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文档简介
土木工程材料
绝热材料和吸声材料
第一节绝热材料在建筑上,将主要作为保温、隔热使用的材料通称为绝热材料。绝热材料通常导热系数(λ)值应不大于0.23W/(m·K),热阻(R)值应不小于4.35(m2·K)/W。此外,绝热材料尚应满足:表观密度不大于600kg/m3,抗压强度大于0.3MPa,构造简单,施工容易,造价低等。1.影响材料导热系数的因素影响材料保温性能的主要因素是导热系数的大小,导热系数愈小,保温性能愈好。材料的导热系数受以下因素影响:(1)材料的性质。不同的材料其导热系数是不同的,一般说来,导热系数值以金属最大,非金属次之,液体较小,而气体更小。对于同一种材料,内部结构不同,导热系数也差别很大。一般结晶结构的为最大,微晶体结构的次之,玻璃体结构的最小。但对于多孔的绝热材料来说,由于孔隙率高,气体(空气)对导热系数的影响起着主要作用,而固体部分的结构无论是晶态或玻璃态对其影响都不大。(2)表观密度与孔隙特征。由于材料中固体物质的导热能力比空气要大得多,故表观密度小的材料,因其孔隙率大,导热系数就小。在孔隙率相同的条件下,孔隙尺寸愈大,导热系数就愈大;互相连通孔隙比封闭孔隙导热性要高。对于表观密度很小的材料,特别是纤维状材料(如超细玻璃纤维),当其表观密度低于某一极限值时,导热系数反而会增大,这是由于孔隙增大且互相连通的孔隙大大增多,而使对流作用加强的结果。因此这类材料存在一最佳表观密度,即在这个表观密度时导热系数最小。(3)湿度。材料吸湿受潮后,其导热系数就会增大,这在多孔材料中最为明显。这是由于当材料的孔隙中有了水分(包括水蒸气)后,则孔隙中蒸汽的扩散和水分子的热传导将起主要传热作用,而水的λ为0.58W/(m·K),比空气的λ=0.029W/(m·K)大20倍左右。如果孔隙中的水结成了冰,则冰的λ=2.33W/(m·K),其结果使材料的导热系数更加增大。故绝热材料在应用时必须注意防水避潮。(4)温度。材料的导热系数随温度的升高而增大,因为温度升高时,材料固体分子的热运动增强,同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响,当温度在0~50℃范围内时并不显著,只有对处于高温或负温下的材料,才要考虑温度的影响。(5)热流方向。对于各向异性的材料,如木材等纤维质的材料,当热流平行于纤维方向时,热流受到阻力小,而热流垂直于纤维方向时,受到的阻力就大。第二节建筑上常用保温材料1.纤维状保温隔热材料(l)石棉及其制品。石棉是一种天然矿物纤维,主要化学成分是含水硅酸镁,具有耐火、耐热、耐酸碱、绝热、防腐、隔音及绝缘等特性。常制成石棉粉、石棉纸板、石棉毡等制品,用于建筑工程的高效能保温及防火覆盖等。(2)矿棉及其制品。矿棉一般包括矿渣棉和岩石棉。矿渣棉所用原料有高炉硬矿渣、铜矿渣等,并加一些调节原料(钙质和硅质原料)。岩棉的主要原料为天然岩石(白云石、花岗石、玄武岩等)。上述原料经熔融后,用喷吹法或离心法制成细纤维。矿棉具有轻质、不燃、绝热和电绝缘等性能,且原料来源广,成本较低。可制成矿棉板、矿棉毡及管壳等。可用作建筑物的墙壁、屋顶、天花板等处的保温和吸声材料,以及热力管道的保温材料。(3)玻璃棉及其制品。玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃经熔融后制成纤维状材料,包括短棉和超细棉两种。