Глинобитные дома. По следам старых публикаций. Содержание.

Повышение теплопроводности: виды глинобетона и технология изготовления

Теплофизические свойства глинобетона можно улучшить за счет введения в состав грунтовой смеси пористых материалов. В качестве легких добавок растительного происхождения применяют солому, тростник, морскую траву, пробку. Природными и искусственными пористыми минеральными заполнителями служат пемза, керамзит, пеностекло, вулканический туф, вспученный перлит. Отходы от деревообработки — опилки, стружку, щепу также применяют для уменьшения массы глинобетона.

В соответствии с немецким стандартом DIN 18951, легкий глинобетон должен иметь плотность не более 1200 кг/м3. Если в качестве заполнителя применяют измельченную солому, то такой материал называют легким глинофибробетоном, а при использовании древесных опилок или стружек — легким глинодеревобетоном. При применении пористых минеральных заполнителей строительный материал получил название легкого глинобетона на минеральном заполнителе. Эти три вида легкого глинобетона отличаются своими свойствами и способами изготовления. Для приготовления легкого глинобетона применяют грунты с большим содержанием глинистого вещества, которые перемешивают с заполнителями вручную или в специальном оборудовании.

Легкий глинофибробетон

Легкий глинофибробетон плотностью до 1200 кг/м3 представляет собой смесь соломенной фибры и глинистого грунта. Если его плотность превышает 1200 кг/м3, то материал называют глинофибробетоном. Вид соломы, применяемой для производства глинофибробетона, является предметом спора во всем мире, и в каждом конкретном случае требует экспериментальной проверки. Исследования, проведенные на глиняной штукатурке с добавкой соломенной фибры различных культур, показали, что штукатурка на ячменной соломе имела наилучшие характеристики. Важное значение для физико-механических свойств глинофибробетона имеет структура соломенной фибры. Для увеличения теплофизических свойств глинофибробетона предпочтение отдается соломе с тонкими стабильными стеблями.

Резка соломенной фибры

Длина фибры не должна превышать толщину строительного материала. Резку соломы осуществляют различными ручными и механическими инструментами.

Порядок загрузки компонентов смеси

При приготовлении глинофибробетонной смеси важным является порядок загрузки компонентов смеси. Существуют два основных варианта загрузки. В первом случае в емкость с соломенной фиброй добавляют глиняный шлам, а затем перемешивают до однородной смеси. Второй вариант заключается в обратной последовательности загрузки, где фибру загружают в емкость с глиняным шламом.

Термическое сопротивление

Теплозащита глиносырцовых стен фахверковых домов, построенных в средневековой Европе, не соответствует современным нормам. Глинофибробетон плотностью 1300 кг/м3 в сухом состоянии, состоящий из 10 частей соломенной фибры, 2 частей глинопорошка с высоким содержанием глинистого вещества и 1 части воды, имеет коэффициент теплопроводности, равный 0,53 Вт/м К. Стена из глинофибробетона плотностью 1300 кг/м3, толщиной 14 см, покрытая двухсантиметровым слоем известковой штукатурки с двух сторон, имеет коэффициент теплопередачи, равный 2,1 Вт/м2 К. Согласно современным требованиям строительных норм во многих странах центральной и северной Европы коэффициент теплопередачи к, конструкции должен соответствовать 0,5 Вт/м2 К. Это значит, что толщина стены должна быть не 14 см, а 0,95 м. Даже с увеличением расхода соломенной фибры втрое, глинофибробетон с улучшенными теплофизическими свойствами не подойдет для наружных стен толщиной 14 см.

На практике невозможно достичь плотности глинофибробетона менее 500 кг/м3, так как соломенная фибра размягчается под воздействием воды в процессе перемешивания и теряет свою форму при уплотнении в опалубке.

