж), поэтому они имеют низкую плотность. Микроволокна в губках SAC становятся более прямыми, а слои микроволокон становятся более плотными при сжатии (рис. 4h). Кроме того, не было обнаружено разрывов волокон при сжатии, что свидетельствует о прочной структуре губок SAC.Многие соединения внахлест между волокнами можно наблюдать на губках SAC (рис. 4h), и они играют важную роль в сжимаемости губок. Когда напряжение снимается, волокна SAC отталкиваются друг от друга в соединениях внахлестку, что в сочетании с высоким модулем Юнга волокон заставляет их полностью возвращаться к своей первоначальной форме (рис. 4i).

Устойчивость губок SAC к высоким и низким температурам

Губчатые материалы с низкой теплопроводностью являются хорошо известными теплоизоляционными материалами и играют важную роль в снижении энергопотребления. ^{35,39,40,41,42} .Теплопроводность губок SAC определялась с использованием анализатора теплопроводности Hot Disk с использованием метода источника переходной плоскости в соответствии со стандартом испытаний ISO 22007-2: 2015 (дополнительный рисунок 27). Коэффициент теплопроводности по вертикали к направлению волоконного слоя для губок SAC с плотностью 13 мг / см ^-3 составляет 0,034 Вт · м ^-1 K ^-1 при 20 ° C (рис. 5а), что сопоставимо с другими показателями. теплоизоляционные материалы ^43,44 . Низкая теплопроводность губок SAC может быть объяснена их низкой плотностью и ламеллярной структурой, при которой большое количество воздуха удерживается внутри и между слоями микрофибры.Когда плотность губок SAC увеличилась до 40 мг / см ^-3 , теплопроводность немного увеличилась до 0,038 Вт · м ^-1 K ^-1 при 20 ° C из-за уменьшенного пространства между слоями.

Рис. 5: Термические свойства губок SAC.

a Теплопроводность губок SAC разной плотности. На вставке схематически показано направление теплового потока при определении теплопроводности. Планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение.( n = 3). b Теплопроводность губок SAC плотностью 16 мг / см ⁻³ вдоль разных направлений волоконных слоев при разных температурах. c Теплоизоляционные свойства губок SAC при высоких температурах; На этом рисунке показано, как губка SAC предотвращает увядание свежего цветка при нагревании спиртовой лампой. d Фотографии, показывающие сжимаемость и огнестойкость губок SAC, обожженных бутановой паяльной лампой. e Фотографии, показывающие высокую сжимаемость губок SAC, обработанных при 1000 ° C в течение 24 часов. f Кривые напряжение-деформация при сжатии губок из SAC, обработанных при 1000 ° C в течение 24 часов при максимальной деформации 50% для различного количества циклов. г Фотографии, показывающие сжимаемость губок SAC, погруженных в жидкость N ₂ . ч Фотографии, показывающие высокую сжимаемость губок SAC, выдержанных в жидкости N ₂ в течение 24 часов. i Кривые напряжение-деформация при сжатии губки SAC, выдержанной в жидкости N ₂ в течение 24 часов при максимальной деформации 50% для разного количества циклов. j Рентгенограммы губок SAC, прокаленных при 1000, 1100, 1200 и 1300 ° C в течение 1 ч. СЭМ-изображения губок SAC, полученных прокаливанием при k 1200 ° C и l 1300 ° C в течение 1 часа. Масштабные линейки в k и l , 5 мкм. м Термогравиметрический анализ губок SAC и губок PSAC на воздухе.