(4)植物纤维复合板。系以植物纤维为主要材料加入胶结料和填料而制成。如木丝板是以木材下脚料制成木丝,加入硅酸钠溶液及普通硅酸盐水泥混合,经成型、冷压、养护、干燥而制成。甘蔗板是以甘蔗渣为原料,经过蒸制、加压、干燥等工序制成的一种轻质、吸声、保温材料。2.散粒状保温隔热材料(1)膨胀蛭石及其制品。蛭石是一种天然矿物,经850~1000°C燃烧,体积急剧膨胀(可膨胀5~20倍)而成为松散颗粒,其堆积密度为80~200kg/m3,导热系数0.046~0.07W/(m·K),用于填充墙壁、楼板及平屋顶,保温效果佳。可在1000~1100℃下使用。膨胀蛭石也可与水泥、水玻璃等胶凝材料配合,制成砖、板、管壳等用于围护结构及管道保温。(2)膨胀珍珠岩及其制品。膨胀珍珠岩是由天然珍珠岩、黑耀岩或松脂岩为原料,经煅烧体积急剧膨胀(约20倍)而得蜂窝状白色或灰白色松散颗料。堆积密度为40~300kg/m3,λ=0.025~0.048W/(m·K),耐热800°C,为高效能保温保冷填充材料。膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨料,配以适量胶凝材料,经拌和、成型、养护(或干燥、或焙烧)后两制成的板、砖、管等产品。3.多孔性保温隔热材料(1)
微孔硅酸钙制品。微孔硅酸钙制品是用粉状二氧化硅材料(硅藻土)、石灰、纤维增强材料及水等经搅拌、成型、蒸压处理和干燥等工序而制成。用于围护结构及管道保温。(2)
泡沫玻璃。它是采用碎玻璃加入1%~2%发泡剂(石灰石或碳化钙),经粉磨、混合、装模,在800℃下烧成后形成含有大量封闭气泡(直径0.1~5mm)的制品。它具有导热系数小、抗压强度和抗冻性高、耐久性好等特点,且易于进行锯切、钻孔等机械加工,为高级保温材料,也常用于冷藏库隔热。(3)
多孔混凝土和轻骨料混凝土。(4)泡沫塑料。泡沫塑料是以合成树脂为基料,加入一定剂量的发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料经加热发泡而制成的轻质保温、防震材料。目前我国生产的有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯及脲醛树脂等泡沫塑料。4.其其他保温温隔热材材料(1)软软木板。。软木也也叫栓木木。软木木板是用用栓皮、、栎树皮皮或黄菠菠萝树皮皮为原料料,经破破碎后与与皮胶溶溶液拌和和,再加加压成型型,在80℃的的干燥室室中干燥燥一昼夜夜而制成成。软木木板具有有表观密密度小,,导热性性低,抗抗渗和防防腐性能能高等特特点。(2)蜂蜂窝板。。蜂窝板板是由两两块较薄薄的面板板,牢固固地粘结结在一层层较厚的的蜂窝状状芯材两两面而制制成的板板材,亦亦称蜂窝窝夹层结结构。蜂蜂窝状芯芯材是用用浸渍过过合成树树脂(酚酚醛、聚聚酯等))的牛皮皮纸、玻玻璃布和和铝片等等,经加加工粘合合成六角角形空腹腹(蜂窝窝状)的的整块芯芯材。常常用的面面板为浸浸渍过树树脂的牛牛皮纸、、玻璃布布或不经经树脂浸浸渍的胶胶合板、、纤维板板、石膏膏板等。。面板必必须采用用合适的的胶粘剂剂与芯材材牢固地地粘合在在一起,,才能显显示出蜂蜂窝板的的优异特特性,即即具有比比强度大大、导热热性低和和抗震性性好等多多种功能能。5.关关于隔热热材料的的概念隔热材料料应能阻阻抗室外外热量的的传入,,以及减减小室外外空气温温度波动动对内表表面温度度影响。。