Эффективная кладка наружных стен дома это

Подавляющее большинство современных стеновых строительных материалов характеризуются наличием определенной зависимости между такими показателями как — термическое сопротивление, масса, плотность (объемный вес) и прочность на сжатие. В самом упрощенном виде эта зависимость может быть сформулирована следующим образом: чем больше собственный вес и плотность материала, тем выше его прочность, но при этом ниже теплопроводность. Соответственно, менее теплопроводный материал обычно оказывается более легким и менее прочным по отношению к сжимающим усилиям.

На практике данная закономерность проявляется в том, что стены верхних этажей зачастую имеют излишние запасы прочности (несущей способности), в то время как стены нижних этажей обладают избыточным термическим сопротивлением. Следствием же этого дисбаланса становится неоправданное утяжеление, а следовательно – и удорожание надземных и подземных конструкций (стен и фундаментов). Вторым негативным моментом является потеря полезной площади помещений нижних этажей, что особенно актуально для многоэтажных жилых зданий, в которых каждый квадратный метр сегодня стоит навес золота.

Таким образом, массивные капитальные стены сплошной кладки из полнотелого красного или силикатного кирпича считаются неэффективным решением и их применение в современном жилищном строительстве в большинстве случаев оказывается экономически нецелесообразным.

Чтобы избежать этого, следует везде, где имеется избыток прочности, проектировать так называемые облегчённые стены из более лёгких и потому менее теплопроводных материалов, позволяющих уменьшить толщину ограждающих стен настолько, чтобы проектная прочность материала была максимально использована.

Рассмотрим наиболее распространенные и проверенные в российских климатических условиях варианты конструктивного исполнения ограждающих каменных стен облегченной конструкции.

СТЕНЫ ИЗ ЭФФЕКТИВНОГО (ОБЛЕГЧЕННОГО) КИРПИЧА

Простейшим способом рационализации кирпичной кладки стен отапливаемых зданий является использование «эффективных» видов кирпича, которые обладают существенно меньшим объемным весом и более низкой теплопроводностью, чем обыкновенный полнотелый обожжённый или силикатный кирпичи плотностью 1800 кг/м3.

К этой категории кирпича относятся:

Пенодиатомитовый (трепельный) кирпич типа КПД, получаемый путём обжига глины с добавкой специальной вспененной смеси — «пенодиатомита» (см. Рис.1 (а)).

— Плотность – 350-500 кг/м 3
— Пористость (пустотность) – 77-81%
— Теплопроводность — 0,05 — 0,12 Вт/м°С.

Пористый (поризованный) кирпич, получаемый в результате искусственной поризации глиняной смеси путем добавления в нее при формовании мелкодисперсных органических заполнителей (угольной пыли, полистирола, опилок, сечки и т.п.), которые выгорая в процессе обжига, образуют в теле кирпича огромное количество микропор (см. Рис.1 (б)).

— Плотность – 800-1000 кг/м 3
— Пористость (пустотность) – 46%
— Теплопроводность – 0,15 — 0,25 Вт/м°С.

Известково-зольный и известково-шлаковый кирпич, получаемые по аналогии с силикатным кирпичом технологии из гранулированных доменных шлаков и золы с добавлением извести безобжиговым способом (см. Рис.1 (в)).

— Плотность – 1400 — 1600 кг/м 3
— Теплопроводность – 0,21 – 0,48 Вт/м°С.

Перечисленные разновидности эффективного (облегченного) кирпича имеют те же форму и размеры, что и обыкновенный керамический, однако средняя прочность на сжатие их на порядок меньше (как правило не более М100).

Рис.1 (а, б, в). Виды эффективного кирпича
а) — пенодиатомитовый кирпич; б) — поризованный кирпич; в) — известково-зольный кирпич.