Встречаются утверждения о получении более низкой плотности (до 300 кг/м3), однако такие заявления неверны, так как часто они основываются на результатах неточных методов испытаний. Как правило, опалубка неплотно заполняется глинофибробетонной смесью. Шурф, взятый из конструкции, высушивают и взвешивают, а результат делят на объем, который заполнен не полностью, что приводит к погрешности до 40%. К сожалению, часто для расчета коэффициента теплопередачи принимают плотность глинофибробетона 300 кг/м3.

Реальная плотность глинофибробетона составляет 700 кг/м3, что соответствует коэффициенту теплопроводности, равному 0,21 Вт/м К. Поэтому стена толщиной 30 см, оштукатуренная с двух сторон, имеет коэффициент теплопередачи, равный 0,6 Вт/м2 К. Данное значение теплопередачи в два раза больше значения, которое рассчитывают, принимая плотность, равную 300 кг/м3.

Легкий глинофибробетон имеет ряд недостатков по сравнению с глинобетоном, поэтому при работе с ним необходимо помнить о следующем:

1. В умеренном и влажном климате образование грибка происходит через несколько дней, что сопровождается распространением характерного сильного запаха, который может вызвать у человека аллергию. Поэтому в ходе выполнения строительных работ необходимо обеспечивать хорошую
вентиляцию для того, чтобы глинофибробетонные стены быстро высыхали. После полного высыхания стен, на что может потребоваться несколько месяцев или даже больше года, в зависимости от толщины стен и климата, грибок больше не образует споры. Однако образование спор может возобновиться в случае проникновения в стены влаги либо снаружи, либо изнутри. Причинами могут служить неправильно запроектированная конструкция наружной стены, цоколя, сливов и т. д. Можно воспрепятствовать образованию грибка, добавив в смесь известь или борную кислоту, однако это влечет за собой следующие недостатки:

— существенно снижается прочность при сжатии и растяжении;
— при приготовлении смеси с добавками борной кислоты необходимо соблюдать технику безопасности. Стены толще 25 см могут казаться сухими на поверхности, тогда как внутренняя часть стены преет.

2. Прочность глинофибробетона плотностью менее 600 кг/м3 низка, поэтому забитые гвозди или дюбеля в стене не держатся. Нанесение штукатурки является трудоемким процессом, так как требуется ее армирование.

3. При высыхании глинофибробетона происходит усадка, которая ведет к образованию щелей в верхней части конструкции, которые нужно тщательно заделывать, чтобы предотвратить образование «мостиков холода».

4. Возведение стен из глинофибробетона очень трудоемкий процесс. Трудозатраты на возведение стены толщиной в 33 см без применения специального оборудования для приготовления и подачи смеси составляют 6 ч/м2 (2 ч/м3), что в четыре раза выше по сравнению с трудозатратами на кирпичную кладку.
Вышеперечисленные недостатки можно избежать, если вместо соломенной фибры применять пористые минеральные заполнители.

К преимуществам использования легкого глинофибробетона можно отнести низкие материальные затраты на покупку сырья, а также отсутствие издержек на приобретение специального инструмента и оборудования, что очень привлекательно для частного строительства.

Легкий глинобетон на минеральном заполнителе

Для улучшения теплофизических свойств глинобетона вместо соломенной фибры рекомендуют добавлять различные пористые минеральные заполнители, например, керамзит, пеностекло, вулканический туф, вспученный перлит или пемзу. При правильном соотношении минеральных заполнителей можно полностью предотвратить усадку.

По сравнению с глинофибробетоном коэффициент паропроницаемости легкого глинобетона на минеральном заполнителе в два-три раза выше, поэтому вероятность образования конденсата в стене низка.

Еще одним преимуществом данного материала является то, что при перекачивании смеси в опалубку бетононасосами сокращаются трудозатраты. Укладка смеси в опалубку механизированным способом требует значительных инвестиций в оборудование, поэтому этот способ рекомендуется для объектов с большими объемами работ. Плотность глинобетона на минеральном заполнителе может быть 500-1200 кг/м3.