材料隔隔热性能能的优劣劣,不仅仅与材料料的导热热系数有有关,而而且与导导温系数数、蓄热热系数有有关。在建筑中中,围护护结构隔隔热设计计时,除除了采用用隔热材材料外,,还可以以采取其其他措施施,起到到隔热的的效果,,如:::外表面做做浅色饰饰面,如如浅色粉粉刷、浅浅色涂层层和浅色色面砖等等;窗户户采用绝绝热薄膜膜;设置通风风层,如如通风屋屋顶、通通风墙等等;采用多排排孔的混混凝土或或轻骨料料混凝土土空心砌砌块墙体体。采用蓄水水屋顶、、有土或或无土植植被屋顶顶,以及及墙面垂垂直绿化化等。第三节吸吸声材料料1.材材料吸声声的原理理及技术术指标声音起源源于物体体的振动动,它迫迫使邻近近的空气气跟着振振动而成成为声波波,并在在空气介介质中向向四周传传播。当当声波波遇到材材料表面面时,一一部分被被反射另一部分分穿透材材料,其其余的部部分则传传递给材材料,在在材料的的孔隙中中引起空空气分子子与孔壁壁的摩擦擦和粘滞滞阻力,,其间相相当一部部分声能能转化为为热能而而被吸收收掉。这这些被吸吸收的能能量(EE)(包包括部分分穿透材材料的声声能在内内)与传传递给材材料的全全部声能能(E0)之比,,是评定定材料吸吸声性能能好坏的的主要指指标,称称为吸声声系数((α),,用公式式表示为为吸声系数数与声音音的频率率及声音音的入射射方向有有关。因因此吸声声系数用用声音从从各方向向入射的的吸收平平均值表表示,并并应指出出是对哪哪一频率率的吸收收。通常常采用常常用规定定的六个个频率::125、250、500、、1000、2000、4000Hz。。任何材材料对声声音都能能吸收,,只是吸吸收程度度有很大大的不同同。通常常是将对对上述六六个频率率的平均均吸声系系数大于于0.2的材料料,列为为吸声材材料。吸声材料料大多为为疏松多多孔的材材料,如如矿渣棉棉、毯子子等,其其吸声机机理是声声波深入入材料的的孔隙,,且孔隙隙多为内内部互相相贯通的的开口孔孔,受到到空气分分子摩擦擦和粘滞滞阻力,,以及使使细小纤纤维作机机械振动动,从而而使声能能转变为为热能。。这类多多孔性吸吸声材料料的吸声声系数,,一般从从低频到到高频逐逐渐增大大,故对对高频和和中频的的声音吸吸收效果果较好。。2.影影响多孔孔性材料料吸声性性能的因因素(1)材材料的表表观密度度。对同同一种多多孔材料料(例如如超细玻玻璃纤维维)而言言,当其其表观密密度增大大时(即即空隙率率减小时时),对对低频的的吸声效效果有所所提高,,而对高高频的吸吸声效果果则有所所降低。。(2))材料料的厚厚度。。增加加多孔孔材料料的厚厚度,,可提提高对对低频频的吸吸声效效果,,而对对高频频则没没有多多大的的影响响。(3))材料料的孔孔隙特特征。。孔隙隙愈多多愈细细小,,吸声声效果果愈好好。如如果孔孔隙太太大,,则效效果就就差。。如果果材料料中的的孔隙隙大部部分为为单独独的封封闭的的气泡泡(如如聚氯氯乙烯烯泡沫沫塑料料),,则因因声波波不能能进入入,从从吸声声机理理上来来讲,,就不不属多多孔性性吸声声材料料。当当多孔孔材料料表面面涂刷刷油漆漆或材材料吸吸湿时时,则则因材材料的的孔隙隙被水水分或或涂料料所堵堵塞,,其吸吸声效效果亦亦将大大大降降低。。3.建建筑筑上常常用吸吸声材材料及及安装装方法法建筑工工程中中常用用吸声声材料料有::石膏膏砂浆浆(掺掺有水水泥、、玻璃璃纤维维)、、石膏膏砂浆浆(掺掺有水水泥、、石棉棉纤维维)、、水泥泥膨胀胀珍珠珠岩板板、矿矿渣棉棉、沥沥青矿矿渣棉棉毡、、玻璃璃棉、、起细细玻璃璃棉、、泡沫沫玻璃璃、泡泡沫塑塑料、、软木木板、、木丝丝板、、穿孔孔纤维维板、、工业业毛毡毡、地地毯、、帷幕幕等。。