Конструктивно и технологически процесс возведения каменных стен из эффективного кирпича принципиально ничем не отличается от традиционной кладки с использованием рядового глиняного камня плотностью 1800 кг/м3, но при этом облегченная кладка позволяет добиться весьма ощутимой экономии средств за счет уменьшения толщины стен на 1/2 кирпича (130 мм) и более. Однако имеются и ограничения: такую кладку следует вести только на легких цементных растворах марки не выше М15 и применять исключительно для малоэтажных строений (высотой не более 3 этажей) или верхних этажей высотных зданий. Для возведения стен «мокрых» помещений, а также для устройства печей, дымоходов и т.п. применение эффективных сортов кирпича – крайне нежелательно.

СТЕНЫ ОБЛЕГЧЕННОЙ КЛАДКИ

Более значительного снижения веса каменных стен можно добиться путем замены части внутреннего объема сплошной кладки более легким и менее теплопроводным материалом, выполняющего роль «термовкладыша».

Впервые конструктивное решение стен облегченного типа было предложено в конце XIX века известным французским архитектором Герардом фон Риле, который реализовал свою идею в проекте невиданного ранее по размерам и высоте Кельнского собора. «Стена Герарда» состояла из двух внешних стенок толщиной в полкирпича каждая, расположенных на расстоянии 180-330 мм друг от друга. Пространство между стенками заполнялось засыпным теплоизоляционным материалом: шлаком, золой и т.д. Для обеспечения устойчивости и жесткости в продольном направлении стенки «связывались» между собой поперечными вертикальными диафрагмами, образованными выпусками тычковых рядов (через 1 ряд по высоте) из каждой стенки в шахматном порядке. Дополнительное крепление стенок обеспечивалось металлическими скобами. Для предотвращения отсыревания засыпки вследствие проникающего из помещений конденсата, стены отделывались изнутри плотной штукатуркой. Принципиальная конструкция облегченной кладки наружных стен, выполненной по системе Герарда, представлена ниже на Рис.2.

Рис.2. Облегченная кладка стен по сист. Герарда. Принципиальная конструкция

Кладка по системе Герарда давала значительную экономию кирпича, но отличалась большей трудоемкостью, чем кладка сплошной стены. Связано это было, в первую очередь, со сложностью исполнения поперечных вертикальных диафрагм. К тому же она не позволяла добиться существенной экономии, т.к. требовала дополнительных затрат на изготовление и монтаж металлических связей (скоб). Еще один серьезный недостаток кладки Герарда состоял в неизбежной усадке со временем рыхлой шлаковой засыпки (особенно на глухих и высоких участках стен) вследствие ее большой высоты, что приводило к нарушению теплозащитной функции ограждающих стен и образованию зон продувания. Ну и наконец подобная конструкций стен имела небольшой запас прочности и могла использоваться для зданий высотой не более 3-х этажей.

Придуманная Герардом идея по прошествии лет много раз дорабатывалась и совершенствовалась учеными разных стран, пытавшимся устранить вышеотмеченные недостатки и добиться максимальной рационализации кирпичной кладки. Но наиболее значимые для современной строительной индустрии достижения в этой области принадлежат российские инженеры-разработчики Н.А. Попову и С.А. Власову. Последний окончательно довел до ума технологию возведения облегченных кладок, придумав так называемую «колодцевую кладку», которая до сих считается самым эффективным и рациональным решением стен облегченной конструкции.

Колодцевая или колодезная кладка все также состояла из двух кирпичных стенок с вертикальными пустотами, разделенными диафрагмами, — «колодцами», которые могли иметь разную ширину в зависимости от природно-климатических условий участка строительства и этажности здания. Изначально пустоты заполнялись засыпным теплоизоляционным материалом. Такая кладка позволяла возводить здания высотой до 5 этажей. Впоследствии в качестве теплоизоляционного слоя стали использовать легкие ячеистые бетоны и керамзитовый гравий (для малоэтажных зданий), которые не дают усадку, имеют отличные теплоизоляционные показатели и к тому же значительно повышают несущую способность стен.

Рис.3. Разновидности облегченной кладки наружных стен
А — кирпично-бетонная кладка; Б — кладка с вкладышами из легкого ячеистого бетона; В — кладка с засыпкой шлаком и горизонтальными диафрагмами.

