第9章 建筑功能材料

1、土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月1 9.0 学习目标学习目标 9.1 建筑防水堵水材料建筑防水堵水材料 9.2 绝热材料绝热材料 9.3 吸声与隔声材料吸声与隔声材料 9.4 建筑功能材料的新发展建筑功能材料的新发展土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月2本章的学习目标：本章的学习目标： (1) 掌握防水及堵水材料的主要类型及性能特点。掌握防水及堵水材料的主要类型及性能特点。 (2) 了解绝热材料的基本要求，土木工程中常用绝热材了解绝热材料的基本要求，土木工程中常用绝热材料的性能特点及其应用。料的性能特点及其

2、应用。 (3) 了解吸声材料、隔音材料的性能特点。了解吸声材料、隔音材料的性能特点。 (4) 了解其它功能材料新进展。了解其它功能材料新进展。 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月3(1) 防水材料的分类防水材料的分类(2) 防水材料的性能与选用防水材料的性能与选用 防水卷材防水卷材 防水涂料防水涂料 建筑密封材料建筑密封材料(3) 建筑堵水材料的种类与用途建筑堵水材料的种类与用途土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月4 防水材料防水材料是指具有防止建筑工程免受雨水、地下水、是指具有防止建筑工程免受雨水、地下水、

3、生活用水浸蚀的材料。堵水材料还需满足生活用水浸蚀的材料。堵水材料还需满足带水操作带水操作的施工的施工要求要求。防水材料防水材料的的分类分类1. 建筑建筑防水材料防水材料依据其外观形态依据其外观形态可分为可分为防水卷材防水卷材、防防水涂料水涂料、密封材料密封材料和和刚性防水材料刚性防水材料四大系列四大系列。 2. 可根据其特性分为柔性和刚性两类。可根据其特性分为柔性和刚性两类。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月5防水卷材防水卷材主要主要包括包括沥青防水卷材沥青防水卷材、高聚物改性沥青防高聚物改性沥青防水卷材水卷材和和合成高分子防水卷材合成高分子防水卷材

4、三大类。三大类。沥青防水卷材沥青防水卷材沥青纸胎油毡沥青纸胎油毡沥青玻璃布油毡沥青玻璃布油毡沥青玻璃纤维胎油毡沥青玻璃纤维胎油毡低温柔性差，胎体易腐烂，耐用年限短；低温柔性差，胎体易腐烂，耐用年限短；适用于地下防水、防腐层，以及屋面适用于地下防水、防腐层，以及屋面防水层及管道防水层及管道(热管道除外热管道除外)等的防腐保等的防腐保护层；护层； 性能与用途与玻璃布油毡相似。性能与用途与玻璃布油毡相似。 沥青沥青防水卷材属于防水卷材属于传统的防水卷材传统的防水卷材，是采用原纸、纤维织物、，是采用原纸、纤维织物、纤维毡等胎体浸涂沥青，表面撒布粉状、粒状或片状材料制成可卷纤维毡等胎体浸涂沥青，表面撒布

5、粉状、粒状或片状材料制成可卷曲的片状防水材料。是我国目前产量最大的防水材料，成本较低，曲的片状防水材料。是我国目前产量最大的防水材料，成本较低，属较低档的防水卷材，但因存在属较低档的防水卷材，但因存在污染环境污染环境和和容易起鼓容易起鼓、老化老化和和渗漏渗漏等工程质量问题。等工程质量问题。 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月6 高聚物改性防水卷材高聚物改性防水卷材是将是将填充、改性材料等填充、改性材料等添加剂添加剂掺入沥青材掺入沥青材料或其他主体材料中，经混炼、压延或挤出成型而成的卷材。其克料或其他主体材料中，经混炼、压延或挤出成型而成的卷材。其克服