Заполнитель

В некоторых индустриальных странах недорогим и легкодоступным заполнителем является керамзит. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250—800 кг/м3. Его получают в процессе обжига легкоплавкой глины в печи при температуре до 1200°С. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность. В процессе обжига легкоплавкая глина переходит в пластичное состояние и вспучивается вследствие выделения внутри каждой гранулы газообразных продуктов. Они образуются при дегидратации слюдистых минералов и выгорании органических примесей.

Пеностекло представляет собой искусственный материал, подобный пемзе, с плотностью 100—700 кг/м3. Процесс производства пеностекла заключается во вспучивании размолотого стекла, смешанного с небольшим количеством древесного угля, известняка или других материалов, выделяющих газ при температуре размягчения стекла.

Вспученный перлит изготавливают путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород при температуре до 1000°С. При обжиге вода испаряется и перлит увеличивается в объеме до 20 раз. Вспученный перлит имеет насыпную плотность 60 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,045 Вт/м К, коэффициент паропроницаемости 2,7, удельную теплоемкость 1000 Дж/кг К. Химический состав вспученного перлита — SiО2 (60—75%), Аl2O3 (12—16%), Na2O (5-10%).

Вулканический туф — горные породы, образовавшиеся из твердых продуктов вулканических извержений: пепла, пемзы и других, впоследствии уплотненных и сцементированных.

Пемза представляет собой пористое вулканическое стекло, образовавшееся в результате выделения газов при быстром застывании кислых и средних лав. Плотность пемзы 500—750 кг/м3.

Приготовление

Глиняные растворы рекомендуют приготавливать в цикличных растворосмесителях с горизонтальным или вертикальным валами. Легкий глинобетон на минеральном заполнителе можно перемешать в бетоносмесителе, в который в первую очередь загружают легкий заполнитель, а затем глиняный раствор. Смесь приготавливают 3—5 минут. Глиняный раствор должен содержать большое количество глиняного вещества.

Влияние зернового состава заполнителя на плотность глинобетона

Гранулометрический состав минеральных заполнителей влияет на свойства легкого глинобетона. Плотность глинобетона 500 кг/м3 может быть получена на керамзите фракции 1—16 мм. Расход грунта и воды проектируют таким образом, чтобы пустоты между частицами заполнителей заполнялись не полностью, а керамзит был склеен только в точках соприкосновения. Глинобетон плотностью 500 кг/м3 имеет следующий состав: 2,5 объемные части глинистого грунта и 12 частей керамзита фракции 8—16 мм. Глинобетонные блоки такого состава имеют слабые кромки углов. Поэтому для увеличения прочности материала рекомендуют следующий состав глинобетона: 24 объемные части керамзита фракции 8—16 мм, 5 частей керамзита фракции 1—2 мм и 5—7 частей грунта. Плотность получаемых изделий составит 640—700 кг/м3. Для получения глинобетона высокой плотности применяют керамзит фракции 4—8 мм и крупнозернистый песок.

Подача глинобетонной смеси

Подачу в конструкцию глинобетонной смеси на минеральном заполнителе, в отличие от глинофибробетонной, можно механизировать. Транспортируют глинобетонную смесь посредством бетононасоса. Наибольший объем глинобетонной смеси укладывается в монолитные конструкции и подается строительными кранами с помощью бадей.

Теплопроводность

Теплопроводность легкого глинобетона на минеральном заполнителе зависит от его плотности и соответствует теплопроводности легкого глинофибробетона, при плотности выше 600 кг/м3. При плотности менее 600 кг/м3 теплопроводность легкого глинобетона на минеральном заполнителе ниже теплопроводности легкого глинофибробетона, так как соломенная фибра отличается более высоким равновесным влагосодержанием, следовательно, содержит больше влаги, которая ухудшает теплоизоляционные свойства. Равновесная влажность ржаной соломы при относительной влажности 50% и температуре окружающего воздуха 21ºС составляет 13%, тогда как при тех же условиях этот показатель для керамзита равен 0,1%.