Замена засыпного заполнения облегченных стен легким бетоном или керамзитом позволяет сэкономить до 45% кирпича без ухудшения теплоизоляционных показателей стен. Также большой популярностью сегодня пользуются различные комбинированные модификации «колодцевой» кладки, в которых вместо полнотелого используются эффективные (облегченные) разновидности кирпича. Современные примеры реализации таких кладок приведены ниже.

Источник

Энергоэффективный дом

Кирпичные стены

Широко распространенным искусственным каменным материалом для возведения стен является глиняный обожженный кирпич. Стандартные размеры его составляют 250×120×65 мм. Длинные боковые поверхности кирпича называют ложками, короткие — тычками. Ряд кирпичей, уложенный вдоль стены ложками, называется ложковым, а положенный тычками — тычковым.

Кирпичные стены могут иметь толщину в 1; 1,5; 2; 2,5 и 3 кирпича. При толщине шва 10 мм толщина стен составляет соответственно 250, 380, 510, 640 и 770 мм. Толщину горизонтальных швов принимают равной 12 мм (в этом случае высота 13 рядов кладки составляет 1 м).

1. Недостатки обыкновенного кирпича

Недостатком обыкновенного кирпича (глиняного и силикатного) является его большая объемная масса и, следовательно, высокая теплопроводность. Вследствие этого приходится возводить наружные стены толщиной 2,5 кирпича во II климатическом районе, тогда как исходя из условий прочности для зданий до пяти этажей достаточно стен в 1,5 кирпича. Применение дырчатого кирпича, обладающего меньшей теплопроводностью, позволяет уменьшить толщину стены на 1/2 кирпича.

Климатические районы в РФ располагаются с севера на юг примерно: I — до 70° северной широты, II — до 60°, III — до 45°.

Фасадные швы стен для уменьшения их воздухопроницаемости и с декоративной целью обычно расшивают, т. е. уплотняют специальным инструментом — расшивкой, придавая им форму валика или выкружки. Кладку, предназначенную для мокрой штукатурки, ведут впустошовку, оставляя лицевые швы незаполненными на глубину 10—15 мм для обеспечения лучшей связи со штукатурным слоем. Кладка впустошовку — кладка с неполным заполнением швов в лицевых поверхностях стен с целью улучшения сцепления при последующем оштукатуривании. Подробнее см. http://www.karenstagner.com/?Rabochii_process_kladki:Kladka_vpustoshovku >

Кирпич — прочный и долговечный материал. Стена толщиной 25 см (в один кирпич) способна нести любую равномерно распределенную нагрузку, возникающую в одно- и двухэтажных домах от расположенных выше конструкций, в том числе — от железобетонных перекрытий. Срок службы кирпичных стен при надежных фундаментах и правильно выполненной кладке практически не ограничен.

Для кладки стен малоэтажных зданий пригодны практически все виды кирпича, выпускаемого отечественной промышленностью (табл. 5.4). Красный (глиняный) обыкновенный и пустотелый кирпич пластического прессования применяют без ограничения. Но следует помнить, что тот же самый кирпич полусухого прессования и силикатный нельзя применять без дополнительной защиты в наружных стенах ванных комнат и душевых.

2. Характеристики кирпича

Таблица 5.4. Характеристика кирпича для кладки стен

Кирпич

Размеры, мм

Масса одного кирпича, кг

Глиняный обыкновенный пластического прессования

Глиняный пустотелый пластического и полусухого прессования

250×120×88

Вместе с тем, кирпич, особенно полнотелый, обладая высокой прочностью, по своим теплозащитным качествам уступает многим другим стеновым материалам. Например, при расчетной температуре наружного воздуха —30 °С (большинство районов центральной части России) наружные стены сплошной кладки из полнотелого кирпича должны иметь толщину 64 см (в 2 кирпича). В то же время, толщина деревянных брусчатых стен может составлять лишь 16—18 см.