6、了传统沥青防水卷材的不足，具有服了传统沥青防水卷材的不足，具有高温不流淌高温不流淌、低温不脆裂低温不脆裂、拉拉伸强度较高伸强度较高、延伸率较大延伸率较大等优异性能。等优异性能。SBS改性沥青防水卷材改性沥青防水卷材APP改性沥青防水卷材改性沥青防水卷材最大特点是最大特点是低温柔性好低温柔性好，冷热地区均适用，冷热地区均适用，特别适用于寒冷地区，可用于一般防水等特别适用于寒冷地区，可用于一般防水等级的屋面、地下防水工程、特殊结构防水级的屋面、地下防水工程、特殊结构防水工程。工程。接近接近SBS改性沥青防水卷材。其最突出的改性沥青防水卷材。其最突出的特点是特点是耐高温性能好耐高温性能好，130高温

7、下不流高温下不流淌，特别适合高温地区或太阳辐射强烈地淌，特别适合高温地区或太阳辐射强烈地区使用。区使用。 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月7 合成高分子防水卷材合成高分子防水卷材是以是以合成橡胶合成橡胶、合成树脂合成树脂或两者或两者共混体系为基料，加入适量化学助剂，经塑炼、混炼、压共混体系为基料，加入适量化学助剂，经塑炼、混炼、压延或挤出成型、硫化、定型等工序加工制成的可卷曲的防延或挤出成型、硫化、定型等工序加工制成的可卷曲的防水卷材。水卷材。 这种防水卷材这种防水卷材拉伸强度拉伸强度和和抗撕裂强度高抗撕裂强度高，断裂伸长率断裂伸长率极大极大，耐热

8、性耐热性和和低温柔性好低温柔性好，耐腐蚀耐腐蚀，耐老化耐老化，性能优异。，性能优异。级防水构造必须有一道合成高分子防水卷材。级防水构造必须有一道合成高分子防水卷材。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料作为主要成膜物质的高分子材料溶解于有机作为主要成膜物质的高分子材料溶解于有机溶剂中，成为溶液。溶剂中，成为溶液。特点：特点：涂料干燥快，结涂料干燥快，结膜较薄而致密，粘结性较好；生产工艺较简膜较薄而致密，粘结性较好；生产工艺较简易，涂料贮存稳定性较好；易燃、易爆、有易，涂料贮存稳定性较好；易燃、易爆、有毒，生产、贮存及使用时要注意安全；由于毒，生产、贮存及使用时要注意安

9、全；由于溶剂挥发快，对环境有污染。溶剂挥发快，对环境有污染。2021年7月8 防水涂料：防水涂料：是一种流态或半流态物质，经刷、喷等工艺，是一种流态或半流态物质，经刷、喷等工艺，固化后在基层表面形成无接缝的防水涂膜固化后在基层表面形成无接缝的防水涂膜。溶剂型溶剂型水乳型水乳型反应型反应型主要成膜物质的高分子材料以极微小的主要成膜物质的高分子材料以极微小的颗粒颗粒稳定稳定悬浮悬浮在在水中，成为乳液状涂料。特性：水中，成为乳液状涂料。特性：涂料干燥较慢，一次成膜的致密性较溶剂型涂料干燥较慢，一次成膜的致密性较溶剂型涂料低，粘结性稍差，一般涂料低，粘结性稍差，一般不宜在不宜在5以下以下施工；贮存期一

10、般不超过半年施工；贮存期一般不超过半年；无毒；无毒，不燃，不燃，操作操作简便，不污染环境；生产成本较低。简便，不污染环境；生产成本较低。主要成膜物质的主要成膜物质的高分子材料以高分子材料以双组分或单组双组分或单组分构成涂料分构成涂料，与，与相应物质发生化学反应，变相应物质发生化学反应，变成成固态固态结膜结膜。特点：特点：无收缩无收缩，涂膜致密；搅，涂膜致密；搅拌拌均匀，才能均匀，才能确保质量；价格较贵。确保质量；价格较贵。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月9 建筑密封材料建筑密封材料是能承受位移，嵌入建筑接缝中起气密是能承受位移，嵌入建筑接缝中起气密