Мы также продемонстрировали анизотропные термические свойства губок SAC, определив теплопроводность губок SAC с плотностью 16 мг / см ^–3 вдоль различных направлений волоконного слоя.Было обнаружено, что теплопроводность в разных направлениях увеличивается при повышении температуры от 20 до 120 ° C (рис. 5b), что может быть связано с увеличением теплового излучения от захваченного воздуха при более высокой температуре ⁴⁵ . Теплопроводность в направлении, вертикальном к слою волокна, медленно увеличивается от 0,035 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ до 0,046 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ при повышении температуры от 20 ° C до 120 °. С. По сравнению с теплопроводностью, вертикальной по отношению к направлению слоя волокна, губки SAC показывают более высокую теплопроводность в направлении, параллельном слою волокна.Мы приписываем анизотропные термические свойства губок SAC анизотропной пластинчатой ​​структуре, а воздух внутри и между слоями волокна может эффективно препятствовать переносу тепла. Чтобы продемонстрировать теплоизоляционные свойства губок SAC, мы поместили свежий цветок на губку SAC толщиной 30 мм и нагрели в спиртовой лампе. После 5 минут нагревания большая часть лепестков на цветке осталась свежей, что свидетельствует о том, что наши губки SAC являются хорошими теплоизоляторами (рис.5в).

Комбинация SiO ₂ и Al ₂ O ₃ придает губкам SAC превосходную огнестойкость и высокую сжимаемость при высокой температуре, что было продемонстрировано с помощью испытаний на сжатие на месте при нагревании спиртовой лампой до ~ 600 ° C и бутановой паяльной лампой до ~ 1200 ° C (рис. 5d, дополнительный рисунок 28 и дополнительный фильм 6). Никаких явных структурных изменений или снижения эластичности не наблюдалось, когда губки SAC подвергались воздействию высокой температуры, что свидетельствует об их сверхэластичности при высокой температуре.Когда губки SAC обрабатывались при 1000 ° C в течение 24 часов, а затем подвергались сжатию, обработанные сжатые губки SAC восстанавливали свою первоначальную форму, что указывает на то, что наши губки SAC могут выдерживать высокую температуру и сохранять свою высокую сжимаемость в течение длительного времени (рис. 5e и Дополнительный фильм 7). Количественное исследование механических свойств при сжатии губок SAC, обработанных при 1000 ° C в течение 24 ч, также показывает, что не было значительного ухудшения механических свойств губок SAC после длительной обработки при высокой температуре (рис.5е и дополнительный рис.29).

Помимо сверхэластичности при высоких температурах, наши губки SAC также демонстрируют отличную сжимаемость при низких температурах. Губки SAC оставались гибкими и их можно было сжать с деформацией ~ 80% в жидкости N ₂ (-196 ° C) (рис. 5g и дополнительный фильм 8). Когда напряжение было снято, губки SAC вернулись к своей первоначальной форме и не показали явных трещин. Мы также выдерживали губки SAC в жидкости N ₂ в течение 24 ч, и исследовали их сжимаемость и сопротивление усталости при сжатии (рис.5h и i, дополнительный рисунок 30 и дополнительный фильм 9). Как показано на рис. 5h, губки из SAC, обработанные при низкой температуре, могут полностью вернуться к своей исходной форме после снятия напряжения, что свидетельствует об их превосходной сжимаемости. Кроме того, губки SAC сохраняют 91,4% начального максимального напряжения после 100 циклов сжатия (рис. 5i и дополнительный рис. 30), демонстрируя их длительную низкотемпературную стойкость и высокое сопротивление усталости при сжатии.

Мы также исследовали сжимаемость и структуру губок SAC, полученных при различных температурах прокаливания.Все губки SAC могут восстанавливать свою первоначальную форму после снятия напряжения, что свидетельствует об их превосходной упругой упругости при сжатии (дополнительный рис. 31). Вызванные нагреванием структурные изменения в губках SAC были проанализированы с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD), чтобы оценить их термическую стабильность (рис. 5j). На рентгенограммах губок из SAC, обработанных при 1000, 1100 и 1200 ° C, наблюдается широкий пик при ~ 22 °, соответствующий аморфному SiO ₂ . Образец, прокаленный при 1300 ° C, показывает острый пик около исходного положения широкого пика, демонстрируя кристаллическую структуру β-кварца SiO ₂ ²⁸ .Эти результаты согласуются с соответствующими изображениями SEM (рис. 5k, l, дополнительный рис. 32). Когда губки SAC обрабатывались при 1300 ° C в течение 1 ч, микроволокна сливались и слипались, что можно объяснить чрезмерным ростом кристаллитов при высокой температуре (рис. 5l).