П Р И М Е Ч А Н И Е

Кирпичные стены имеют большую тепловую инерционность: они медленно прогреваются и медленно остывают, причем инерционность тем выше, чем толще стена. В кирпичных домах температура воздуха внутри помещений в течение суток колеблется незначительно. С одной стороны, это является достоинством кирпичных стен. Вместе с тем, в домах периодического проживания (дачи, садовые домики) это свойство кирпичных стен не всегда желательно, особенно в холодное время года. Массивные охлажденные стены каждый раз для своего прогрева требуют значительного расхода топлива, а резкие перепады температур внутри помещений приводят к конденсации влаги на внутренних поверхностях кирпичных стен. В таких домах стены изнутри лучше обшить досками.

В табл. 5.5 приведены примеры конструктивных решений наружных кирпичных стен, из которых видно, что наименее экономичной является стена сплошной кладки из полнотелого кирпича. При таком решении, например, для одноэтажного 3-комнaтного дома с наружными стенами толщиной 64 см (для расчетной температуры наружного воздуха —30 °С) только для наружных стен потребуется около 25 тыс. кирпичей общей массой 80—100 т. При этом следует учесть, что кирпич потребуется и для средней стены, а также для перегородок. Конструкция такого дома будет тяжелой и громоздкой, с массивными фундаментами. Поэтому применение сплошной кладки из полнотелого кирпича толщиной более 35 см (1,5 кирпича) экономически нецелесообразно.

3. Варианты наружных стен из кирпича

Таблица 5.5. Конструктивные варианты наружных кирпичных стен (Цитируется по источнику «Жилой дом для индивидуального застройщика» Л. М. Аганянц, В. М. Масютин, Н. В. Бочкарева и др., М. Стройиздат, 1990)

Кирпич

Конструкция стены

Толщина кладки, см

Допустимая расчетная температура наружного воздуха, °С

Полнотелый глиняный и силикатный плотностью 1600-1900 кг/м 3

Сплошная кладка на холодном растворе (Тяжелые или холодные растворы для каменной кладки — растворы на кварцевом или естественном песке из плотных горных пород с плотностью более 1500 кг/м 3 . Холодные растворы применяются для кладки массивных каменных стен. Подробнее см. http://nerudgrup.ru/rastvory_dlya_kamennoy_kladki .) с внутренней штукатуркой

То же, на теплом расворе (Легкие или теплын растворы для кладки — это растворы дл шлаков, пензовом или туфовом песке, золе ТЭЦ, доменных гранулированных или топливных шлаках с плотностью менее 1500 кг/м . Замена песка молотым шлаком, пемзой или золой, вплоть до полного исключения песка из состава раствора — основное отличие теплого раствора от холодного. Подробнее см. http://nerudgrup.ru/rastvory_dlya_kamennoy_kladki .)

Кладка с воздушной прослойкой толщиной 5 см на холодном растворе, с наружной и внутренней штукатуркой

То же, с заполнением воздушной прослойки минеральным войлоком

Полнотелый глиняный и силикатный плотностью 1600-1900 кг/м 3

Колодцевая кладка на холодном растворе с внутренней штукатуркой и засыпкой плотностью 1400 кг/м 3

То же, плотностью 1000 кг/м 3

Сплошная кладка на холодном растворе с внутренним утеплением из опилкобетона (Опилкобетон — строительный материал, состоящий из смеси органических и вяжущих заполнителей и воды. В качестве органического компонента выступают отходы деревообработки, лесозаготовок, лесопиления (щепа, опилки и др.), дробленых стеблей хлопчатника, рисовой соломы, костры конопли и льна; в качестве вяжущего компонента —— цемент. Опилкобетон также называют арболит, деревобетон. Опилкобетон был разработан в СССР в 60-е годы XX века. Он прошел все технические испытания и был стандартизирован. Многолетняя эксплуатация зданий из опилкобетона позволяет судить о долговечности материала, его высоких экологических и энергосберегающих свойствах. Подробнее см. http://www.opilkobeton.ru/ ) плотностью 800 кг/м и толщиной 10 см

То же, толщиной 15 см

Сплошная кладка на холодном растворе с внутренней штукатуркой и наружным утеплением минераловатными плитами толщиной 5 см и обшивкой досками