11、或水密作用的定形和不定形的材料。它既起到防水作用，或水密作用的定形和不定形的材料。它既起到防水作用，又起到防尘、隔汽与隔声作用。如密封条、止水带、建筑又起到防尘、隔汽与隔声作用。如密封条、止水带、建筑腻子等。腻子等。 应具有应具有良好的粘结性良好的粘结性，高水密性和气密性，良好的耐，高水密性和气密性，良好的耐高低温性和抗老化性能，具有一定的弹塑性和拉伸高低温性和抗老化性能，具有一定的弹塑性和拉伸-压缩循压缩循环性能。环性能。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月10建筑堵水材料建筑堵水材料主要用于房屋建筑、构筑物、水土建筑主要用于房屋建筑、构筑物、水土建

12、筑等在有水或潮湿环境下的防水堵漏。故需满足带水操作的等在有水或潮湿环境下的防水堵漏。故需满足带水操作的施工要求施工要求。按施工方式，建筑堵漏止水材料分为按施工方式，建筑堵漏止水材料分为灌浆材料灌浆材料、柔性柔性嵌缝材料嵌缝材料、刚性止水材料刚性止水材料及及刚性抹面材料刚性抹面材料。建筑堵水材料特点和用途见表9-1土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月11 在建筑中，习惯上把用于控制室内热量外流的材料叫做保温材料；把防止室外热量进入室内的材料叫做隔热材料。保温、隔热材料统称为绝热材料。材料保温隔热性能的好坏由材料的导热系数的大小来评价，导热系数越小，保温隔

13、热性能越好，反之亦然。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月12v材料的热物理量v热物理量的影响因素 v提高材料或复合体的绝热性能的途径v绝热材料的性能要求v绝热材料的组成与结构土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月13 绝热就是最大限度地阻抗热流的传递(传热)，传热是指热量从高温区向低温区的自发流动，是一种由于温差引起的能量转移现象。 按照传热的物理机理，传热过程主要通过三种方式进行：导热、对流和热辐射。 绝热材料须具有较小的导热系数、对流传热系数和辐射传热系数，或由绝热材料组成的复合体具有较高的热阻值或较小的传

14、热系数。 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月14材料的组成与结构 材料的表观密度孔隙的大小与特征湿度或含水率热流方向与温度土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月15v有机高分子材料的导热系数小于无机材料；v在无机材料中，非金属材料的导热系数小于金属材料；v气态物质的导热系数小于液态物质，液态物质小于固体材料；v固体材料而言，一般分子结构越复杂，结晶程度越低，导热系数越小；v无定形结构的材料的导热系数小于晶体材料。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月16v随着表观密度的减

15、小，其导热系数变小；v对于多孔绝热材料，只有当导热系数、对流传热系数和辐射传热系数三者之和最小时，才具有很好的绝热性能。此时的材料表观密度称为最佳密度，对于纤维制品，一般为3248kg/m3，对于泡沫制品，一般为1640kg/m3。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月17v当表观密度相同时，孔隙的尺寸越小，导热系数越小；v当孔隙尺寸小于50nm时，空气将完全被气孔壁吸附，孔隙接近于真空状态，导热系数降至最小，孔隙只有辐射传热；v当孔隙尺寸大到一定程度后，由于空气对流的出现使导热系数变大。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2

16、021年7月18v孔隙开口而且相互连通的比封闭而互不连通的导热系数大，而且孔隙中的空气可能发生对流传热；v多而小的封闭孔隙，不但对导热传热，而且对对流传热和辐射传热的热阻抗都是有利的。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月19 由于水的导热系数为0.5815 W/(mK)，比静止空气的导热系数0.02326 W/(mK)大，因此，当环境湿度较高时，材料内部孔隙会吸收水分使其平衡含水率相应提高，导热系数相应增大。 若受冻（冰=2.33W/mK）则导热能力更大。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月20 对于各向异性材