Энергозатраты

Многие специалисты считают, что искусственные легкие минеральные заполнители, такие как керамзит, требуют значительных энергозатрат для их производства. Однако энергозатраты на производство деревянных пиломатериалов и эффективного кирпича значительно выше. Расчетные энергозатраты на производство 1м3 строительной древесины в 6 раз выше энергозатрат на изготовление теплоизоляционных минеральных изделий и в два раза выше энергозатрат на производство керамзита того же объема.

Для сравнения можно привести следующие цифры. При производстве керамзита плотностью 300 кг/м3 затрачивается энергии 300 кВт ч/м3, на 1 м3 кладки стены из эффективного кирпича на легком растворе — 430 кВт ч, из силикатного кирпича — 390 кВт ч, на изготовление 1 м3 пиломатериалов — 600 кВт ч (поправка: данные на 1980-е).

Легкий глинопробкобетон

При производстве глинопробкобетона применяют пробковую крошку. К преимуществам использования пробковой крошки можно отнести ее низкую насыпную плотность. Недостатком является то, что данный заполнитель относительно дорог, а прочность при сжатии глинопробкобетона значительно ниже прочности глинокерамзитобетона. Глинопробкобетонные блоки имеют слабые кромки углов.

Производятся сухие смеси, которые состоят из пробковой крошки, грунта, трепела и соломенной фибры, а также небольшого количества целлюлозы. Эту смесь применяют в качестве теплоизоляции при возведении стен, а также для приготовления теплоизоляционных штукатурных растворов. В построечных условиях смеси перемешивают с водой в принудительном смесителе, подают в опалубку и слегка уплотняют.

Штукатурные растворы наносят штукатурными агрегатами или торкрет-установками. Глинопробкобетон имеет следующие свойства: плотность 300—450 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,07—0,08 Вт/м К, коэффициент паропроницаемости 4—19, усадка 1—2%.

Легкий глинодеревобетон

Древесные опилки, стружку и щепу также используют в качестве легких заполнителей в глинобетоне для снижения его теплопроводности. Древесина имеет большую плотность по сравнению с соломой или пробкой, поэтому теплопроводность глинодеревобетона выше. На практике трудно получить глинодеревобетон плотностью ниже 500 кг/м3, так как материал имеет низкую прочность. Опасность образования грибка в глинодеревобетоне намного меньше, по сравнению с глинофибробетоном, но все же существует.

Глиногазобетон

Традиционные пенообразователи, которые применяют для создания ячеистой структуры в пенобетоне, не пригодны для глинобетона, так как его естественная сушка длится продолжительное время, а жизнеспособность пены ограничивается несколькими минутами. Создание пористой структуры в глинобетоне достигается за счет введения в смесь газообразующих добавок. Они образуют ячеистую структуру в глинобетоне и ускоряют его сушку.

Глиногазобетон представляет собой геополимер, который состоит из глинопорошка с добавками кварцевого песка, мела и растворимого стекла. Его поризация происходит за счет введения перекиси водорода (Н2О2). Глиногазобетон имеет плотность 90 кг/м3, твердеет в течение 2 часов при температуре 20°С и через 1 час — при температуре 50°С. Он имеет следующие характеристики: прочность при сжатии 10—20 кг/см2, удельная теплоемкость 0,2 кДж/кгК, коэффициент теплопроводности 0,1-0,12 Вт/м К, значение рН 9—10. Глиногазобетон идеально подходит для изготовления крупных блоков и изделий. Есть немецкий производитель теплоизоляционных изделий по аналогичной технологии, которые имеют плотность 300 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,08 Вт/м К. Первичные энергозатраты на производство составляют всего 5 кВт ч/м3.

Глинобитные дома. Все документы