除了采采用多多孔吸吸声材材料吸吸声外外,还还可将将材料料组成成不同同的吸吸声结结构,,达到到更好好的吸吸声效效果。。常用用的吸吸声结结构形形式有有薄板板共振振吸声声结构构和穿穿孔板板吸声声结构构。薄板共共振吸吸声结结构系系采用用薄板板钉牢牢在靠靠墙的的木龙龙骨上上,薄薄板与与板后后的空空气层层构成成了薄薄板共共振吸吸声结结构。。穿穿孔板板吸声声结构构是用用穿孔孔的胶胶合板板、纤纤维板板、金金属板板或石石膏板板等为为结构构主体体,与与板后后的墙墙面之之间的的空气气层((空气气层中中有时时可填填充多多孔材材料))构成成吸声声结构构。该该结构构吸声声的频频带较较宽,,对中中频的的吸声声能力力最强强。4.关关于于隔声声材料料的概概念必须指指出::吸声声性能能好的的材料料,不不能简简单地地就把把它们们作为为隔声声材料料来使使用。。人人们要要隔绝绝的声声音按按着传传播的的途径径可分分为空空气声声(由由于空空气的的振动动)和和固体体声((由于于固体体的撞撞击或或振动动)两两种。。对隔隔空气气声,,根据据声学学中的的“质质量定定律””,墙墙或板板传声声的大大小,,主要要取决决于其其单位位面积积质量量,质质量越越大,,越不不易振振动,,则隔隔声效效果越越好,,故对对此必必须选选用密密实、、沉重重的材材料((如粘粘土砖砖、钢钢板、、钢筋筋混凝凝土))作为为隔声声材料料。对对隔固固体声声最有有效的的措施施是采采用不不连续续的结结构处处理,,即在在墙壁壁和承承重梁梁之间间、房房屋的的框架架和隔隔墙及及楼板板之间间加弹弹性衬衬垫,,如毛毛毡、、软木木、橡橡皮等等材料料,或或在楼楼板上上加弹弹性地地毯。。#例11-1什么么是绝绝热材材料??工程程上对对绝热热材料料有哪哪些要要求??解绝热材材料是是指导导热系系数((λ))值应应不大大于0.23W/(m··K)的隔隔热保保温效效果好好的建建筑材材料。。工程上上首先先要求求绝热热材料料有较较低的的导热热系数数。其其次,,要求求绝热热材料料应该该是轻轻质的的,其其表观观密度度不大大于600kg/m3。同时时要满满足运运输、、施工工中强强度要要求((抗压压强度度大于于0.3MPa)。。此外外,还还要求求材料料吸湿湿性要要小,,或者者易于于防水水,否否则会会明显显降低低保温温性。。对材料料的导导热系系数应应在相相对湿湿度为为800%~~855%条条件下下材料料达到到平衡衡含水水状态态下进进行测测定。。工程程上还还要求求材料料施工工容易易,造造价低低廉,,具有有较好好的技技术经经济效效益。。例11-2材材料料绝绝热热的的基基本本原原理理是是什什么么??解热在在本本质质上上是是组组成成物物质质的的分分子子、、原原子子和和电电子子等等在在物物质质内内部部的的移移动动、、转转动动和和振振动动所所产产生生的的能能量量。。在在任任何何介介质质中中,,当当存存在在着着温温度度差差时时,,就就会会产产生生热热的的传传递递现现象象,,热热能能将将由由温温度度较较高高的的部部分分传传递递至至温温度度较较低低的的部部分分。。不不同同的的建建筑筑材材料料具具有有不不同同的的保保温温隔隔热热性性能能,,主主要要体体现现在在材材料料的的导导热热系系数数上上,,导导热热系系数数愈愈小小,,保保温温性性能能愈愈好好。。传热热的的基基本本方方式式有有热热传传导导、、热热对对流流和和热热辐辐射射三三种种。。