17、料，如纤维状材料，当热流方向平行于纤维延伸方向时，其导热系数较大；垂直于纤维延伸方向时，则导热系数较小。 由于辐射传热的影响，多孔材料的导热系数一般随着温度的升高而增大。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月21v降低材料的表观密度，使其表观密度符合绝热最佳密度。v在其他条件允许的情况下，尽量使用有机高分子材料或无定形的无机材料。v在表观密度一定的情况下，应使得材料内部的孔隙数量尽可能的多、尺寸尽可能的小，且互不连通。使用纤维材料时，应尽量减小纤维的直径。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月22v利用空气夹层制成

18、材料的复合体，夹层的厚度应尽量小，以防止空气对流的发生。 v在可能的条件下，采用真空化处理或充填导热系数小于空气的气体，可使得多孔材料的传热量降到最低。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月23v绝热材料的传热系数要尽可能的小，表观密度尽可能为最佳密度。通常绝热材料的导热系数小0.23W/(mK)，表观密度小于500kg/m3。v绝热材料吸水率要低，应尽量不吸水和吸潮。如不可避免时，需对材料进行憎水处理或用防水材料包覆。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月24v由于建筑安装施工和使用的需要，绝热材料须具有与施工方

19、法和使用条件相适应的机械强度和耐热温度。一般而言，绝热材料的抗压强度应大于0.3MPa；耐热温度为自重下产生2变形时的温度。v绝热材料应具有与使用环境下的化学稳定性和一定的耐久性，而且应对环境和人体无害。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月25绝热材料的组成v金属绝热材料：不锈钢、铝箔、铜箔、泡沫铝等。 v无机绝热材料：天然矿物材料和人工合成材料。 v有机绝热材料：动植物材料和合成高分子材料。绝热材料的结构与构造v纤维状结构：石棉与石棉制品，动植物纤维；v多孔结构：多孔结构材料有散粒状和微孔块状；v层状结构：层状结构有层叠和夹层结构。土木工程材料土木工

20、程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月26 天然矿物材料主要有由硅铝酸盐水化物构成的岩石，如蛭石、珍珠岩等，它们经加热使所含水分子气化、膨胀形成多孔材料； 天然形成的多孔岩石，如浮石、海泡石、硅藻土、火山渣等； 天然纤维状矿物，如石棉等。无机绝热材料主要成分 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月27 人工合成矿物材料主要有经发泡工艺制成的多孔材料：如泡沫水泥、泡沫玻璃、加气混凝土、微孔硅酸钙、微孔铝酸钙等； 有经熔融拉（喷吹）丝工艺制成的纤维材料，如矿渣棉、玻璃棉、岩棉和硅酸铝棉等。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能

21、材料建筑功能材料2021年7月28有机绝热材料主要成分 v动物材料有由蛋白质构成的纤维材料，如羊毛；植物材料主要是由纤维素构成的软木、木屑、刨花、芦苇、棉花等。v合成高分子材料主要是经发泡工艺制成的各种塑料和橡胶，如泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氯乙烯、泡沫聚氨酯、泡沫酚醛塑料和泡沫橡胶等；v反辐射性能好的塑料薄膜也可用作绝热材料。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月29结构类型举例纤维状天然的石棉与石棉制品、植物纤维、动物纤维人造的岩棉与岩棉制品、矿渣棉及其制品、玻璃棉及其制品、化学纤维散粒状天然的浮石、火山渣、硅藻土、炉渣、植物碎屑人造的膨胀珍珠岩及其制品、

22、膨胀蛭石及其制品、陶粒与陶砂制品微孔状天然的硅藻土、沸石岩、软木人造的加气混凝土、泡沫玻璃、泡沫石膏、泡沫水泥、泡沫塑料层 状天然的木夹板人造的塑料板、吸热玻璃板、中空玻璃、蜂窝夹芯板、铝箔、泡沫夹层板常用绝热材料结构类型土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月30 吸声材料在建筑物中的作用主要是用以改善室内收听条件、消除回音以及控制和降低噪声干扰等。 材料通过将入射的声能转变换成机械能或热能而被吸收起到吸声作用。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月31v通过声波进入材料内部的微孔，与孔壁发生摩擦转换为热能被吸收；