По сравнению с чистыми губками SiO ₂ присутствие Al ₂ O ₃ может ингибировать кристаллизацию SiO ₂ . Чистые микроволокна SiO ₂ начинают кристаллизоваться при 1200 ° C (дополнительный рис.15), тогда как начальная температура кристаллизации микроволокон SAC повышается до 1300 ° C (рис. 5j). Следовательно, добавление AlCl ₃ может повысить гибкость губок, полученных при более высокой температуре прокаливания. Кроме того, мы не наблюдали явных изменений массы при нагревании губок SAC до 1400 ° C на воздухе с использованием термогравиметрического анализа, который также демонстрирует превосходную термическую стабильность губок SAC (рис. 5m).

Сравнение с другими методами приготовления керамической губки

Губки SAC демонстрируют превосходную гибкость, высокую сжимаемость, не зависящую от температуры, и низкую теплопроводность.Эти свойства очень желательны для использования в качестве теплоизоляционных материалов, но добиться их всех одновременно очень сложно. По сравнению с наиболее часто используемыми методами приготовления керамической губки, включая реконструкцию электропряденого волокна ²⁸ , химическое осаждение из паровой фазы ³² , узел водородных связей ¹⁹ , осаждение атомного слоя ¹⁵ и формование из расплава, наш метод формования с раздувом показывает больше преимуществ (рис. 6 и дополнительная таблица 1).По сравнению с реконструкцией электропряденого волокна и сборкой водородных связей, наш метод подготовки не требует процедуры сублимационной сушки. Сублимационная сушка — это трудоемкий и энергозатратный процесс, который значительно увеличивает стоимость керамических губок и серьезно ограничивает их крупномасштабное приготовление и применение. С другой стороны, для химического осаждения из паровой фазы и осаждения атомных слоев требуются строгие условия подготовки, включая атмосферу инертного газа, вакуум или высокотемпературную среду.Кроме того, эти две стратегии осаждения требуют подготовки шаблона, и шаблон необходимо удалить после процесса осаждения, что приводит к низкой эффективности и высокой стоимости.

Рис. 6: Сравнение методов подготовки керамических губок.

Радиолокационный график, показывающий сравнение методов приготовления и свойств керамических губок.

Прядение из расплава — широко используемая стратегия изготовления керамических микроволокон. Подобно электроспиннированию, метод прядения из расплава также дает случайно распределенные волокна неправильной формы.Чтобы использовать волокна, полученные методом прядения из расплава, в реальных условиях, им необходимо придать правильную форму. В настоящее время одеяла из керамического волокна производятся с использованием формования из расплава в сочетании с процессом прошивки. Обратите внимание, что алюмосиликатное игольчатое одеяло представляет собой типичный продукт из керамического волокна. Мы сравнили коммерческое одеяло из керамического волокна с нашей губкой с точки зрения плотности, теплопроводности, сжимаемости, гибкости, максимальной рабочей температуры, стоимости и масштабируемости (рис.6, дополнительная таблица 1, дополнительный рисунок 33 и дополнительное обсуждение). Для сравнения, наши губки имеют сверхнизкую плотность, относительно более высокую энергоэффективность и лучшую сжимаемость, чем коммерческие одеяла из керамического волокна. В совокупности наш метод формования с раздувом из раствора имеет очевидные технические преимущества при изготовлении керамических губок, а изготовленные губки SAC демонстрируют беспрецедентную интеграцию высокой гибкости и сжимаемости, низкой теплопроводности и низкой стоимости.

Свойство звукопоглощения

Шумовое загрязнение от транспортных средств, машинного оборудования, инженерных сооружений стало серьезной проблемой для здоровья и окружающей среды, а устранение или снижение шумового загрязнения имеет большое значение для жизни человека. Звукопоглощающие материалы могут использоваться для потребления звуковой энергии в процессе передачи шума, и в последние годы были разработаны некоторые эффективные звукопоглощающие материалы ^46,47 . Однако одновременное достижение отличной теплоизоляции и звукопоглощения остается огромной проблемой.