一一般般来来说说,,三三种种传传热热方方式式总总是是共共存存的的,,但但因因绝绝热热性性能能良良好好的的材材料料常常是是多多孔孔的的,,虽虽然然在在材材料料的的孔孔隙隙内内有有着着空空气气,,起起着着辐辐射射和和对对流流作作用用,,但但与与热热传传导导相相比比,,热热辐辐射射和和对对流流所所占占的的比比例例很很小小,,故故在在建建筑筑热热工工计计算算时时通通常常不不予予考考虑虑。。例11-3绝绝热热材材料料为为什什么么总总是是轻轻质质的的??使使用用时时为为什什么么一一定定要要注注意意防防潮潮??解由于于材材料料中中固固体体物物质质的的导导热热能能力力要要比比空空气气的的导导热热能能力力大大得得多多,,因因此此,,一一般般的的轻轻质质材材料料,,其其表表观观密密度度较较小小,,导导热热系系数数也也较较小小。。所所以以绝绝热热材材料料总总是是轻轻质质的的。。材料料吸吸湿湿受受潮潮后后,,其其导导热热系系数数就就增增大大,,这这是是由由于于当当材材料料的的孔孔隙隙中中有有了了水水分分((包包括括水水蒸蒸气气))后后,,则则孔孔隙隙中中蒸蒸汽汽的的扩扩散散和和水水分分子子的的热热传传导导将将起起主主要要传传热热作作用用,,而而水水的的λλ为为0.58WW//((mm··KK)),,比比空空气气的的λλ=0.029WW//((mm··KK))大大20倍倍左左右右。。如如果果孔孔隙隙中中的的水水结结成成了了冰冰,,则则冰冰的的λλ=2.33WW//((mm··KK)),,其其结结果果使使材材料料的的导导热热系系数数更更加加增增大大。。故故绝绝热热材材料料在在应应用用时时必必须须注注意意防防水水避避潮潮。。例11-4试述材材料的吸声声性能及其其表示方法法?什么是是吸声材料料?解吸声性能是是指材料能能够吸收由由空气传递递的声波能能量的性质质。以吸吸声系数((α)表示示。吸声系系数是这些些被吸收的的能量(EE)(包括括部分穿透透材料的声声能在内))与传递给给材料的全全部声能((E0)之比,用用公式表示示为常用规定的的六个频率率:125、250、500、1000、2000、4000Hz的平平均吸声系系数(α))来表示。。平均吸声系系数大于0.2的材材料,列为为吸声材料料。吸声系数与与声音的频频率及声音音的入射方方向有关。。因此吸声声系数用声声音从各方方向入射的的吸收平均均值表示,,并应指出出是对哪一一频率的吸吸收。例11-5简述吸吸声材料的的基本特征征?解吸声材料的的基本特征征是:(1)多孔孔性。吸声声材料孔隙隙率几乎达达70%~~90%;;(2)开口口孔隙率大大、透气性性好;(3)体积积密度适宜宜,过大会会使透气性性降低而使使吸声性能能降低;常采取硬质质板上钻孔孔,背后留留空气夹层层或填以柔柔性吸声材材料做成吸吸声结构的的形式,以以提高吸声声系数。例11-6试述多孔孔材料、穿穿孔材料及及薄板共振振结构的吸吸声原理。。随着材料料的表观密密度和厚度度的增加,,材料吸声声性能有何何变化?解多孔材料、、穿孔材料料的吸声原原理在于::声波深入入材料的孔孔隙,且孔孔隙多为内内部互相贯贯通的开口口孔,受到到空气分子子摩擦和粘粘滞阻力,,以及使细细小纤维作作机械振动动,从而使使声能转变变为热能。。薄板共振振结构系采采用薄板钉钉牢在靠墙墙的木龙骨骨上,薄板板与板后的的空气层构构成了薄板板共振吸声声结构,大大大提高了了吸音效果果
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