23、v通过入射声波使材料振动，将声能转换为机械振动能被吸收；v空腔内的空气与声波产生共振，将声能转换为摩擦被吸收。 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月32 材料的吸声性能的优劣以吸声系数衡量。 吸声系数是指被吸收的声能与声波传递给材料的全部声能的百分比。 在声波频率为125、250、500、1000、2000、4000Hz六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，称为吸声材料。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月33吸声系数的影响因素v材料的表观密度 同种多孔材料随表观密度增大，其低频吸声系数提高，而高频吸声系数降

24、低。v孔隙及其特征 孔隙率大且孔隙均匀细小，吸声系数越高，若孔隙过大，则吸声效果变差。封闭不连通的孔隙不利于吸声，而开口而互相连通的孔隙越多，吸声效果越好。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月34v材料的厚度： 材料厚度增加，低频吸声系数增加，而对高频吸声系数影响不大。过厚则变化不明显。v材料背面的条件：如果吸声材料背面留有一定的空气层，相当于增加了材料的厚度，可以提高吸声系数。当空气层厚度等于声波波长的奇数倍时，可以获得最大的吸声系数。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月35吸声材料的结构类型 根据吸声原理和

25、方式，吸声材料一般具有三种结构形式：多孔结构、共振吸声结构和特殊吸声结构。 多孔吸声材料的构造特征是材料内部含有大量互相贯通的微孔，如纤维状和微孔状泡沫材料等。 共振吸声结构主要有单个共振器、孔板式共振吸声结构和薄板式共振结构三种。 特殊吸声结构是一种悬挂于室内的吸声结构，常用的形式有矩形体、平板状、圆柱状、圆锥状、棱锥状、球状和多面体等。 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月36无机材料厚度cm各种频率(Hz)下的吸声系数装置情况125250500100020004000吸声砖6.50.050.070.10.120.16石膏板0.030.050.06

26、0.090.040.06贴实水泥蛭石板4.00.140.460.780.50.6贴实石膏砂浆2.20.240.120.090.30.320.83墙面粉刷 水泥珍珠岩板50.160.460.640.480.560.56水泥砂浆1.70.210.160.250.40.420.48常用材料的吸声系数常用材料的吸声系数 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月37泡沫材料厚度cm各种频率(Hz)下的吸声系数装置情况125250500100020004000泡沫玻璃4.40.110.320.520.440.520.33贴实脲醛泡沫塑料5.0 0.220.290.40

27、0.680.950.94贴实泡沫水泥2.0 0.180.05 0.220.480.220.32紧靠基层粉刷吸声蜂窝板0.27 0.120.420.860.480.30泡沫塑料1.0 0.03 0.060.120.410.850.67常用材料的吸声系数常用材料的吸声系数 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月38隔声材料建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料隔声材料。隔声材料主要用于外墙、门窗、隔墙以及隔断等。隔声可分为隔绝空气声（通过空气传播的声音）和隔绝固体声（通过撞击或振动传播的声音）。两者的隔声原理截然不同。土木工程材料土木工程材料第第9 9

28、章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月39 对于空气声，根据声学中的“质量定律”，其传声的大小主要取决于墙或板的单位面积质量，质量越大，越不易震动，则隔声效果越好。空气声的隔绝主要是反射，因此必须选择密实、沉重的如粘土砖、钢板等作为隔声材料。土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月40对于隔绝固体声音最有效的措施是采用不连续结构处理。即在墙壁和承重梁之间，房屋的框架和墙壁及楼板之间加弹性衬垫，这些衬垫的材料大多可以采用上述的吸声材料，如毛毡、软木等。将固体声转换成空气声后而被吸声材料吸收。 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月41 建筑功能材料发展迅速，三个发展方向： 一是注重环境协调性，注重健康环保； 二是复合多功能； 三是智能化。 土木工程材料土木工程材料第第9 9章章 建筑功能材料建筑功能材料2021年7月42绿色建筑功能材料绿色建筑功能材料绿色建材又