Помимо хороших теплоизоляционных свойств, мы также продемонстрировали, что наши губки SAC обладают отличными звукопоглощающими свойствами. Свойства звукопоглощения были измерены с использованием импедансных трубок в частотном диапазоне 63–6300 Гц в соответствии с критериями испытаний ISO 10534-2: 1998 (дополнительный рисунок 34 и дополнительные примечания). Губки САК были разрезаны на цилиндры диаметром 100 мм и 30 мм для определения звукопоглощающих свойств в частотных диапазонах 63–1600 Гц и 1000–6300 Гц соответственно (рис.7а). Коэффициент поглощения губок SAC резко возрастает с увеличением частоты звука, особенно у губки SAC толщиной 29 мм (рис. 7б). Было исследовано влияние толщины на звукопоглощающие свойства, результаты показаны на рис. 7b, c. Коэффициент звукопоглощения губок SAC увеличивается с увеличением толщины, что можно объяснить увеличением пути распространения звука.

Рис. 7: Акустические свойства губок SAC.

a Оптические изображения губок SAC для определения свойства звукопоглощения. Масштабные линейки и , 2 см. b Коэффициент звукопоглощения губок SAC разной толщины. c Коэффициент шумоподавления (NRC) губок SAC разной толщины. d Сравнение звукопоглощающих свойств наших губок SAC с другими звукопоглощающими материалами. e Схема, показывающая передачу звука через губки SAC.

Звукопоглощающие свойства пористых материалов можно оценить с помощью коэффициента шумоподавления (NRC), который представляет собой среднее значение коэффициентов звукопоглощения при 250, 500, 1000 и 2000 Гц. Значение NRC значительно увеличивается с 0,05 для губки SAC толщиной 4 мм до 0,77 для губки SAC толщиной 29 мм. Мы сравнили звукопоглощающие свойства наших губок SAC с другими звукопоглощающими материалами с точки зрения NRC и поверхностной плотности (рис.7d и дополнительная таблица 2) ^{29,46,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62} . Наши губки SAC обладают легкими характеристиками и лучшими звукопоглощающими свойствами. Кроме того, по сравнению с коммерческой пеной из меламина и нетканым фетром аналогичной толщины губки SAC также демонстрируют лучшее свойство звукопоглощения ⁴⁶ .

Мы объясняем отличные звукопоглощающие свойства наших губок SAC следующими причинами. Во-первых, губки SAC обладают пластинчатой ​​структурой, что приводит к многократному поглощению звуковых волн между слоями (рис.7д). Во-вторых, микроволокна в наших губках SAC имеют шероховатую поверхность (рис. 2c), что может увеличить трение между звуковыми волнами и нашими материалами, что приведет к большему потреблению звуковой энергии во время распространения звука. В-третьих, на кривых звукопоглощения (рис. 7б) наблюдается пик звукопоглощения на частоте ~ 1 кГц, который можно отнести к колебаниям волокна ⁶³ . Резонансная частота губок SAC в пике поглощения демонстрирует тенденцию переходить на более низкую частоту с увеличением толщины, что может быть приписано повышенной поверхностной плотности губок SAC ^64,65,66 .Вибрация волокна, вызванная звуковыми волнами, также может играть важную роль в звукопоглощении.

Свойство влагостойкости важно для практического применения звукопоглощающих материалов. Наши губки SAC имеют угол контакта с водой 128 ° (дополнительный рис. 35a), что может предотвратить их набухание и сохранить стабильные свойства звукопоглощения. Мы поместили наши губки SAC в окружающую среду и взвесили их в разное время, чтобы определить степень сохранения веса.Вес образцов оставался стабильным в разное время, и изменения веса не наблюдалось (дополнительный рис. 35b), что указывает на то, что наши губки не впитывают воду в воздухе. Свойство влагостойкости наших губок было дополнительно продемонстрировано тестом на абсорбцию и десорбцию влаги (дополнительный рис. 35c, d, дополнительные примечания). Вес образцов увеличился на 51% после выдержки в атмосфере с высокой влажностью в течение 10 часов. Адсорбированная вода в образцах быстро десорбировалась при хранении их в окружающей среде с относительной влажностью 60%, и образцы возвращались к своему первоначальному весу примерно через 2 часа (дополнительный рис.