То же, при толщине плит 10 см

Пустотелый глиняный плотностью 1100-1400 кг/м 3

Сплошная кладка на холодном растворе с внутренней штукатуркой

То же, на теплом растворе

Кладка с воздушной прослойкой 5 см на холодном растворе с наружной и внутренней штукатуркой

То же, с заполнением воздушной прослойки минеральным войлоком

Чтобы сократить расход кирпича, уменьшить массу стен и нагрузку на фундаменты, наружные стены следует выкладывать либо из пустотелого кирпича, либо вести кладку с образованием пустот, колодцев, уширенных швов. Кроме того, необходимо применять эффективные утеплители, теплые кладочные и штукатурные растворы. Применение теплых кладочных растворов (на основе мелких заполнителей из шлака, керамзита, туфа, трепела и т. п.) также повышает теплозащитные качества стен на 10—15%.

Более экономичной является кладка из кирпича с образованием замкнутых воздушных прослоек шириной 5—7 см. В этом случае расход кирпича сокращается на 15—20%, хотя и здесь требуется наружная штукатурка стен, препятствующая инфильтрации воздуха через воздушные полости. При заполнении воздушных полостей минеральным войлоком (битуминизированная минеральная вата) тепловая эффективность кирпичной стены увеличивается на 30—40%, а при использовании пенопласта — на 200%.

Стены с воздушной прослойкой (рис. 5.10) устраивают при использовании как полнотелого, так и эффективного кирпича.

4. Эффективный кирпич для строительства

Строительный эффективный кирпич — это кирпич, который имеет сквозные/несквозные прямоугольные (в виде щели) или круглые отверстия. Процентное отношение объема технологических пустот составляет 20—45%, наличие пустот значительно понижает теплопроводность и вес эффективного кирпича (сравнительно с полнотелым), это позволяет уменьшить толщину стен, сохраняя при этом их теплоизоляционные свойства. Обычно в маркировке указывается, является ли кирпич эффективным или полнотелым. Эффективный кирпич используется для строительства наружных стен с повышенной способностью теплоизоляции, а также для строительства внутренних стен и перегородок. Он не рекомендуется для укладки фундаментов, цоколей и стен помещений, с повышенной сыростью, а также для постройки печей.

При этом виде кладки лицевые (ложковые) ряды перевязывают с основной стеной через 4—6 рядов тычковыми рядами кирпичей либо металлическими связями. С наружной стороны такие стены во избежание продувания обычно оштукатуривают или выкладывают с расшивкой швов при строгом контроле качества работ. Металлические связи (анкеры из проволоки диаметром 4—6 мм) защищают от коррозии битумом, цементным раствором или эпоксидной смолой.

Рис. 5.10. Кирпичные стены с воздушными прослойками: a) с металлическими связями, б) с кирпичными связями; 1 — воздушные прослойки, 2 — металлические связи (сетка, скоба), 3 — нaружнaя «верстка» из тычковых кирпичей

5. Облегченные кирпичные стены

Тепловая эффективность таких стен значительно увеличивается, если воздушную прослойку заполнить теплым раствором, минеральной ватой или пенопластом. Особенно эффективен пенопласт. При его использовании общую толщину наружной стены можно уменьшить до 29 см (12+5+12), причем такая стена по теплозащитным качествам эквивалентна сплошной кирпичной кладке из полнотелого кирпича толщиной 64 см.

Расспростроненной и экономичной конструкцией наружных кирпичных стен является так называемая «колодцевая кладка», при которой стену выкладывают из двух самостоятельных стенок толщиной в полкирпича, соединенных между собой вертикальными и горизонтaльными кирпичными мостиками с образованием замкнутых колодцев. Колодцы по ходу кладки заполняют утеплителем: шлаком, керамзитом, легким бетоном. Колодцевая кладка хорошо защищает утеплитель от внешних воздействий, хотя несколько и ослабляет конструктивную прочность стены (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Облегченные кирпичные стены колодцевой кладки: 1 — утеплитель (шлак, керамзит, легкий бетон); 2 — поперечные стенки

Источник